Назначение, устройство и работа турбокомпрессора

Давайте окунемся в прошлое, и вспомним, как порой нам приходилось бегать в школе на физкультуре. И что вы ощущали после пробежки в пару-тройку километров? Примерно, такие же нагрузки получает двигатель автомобиля при подъеме в гору, а также, когда вы летите по шоссе.

Сейчас многие современные автомобили оснащены турбокомпрессором, который позволяет получить ту дополнительную силу, которая помогает выдерживать подобные нагрузки. Тогда, как всего десять лет назад, такое приспособление считалось изыском и уделом достаточно мощных машин.

За счет чего турбокомпрессор повышает мощность двигателя.

Как известно, от количества смеси воздуха и топлива, подаваемой в двигатель, зависит мощность последнего. И для того чтобы повысить эту мощность, необходимо, соответственно, увеличить объем подачи смеси воздуха и топлива. Но увеличение подачи количества топлива не приведет к желаемому эффекту до тех пор, пока не появится необходимое количество воздуха для его сгорания. В противном случае, будет образовываться избыток не сгоревшего топлива. А это, в свою очередь, приведет к перегреву двигателя, и он задымит.

Для полного сгорания увеличенного количества топлива, турбокомпрессор подает в двигатель требуемое количество воздуха, при этом увеличивается мощность двигателя.

Таким образом, сохраняя прежние параметры, мы, все-таки, добились большей мощности. При этом сам процесс сгорания улучшается, и растут характеристики двигателя.

Турбина и центробежный, воздушный насос – это две основные части любого турбокомпрессора, которые связаны между собой общей жесткой осью. Они вращаются с одинаковой скоростью и в одном направлении. Поток отработавших газов дает энергию, которая преобразовывается в крутящий момент и приводит в действие компрессор.

Как это работает?

Отработавшие газы, которые выходят из цилиндров двигателя, подаются на крыльчатку турбины. Она, в свою очередь, начинает преобразовывать кинетическую энергию в механическую энергию. Компрессор через воздушный фильтр засасывает свежий воздух, потом его сжимает, и подает в цилиндры двигателя. Таким образом, увеличивая количество топлива, которое можно смешать с воздухом, мы развиваем большую мощность двигателя.

На какие двигатели устанавливаются турбокомпрессоры.

На любые двигатели внутреннего сгорания, будь то дизельный, бензиновый или работающий на газе. Турбокомпрессоры могут использоваться на двигателях, как с большим, так и с малым рабочим объемом. Также, нет никакой разницы, будет ли это двухтактный, или четырехтактный двигатель.

Нет, так как турбокомпрессор смазывается маслом из системы смазки двигателя. И проблемы в этой области, откликнутся и на турбокомпрессоре.

Неисправность турбокомпрессора можно заметить по следующим признакам:

• начинает уменьшаться мощность двигателя,

• появляется из выхлопной трубы черный или синеватый дым,

• повышается расход масла,

• слышен шум при работе турбокомпрессора.

Однако не всегда эти признаки говорят о неисправности турбокомпрессора. Поэтому сначала необходимо проверить работу двигателя и его навесных агрегатов.

Если, все-таки, потребовался ремонт турбокомпрессора, то он обязательно должен проходить в специализированной мастерской, так как для этой работы очень важны определенные знания и умения, а также специальное оборудование. Еще один важный момент – необходимо соблюдать идеальную чистоту при выполнении ремонтных работ, так как, даже малейшая песчинка в турбокомпрессоре, может вызвать поломку этого агрегата.

• Каким способом можно продлить срок службы турбокомпрессора.

Здесь все просто. Обязательно следовать рекомендациям производителя авто. Однако, по статистике, лишь 30% автовладельцев, делают так. В результате этого, у остальных возникают проблемы.

Какие же правила необходимо знать, чтобы сохранить свой турбокомпрессор.

• Даем возможность маслу хорошо смазать турбокомпрессор. Для этого в течение пяти минут не допускаем высоких оборотов после запуска холодного двигателя.

• Прежде чем выключить двигатель, оставляем его работать на холостых оборотах не менее одной минуты. Если этого не сделать и заглушить двигатель на высоких оборотах, турбокомпрессор будет какое-то время вращаться без смазки, так как прекратит работу масляный насос. В этом случае, начинают повреждаться подшипники и кольца агрегата.

• Необходимо регулярно менять масляный фильтр и моторное масло. Но, следует использовать только специальное масло для "турбированных" двигателей.

Помня и выполняя эти правила, вы сохраните свой турбокомпрессор, и он, в свою очередь, отблагодарит вас надежной и длительной работой.

• И еще несколько слов о достоинствах турбокомпрессорного двигателя.

Сравнивая такой двигатель с атмосферным мотором, можно сказать, что его соотношение "масса/мощность" выше. Он не такой громоздкий, кривая крутящего момента лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации. Двигатель практически невосприимчив к значительной перемене высоты, а атмосферный, наоборот, на большой высоте теряет мощность. Кроме того, происходит лучшее сгорание топлива. Это в свою очередь, способствует уменьшению токсичности отработавших газов.

Материалы: http://www.autoshcool.ru/1035-naznachenie-ustrojstvo-i-rabota-turbokompressora.html

Назначение. Турбокомпрессор предназначен для наддува (подачи под давлением) воздуха в цилиндры двигателя при помощи энергии отработавших газов, выходящих из двигателя.

В результате наддува воздух в цилиндры поступает под повышенным давлением и в большем количестве. Поэтому становится возможным подать в цилиндры и большее количество топлива, а это приводит к приросту мощности на 35…36% по сравнению с безнаддувной моделью и снижению удельного расхода топлива до 4 г/кВт- ч.

Устройство и действие. Турбокомпрессор состоит из радиальной центростремительной газовой турбины (рис. 1, а, б, в) и центробежного одноступенчатого компрессора. Рабочие колеса турбины и компрессора жестко укреплены на одном валу и помещены в специальные корпуса. Корпус турбины отлит из чугуна, а компрессора — из алюминиевого сплава.

Во время работы двигателя отработавшие газы выходят с большой скоростью (до 30 м/с). По трубопроводу они поступают в камеру газовой турбины, откуда под давлением через сопловый аппарат — на лопатки рабочего колеса газовой турбины, заставляя ее вращаться с очень большой частотой (до 40 000 мин-1), а затем по трубе отводятся в атмосферу через глушитель.

Колесо компрессора, вращаясь на одном валу с турбиной, захватывает воздух, идущий из атмосферы через воздухоочиститель. Воздух, попадая на лопасти компрессора, начинает быстро вращаться вместе с ними и под влиянием центробежной силы сжимается. Сжатый воздух направляется в диффузор, где давление его еще более повышается за счет уменьшения скорости движения и оттуда под избыточным давлением 0,03…0,07 МПа через трубопровод 1 нагнетается в цилиндры двигателя.

Так как в трубопроводе все время поддерживается избыточное давление, масло через втулки клапанов для их смазки не поступает, а выталкивается. Поэтому у двигателей с турбокомпрессорами впускные клапаны смазываются дизельным топливом, отводимым от одной из форсунок по трубке (см. рис. 12) в отверстие А, сделанное в патрубке, подающем воздух от воздухоочистителя к компрессору.

У некоторых дизелей, имеющих турбонаддув, применяется промежуточное охлаждение воздуха, подаваемого турбокомпрессором. Это делается для того, чтобы подать в цилиндры дизеля еще больше воздуха (по массе). Если в цилиндрах будет больше воздуха, то, следовательно, можно подать и больше топлива, что, в свою очередь, повысит мощность двигателя.

Чтобы охладить воздух, поступающий в цилиндры, его направляют из компрессора по трубопроводу в воздухоохладитель, установленный впереди масляного и жидкостного радиаторов. Проходя через охладитель, воздух теряет часть теплоты, а затем по трубопроводу поступает в цилиндры двигателя.

Дизели, имеющие наддув и промежуточное охлаждение вследствие возрастания плотности воздуха, позволяют увеличить еще больше подачу топлива, в результате чего мощность дизеля увеличивается на 75%, а также снижается удельный расход топлива.

Рис. 1. Турбо компрессор:

а — общий вид; б — схема действия; в — охлаждение воздуха: трубопроводы;

Для повышения производительности машинно-тракторных агрегатов необходимо увеличение мощности дизеля. Этого можно добиться увеличением частоты вращения коленчатого вала, но оно приведет к ухудшению топливной экономичности, потому что возрастут механические потери в дизеле и уменьшится количество поступающего в цилиндры воздуха.

Мощность станет больше, если повысить давление газов на поршни, сжигая в цилиндрах увеличенные дозы топлива. Для этого нужно иметь в них большие весовые заряды воздуха. Увеличить подачу воздуха можно с помощью специального насоса, расходуя на это энергию, или использовать турбину с компрессором, не требующую дополнительной энергии. Такими турбокомпрессорами оборудуются многие выпускаемые и модернизированные дизели для тракторов и комбайнов.

Турбокомпрессор обеспечивает наддув (подачу под давлением) воздуха в цилиндры. Он работает за счет энергии отработавших газов, которая составляет около 30% от общей энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Обычно она теряется, а в турбокомпрессоре некоторая часть ее используется для работы. В результате одновременно с повышением мощности уменьшается удельный расход топлива.

Мощность дизеля, оборудованного турбокомпрессором, можно еще больше повысить, если охлаждать воздух, выходящий из компрессора в цилиндры. Плотность охлажденного воздуха повышается, его весовой заряд становится большим, что дает возможность подать и более эффективно сжигать повышенные дозы топлива. В результате давление в цилиндрах увеличивается, а мощность возрастает на 15…20%.

Рабочие части турбокомпрессора — колеса центростремительной турбины и центробежного компрессора (нагнетателя) — соединены общим валом. Горячие отработавшие газы, выходящие из цилиндров через коллектор, поступают под давлением в камеру Б турбины, проходят через каналы соплового венца и, расширяясь, устремляются на лопатки колеса турбины, вращая его с очень большой частотой (до 600…800 с-1). По выпускной трубе газы выходят в атмосферу.

Вал турбины вращает колесо компрессора, которое засасывает из атмосферы через воздухоочиститель 3 воздух, сжимает его и отбрасывает своими лопатками в полость А корпуса. Далее воздух проходит по расширяющимся каналам диффузора и поступает в улиткообразную полость корпуса. Скорость потока воздуха уменьшается, а давление в каналах соответственно увеличивается, превышая атмосферное в 1,5…1,6 раза. Под таким давлением воздух нагнетается в ресивер, а из него в цилиндры дизеля.

Чугунный корпус турбины выполнен с двумя входными каналами, соединенными с каналами выпускных коллекторов дизеля, и выпускным каналом для прохода газов в трубу.

Колесо турбины отлито из жаростойкой стали и трением приварено к стальному валу. Это колесо, вставка и сопловой венец образуют проточную часть турбины для прохода газов (как показано на рисунке 63,г).

На корпусе компрессора имеется центральный входной патрубок, к которому присоединен воздухоочиститель, и спиральный канал (улитка) для вывода воздуха из компрессора. Вставка, отлитая заодно с лопаточным диффузором Г, образует с каналом улитки и колесом проточную часть для прохода воздуха. Корпуса прикреплены к среднему корпусу. Детали отлиты из алюминиевого сплава.

Вследствие очень большой частоты вращения вала с колесами возможны вибрации компрессора. Чтобы их избежать, вал устанавливают на скользящем подшипнике типа «плавающая втулка». Бронзовая втулка вставлена в расточку корпуса с зазором до 0,1 мм. В этот зазор нагнетается масло, которое служит жидкостной подушкой, гасящей вибрацию.

От проворачивания и осевого смещения в корпусе втулка удерживается фиксатором. Поступающее из фильтра масло сливается по трубке в поддон дизеля. Между неподвижными и вращающимися деталями компрессора установлено уплотнение.

В дизелях с турбокомпрессорами повышаются температура деталей цилиндро-поршневой группы и нагрузки на эти детали. Для снижения температуры поршни некоторых дизелей охлаждаются с внутренней стороны струями масла. Чтобы детали выдержали повышенные нагрузки, их изготавливают из очень прочных сталей и применяют более прочные вкладыши шатунных и коренных подшипников коленчатого вала.

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Остались вопросы по теме:

© 2007-2017 Строй-Техника.Ру - информационная система по строительной технике.

Материалы: http://stroy-technics.ru/article/turbokompressor-traktora

Устройство и принцип действия турбокомпрессора направлены на увеличение давления топлива в коллекторе впуска для обеспечения максимального поступление кислорода в камеру, где происходит сгорание. Основное назначение турбины – значительное увеличение мощности двигателя. Даже увеличение давления на 1 атмосферу в коллекторе приводит к попаданию в двигатель двойной порции кислорода. Это позволяет даже небольшому двигателю отдавать такую мощность, как вдвое больший его аналог, но не оснащенный турбонаддувом.

Устройство и принцип действия турбокомпрессора – автотурбина

Рассмотрим, принцип работы турбины на авто. Поток выхлопных газов поступает из выпускного коллектора в горячую часть турбины, там воздействует на лопасти крыльчатки, приводя ее в движение вместе с валом. На нем закреплена также крыльчатка компрессора, расположенного в холодном отсеке турбины. Она при вращении повышает давление в системе впуска, обеспечивая увеличенное поступление в камеру сжигания топлива и воздуха.

Принцип действия турбины автомобиля

Устройство турбины автомобиля не сложное, она состоит из:

• Улитки компрессора, которая всасывает воздух, а затем нагнетает его в коллектор впуска;
• Улитки, расположенной в горячей части – здесь выхлопные газы заставляют вращать турбину, после чего выбрасываются в систему отработанных газов на выход;
• Крыльчатки компрессора, а также ее аналога в горячей части;
• Шарикоподшипникового картриджа;
• Корпуса, соединяющего улитки, имеющего систему охлаждения и системы подшипников.

Устройство турбины автомобиля

Во время работы устройство подвергается значительным термодинамическим нагрузкам. Попадающие в турбину выхлопные газы достигают температуры 900°С, из-за чего ее корпус делают чугунным, причем для отливки используется особая технология. Обороты турбинного вала могут достигать показателя 200 000 об/мин, поэтому в конструкцию устанавливают высокоточные детали, которые тщательно подгоняют и затем балансируют. Также для турбины предъявляются высокие требования к смазочным материалам. Отдельные турбонагнетатели оборудованы так, что система смазки является одновременно охлаждением узла подшипников.

Охлаждающая система турбокомпрессоров необходима для улучшения передачи тепла от его механизмов и частей. Наиболее распространенные варианты охлаждения деталей — масляный способ и комплексное охлаждение антифризом и маслом. Оба типа имеют свои преимущества, но не лишены и недостатков.

Охлаждение маслом

• Меньшая эффективность в сравнении с системой, где выполняется использование антифриза с маслом;

Высокая требовательность к составу масла;

Турбина с масляным охлаждением

Изначально устройство турбокомпрессора имело только масляное охлаждение, которое быстро достигало высоких температур, проходя через подшипники. Такое масло начинает сразу закипать, возникает эффект коксования, из-за которого забиваются каналы, существенно ограничивая доступ охлаждения и смазки к подшипникам.

В результате подшипники изнашиваются, их заклинивает, необходим дорогостоящий ремонт. У такой неполадки имеется несколько причин:

• Некачественное или не то, которое рекомендовано для двигателя масло;
• Превышение сроков замены масла;
• Неисправности смазочной системы двигателя автомобиля.

Комплексное охлаждение турбины антифризом и маслом

Преимуществом этого варианта становится большая эффективность получаемого охлаждения. Существенный недостаток – усложнение конструкции турбонагнетателей, что повышает их стоимость.

Турбина с масляным и водяным охлаждением

Устройство турбонаддува в варианте охлаждения турбин антифризом и маслом более сложное, поскольку в нем имеется отдельный масляный контур, а также система с охлаждающей жидкостью. Зато повышается эффективность работы, устраняются проблемы закипания масла.

Для такого турбонагнетателя масло служит, как и прежде, для охлаждения и смазки подшипников, а антифриз, подаваемый из общей цепи охлаждения двигателя, предотвращает перегрев и не дает закипать маслу. Из-за такой сложности увеличивается цена турбонагнетателя.

При работе горячей турбины воздух, нагнетаемый компрессором в ее корпусе, сильно сжимается, отчего происходит его нагрев. Это вызывает нежелательные последствия, поскольку при высокой температуре в воздухе меньше кислорода. Значит, эффективность наддува также снижается. Для борьбы с подобным явлением начали, используя рекомендации ученых, устанавливать в турбину интеркулер – вспомогательный охладитель воздуха.

Интеркулер для турбины

Конструкторы устройства отмечают, что нагрев воздуха далеко не единственная задача, которую им приходится решать при проектировании турбины. Насущной проблемой также становится ее инерционность – задержка реакции двигателя на открытие в коллекторе дроссельной заслонки.

Турбина максимально эффективна, когда достигаются определенные обороты вращения коленчатого вала. Среди автолюбителей даже распространено мнение, что турбонаддув включается только тогда, когда скорость автомобиля достигает определенного значения. Хотя турбина работает постоянно, а значение числа оборотов, при которых ее действие наиболее эффективно, для каждого двигателя индивидуальное.

Решая проблемы устройства турбин, конструкторами была разработана схема, в которой соединились нагнетатели двух компрессоров. Эта конструкция получила название twin-turbo.

Установка турбин твинтурбо

Твинтурбо – это система, в которой несколько одинаковых турбин соединены параллельно. Их задача – повысить давление и объем поступающего воздуха. Система управления включает твин-турбо в момент, когда необходимо получить на повышенных оборотах максимальную мощность.

Подобный компрессор реализован в прославленном японском авто бренда Nissan, который получил имя Skyline Gt-R.

Двигатель Ниссан с системой твинтурбо

В нем установлен мотор rb26-dett. Аналогичная система, однако, оснащенная одинаковыми небольшими турбинами позволяет получить заметный прирост мощности даже при малых оборотах, при этом поддерживать турбонаддув постоянно.

Последовательное соединение разных турбин получило название «битурбо».

Конструкция турбины битурбо

Конструкция сделана так, что при невысоких оборотах функционирует лишь маленькая турбина, которая обеспечивает «отзывчивость» при плавно изменяемой скорости. Если обороты резко возрастают, включается «крупная» турбина". Это позволяет машине получить значительный прирост производительности, причем в любом диапазоне функционирования двигателя. Подобная система реализована в моделях BMW biturbo, тюнинг которых вызывает восхищение.

Система битурбо от БМВ

В числе современных разработок, уже радующих автовладельцев, турбина VGT, у которой лопатки крыльчатки изменяют свой угол наклона, направляя ее в сторону, куда направлены выхлопные газы.

Турбина с изменяемым углом наклона лопаток

Когда обороты двигателя небольшие, становится более узким пропускное сечение выхода в турбину выхлопных газов, поэтому «выхлоп» получается более быстрым. Чаще эту систему применяют для дизельных агрегатов, но есть разработки и для бензиновых двигателей.

Также к инновационным разработкам относится система twinscroll, где благодаря двойному контуру, по которому совершают обход выхлопные газы, получается, что их энергия вращает общий ротор с компрессором и крыльчаткой.

При этом имеется два варианта реализации:

1. Выхлопные газы проходят одновременно оба контура и система функционирует как twinturbo.
2. Второй тип работает наподобие схемы biturbo – имеется два контура, у которых разная геометрия. Когда обороты невысокие, выхлопные газы идут по краткому контуру, увеличивающему энергию и скорость благодаря небольшому диаметру. Если обороты повышаются, выхлопные газы поступают в контур, имеющий больший диаметр – при этом рабочее давление сохраняется во впускной системе и отсутствует запор для выхлопных газов. Распределение регулируют механические элементы — клапаны, переключающие потоки.

Сейчас выпускают усовершенствованные турбины, поэтому их популярность возрастает все больше . Турбокомпрессоры перспективны как в плане форсирования моторов, так и потому, что повышают экономичность двигателя, чистоту его выхлопа.

Материалы: http://blog-mycar.ru/obshhee-ustrojstvo-avtomobilya/podrobnoe-ustrojstvo-turbiny.html