Як працює турбіна в автомобілі

Детальний пристрій турбіни

як працює турбіна в автомобілі

Пристрій турбіни автомобіля виконано так, щоб збільшити тиск палива в колекторі впуску для забезпечення максимального надходження кисню в камеру, де відбувається згорання.

Основне призначення турбіни – значне збільшення потужності двигуна. Навіть збільшення тиску на 1 атмосферу в колекторі призводить до потрапляння у двигун подвійної порції кисню.

 

Це дозволяє навіть невеликого двигуну віддавати таку потужність, як удвічі більший його аналог, але не оснащений турбонаддувом.

Зовнішній вигляд турбіни

Принцип роботи і пристрій турбокомпресора

Розглянемо, як працює турбіна в автомобілі. Потік вихлопних газів надходить з випускного колектора в гарячу частина турбіни, там впливає на лопаті крильчатки, приводячи її в рух разом з валом. На ньому закріплена також крильчатка компресора, розташованого в холодному відсіку турбіни. Вона при обертанні підвищує тиск в системі впуску, забезпечуючи збільшене надходження в камеру спалювання палива і повітря.

Схема роботи турбіни

Пристрій турбіни автомобіля не складне, вона складається з:

  • Равлики компресора, яка всмоктує повітря, а потім нагнітає його в колектор впускання;
  • Равлики, розташованої в гарячій частині – тут вихлопні гази змушують обертати турбіну, після чого викидаються в систему відпрацьованих газів на вихід;
  • Крильчатки компресора, а також її аналога в гарячій частині;
  • Шарикопідшипникового картриджа;
  • Корпуси, що з’єднує равлики, що має систему охолодження і системи підшипників.

Загальний пристрій турбіни

Під час роботи пристрій піддається значним термодинамічних навантажень. Потрапляють в турбіну вихлопні гази досягають температури 900 ° С, через що її корпус роблять чавунним, причому для відливання використовується особлива технологія.

Обороти турбінного валу можуть досягати показника 200 000 об / хв, тому в конструкцію встановлюють високоточні деталі, які ретельно підганяють і потім балансують. Також для турбіни пред’являються високі вимоги до мастильних матеріалів.

Окремі турбонагнетатели обладнані так, що система мастила є одночасно охолодженням вузла підшипників.

Система охолодження і пристрій турбонаддува

Система охолодження турбокомпресорів необхідна для поліпшення передачі тепла від його механізмів і частин. Найбільш поширені варіанти охолодження деталей – масляний спосіб і комплексне охолодження антифризом і маслом. Обидва типи мають свої переваги, але не позбавлені і недоліків.

 

охолодження маслом

переваги:

  • Проста конструкція;
  • Здешевлення турбокомпресора.

недоліки:

  • Менша ефективність в порівнянні з системою, де виконується використання антифризу з маслом; Висока вимогливість до складу масла;
  • Необхідність часто його міняти;
  • Вимогливість до контролювання температурного режиму.

Турбіна з масляним охолодженням

Спочатку пристрій турбокомпресора мало тільки масляне охолодження, яке швидко досягало високих температур, проходячи через підшипники. Таке масло починає відразу закипати, виникає ефект коксування, через якого забиваються канали, істотно обмежуючи доступ охолодження і мастила до підшипників.

В результаті підшипники зношуються, їх заклинює, необхідний дорогий ремонт. У такий неполадки є кілька причин:

  • Неякісне або не те, яке рекомендовано для двигуна масло;
  • Перевищення термінів заміни масла;
  • Несправності мастильної системи двигуна автомобіля.

Комплексне охолодження маслом і антифризом

Перевагою цього варіанту стає велика ефективність одержуваного охолодження. Істотний недолік – ускладнення конструкції турбонагнетателей, що підвищує їх вартість.

Турбіна з масляним і водяним охолодженням

Пристрій турбонаддува в варіанті охолодження турбін антифризом і маслом складніше, оскільки в ньому є окремий масляний контур, а також система з охолоджувальною рідиною. Зате підвищується ефективність роботи, усуваються проблеми закипання масла.

Для такого турбонагнетателя масло служить, як і раніше, для охолодження і змащення підшипників, а антифриз, що подається із загальної ланцюга охолодження двигуна, запобігає перегріванню і не дає закипати маслу. Через таку складності збільшується ціна турбонагнетателя.

 

Конструктивні особливості

При роботі гарячої турбіни повітря, що нагнітається компресором в її корпусі, сильно стискається, чому відбувається його нагрівання. Це викликає небажані наслідки, оскільки при високій температурі в повітрі менше кисню. Значить, ефективність наддуву також знижується. Для боротьби з цим явищем почали, використовуючи рекомендації вчених, встановлювати в турбіну інтеркулер – допоміжний охолоджувач повітря.

Інтеркулер до турбіни

Конструктори пристрої відзначають, що нагрівання повітря далеко не єдине завдання, яке їм доводиться вирішувати при проектуванні турбіни. Нагальною проблемою також стає її інерційність – затримка реакції двигуна на відкриття в колекторі дросельної заслінки.

Турбіна максимально ефективна, коли досягаються певні обороти обертання колінчастого вала. Серед автолюбителів навіть поширена думка, що турбонаддув включається тільки тоді, коли швидкість автомобіля досягає певного значення. Хоча турбіна працює постійно, а значення числа обертів, при яких її дію найбільш ефективно, для кожного двигуна індивідуальне.

удосконалення турбонаддува

Вирішуючи проблеми устрою турбін, конструкторами була розроблена схема, в якій поєдналися нагнітачі двох компресорів. Ця конструкція отримала назву twin-turbo.

Конструкція турбіни твін-турбо

У такій системі використовуються паралельно пара однакових турбін. Їх завдання – підвищити тиск і обсяг повітря, що поступає. Система управління включає твін-турбо в момент, коли необхідно отримати на підвищених обертах максимальну потужність.

Подібний компресор реалізований в прославленому японському авто бренду Nissan, який отримав ім’я Skyline Gt-R.

Двигун ніссан з системою твін-турбо

У ньому встановлений мотор rb26-dett. Аналогічна система, однак, оснащена однаковими невеликими турбінами дозволяє отримати помітний приріст потужності навіть при малих обертах, при цьому підтримувати турбонаддув постійно.

 

Послідовне з’єднання різних турбін отримало назву Bi-turbo.

Конструкція турбіни бі-турбо

Конструкція влаштована так, що при невисоких оборотах функціонує лише маленька турбіна, яка забезпечує «чуйність» при плавно змінною швидкістю. Якщо обороти різко зростають, включається «велика» турбіна ». Це дозволяє машині отримати значний приріст продуктивності, причому в будь-якому діапазоні функціонування двигуна. Подібна система реалізована в моделях BMW biturbo, тюнінг яких викликає захоплення.

Система бі-турбо від БМВ

інноваційні розробки

У числі сучасних розробок, вже радують автовласників, турбіна VGT, у якій лопатки крильчатки змінюють свій кут нахилу, направляючи її в сторону, куди спрямовані вихлопні гази.

Турбіна із змінним кутом нахилу лопаток

Коли обороти двигуна невеликі, стає більш вузьким пропускне перетин виходу в турбіну вихлопних газів, тому «вихлоп» виходить більш швидким. Найчастіше цю систему застосовують для дизельних агрегатів, але є розробки і для бензинових двигунів.

Також до інноваційних розробок належить система Twin-scroll, де завдяки подвійному контуру, по якому роблять обхід вихлопні гази, виходить, що їх енергія обертає загальний ротор з компресором і крильчаткою.

Конструкція турбіни Твін-скролл

При цьому є два варіанти реалізації:

  1. Вихлопні гази проходять одночасно обидва контуру і система функціонує як twin-turbo.
  2. Другий тип працює на зразок схеми biturbo – є два контури, у яких різна геометрія. Коли обороти невисокі, вихлопні гази йдуть по короткому контуру, що збільшує енергію і швидкість завдяки невеликому діаметру. Якщо обороти підвищуються, вихлопні гази надходять в контур, який має більший діаметр – при цьому робочий тиск зберігається у впускний системі і відсутня запор для вихлопних газів. Розподіл регулюють механічні елементи – клапани, переключають потоки.

 

висновок

Зараз випускають удосконалені турбіни, тому їх популярність зростає все більше. Турбокомпресори перспективні як в плані форсування двигунів, так і тому, що підвищують економічність двигуна, чистоту його вихлопу.

Наддувши: що це таке, навіщо потрібен, як влаштований і як працює турбонагнетатель

як працює турбіна в автомобілі

З самого своєї появи, автомобілі, стараннями своїх творців, зазнають модернізації і найбільше в питаннях потужності двигунів. Так як цей параметр безпосередньо пов’язаний з робочим об’ємом двигуна а також з якістю подається повітряно-паливної суміші, для збільшення потужності є два шляхи – або збільшити обсяг агрегату (в сучасній масовій автомобілебудуванні цей спосіб не дуже популярний), або якимось чином нагнітати в циліндри більше повітря.

Перший спосіб не популярний зі зрозумілих причин – разом зі збільшенням об’єму циліндрів зросте і витрата пального, крім того, сам агрегат істотно додасть в розмірах і масі, що теж не завжди прийнятно. Тому автомобільними інженерами був знайдений спосіб збільшити подачу повітря в циліндри.

Конструкція «турбіни»

В першу чергу ми хочемо відзначити, що великих відмінностей в конструкції турбонаддувов для різних моделей машин немає. Є лише варіації в розмірах і дизайні деяких вузлів. За словами інструкторів з водіння, більшість автомобілістів використовують термін «турбіна», хоча це не зовсім вірно.

Турбіною називають одну зі складових турбонаддува, що складається з корпусу, системи ущільнень, вала з крильчатками, двох равликів (в них обертаються крильчатки), одного наполегливої ​​і двох опорних підшипників ковзання. Сюди ж кріпиться пневмопривід, який призводить в роботу перепускний клапан.

 

Коли на виході тиск повітря перевищує оптимальне, то пневмопривід, який відкриває клапан, спрацьовує, таким чином, якась невелика частина вихлопних газів виходить безпосередньо в вихлопну систему, і через це обороти турбіни стають менше.

Турбіна – це крильчатка на валу, що приводить в обертання компресор. Турбіна виготовляється з жаростійкого сплаву, вал – з середньолегованих стали, а компресор – з алюмінію. Нагадаємо, що дані деталі не ремонтуються, а просто замінюються. Винятком є ​​вал, який іноді виходить перешліфувати і зробити під нього нові підшипники.

Які бувають види турбонаддува

Є кілька способів нагнітання більшого кількість повітря в двигун:

  • резонансний наддув – реалізується без нагнітача за рахунок кінетичної енергії повітря у впускних колекторах;
  • механічний наддув – подача повітря збільшується завдяки застосуванню механічного компресора, який, в свою чергу, приводиться в рух двигуном автомобіля;
  • газотурбінний наддув – турбіну надає руху потік відпрацьованих газів.

У першому випадку наддув відбувається лише за рахунок особливої ​​форми і розміру впускних колекторів без застосування будь-яких нагнітачів. Тому ми не будемо описувати його в цьому матеріалі, а зупинимося докладніше на двох інших варіантах, які, на наш погляд, заслуговують на особливу увагу.

Турбінний компресор (нагнітач)

Основний елемент пристрою турбонаддува, який призначений для збільшення робочого тиску повітряної маси в системі впуску. Турбокомпресор складається з турбінного і компресорного коліс, які встановлені на роторному валу. Всі елементи турбокомпресора знаходяться в спеціальних захисних корпусах.

Турбінне колесо використовується для переробки енергії, що виділяється відпрацьованими газами. Колесо і його корпус виготовляються з високоміцних і жаростійких матеріалів – сталевих і керамічних сплавів.

Компресорне кільце застосовується для всмоктування повітряної маси, з подальшим її стисненням і нагнітанням в циліндри ДВС.

 

Кільця турбокомпресора встановлені на роторному валу, який здійснює обертальні рухи в плаваючих підшипниках. Для більш ефективної роботи підшипники постійно змащуються маслом, яке надходить по канальцям, розташованим в підшипниковому корпусі.

интеркулер

Интеркулер – повітряний або рідинної радіатор, який застосовується для своєчасного охолодження попередньо стисненого повітря, внаслідок чого відбувається збільшується тиск і щільність повітряного потоку.

Регулятор тиску наддуву

Ключовим елементом управління турбонаддувом є регулятор тиску наддуву, який по суті своїй є перепускним клапаном. Основним призначенням клапана є стримування і перенаправлення частини газів, що виробляються в обхід турбінного колеса для зниження тиску наддуву.

Пропускний клапан може бути оснащений приводом електричного або пневматичного типу. Активація клапана відбувається внаслідок прийому сигналів від датчика тиску.

Запобіжний клапан

Клапан запобіжний використовується для запобігання стрибків тиску повітряної маси, яке часто виникає при швидкому закритті дросельної заслінки. Надмірний тиск або підбурює в атмосферу, або переподается на вхід компресора.

Система турбонаддува використовує енергію газів, які утворюються при згорянні палива. Гази забезпечують обертальні рухи колеса турбінного типу, яке в свою чергу запускає компресорне колесо, яке відповідає за стиснення і нагнітання повітряної маси в систему. Далі відбувається охолодження повітря за допомогою інтеркулера і подача його в циліндри.

ПОДРОБИЦІ: Договір купівлі-продажу автомобіля

Очевидно, що хоча турбонаддув механічно ніяк не пов’язаний з коленвалом двигуна, однак його робота і її ефективність знаходиться в прямій залежності від швидкості обертання колінчастого вала. Чим вище обороти двигуна, тим ефективніше працює турбонаддув.

Незважаючи на свою практичність і ефективність, система турбонаддува має деякі недоліки. Ключовим з них є поява турбоям – затримка в збільшенні потужності ДВС.

Подібне явище проявляється внаслідок інерційності системи – затримки в збільшенні тиску наддуву при досить різкому натисканні на газ, що може привести до розриву між необхідною потужністю двигуна і продуктивністю турбіни.

турбіна

Очевидно, що для розуміння пристрою досить поглянути на фото. Принцип роботи турбонаддува також досить ясно продемонстровано на відео. Більш докладно зупинимося на перепускному клапані і призначення интеркуллера, який обов’язковий для ефективної роботи авто з турбонаддувом.

У момент різкого закриття дросельної заслінки на великих оборотах двигуна у впускному тракті створюється сильний помпаж. Колесо компресора «холодної» частини (впускний) турбіни продовжує по інерції обертатися, створюючи в перекритому заслінкою каналі надлишок тиску.

Принцип дії турбіни автомобіля – Все про електрику

як працює турбіна в автомобілі

Принцип роботи турбокомпресора

Турбокомпресор – найважливіша складова частина двигуна сучасного автомобіля. Завдяки йому досягається істотний приріст потужності при незначній масі самої деталі.

Як відомо, принцип роботи турбокомпресора полягає в сильному стисненні подається в двигун повітря і, відповідно, створення високої потужності вибуху в циліндрах двигуна .

Завдяки турбокомпресору в двигун надходить на 50″Пристрій турбіни – як це працює” width=”700″ height=”525″ src=”https://www.youtube.com/embed/FMRf4csnH0k” frameborder=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture” allowfullscreen=”” style=”width: 710px; height: 533px;”>

З іншого боку вала ротор компресора всмоктує чистий атмосферне повітря з впускного тракту і направляє його під сильним тиском далі у впускний тракт до циліндрів двигуна.

Коли ротор компресора обертається, повітря втягується всередину і стискається, так як лопаті ротора обертаються з високою швидкістю.

Корпус компресора розроблений таким чином, щоб перетворювати потік повітря, що володіє високою швидкістю і низьким тиском, в потік повітря з високим тиском і низькою швидкістю за допомогою процесу, званого дифузією. В цьому і полягає принцип дії автомобільної турбіни.

особливості функціонування

Обидва ці ротора, турбінний і компресорний, жорстко закріплені на роторному валу, що обертається на гідростатичних підшипниках. Вони підтримують вал на тонкому шарі масла, яке постійно подається для зниження тертя і охолодження вала. Для правильної роботи підшипники ковзання повинні бути покриті плівкою масла. Зазори підшипників дуже малі, менше товщини людської волосини.

У турбомотор повітря, який надходить в циліндри, доводиться додатково охолоджувати – тоді його стиснення можна буде зробити ще сильніше, закачавши в циліндри двигуна більше кисню. Адже стиснути холодне повітря легше, ніж гарячий. Повітря, що проходить через турбіну, нагрівається від стиснення, від деталей турбонаддува.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *