Что нужно знать о двигателях с турбонаддувом

Слышали ли вы о высокомощном входном устройстве в двигателе внутреннего сгорания? Ну, секрет в турбокомпрессоре . Он также известен как турбо. который был изобретен в начале двадцатого века инженером из швейцарской земли Альфредом Бухи. Он представил прототип для увеличения мощности дизельных двигателей.

Сегодня турбонаддув стал стандартным устройством для большинства бензиновых и дизельных двигателей. Все еще продолжаются исследования способов улучшения конструкции турбокомпрессоров для повышения производительности при снижении производственных затрат. Даже несмотря на то, что напряжения, вызванные вибрацией, и работа подшипников являются основными факторами отказа. По этой причине ротодинамический анализ должен быть важной частью процесса проектирования турбокомпрессора, ну, может быть!

В автомобильном двигателе мощность вырабатывается в камере сгорания при всасывании топливно-воздушной смеси, верно! После сжатия смесь выбрасывается в виде выхлопных газов, которые становятся отходами и даже загрязняют атмосферу. Но вместо того, чтобы выхлопные газы были бесполезны, турбокомпрессор использует их, чтобы двигатель работал быстрее. Позвольте мне объяснить.

Прочтите все, что вам нужно знать об автомобильных поршнях

Сегодня мы рассмотрим определение, функции, применение, детали, историю, схему, типы, принцип работы, а также преимущества и недостатки турбокомпрессора. Эта статья широкая, поэтому я призываю вас прочитать ее, чтобы получить знания.

Определение турбокомпрессора

Турбокомпрессор представляет собой приводное от турбины устройство индукции силы, которое повышает эффективность и выходную мощность двигателей внутреннего сгорания за счет нагнетания дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания. Этот впуск горячего воздуха работает, потому что компрессор может нагнетать в камеру сгорания больше воздуха и пропорционально больше топлива, чем обычное атмосферное давление.

Турбокомпрессор — это устройство, установленное на двигателе транспортного средства для повышения общей эффективности и увеличения производительности двигателя. турбокомпрессоры изначально были известны как турбокомпрессоры. потому что все устройства принудительной индукции классифицируются как нагнетатели. Нагнетатель – это устройство принудительной индукции с механическим приводом.

Разница между турбокомпрессором и обычным нагнетателем заключается в том, что турбокомпрессор приводится в действие турбиной, приводимой в движение выхлопными газами двигателя. Принимая во внимание, что нагнетатель механически приводится в действие коленчатым валом двигателя, часто связанным с ремнем. Однако турбонагнетатели более эффективны, но менее отзывчивы. Термин Twin-charger относится к двигателю с турбокомпрессором и нагнетателем.

Прочтите Вещи, которые вы должны знать о шатуне

История

Краткая история турбокомпрессоров, заслуга основателя Альфреда Дж. Бучи (1879–1932), который работал в автомобильной инженерной мастерской компании Gebruder Sulzer Engine Company в Винтертуре, Швейцария. Проект был разработан за год до Первой мировой войны и был запатентован в Германии в 1905 году. Он продолжал совершенствовать проект до самой своей смерти спустя четыре десятилетия.

Некоторые другие инженеры также заслуживают похвалы за проект турбокомпрессора. Несколькими годами ранее сэр Дугальд Кларк (1854–1932) был шотландским изобретателем двухтактного двигателя. он экспериментировал с разделением стадий сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров.

Его эксперимент работал как наддув, увеличивая как потоки воздуха в цилиндры, так и количество топлива, которое можно было сжечь. Другие инженеры, такие как Луи Рено, Готтлиб Даймлер и Ли Чедвик, также принимают участие в разработке систем наддува.

Функции турбокомпрессора

Основной функцией турбокомпрессора является повышение эффективности работы автомобильного двигателя. ниже приведены причины, по которым режим Turbo всегда будет существовать, несмотря на некоторые его ограничения.

• Дополнительная мощность обеспечивается без увеличения мощности двигателя.
• Повысить скорость работы двигателя без увеличения скорости сжигания топлива.
• Используйте оксид углерода II (выхлопной газ) вместо того, чтобы загрязнять окружающую среду.

Применение турбокомпрессора

Турбокомпрессор обычно используется в автомобильных двигателях, таких как грузовики, автомобили, поезда, самолеты и строительная техника. современные версии двигателей внутреннего сгорания с циклом Отто и дизельным двигателем оснащены турбонагнетателями.

Позвольте углубиться, чтобы объяснить некоторые области применения турбокомпрессоров:

Автомобили с бензиновым и дизельным двигателем: Как упоминалось ранее, автомобили с турбонаддувом распространены среди автомобилей с бензиновым и дизельным двигателем для увеличения их выходной мощности при заданной мощности. Это также повышает эффективность использования топлива, позволяя использовать двигатель меньшего объема. Эти двигатели потеряли в весе примерно 10 % и сократили расход топлива до 30 %, сохранив при этом такую ​​же пиковую мощность.

Первым легковым автомобилем с турбонаддувом стал вариант Oldsmobile Jetfire. Он использует компонент до 215 у.е. во всех алюминиевых двигателях V8 и в продуктах Chevrolet, называемых Corvairs. Первоначально он назывался Monza Spyder с плоским шестицилиндровым двигателем с охлаждением.

Дизельные автомобили в значительной степени полагаются на турбокомпрессор, поскольку он повышает эффективность, управляемость и производительность дизельных двигателей. Он производится на базе легкового автомобиля Mercedes с турбонаддувом Garrett, представленного в 1978 году.

Грузовики: С той же целью дизельные двигатели грузовых автомобилей с 1938 года оснащаются турбонаддувом.

Самолет: В течение года эффект турбокомпрессора также увеличивает эффективность самолетов.

Мотоциклы: Большинство японских компаний производили высокопроизводительные мотоциклы с турбонаддувом с начала 1980-х годов. Хотя мотоциклов с турбонаддувом мало, это из-за обилия большего рабочего объема. Доступен безнаддувный двигатель, который предлагает преимущества крутящего момента и мощности двигателя меньшего объема с турбонагнетателем, но обеспечивает более линейные характеристики мощности.

Читайте:Компоненты двигателя внутреннего сгорания

Детали турбокомпрессоров

Ниже приведены основные части турбокомпрессора и их функции:

• Картриджи (полностью собранные и сбалансированные сердечники турбокомпрессора)
• Вакуумные приводы и пневматические приводы
• Электронные приводы (электрические сервоприводы)
• Корпуса компрессора (корпуса холодной секции/детали турбокомпрессора)
• Ремкомплекты турбокомпрессоров (комплекты/комплекты запчастей для быстрого мелкого ремонта)
• Колеса компрессора (колеса компрессора турбокомпрессора)
• Вал и колеса (валы турбонагнетателя с турбинным колесом, роторы турбин)
• Корпуса сопловых колец (корпуса для элементов управления геометрией ВНТ)
• Корпуса подшипников (корпуса картриджей, корпуса турбодвигателей)
• Задние пластины (пластина сердечников турбокомпрессора со стороны компрессора)
• VNT Nozzle Rings (Кольца с форсунками для турбокомпрессоров ВНТ, узлы контроля геометрии ВНТ)
• Тепловые экраны (тепловые экраны ядра турбокомпрессора)
• Комплекты прокладок (комплекты/комплекты прокладок турбокомпрессора)
• Датчики привода (датчики давления, датчики положения
• Прокладки VNT (внутренние прокладки для турбокомпрессоров VNT)
• Корпуса турбины (корпуса горячей секции/детали турбокомпрессора)
• Электронные приводные детали (электродвигатели, валы, шестерни сервоприводов турбокомпрессоров).

Типы турбокомпрессоров

Ниже приведены различные типы существующих турбокомпрессоров:

Одиночный турбо:

Одинарный турбокомпрессор — самый простой, наиболее распространенный и дешевый тип турбокомпрессора из существующих. Он имеет безграничную вариативность и, будучи меньшим турбонаддувом, обеспечивает лучшее рычание на низких оборотах, поскольку они раскручиваются быстрее. Одинарная турбина имеет шарикоподшипник и подшипник скольжения, которые обеспечивают меньшее трение для вращения компрессора и турбины.

Преимущества одиночных турбонагнетателей заключаются в том, что двигатели меньшего размера также могут иметь турбонаддув, также учитывается экономичность, простота и простота установки. Это также повышает эффективность двигателя.

Некоторые ограничения все еще имеют место, несмотря на его преимущества, в том числе; имеет довольно узкий эффективный диапазон оборотов. Одиночные турбины делают выбор размера проблемой, поскольку приходится выбирать между большей мощностью на высоких оборотах или хорошим крутящим моментом на низких оборотах. Наконец, отклик может быть медленным по сравнению с другими типами турбо.

Twin Turbos:

Твин-турбо — это еще один вариант, который позволяет использовать один турбонагнетатель для каждого ряда цилиндров (v8, v12 и т. д.). В качестве альтернативы можно использовать один турбокомпрессор для низких оборотов и байпас на более крупный турбокомпрессор для высоких оборотов. Две турбины одинакового размера, одна из которых используется при низких оборотах, а обе — при более высоких (14, 16). В BMW x5 M и x6 M используются турбины с двойной спиралью, по одной с каждой стороны от v8.

Преимущество двойного турбонаддува, когда он работает последовательно или с турбонаддувом на низких оборотах и ​​в обоих случаях на высоких оборотах. Это обеспечивает более широкую и плоскую кривую крутящего момента, лучший крутящий момент на низких оборотах, но мощность не будет уменьшаться на высоких оборотах, как одиночная турбина. Ограничения этих турбокомпрессоров включают стоимость и сложность, поскольку количество компонентов почти удваивается. И есть другие альтернативы для достижения аналогичного результата, но более легкие.

Читайте:Разница между бензиновым и дизельным двигателем

Twin-Scroll Turbo:

Турбокомпрессоры с двойной спиралью почти во всех отношениях лучше, чем турбины с одной спиралью, потому что при использовании двух спиралей импульсы выхлопных газов разделяются. Например, в четырехцилиндровых двигателях с порядком работы 1 3 4 2 цилиндры 1 и 4 могут питаться от одной спирали турбокомпрессора. Тогда как цилиндры 2 и 3 питаются от отдельной спирали. Назначение этих типов турбокомпрессора состоит в том, что в цилиндре имеется перекрытие. Допустим, цилиндр заканчивает свой рабочий ход, когда поршень достигает нижней мертвой точки, и выпускной клапан открывается. За это время второй цилиндр завершает такт выпуска, закрывая клапан и открывая впускной клапан.

Традиционный турбоколлектор с одной спиралью совершенно другой, давление выхлопа из первого цилиндра будет мешать второму цилиндру, втягивающему свежий воздух, из-за того, что оба выпускных клапана временно открыты. Это снижает давление, достигаемое турбонагнетателем, и влияет на количество воздуха, всасываемого вторым цилиндром.

Преимущества турбокомпрессора заключаются в том, что на выхлопную турбину передается больше энергии, и достигается более широкий диапазон оборотов эффективного наддува. Это связано с разным дизайном прокрутки. По сути, перекрытие клапанов больше, не мешая очистке выхлопных газов, что приводит к большей гибкости настройки.

Ограничения заключаются в том, что стоимость и сложность выше по сравнению с одинарными турбинами и требуют особой компоновки двигателя и конструкции выхлопа.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT):

Типы турбонагнетателя с изменяемой геометрией распространены на дизельных двигателях, и их производство ограничено. Это связано с его стоимостью и экзотическими требованиями к материалам. Внутренние лопасти внутри турбонагнетателя изменяют отношение площади к радиусу A/R в соответствии с частотой вращения. То есть при низких оборотах низкое отношение A/R используется для увеличения скорости выхлопных газов и быстрого запуска турбонагнетателя. Если обороты растут, соотношение A/R увеличивается, чтобы увеличить поток воздуха, что приводит к низкой турбо-задержке. Это также приводит к низкому порогу наддува и широкому и плавному диапазону крутящего момента.

Преимущество этого типа турбонаддува заключается в том, что создается широкая плоская кривая крутящего момента. Который эффективен в очень широком диапазоне оборотов. Для этого требуется одиночный турбонаддув, что упрощает установку последовательного турбонаддува в нечто более компактное. Его ограничения заключаются в том, что он используется только в дизельных двигателях, где выхлопные газы ниже, поэтому лопасти не будут разрушены головкой. При использовании турбонагнетателя на бензиновом двигателе будут использоваться дорогостоящие экзотические металлы для обеспечения надежности.

Турбокомпрессор Twin-Scroll с регулируемой скоростью

Турбина с регулируемой двойной спиралью значительно дешевле, чем VGT, что делает ее предпочтительным выбором для бензиновых двигателей с турбонаддувом. Он сочетает в себе VGT с установкой с двойной спиралью, таким образом, при низкой частоте вращения одна из спиральных витков полностью закрывается, нагнетая весь воздух в другую. По мере увеличения оборотов двигателя клапан открывается, пропуская воздух в другую спираль, и достигается высокая производительность.

Преимущества турбокомпрессора заключаются в том, что он обеспечивает широкую и плоскую кривую крутящего момента и имеет более прочную конструкцию, чем VGT. Стоимость и сложность также являются его ограничениями, а технология раньше была нежелательной.

Электрические турбокомпрессоры:

Использование электродвигателя в турбокомпрессоре повышает его характеристики и обеспечивает мгновенную форсировку двигателя. Легко создается крутящий момент на низких оборотах, устраняется запаздывание. Этот турбокомпрессор просто лучший из всех, возможно, новая версия сможет его понизить.

его преимущества заключаются в том, что создается более широкий эффективный диапазон оборотов с равномерным крутящим моментом. Потраченная энергия восстанавливается, поскольку электродвигатель подключается непосредственно к выхлопной турбине. И, как упоминалось ранее, турбо-задержку и недостаточное количество выхлопных газов можно практически устранить, при необходимости вращая компрессор с помощью электроэнергии.

Сложность и стоимость являются одним из недостатков турбокомпрессора, так как теперь учитывается электродвигатель. Упаковка и вес также являются проблемой, особенно с добавлением встроенной батареи, которая при необходимости обеспечивает достаточную мощность для турбонаддува. Аналогичные преимущества можно получить и от других типов, таких как VGT или двойной свиток.

Принцип работы

Имея базовые знания о том, как работает реактивный двигатель, разобраться в автомобилях с турбокомпрессором будет намного проще. Поясню, реактивный двигатель всасывает свежий воздух спереди и использует его в камере для смешивания и сжигания с топливом. Затем он выпускает горячий воздух через спину. Горячий рев проносится мимо турбины, сделанной из компактного металлического ветряка, который приводит в действие компрессор (воздушный насос) в передней части двигателя. двигатель использует его для подачи воздуха в двигатель, чтобы топливо сгорало должным образом.

Аналогичный процесс применяется к турбонагнетателю поршневого двигателя автомобиля. выхлопные газы используются для привода турбины, которая вращает воздушный компрессор, нагнетающий дополнительный воздух в цилиндры. Это приводит к тому, что за секунду сжигается больше топлива, поэтому автомобиль с турбонаддувом может производить больше энергии. Это больше энергии в секунду.

Турбокомпрессоры состоят из двух половин, соединенных между собой валом. В одном из них находится турбина, которая вращается за счет горячих выхлопных газов, в другом также находится турбина, которая всасывает воздух и сжимает его в двигателе. Это сжатие обеспечивает дополнительную мощность и эффективность двигателя. Чем больше воздуха поступает в камеру сгорания, тем больше топлива добавляется, что дает дополнительную мощность.

Обратите внимание, что сжатый воздух горячий, менее плотный и поднимается над радиаторами. Этот горячий воздух менее эффективен для сжигания топлива. Из-за этого воздух, поступающий от компрессора, перед поступлением в цилиндры нуждается в охлаждении. Вот почему горячий воздух от компрессора проходит через теплообменник, который отводит лишнее тепло, прежде чем он попадет в камеру сгорания.

Читайте:Классификация двигателей внутреннего сгорания

Откуда берется дополнительная мощность и сколько вы можете получить

Большинство людей думают, что газотурбинный двигатель дает дополнительную мощность от полученных выхлопных газов, но это не так. Выхлопной газ используется для привода компрессора, который подает воздух в камеру сгорания, позволяя двигателю каждую секунду сжигать больше топлива. Дополнительная мощность получается за счет дополнительного топлива, которое сжигается с большей скоростью.

Количество дополнительной мощности, которую дает турбонагнетатель, определяется размером компонентов. Турбокомпрессоры могут быть улучшены, чтобы сделать двигатель более мощным, в зависимости от желаемой мощности. Но есть предел совершенствованию. Цилиндры настолько велики, что в них может попасть много воздуха и топлива для смешивания.

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Преимущества:

Ниже приведены преимущества турбокомпрессоров:

• Двигателю предлагается дополнительная мощность.
• Свободная мощность передается двигателю с использованием отработанных выхлопных газов. для его привода не требуется мощность двигателя.
• Он используется как в дизельных, так и в бензиновых двигателях.
• Повысить эффективность использования топлива двигателями.

Недостатки:

Несмотря на преимущества турбокомпрессоров, все же имеют место два основных ограничения. Ниже приведены недостатки турбокомпрессора:

Одна из больших проблем с турбокомпрессором известна как турбо-задержка. Это произошло, когда дроссельная заслонка нажата, двигателю требуется время, чтобы разогнаться. То есть турбонагнетателям нужно время, чтобы отразить обороты двигателя.

Когда скорость двигателя низкая, выхлопных газов недостаточно, чтобы раскрутить компрессор и обеспечить необходимую мощность. Требуемый выхлоп будет создаваться после нажатия на педаль газа. Этот эффект уменьшается при переключении на более низкую передачу, но опытные водители иногда замечают задержку отклика.

Второе ограничение турбонагнетателей не возникает в условиях повседневной езды. Это происходит только тогда, когда двигатель доведен до предела. Тепло, выделяемое выхлопными газами, сильно нагревается, и турбонагнетатель начинает светиться красным.

Вот почему большинство спортивных автомобилей с турбонаддувом имеют вентиляционные отверстия в нижней части двигателя. Это вентиляционное отверстие поддерживает постоянную циркуляцию воздуха и охлаждает детали.

Читайте:Работа и эффективность карданного вала

В заключение мы познакомили вас с различными функциями турбокомпрессоров. Одним из них является повышение эффективности работы и топливной экономичности двигателей. Мы также видим различные типы турбин и принцип их работы. Также выявлены преимущества и недостатки.

Я надеюсь, что знания достигнуты, если это так, пожалуйста, прокомментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим студентам технических специальностей. Спасибо!