Турбокомпрессор

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор – это сложный с технической стороны механизм, использующий кинетическую энергию отработанных (выхлопных) газов для увеличения давления внутри впускной системы. Сжимаясь, смесь топлива и воздуха увеличивает массу горючего заряда внутри цилиндров, из-за чего растет калорийность и как следствие мощность двигателя.

Плюсы использования ТКР

На данный момент турбокомпрессор является наиболее эффективным устройством наддува, значительно превосходя механический нагнетатель, который приводиться в движение использует энергию коленчатого вала, что частично снижает мощность двигателя.

Если быть до конца честным применение турбокомпрессора приводит аналогичным последствиям, незначительно уменьшая базовую мощность двигателя.

Турбокомпрессор устанавливается на выпускной тракт, тем самым создавая препятствие для свободного движения  воздуха, образовавшееся противодавление создает дополнительную нагрузку, заставляя двигатель работать усерднее, дабы очистить цилиндры от продуктов горения. Естественно это приводит к незначительной потери мощности, которая тут же компенсируется приростом равным 30-40%.

Принцип работы турбокомпрессора:

Схема устройства турбокомпрессора1.    Горячий отработанный воздух поступает в корпус турбин, давя на лопасти, он разгоняет крыльчатку, до огромной скорости вплоть до 250 тыс. оборов в минуту, а затем покидает корпус, через центральное отверстие направляясь в выпускную систему.

2.    Компрессорное колесо жестко связанное с турбиной вращается синхронно, засасывая воздух в холодную улитку и сжимает воздух.

Основные элементы турбокомпрессора:

1.    1.    Корпус турбины (горячая улитка) – в основном изготавливается из сфероидного чугуна для того чтобы выдерживать высокую температуру.

2.    Колесо турбины (крыльчатка) – покрывается никелевым сплавом и соединяется валом с колесом компрессора.

3.    Вал.

4.    Корпус подшипников.

5.    Корпус компрессора (холодная улитка) – к данной детали не предъявляются ни каких особых требований эксплуатации, поэтому ее производят в основном из алюминия для экономии средств.

6.    Колесо компрессора (воздушная крыльчатка) – в основном изготавливается из алюминия, и лишь в редких случаях когда нужно чтобы компрессор проработал длительный срок под высокой нагрузкой его делают из титана.

7.    Масляные каналы.

 Производительность турбокомпрессора интуитивно можно определить на глаз. Чем больше его размер, тем больше давление он может выдержать. Большая турбина вмещает больший объем и давление и как следствие обеспечивает больший прирост к мощности двигателя. При этом на малых оборотах все большие турбокомпрессоры страдают от турбозадержки. В то время как их малые менее производительные собратья быстрее набирают номинальную мощность.

За регулировку давления наддува внутри корпуса турбины отвечает перепускной клапан (анг. wastegate). Он работает на пневмо приводе и управляется системой управления мотора.

Основным функциональным элементов турбокомпрессора является средний (центральный) корпус (картридж). По сути это весь турбокомпрессор без улиток. Через него проходит ротор (турбинное и компрессорное колесо соединенные валом). Вал вращается при минимальном трении в масленой ванне под давлением с максимальной скоростью продетый во втулки (подшипники или реже в шарикоподшипники) картриджа.

Система смазки двигателя отвечает за подачу смазки в турбокомпрессор. Она не только смазывает, но и охлаждает детали, которые нагреваются. Качество масла является одним из наиболее значимых факторов в эксплуатации турбины. От него зависит то насколько долго вам прослужит турбонагнетатель. Перед установкой нового или заменой старого турбокомпрессора обязательно стоит провести полную замену масла. Турбированные двигатели с икорным зажиганием имеют более лучшее охлаждение поскольку средний корпус изначально включен в систему охлаждения мотора.

Центробежный компрессор является прекрасным примером создания дополнительного давления внутри впускной камеры. Его конструкция почти полностью аналогична механическому нагнетателю. Воздух поступает в центр колеса, а потом по нисходящей в периферию корпуса создавая крутящий момент. Диффузор в свою очередь преобразует кинетическую энергию воздуха для повышения давления при резком снижении скорости движения потока. Во впускной коллектор поступает сжатый воздух.

Для экономии средств корпус и колесо компрессора изготавливают из алюминия.

Минусы использования турбокомпрессора

Основные функциональные недостатки присущий всем турбокомпрессорам появляются в связи с инерционностью действия устройства. Иначе говоря, в процессе работы возникает задержка между нажатием на акселератор (педаль газа), ростом давление выхлопных газов и увеличением мощности двигателя. Эта последовательность называется турбояма и появляется из-за силы трения. Ее провотиположность -турбозадержка является прямым следствием турбоямы и проявляется в резком скачке мощности двигателя на короткий срок.

Для снижения негативных эффектов этих функциональных недостатков и повышения производительности  компании изготовители турбокомпрессоров постоянно совершенствуют свои изделия. Применяют следующие технические решения:

·         Разработки и установка новых блоков подшипников, снижающих потери из-за силы трения.

·         Уменьшение массы турбины,  путем обточки деталей и замены деталей на другие изготовленые из более легких материалов (в том числе керамики).

·         Турбокомпрессор с изменяющейся геометрией (анг. VNT-турбина).

·         Разделительный турбокомпрессор (анг. twin-scroll).

Интересный факт: механический нагнетатель лишен данных недостатков, поскольку работает напрямую от коленчатого вала и ему не нужно ждать пока, подымиться давление выхлопных газов. 

Виды турбонаддува

Раздельный турбокомпрессор – это турбокомпрессор у которого имеются два входа для выхлопных газов и два сопла для каждой пары цилиндров. Данная конструкция обеспечивает максимальную производительность и препятствует попаданию отработаных газов обратно в цилиндыры. Первое сопло отвечает за максимально бысьрое реагирование, а второе повышеную производительность и увеличение КПД.

Помимо, этого ТКР с двойной улиткой имеет разделенные выпускные каналы, предотвращающие перекрытие во время выпуска выхлопных газов. 

Турбина с изменяющейся геометрией  (или турбина с переменным соплом) – наиболее широко применяется  в производстве дизельных двигателей. Основное ее техническое отличие от других видов турбин – это наличие внутри подвижных лопастей с приводом регулирующих поток газов в самой турбине. В зависимости  от  угла наклона  лопастей меняется скорость выхлопных газов тем самым согласовывая давление и обороты двигателя.

В некоторых конструкциях турбонаддува применяются по два  (автомобили КамАЗ) и более турбокомпрессоров  (тройной наддув для дизелей «BMW») подключенные параллельно или последовательно для увеличения производительности (или для того, что бы один работал на больших оборотах, а второй на малых).

 

Читайте далее: 

История наддува и нагнетателей (компрессоров)

Яндекс.Метрика