Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Авто что такое турбонаддув двигателя

Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

Для более ясного представления о том, как работает турбина в автомобиле, прежде всего необходимо ознакомится с принципом работы двигателя внутреннего сгорания. Сегодня, основная масса грузовых и легковых автомобилей оснащаются 4-х тактными силовыми агрегатами, работа которых контролируется впускными и выпускными клапанами.

Каждый из рабочих циклов такого двигателя состоит из 4 тактов, при которых коленвал делает 2 полных оборота

Впуск — при этом такте осуществляется движение поршня вниз, при этом в камеру сгорания поступает смесь топлива и воздуха (если это бензиновый двигатель) или только воздуха в случае если это дизельный агрегат.

Компрессия — при этом такте происходит сжатие горючей смеси.

Расширение — на этом этапе происходит воспламенение горючей смеси при помощи искры, вырабатываемой свечами. В случае с дизельным двигателем, воспламенение осуществляется произвольно под действием высокого давления впрыска.

Выпуск — поршень двигается вверх, при этом освобождаются выхлопные газы.

Такой принцип работы двигателя определяет следующие способы повышения его эффективности:

— Установка турбонаддува
— Увеличение рабочего объёма двигателя
— Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Принцип работы [ править | править код ]

Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большее количество смеси воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ находится под большим давлением и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень. [ стиль ]

Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)) и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.

Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. [ стиль ] Турбонаддув особенно эффективен в дизельных двигателях тяжёлых грузовых автомобилей. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. [ источник не указан 1012 дней ] Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины в зависимости от режима работы двигателя.

Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например, на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с. [ источник не указан 1012 дней ]

Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W). [ источник не указан 1012 дней ]

Плюсы и минусы турбонаддува

В отличие от механических нагнетателей, приводимых от коленчатого вала и отнимающих мощность непосредственно у двигателя, турбонагнетатели используют дармовую энергию , которая в моторе выбрасывается из выхлопной трубы. Это делает турбонагнетатели более эффективными, чем механические.

Читать еще:  Давление масла в двигателе каминс

Одновременно турбонаддув позволяет получить высокие мощности – свыше 250 л. с. с одного литра объема. Двигатель с турбонагнетателем имеет мощность на 40% выше, чем без него. Как ни странно, но они и более экономичны. Низкое КПД двигателя обусловливается потерями на трение и низкой тепловой эффективностью. С увеличением размеров мотора эти потери резко увеличиваются. Небольшие турбированные моторы более эффективны.

Турбонагнетатели обладают рядом проблемных мест. Самое заметное – эффект «турбоямы». Отсутствие механической связи между компрессором и двигателем приводит к несоответствию между требуемой мощностью, задаваемой водителем педалью «газа» и производительностью компрессора.

Турбокомпрессоры имеют те же недостатки, что и центробежные нагнетатели. Для эффективной работы они должны вращаться с очень высокой скоростью. Плюс высокий нагрев (порядка 1000 °С), сложности в смазке, отводе тепла. Повышенные температуры сказываются не только на смазке деталей турбонагнетателя, но и на нагнетаемом воздухе: его охлаждение оказывается острым вопросом. Для эффективного охлаждения интеркулер рассчитывается и подбирается с особой тщательностью.

Как и в любом нагнетательном устройстве, в турбонагнетателе необходим клапан, спускающий излишнее давление. С турбиной еще сложнее. Здесь нужно не только следить за давлением наддува, но и перепускать выхлопные газы, чтобы снизить избыток давления в выпускном коллекторе, и исключить чрезмерно высокую скорость вращения на высоких оборотах.

Основное отличие турбин бензинового двигателя от турбин дизельного в том, что последние раскручиваются с помощью выхлопных газов, температура которых достигает 850 градусов. А турбина бензинового двигателя раскручивается с помощью газов, имеющих температуру от 1000 градусов. Имея одинаковый принцип работы, бензиновая турбина изготовлена из более жароустойчивых сплавов, нежели турбина дизельная.

Само строение бензиновой турбины также имеет некоторые отличия, в частности угол входа, крутка лопаток и т.д. По этой причине не стоит использовать дизельные турбины для наддува бензинового двигателя, впрочем, как и наоборот (подробнее в статье).

Устройство и принцип работы атмосферного двигателя

Система запитывания атмосферного двигателя основана на инжекторном или карбюраторном механизме. Топливовоздушная смесь формируется в строгой пропорции: 1 часть бензина + 14 частей воздуха.

Принцип работы «атмосферника» заключается в том, что топливо впрыскивается в цилиндр без сопротивления. Это стало возможным благодаря сложным и тонким настройкам в распределительном валу, который открывает впускающий клапан. После впрыска смесь сгорает, а выделившиеся газы приводят в движение поршни.

Атмосферный двигательный аппарат назван так потому, что давление воздуха при попадании в мотор, равняется одной атмосфере. В его конструкции не используются турбонагнетатели, он функционирует при стандартном атмосферном давлении.

Преимущество в использовании атмосферного двигателя заключается в том, что на каких бы оборотах он не работал в данный момент, у него всегда будет определенный запас мощности. Это позволяет максимально быстро ускоряться при любой начальной скорости движения. До максимально возможного количества оборотов атмосферный силовой агрегат «раскрутится» за считанные секунды.

Недостатки

Равно как плюсы, у каждого из двух типов двигателей есть свои недостатки.

Атмосферный двигатель:

  • имеет большой вес;
  • при одинаковом объeме с турбомотором мощность ниже;
  • сниженная динамика — в сравнении с турбомотором того же объeма;
  • сложности при езде в горах.

Большинство минусов атмосферного двигателя всплывают при сравнении с турбированными агрегатами. Отдельно стоит сказать о последнем пункте: воздух в горах слишком разреженный, его количества не хватает для стабильной работы мотора, поэтому двигатель попросту «задыхается».

Читать еще:  Glk 300 отзывы двигатель расход

Турбированный двигатель:

  • высокие требования к качеству смазки и топлива;
  • дорогостоящий ремонт;
  • долгий прогрев зимой;
  • меньший интервал замены масла.

Как работает турбонаддув в машине? [Принцип работы]

В природе не существует такой вещи, как идеальное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, эффективнее и экологически более чистым. Возьмите двигатель внутреннего сгорания. Вы думаете, что это невероятно, что автомобиль, работающий на жидкости, может ускорить ваше путешествие из пункта А в пункт B в разы. Но всегда существует возможность создать двигатель, который будет работать быстрее, на большие расстояния, или использовать меньше топлива. Одним из способов улучшить двигатель является использование турбонаддува – пары вентиляторов, которые направляют выхлопные газы из задней части двигателя в его переднюю часть, тем самым предоставляя двигателю больше мощности. Мы все слышали о турбированных движках, но как именно это работает? Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее!

Турбонаддув. Что это?

Вы когда-нибудь видели автомобили, которые проезжали мимо вас в облаке зловонного дыма, источником которого была их выхлопная труба? Для всех является очевидным тот факт, что выхлопные газы загрязняют окружающую среду, но менее очевидным остается тот факт, что это так же и пустая трата драгоценной энергии. Выхлопные газы являются смесью горячих газов, которые выходят из двигателя на приличной скорости и вся энергия, которая в них содержится – температуры и движения (кинетическая энергия) – бесполезно рассеивается в атмосфере. Разве не было бы замечательно, если бы двигатель мог использовать энергию выхлопных газов для собственного ускорения? Именно этим и занимается турбонаддув.

Автомобильные двигатели получают свою мощность от сгорания топлива в крепких металлических емкостях, которые называются цилиндрами. Воздух поступает в каждый цилиндр, смешивается там с топливом, и сгорает, при этом происходит небольшой взрыв, который приводит в движение поршень, а тот в свою очередь приводит в движение валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля. Когда поршень возвращается в первоначальное положение, он выталкивает отходы воздушно-топливной смеси из цилиндров. Это и есть выхлопные газы. Количество энергии, которую может произвести автомобиль, напрямую связано с тем, как быстро он сжигает топливо. Чем больше цилиндров в двигателе и чем больше они в объеме, тем больше топлива он может сжечь каждую секунду и (по крайней мере, теоретически) тем быстрее сможет ехать автомобиль.

Из урока приведенного выше мы уяснили, что одним из способов сделать автомобиль гораздо быстрее, это добавить больше цилиндров. Вот почему сверхбыстрые спортивные автомобили, как правило, оснащены восьмью или двенадцатью цилиндрами, а не четырьмя шестью, как стандартные семейные транспортные средства. Другой способ заключается в использовании турбонаддува, который нагнетает больше воздуха в цилиндры, чтобы двигатель мог сжигать топливо с большей скоростью. Турбонаддув является простой, относительно дешевой, дополнительной конструкцией, которая помогает извлечь из двигателя больше мощности. Это изобретение вошло в ТОП 10 улучшений в конструкции двигателя со времен его создания (об этом, а также о многом другом, более подробнее здесь).

Как работает турбонаддув?

Если вы знакомы с принципом работы реактивного двигателя, то вы на полпути к пониманию принципа работы автомобильного турбонаддува. Реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камере, где он сгорает с топливом, а затем выпускает горячий воздух с обратной стороны двигателя на большой скорости. Когда горячий воздух покидает двигатель, он проходит мимо турбины (которая внешне немного похожа на очень компактную металлическую лестницу), что приводит в движение компрессор (воздушный насос) в передней части двигателя. Этот компрессор толкает воздух в двигатель, чтобы сжечь топливо должным образом. Принцип работы турбонаддува в автомобиле практически точно такой же. Он использует выхлопные газы для приведения турбины в действие. Она вращает воздушный компрессор, который нагнетает дополнительный воздух в цилиндры, чтобы сжигать больше топлива каждую секунду. Вот почему автомобили с турбонаддувами обладают большей мощностью.

Читать еще:  Что такое пробой обмоток двигателя

Как это работает на практике? Фактически турбокомпрессор – это два небольших вентилятора (так называемые лопастные колеса или газовые насосы), которые размещены на одном металлическом валу, так что оба вращаются в одну сторону. Один из этих вентиляторов, который называется турбиной, расположен на пути потоков выхлопных газов из цилиндров двигателя. Как только цилиндры выпускают горячий газ, он вращает лопасти вентилятора, что приводит в движение вал, на котором размещен вентилятор. Второй вентилятор, который называется компрессором, также начинает вращаться, так как расположен на одном валу с турбиной. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, поэтому, как только он начинает вращаться, он засасывает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.

Но на этом этапе возникает небольшая проблема. Если вы сжимаете газ, вы повышаете его температуру. Горячий воздух имеет меньшую плотность, а это уменьшает его эффективность в помощи при сгорании топлива. Так что, было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, охлаждался до того, как он попадет в цилиндры. Для того, чтобы решить эту проблему и охладить воздух, выход из турбокомпрессора проходит через теплообменник, который забирает лишнюю температуру себе и направляет ее в более подходящие места.

Существует ряд мнений, что турбины ненадежны, что они часто ломаются и требуют полной замены. Мы не совсем согласны с этим утверждением. Почему? Об этом читайте в нашей статье: Есть ли недостатки у двигателей с турбонаддувом?

Схема работы турбонаддува с картинкой

Основная идея заключается в том, что выхлопные газы приводят в движение турбину (красный вентилятор), который непосредственно подключен (и питает) к компрессору (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты, мы показываем только один цилиндр. Давайте рассмотрим весь принцип работы пошагово.

1 . Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется в компрессор.

2 . Вентилятор компрессора помогает засасывать воздух внутрь.

3 . Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и выдувает его снова.

4 . Горячий, сжатый воздух из компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.

5 . Охлажденный, сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре с большей скоростью.

6 . Так как в цилиндре сжигается больше топлива, он быстрее производит энергию и может отправлять больше мощности на колеса через поршни, валы и шестерни.

7 . Выхлопные газы из цилиндра выходят через выпускные трубы.

8 . Горячие выхлопные газы проходят мимо турбины и заставляют ее вращаться с высокой скоростью.

9 . Вращающаяся турбина установлена на том же валу, что и компрессор (на нашей картинке вал изображен оранжевым цветом). Таким образом, если вращается турбина, то и компрессор тоже.

10 . Выхлопные газы выходят из автомобиля, но при этом тратиться меньше ценной энергии, чем, если бы двигатель был без турбонаддува.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector