Турбокомпресор - що це?
Турбокомпресор - що це?
Турбокомпресори – це примусової наддув системи живлення двигуна. Вони використовуються для стиснення повітря, що надходить у двигун. Перевагою стиснення повітря є те, що він дозволяє двигуну більше стисненого повітря в циліндр, а більше повітря означає, що більша кількість палива може якісніше згоріти. Таким чином, ви отримаєте більше потужності від кожного вибуху в кожному циліндрі. Турбований двигун, типу TDI, CRDI, TSI, TFSI, виробляє більше енергії, ніж просто атмосферний двигун. Це може значно підвищити потужність на одиницю маси для двигуна.
Для того щоб досягти цього наддуву, треба купити турбокомпресор, і турбокомпресор використовує потік вихлопних газів двигуна і обертає турбіну, яка, в свою чергу нагнітає повітря компресором турбіни. Турбіна турбокомпресора обертається зі швидкістю до 180 000 оборотів в хвилину (RPM) - це приблизно в 30 разів швидше, ніж у більшості автомобільних двигунів. А так як він підключений до вихлопного колектора, температура в турбіні дуже висока. Тому всі деталі турбокомпресора, турбіни, виготовлені з жароміцних матеріалів і металів.
Що таке турбокомпресор?
Основи турбонаддува
Один з найвірніших способів отримати більше потужності від двигуна є збільшення кількості повітря і палива, яке може згоріти. Один із способів зробити це, як варіант можна додати кілька циліндрів або зробити поточні циліндри більше. Але іноді такі зміни можуть виявитися неможливими, чисто з технічної сторони – Турбокомпресор, турбіна, ТКР може бути більш простою, більш компактним способом щоб домогтися більш високої потужності двигуна.
Турбокомпресор дозволять двигуну спалювати більше палива і повітря шляхом подачі стисненого повітря в циліндри. Типова подача повітря турбіною надаються в циліндри, від турбокомпресора одно від 6 до 8 фунтів на квадратний дюйм. А нормальний атмосферний тиск становить 14,7 фунтів на квадратний дюйм, так можна побачити, що ви отримуєте близько 50 відсотків більше повітря в двигун. Таким чином, можна було б очікувати, що ви можете отримати на 50 відсотків більше енергії. Але це зовсім не ефективно, так що ви могли б отримати від 30 до 40-процентне поліпшення, а не втрати.
Однією з причин неефективності є те, що обертання турбіни не є довільним, воно залежне. Після турбіни потік вихлопних газів підвищує обмеження у вихлопних газах. Це означає, що в такті випуску, двигун повинен штовхати вище зворотного тиску. Це забирає небагато потужності від циліндрів, які вистрілюють у це ж час.
Турбокомпресори на великих оборотах.
Турбокомпресор забезпечує потужність на великих обертах, де повітря менш щільний. Нормальні двигуни при цьому будуть відчувати знижену потужність на великих обертах, тому що для кожного ходу поршня, двигун отримає меншу масу повітря. Турбований двигун, також відчуває таку втрату потужності, але зниження буде менш драматичним, тому що розріджене повітря легше потрапляє за допомогою турбокомпресора, і сам компресор також.
Старі авто з карбюраторами, автоматично збільшують витрату палива, щоб забезпечити потрібне , підвищеним потоком повітря циліндри. Сучасні автомобілі з уприскуванням палива також роблять це. Система вприскування палива залежить від датчиків кисню у вихлопних газах щоб визначити, співвідношення, співвідношення повітря-паливо.
Як працює турбонаддув?
Турбокомпресор кріпиться до випускного колектора двигуна. Вихлоп з циліндрів потрапляє в колектор і обертає ротор турбокомпресора ( Вал турбіни), який працює як газотурбінний двигун. Турбіна з'єднана валом з компресором, який розташований між повітряним фільтром і впускним колектором. Компресор турбіни нагнітає повітря і подає його в камери згоряння, порншя. Вихлоп з циліндрів проходить через лопаті турбіни, внаслідок чого турбіна обертається. Чим більше вихлопних газів, які проходять через лопаті ротора, тим швидше він обертається. На іншому кінці вала, турбіна приєднана, до повітряного компресора. Компресор є одним з видів відцентрових насосів - він тягне повітря з повітрозабірника, а лопаті крильчатки нагнітають повітря.
Для того щоб витримувати високі оберти вала ротора турбіни, а вони сягають до 180 000 оборотів в хвилину, турбінний вал повинен бути від балансовано і ретельно закріплено в підшипниках ковзання і працювати в олійно плівці. Таким чином вал турбіни не тільки змащується олією , але і охолоджується. Працюючи в олійно плівці, вал турбіни, працює без тертя об підшипник ковзання, що забезпечує їй стабільну і міцну роботу, і великі обороти.
Недоліки турбокомпресора, турбіни.
- Занадто високий тиск
Повітря нагнітається в циліндри під тиском за допомогою турбокомпресора, а в подальшому стискається поршнем, при такій роботі є велика небезпека перегріву двигуна. Перегрів відбувається тому, що, при стислому повітрі, температура повітря збільшується. Температура може підвищуватися достатньо для запалення палива до спрацьовування свічки запалювання. Автомобілі з турбіною повинні заправлятися паливом з більш високим октановим числом палива, щоб уникнути перегріву. Якщо тиск наддуву дуже висока, ступінь стискування двигуна може бути зменшена, щоб уникнути удару.
2. Турбояма (Провал)
Одна з основних проблем двигунів з турбокомпресором є те, що вони не забезпечують миттєве збільшення швидкості, потужності, при натисканні на газ. При натисканні на газ відбувається деяка затримка у прискоренні автомобіля, яка обумовлена так званої турбоями і тільки потім автомобіль починає стрімко прискорюватися.
Один із способів зменшення турбо затримки є зниження інерції обертової частини, в основному, за рахунок зменшення їх ваги. Робиться це за рахунок зменшення ваги лопатей валу колеса компресора, це дозволяє турбіни і компресора швидше досягти максимальних обертів для прискорення, щоб швидко почати прискорення і потужність автомобіля.
3. Маленький турбокомпресор проти великої турбіни.
Один вірний спосіб, щоб зменшити інерцію турбіни і компресора, потрібно зробити турбокомпресор менше. Малий турбокомпресор забезпечить новий імпульс більш швидко і при більш низьких обертах двигуна, але не може забезпечити такий же імпульс на більш високих обертах двигуна, коли дійсно потрібен більший об'єм повітря, збирається в двигун. Крім того, небезпека надто швидко при більш високих обертах двигуна, коли багато вихлопних газів, що проходять через турбіну.
Великий турбокомпресор може надати велику віддачу на високих обертах двигуна, але може мати турбо затримку на малих обертах, з-за того що важче.
У наступному розділі ми розглянемо деякі прийоми, якими користуються для вирішення цих проблем.
Вакуумний клапан. ( VNT механізм). Вакуум.
Більшість автомобільних турбокомпресорів мають перепускний клапан, який дозволяє використовувати менший турбокомпресор щоб зменшити затримку, турбо яму, і запобігання його обертання занадто швидко, при дуже високих оборотах. Вакуумний клапан який дозволяє вихлопних газів обійти лопаті вала турбіни. Перепускним клапаном почуття тиску наддуву. Якщо тиск стає занадто високим, це може бути показником того, що турбіна обертається дуже швидко, так що вакуумний клапан спрацьовує, відкриває заслінку, і частина вихлопних газів, обходить навколо лопаток турбіни, що дозволяє лопат сповільняться.
Кулькові підшипники для турбокомпресора, турбіни!
Деякі виробники використовують для турбокомпресорів кулькові підшипники замість, підшипників ковзання ротора турбіни. Але це не звичайний кулькові підшипники - вони супер точні підшипники виготовлені з сучасних матеріалів для високих швидкостей і для роботи намаксимально високих робочих температурах турбокомпресора. Вони дозволяють валу турбіни обертатися з меншим тертям, ніж підшипники ковзання, які у більшості турбокомпресорів. Вони також дозволяють використовувати ротор для турбіни з найменшою вагою. Це допомагає прискорити турбокомпресора швидше, ще більше знижуючи турбо яму.
Керамічні ротора турбіни, турбокомпресора.
Керамічні лопаті турбіни легше, ніж сталеві лопати, використовувані в більшості турбокомпресорів. Знову ж таки, це дозволяє турбинедостигать максимальних робочих обертів швидше, що зменшує турбо яму.
Використання двох турбін. Бі-Турбо
Деякі виробники використовують два турбокомпресора різного розміру. Менший швидко розкручується на мінімальних обертах двигуна, зменшуючи відставання, в той час як більший починає нагнітати вже при більш високих обертах двигуна, щоб забезпечити більш високий імпульс.
