Всё большее количество производителей автомобилей устанавливают турбину или турбокомпрессор. Популярность этого агрегата в последнее время значительно возросла. Но чем обусловлен столь высокий интерес производителей машин к установке турбин?
Турбина представляет собой технически сложный агрегат, позволяющий существенно увеличить мощность мотора машины даже с небольшим объёмом двигателя. Сегодня все производители автомобилей озадачились ввиду его значительного подорожания.
Но установка мотора малой мощности на машину среднего и премиум диапазона со значительной массой способна превратить езду в настоящее мучение. Удовольствие от поездок на маломощном автомобиле будет сомнительным. Именно турбина своим появлением позволила решить проблему повышения мощности мотора без увеличения его объёма.
Как работает турбина?
Турбина нагнетает большое количество воздуха в цилиндры двигателя машины. Всё это даёт возможность получить обогащённую воздушно-топливную смесь, значительно увеличивающую мощность мотора. После нажатия на педаль газа автомобиль словно получает невидимый «пинок» значительно ускоряясь. Именно так работает агрегат.
С одинаковой эффективностью турбина может использоваться как на дизельном, так и бензиновом моторе. Конструктивно турбокомпрессор и двигатель транспортного средства представляют собой единое целое. Принцип работы агрегата достаточно простой. Именно поэтому ресурс эксплуатации турбины одинаков с ресурсом мотора машины при условии правильной эксплуатации и своевременного ухода.
Основные причины выхода из строя турбины?
Причины выхода из строя автомобильных турбин могут быть различные и зависят от одного или совокупности факторов:
- механическое повреждение корпуса или крыльчатки;
- люфт крыльчатки;
- недостаточный уровень моторного масла;
- коррозийные процессы;
- неправильная установка турбины;
- редкая замена моторного масла.
Турбокомпрессор автомобиля достаточно требователен к уходу и нуждается в правильной эксплуатации. Необходимо помнить, что ремонт турбины достаточно дорогое удовольствие.
Как можно определить выход из строя турбины?
Опытные водители достаточно просто могут определить неисправность турбины автомобиля. Но зачастую подобная диагностика не может установить, что именно привело к поломке агрегата.
Среди основных признаков неисправности турбокомпрессора можно выделить следующие:
- появление неприятного свиста под капотом машины при разгоне;
- значительные в районе установки турбины или ;
- включение значка неисправности двигателя на панели приборов;
- значительное снижение мощности мотора.
При выявлении вышеперечисленных признаков необходимо как можно быстрее обратиться за помощью к специалистам. Они, используя специальное оборудование, смогут установить причину выхода из строя турбокомпрессора. Сегодня необязательно приобретать новую турбину можно провести капитальный ремонт неисправного агрегата.
Спасибо за внимание, удачи вам на дорогах.
Должен обладать внушительным набором выдающихся показателей, которые традиционным конструктивным путём достигнуть всё сложнее. Именно поэтому даже в семейных автомобилях всё чаще применяется система принудительного нагнетания, или турбонаддув.
Передовые конструкторские разработки уже направлены не только на совершенствование наддува системы питания двигателя, которая была изобретена более ста лет назад, но и на оснащение аналогичной системой автомобильного выхлопа. Всё это должно вывести характеристики скромных по рабочему объёму моторов на небывалый уровень.
Для того чтобы понять, для чего нужен турбонаддув, а также как он действует, необходимо знать, что для полноценной работы двигателю внутреннего сгорания нужно не только топливо, но и воздух, который обеспечит его горение. Фактически, в камеру сгорания должна поступать топливовоздушная смесь в определённой пропорции. После этого происходит сгорание смеси и по завершении рабочего цикла - удаление выхлопных газов.
Классический турбонагнетатель позволяет добиться увеличения мощности двигателя за счёт создания избыточного давления воздуха в камере сгорания, таким образом повышая воспламеняемость смеси. Турбонаддув фактически создаёт давление, достаточное для того, чтобы сжать воздух и закачать в большее его количество, чем при атмосферном давлении.
Основной рабочий элемент нагнетателя - лопастная крыльчатка, которая выполняет двойную функцию: засасывает воздух в камеру турбины, а затем, благодаря огромной скорости вращения в 150-200 тысяч оборотов в минуту, создаёт давление, способное уменьшить объём, занимаемый этим воздухом. Как известно из курса физики, в процессе сжатия происходит нагревание воздуха, что можно уже отнести к недостаткам этой системы. Именно необходимость решения данной проблемы вынудила конструкторов прибегнуть к использованию промежуточного охлаждения воздуха, перекачиваемого из турбины в мотор.
Устройство для такого охлаждения получило название «интеркулер» и использует принцип теплообменника, понижающего температуру воздуха с помощью охлаждающей жидкости.
Кардинальных отличий между системами турбонаддува, устанавливаемыми на бензиновых и дизельных двигателях, нет, всё зависит только от степени наддува. Как правило, оснащаются более производительными конструкциями, а бензиновые - создающими небольшое давление наддува. Это обусловлено тем, что при существенном повышении оборотов, происходящем при наличии турбокомпрессора, бензиновые моторы склонны к возникновению детонации, поэтому их системы не столь эффективны.
Преимущества турбонаддува:
Дополнительная «бесплатная» мощность
Принято считать, что установка дополнительной турбины на выпускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания даст дополнительную энергию для вращения аналогичного устройства на впуске, что позволит вместо простого выброса выхлопных газов получить дополнительный источник энергии для турбонаддува.
Утверждение это довольно спорное, поскольку на протяжении десятилетий автомобильные инженеры боролись за снижение сопротивления выпуска, что в свою очередь снижает внутренние потери и повышает мощность мотора. Если вмонтировать в эту систему генерирующее устройство, то мы получим существенный рост сопротивления на выходе из мотора. Таким образом, - это не бесплатная дополнительная энергия, уместнее использовать понятие «дешёвая дополнительная энергия».
Механика этого процесса предельно проста. Турбокомпрессор, создающий избыточное давление на впуске, состоит из двух основных элементов - турбинное и компрессорное колесо. Турбинное колесо использует энергию выхлопных газов для того, чтобы создавать крутящий момент для компрессорного, которое и сжимает воздух. Сам компрессор встраивается в контур системы охлаждения двигателя, поскольку в процессе работы его температура достигает высоких величин. Для регулирования степени наддува используется перепускной клапан, который при необходимости может пускать часть выхлопных газов в обход турбины, чтобы снизить давление внутри системы.
Оптимизация соотношения массы двигателя и его веса
Переход на технологию турбонаддува позволил отказаться от необходимости увеличения рабочего объёма и количества цилиндров для повышения мощности двигателя. Это позволяет получить хорошие показатели от небольших и, соответственно, лёгких моторов, в результате чего уменьшается и снаряженная масса автомобиля, и, как следствие, возрастает динамика разгона и сокращается тормозной путь.
Экономичность
Если сравнивать показатели удельного турбированного мотора и атмосферного двигателя аналогичной мощности, то разница в пользу первого будет очевидна. Это обусловлено тем, что на один рабочий цикл затрачивается меньше топлива, за счёт повышения полноты его сгорания. Фактически мы имеем обеднённую смесь, негативные факторы которой полностью компенсируются избыточным давлением воздуха.
Недостатки турбонаддува:
Провал в разгонной динамике или «турбояма»
Суть этого явления заключается в том, что при разгоне с малых оборотов, вместо интенсивного ускорения, мы получаем вялую динамику, зачастую уступающую атмосферным аналогам. Дело в том, что работа турбонаддува напрямую связана с частотой вращения коленвала двигателя (при этом механической связи между этими элементами нет), и если эта величина невелика, то и эффективности от наддува не будет.
Кроме того, определённое влияние на этот процесс оказывает и большая инертность системы надува, поскольку для создания необходимого давления на впуске требуется определённое время. Для решения этой задачи проводится огромная работа, результаты которой уже позволили минимизировать продолжительность такого провала в динамике. Кроме того, переход на автоматическую трансмиссию или использование вариатора позволяет автомобилю автоматически при разгоне переходить на пониженную передачу, что сводит негативное явление к нулю.
Конструктивное решение вышеописанной проблемы инертности наддува сводится к внедрению одного из следующих механизмов:
- битурбонаддув (двойной наддув);
- турбина с адаптивной геометрией;
- комбинированный наддув.
Двойной турбонаддув (битурбонаддув) заключается в применении двух параллельных систем наддува и базируется на том принципе, что две небольшие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна полноразмерная. Количество цилиндров, для которых каждая из этих турбин создаёт необходимое давление, делится между ними поровну. Разновидностью этой системы является использование нескольких компрессоров, активируемых на разных оборотах двигателя (каждый в своём рабочем диапазоне).
Турбина с адаптивной геометрией позволяет повысить эффективность системы за счёт оптимизации потока выхлопных газов путём изменения площади впускного канала.
Комбинированный наддув представляет собой систему, состоящую из механического нагнетателя, обеспечивающего необходимое давление на малых оборотах, и турбокомпрессора, включающегося в работу по достижении определённой частоты вращения коленвала.
Повышенная температура
Как уже упоминалось выше, сжатие воздуха неразрывно связано с его нагревом, что негативно сказывается на работе двигателя. Ввиду этого, необходимо вводить дополнительную систему охлаждения, которая также является потребителем вырабатываемой энергии.
Турбина (турбокомпрессор) стала определяющим агрегатом в деле увеличения мощности моторов.
Что такое турбина и для чего она нужна?
Турбина — устройство в автомобиле, которое направлено на увеличение давления во впускном коллекторе автомобиля для того, чтобы обеспечить большее поступление воздуха, а значит и кислорода, в камеру сгорания.
Главное назначение турбины – с ее помощью можно значительно увеличить мощность автомобиля. При увеличении давления во впускном коллекторе на 1 атмосферу в камеру сгорания попадет в два раза больше кислорода, а значит от небольшого турбового двигателя можно ожидать мощности как от атмосферника с объемом в два раза больше — грубая теоретическая арифметика не лишенная смысла…
Принцип работы турбокомпрессора
Принцип работы турбины несложен: горячие выхлопные газы через выпускной коллектор поступают в горячую часть турбины, проходят через крыльчатку горячей части приводя ее и вал на который она крепится в движение. На этом же вале закреплена крыльчатка самого компрессора в холодной части турбины, эта крыльчатка при вращении создает давление во впускном тракте и впускном коллекторе, что обеспечивает большее поступление воздуха в камеру сгорания.
Турбина состоит из двух улиток — улитки компрессора, через которую всасывается воздух и нагнетается во впускной коллектор, и улитки горячей части, через которую проходят выхлопные газы вращая колесо турбины и выходят в выхлопной тракт. Из крыльчатки компрессора и крыльчатки горячей части. Из шарикоподшипникового картриджа. Из корпуса, который соединяет обе улитки, держит подшипники, так же в корпусе находится охлаждающий контур.
В процессе работы турбина подвергается очень большим термодинамическим нагрузкам. В горячую часть турбины попадают выхлопные газы очень большой температуры 800-9000 °С, поэтому корпус турбины изготавливают из чугуна особого состава и особого способа отливки.
Частота вращения вала турбины достигает 200 000 об/мин и более, поэтому изготовление деталей требует большой точности, подгонки и балансировки. Помимо этого в турбине высокие требования к используемым смазочным материалам. В некоторых турбинах служит так е системой охлаждения подшипниковой части турбины.
Система охлаждения турбин
Система охлаждения турбин двигателя служит для улучшения теплоотдачи частей и механизмов турбокомпрессора.
Существует два самых распространенных способа охлаждения деталей турбокомпрессора — охлаждение маслом, которое используется для смазки подшипников и комплексное охлаждение маслом и антифризом из общей системы охлаждения автомобилем.
Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков.
Охлаждение маслом.
Преимущества:
- Более простая конструкция
- Меньшая стоимость изготовления самой турбины
Недостатки:
- Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с комплексной системой
- Более требовательна к качеству масла и к его более частой смене
- Более требовательна к контролю за температурным режимом масла
Изначально, большинство серийных двигателей с турбонаддувом оснащались тубинами с масляным охлаждением. При прохождении через шарикоподшипниковую часть масло сильно нагревалось. Тогда, когда температура выходила за пределы нормального рабочего температурного диапазона, масло начинало закипать, коксоваться забивая каналы и ограничивая доступ смазки и охлаждения к подшипникам. Это приводило к быстрому износу, заклиниванию и дорогостоящему ремонту. Причин у неполадки могло быть несколько — некачественной масло или не рекомендованное для данного типа двигателей, превышение рекомендованы сроков замены масла, неисправности в системе смазки двигателя и пр.
Комплексное охлаждение маслом и антифризом
Преимущества:
- Большая эффективность охлаждения
Недостатки:
- Более сложная конструкция самого турбокомпрессора, как следствие большая стоимость
При охлаждении турбины маслом и антифризом повышается эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Но данная систем охлаждения имеет более сложную конструкцию т.к. имеет раздельные масляный контур и контур охлаждающей жидкости. Масло как и прежде служит для смазки подшипников и для охлаждения, а , который используется из общей системы охлаждения двигателя, не дает перегреться и закипеть маслу. Как следствие увеличивается стоимость самой конструкции.
При работе турбины воздух под действием компрессора сжимается и, как следствие, очень сильно греется, что приводит к нежелательным последствиям т.к. чем выше температура воздуха, тем меньшее количество кислорода в нем содержится — тем меньше эффективность наддува. С этим явлением призван бороться — промежуточный охладитель воздуха.
Нагрев воздуха не единственная проблема, с которой пытаются справиться конструкторы при проектировании турбодвигателя. Насущной проблемой является инерционность турбины (лаг турбины, турбояма) — задержка в реакции мотора на открытие дроссельной заслонки. Турбина выходит на пик своих возможностей при определенных оборотах двигателя, отсюда и появилось мнение, что турбина включается при определенных оборотах. Турбина в большинстве случаев, работает всегда, а значение оборотов при которых ее эффективность максимальная у каждого двигателя и у каждой турбины разные. В погоне за решением этой проблемы появились системы их двух турбин (твин-турбо , twin-turbo , би-турбо , biturbo ), твин-скрол (twin-scroll ) турбины, турбины с изменяемой геометрией сопла и изменяемым углом наклона крыльчатки (VGT ), изменяются материалы частей чтобы повысить прочность и увеличить вес (керамические лопатки крыльчатки) и пр.
Twin-turbo (твин-турбо) — система при которой используются две одинаковые турбины. Задача данной системы повысить объем или давление поступающего воздуха. Используется когда необходима максимальная мощность на высоких оборотах, например в драг-рейсинге. Такая система реализована на легендарном японском автомобиле Nissan Skyline Gt-R с двигателем rb26-dett.
Такая же система, но с маленькими одинаковыми турбинами позволяет добиться прироста мощности при небольших оборотах и держать наддув постоянным до красной зоны.
Biturbo (би-турбо) — систем а с двумя разными турбинами, которые соединены последовательно. Система устроена таким образом, что при низких оборотах работает маленькая турбина, обеспечивая хороший отклик на малых оборотах, при определенных условиях «включается» большая турбина и обеспечивает наддув при высоких оборотах. Это позволяет автомобилю уменьшить лаг двигателя и получить хороший прирост производительности во всем диапазоне работы двигателя.
Такая систем турбонаддува используется в автомобилях BMW biturbo.
Турбина с изменяемой геометрией (VGT ) — система при которой лопатки крыльчатки в горячей части могут изменять угол наклона к потоку выхлопных газов.
При малых оборотах двигателя пропускное сечение прохода выхлопных газов становится более узкое и «выхлоп» проходит с большей скоростью и большей отдачей энергии. Когда обороты двигателя увеличиваются проходное сечение становится шире и и уменьшается сопротивление движению выхлопных газов, но при этом достаточно энергии для создания необходимого давления компрессором. Чаще систему VGT используют на дизельных двигателях т.к. там меньше тепловые нагрузки, меньшая скорость вращения ротора турбины.
Twin-scroll (двойная улитка) — система состоит из двойного контура движения выхлопных газов энергия которых вращает один ротор с крыльчаткой и компрессором. При этом существует два типа реализации когда выхлопные газы идут по обоим контурам сразу, при этом система работает как twin-turbo в одном корпусе — выхлопные газы делятся на два потока каждый из которых идут в свой контур горячей части раскручивая ротор турбины. Второй тип реализации работает на подобии системы biturbo — горячая часть имеет два контура с разной геометрией, при низких оборотах выхлопные газы направляются по меньшему контуру, который увеличивает скорость и энергию прохождения за счет небольшого диаметра, при повышении оборотов двигателя выхлопные газы двигаются по контуру диаметр которого больше — тем самым сохраняется рабочее давление в системе впуска и не создается запора на пути выхлопных газов. Это все регулируется клапанами, которые переключают поток из одного контура в другой.
Кто-то ценит в автомобилях комфорт, другие выбирают себе транспортное средство в зависимости от престижности, третье отдают предпочтение сверхсовременной электронике. Предпочтений множество. Но всех водителей объединяет желание иметь быстрый и мощный автомобиль.
Внимание! Турбонаддув позволяет добиться роста мощности автомобиля.
Вам, наверное, не раз приходилось замечать на машине надпись turbo. Обычно подобные шильды крепятся на багажнике неподалёку от названия вместе с объёмом двигателя. Но что означает для автомобиля система турбонаддува, знают немногие.
Зачем нужен турбонаддув
Чтобы узнать, что такое турбонаддув в общих чертах, необходимо понять мотивацию автомобилестроителей. Каждый автомобильный концерн желает, чтобы его машины имели высокую скорость и хорошие динамические показатели. Именно поэтому инженеры идут на самые разнообразные шаги, чтобы усовершенствовать свои концепты. Турбонаддув — это один из наиболее эффективных и простых шагов повышения мощности.
Вспомните хотя бы эволюцию автомобильного двигателя. Сначала серийные автомобили не разгонялись быстрее 50 миль в час, но прошло не более 20 лет, как этот показатель пересёк отметку в 100. Если же говорить про количество лошадиных сил и объёмы двигателей, то они росли просто с ошеломляющей скоростью.
Внимание! Установка в своё время на автомобили турбонаддува значительно помогла в борьбе за мощность.
Чтобы не быть голословными, сравним Ford Model T (это первый серийный автомобиль) и Ferrari 458 Speciale. Первый имел 20 лошадиных сил, а вторая больше 600. Прогресс за сто лет более чем впечатляющий. Естественно, важную в нём роль сыграла установка на машины турбонаддува.
Желая ещё больше увеличить динамические показатели мотора, автомобильные производители прибегали к самым разным хитростям. Одной из самых интересных технических новинок является система турбонаддува.
Принцип работы
Автомобильный двигатель работает за счёт сгорания топлива. Чем больше его сжигается, те выше прирост мощности. Это простая, но действенная закономерность, которой воспользовались инженеры, создавая систему турбонаддува.
Но не всё так просто как может показаться, на первый взгляд. Чтобы топливо горело, необходим кислород. Поэтому в цилиндры попадает не топливо в чистом виде, а его смесь с воздухом.
Важно! Топливо и воздух должны быть перемешаны в правильной пропорции, иначе ничего работать не будет. Турбонаддув позволяет не только подавать правильное количество воздуха, но и делать это максимально эффективно.
Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то на одну часть топлива припадает 14—15 частей бензина. Это довольно грубый подсчёт, так как во внимание необходимо брать состав топлива, а также характеристики всей системы.
Простой двигатель работает по следующему принципу: он засасывает воздух в цилиндры благодаря разности давлений. Как результат, чем больше объём цилиндра, тем больше количество кислорода. Естественно, это напрямую влияет на размеры двигателя: система турбонаддува помогает значительно уменьшить габариты конструкции.
Внимание! Турбонаддув позволяет загнать в цилиндры намного больше воздуха, без увеличения размеров последних.
История создания турбонаддува и его прототипов
Придумал систему турбонаддува Вильгельм Даймлер. Этот немецкий учёный изобрёл двигатель. Через несколько лет экспериментов он начал использовать для закачки воздуха в нагнетатель.
Нагнетатель и был прототипом современного турбонаддува. Он состоял из вентилятора, последний вращался за счёт работы двигателя. В результате эффективность всей системы повышалась в несколько раз.
Но это было только началом истории турбонаддува. Альфред Бюхи пошёл куда дальше. В 1905 он запатентовал аппарат, использующий для своей работы энергию выхлопных газов. Именно так была создана первая в мире система турбонаддува.
Всё что нужно знать о турбонаддуве
Использование системы турбонаддува на бензиновых и дизельных двигателях
Система турбонаддува применяется как на дизельных, так и на бензиновых двигателях. Но не всё так просто уровень эффективности кардинально отличается. Использование данного устройства на дизеле позволяет добиться качественно других результатов.
Внимание! Всё дело в повышенной степени сжатия. Также дизельные двигатели с системой турбонаддува имеют меньшую частоту вращения вала.
Нужно заметить, что использование системы турбонаддува на бензиновых двигателях имеет определённые ограничения. Во-первых, существует риск детонации из-за слишком высоких оборотов двигателя. Во-вторых, на устройствах, работающих за счёт бензина, слишком высокая температура выхлопных газов.
Если проводить сравнение, то температура выхлопных газов в двигателе, работающем на дизеле, составляет около 600 градусов по Цельсию. Аналогичный показатель в бензиновых агрегатах достигает отметки в 1000, что крайне негативно сказывается на системе турбонаддува.
Устройство
Устройство системы турбонаддува не представляет особой сложности. По внешнему виду конструкция напоминает две улитки, соединённые между собой шлангом. Аппарат состоит из таких элементов, как:
- интеркуллер,
- турбокомпрессор,
- воздухозаборник,
- воздушный фильтр,
- дроссельная заслонка,
- напорные шланги,
- впускной коллектор,
- соединительные патрубки.
Некоторые производители добавляют в свои устройства впускные заслонки. Если же говорить об общей схеме, то они все практически идентичны, за исключением некоторых элементов.
Главным элементом конструкции считается турбокомпрессор. Именно он обеспечивает нагнетание воздуха. Узел состоит из таких деталей:
- корпус,
- турбинный корпус,
- турбинное колесо,
- подшипники,
- компрессорное колесо,
- уплотнительные кольца.
Турбинное колесо находится в специальном корпусе, который является устойчивым к повышенным температурам. Данная деталь отвечает за превращение энергии отработанных газов. Именно благодаря ей вращается компрессорное колесо.
В результате работы колеса воздух попадает внутрь, где происходит процесс сжимания. Лишь после этого полученная смесь направляется в цилиндры. Колёса крепятся к валу ротора. Нормальное вращение возможно благодаря подшипникам.
Интеркуллер — это простой радиатор. Он отвечает за охлаждение аппарата. Обычно в конструкции допускается использование интеркуллеров двух типов: жидкостный и воздушный. Первый считается более эффективным.
Важно! Интеркуллер охлаждает воздух. В результате увеличивается его плотность.
Системой управляет регулятор. По сути — это припускной клапан. Он ограничивает энергию газов. В результате та часть, которая может навредить системе, перенаправляется мимо турбинного колеса.
Регулятор позволяет достичь оптимальной величины давления наддува. Привод может быть двух видов: пневматический или электрический. Чтобы он сработал, вначале должна поступить информация с датчика.
Плюсы и минусы системы турбонаддува
Любая технология имеет как свои достоинства, так и недостатки. Турбонаддув не стал тому исключением. К основным плюсам устройства можно причислить:
- повышение КПД двигателя,
- рост экономичности всей системы,
- экологичность.
Главное достоинство аппарата в том, что он работает за счёт отработанных газов. Это позволяет сэкономить ресурс мотора для обеспечения большей мощности.
Рассматривая плюсы системы турбонаддува, не помешает рассмотреть их в сравнении с «атмосферником», выполняющим те же функции. На первый взгляд, «амтосферник» является куда более экономичным решением. С ним двигатель сжигает меньше топлива, но при этом мощность всей системы падает.
Важно! Система турбонаддува обеспечивает практически полное сгорание горючего. За счёт этого, мощность машин, оснащённых подобными устройствами гораздо выше.
Ещё одним немаловажным достоинством турбонаддува является то, что подобная система позволяет добиться более низкой температуры в камере сгорания топливно-воздушной смеси. Из-за этого уменьшается образование оксида азота.
А теперь к минусам. Подобное устройство является весьма хрупким и требует к себе особенного отношения. К примеру, если вы только что использовали возможности двигателя по максимуму, не стоит его сразу глушить. Дайте мотору немного поработать на холостых оборотах. В противном случае возможен перегрев всей системы.
Важно! Выйти из этой ситуации помогает турботаймер, который не заглушит двигатель до достижения нормальной температуры.
Ещё одним весомым недостатком данной системы нагнетания воздуха является наличие так называемых турбоям. Когда вы нажимаете на педаль газа — машина откликается не сразу.
Устройство может эффективно работать только тогда, когда коленвал вращается в определённом диапазоне. Достойно справиться с этой проблемой помогает двойной турбонаддув. Такой аппарат имеет две турбины. Крыльчатки у них разного размера, каждая способна эффективно работать в своём диапазоне.
Итоги
Турбонаддув — это, безусловно, важная деталь, позволяющая значительно увеличить мощность мотора. Но из-за определённых особенностей её не особо выгодно устанавливать в бензиновых двигателях. Дело в том, что лишком большая температура сгорания топливно-воздушной смеси в камере, крайне негативно сказывается на устройстве.
Турбонаддув представляет собой разновидность наддува, позволяющий подавать воздух в цилиндры ДВС под высоким давлением, которое обеспечивается высвобождаемой от сгорания топлива энергией выхлопных газов.
За счет турбонаддува повышается рабочая мощность двигателя, при этом не увеличивается внутренние объемы цилиндров двигателя и количество оборотов, совершаемых коленвалом. Кроме всего прочего турбонаддув позволяет снизить прожорливость двигателя, а также уменьшить токсичность газов благодаря более эффективному сгоранию топливовоздушной смеси.
Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе. При этом использование системы турбонаддува на дизелях считается более выгодным благодаря высокому показателю сжатия ДВС и малой частоте оборотов коленвала.
В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).
Устройство системы турбонаддува
Система турбонаддува состоит из следующих элементов:
- воздушный заборник и фильтр;
- дроссельная заслонка;
- турбинный компрессор;
- интеркулер;
- коллектор впускной;
- соединительные патрубки;
- напорные шланги
Турбинный компрессор (нагнетатель)
Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.
Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов - стальных и керамических сплавов.
Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС .
Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.
Интеркулер
Интеркулер - воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.
Регулятор давления наддува
Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува.
Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.
Предохранительный клапан
Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.
Принцип действия турбонаддува
Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.
Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала . Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.
Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям - задержка в увеличении мощности ДВС.
Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы - задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.
Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:
- Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно - это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
- Использование турбины с изменяемой геометрией . Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
- Использование комбинированного типа турбонаддува . Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем - механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.
