На каких оборотах включается турбина на дизеле: При каких оборотах включается турбина на дизеле, как работает

При каких оборотах включается турбина на дизеле, как работает

Автор News На чтение 4 мин

Содержание

1. Как работает система турбонаддува дизельного автомобиля
2. На каких оборотах мотора включается турбонаддув
3. Итог

Система турбонаддува в двигателе автомобиля применяется для повышения мощности. Благодаря ей производители машин могут серьезно повысить возможности техники (скорость, грузоподъемность, проходимость) без серьезного наращивания массы и увеличения расхода топлива.

Ниже в этой статье мы ответим на вопросы как работает турбина дизельного авто? При каких оборотах она включается? А также развенчаем некоторые известные мифы, связанные с турбированными моторами. Узнать больше о работе системы турбонаддува пользователи могут перейдя на сайт компании КТСрвис, также здесь можно заказать услугу по ремонту и обслуживанию дизельных моторов с турбинами.

Как работает система турбонаддува дизельного автомобиля

Турбина представляет собой вспомогательный элемент ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Она используется для принудительного нагнетания воздушных масс в рабочую часть мотора. Применение системы турбонаддува дает возможность повысить мощность силовой установки, увеличить скоростные характеристики автомобиля сохранив при этом стандартные нормы потребления топлива.

Рассмотрим, что собой представляет конструкция турбины и каковы основные принципы работы двигателя:

1. Автомобиль передвигается по дорогам используя энергию топлива, сжигаемого двигателем внутреннего сгорания.
2. Двигатель трансформирует энергию топлива в кинетическую, которая и запускает вращения колес машины.
3. В камере мотора кроме топлива также есть и кислород, без него сгорание топлива невозможно.
4. Кислород проникает в камеру силовой установки из атмосферы. Когда речь идет о маломощных агрегатах то у водителя не будет проблем. Он сможет выжимать из такого мотора все что возможно. Однако если у владельца авто есть желание ездить быстро тогда ему нужен агрегат способный увеличить и нарастить подачу кислорода и топлива в камеры. Если с топливом проблем нет (водитель имеет возможность регулировать его подачу с помощью форсунок). То вот нарастить подачу кислорода просто так невозможно. Один из вариантов решения проблемы увеличение камер мотора. Но в таком случае увеличиться также масса и габариты транспортного средства. Второй более экономичный и практичный способ – установка турбины.

Устройство и работа турбины:

1. Турбина представляет собой деталь, выполненную из металла в виде улитки. Ее устанавливают на выхлопной коллектор. Элемент может иметь разные габариты и вес все зависит от модели машины.
2. Внутри системы расположен специальный ротор в виде цилиндра с лопастями. Вовремя прохождения через ротор выхлопных газов запускается вращение турбины.
3. С помощью такого вращения происходит нагнетание воздушных масс в камеры силовой установки. Таким образом повышается уровень кислорода и увеличивается мощность агрегата.
4. Важным элементом системы турбонаддува является интеркулер. Он выполняет функцию охлаждения атмосферного воздуха. Это нужно чтобы увеличить плотность смеси топлива и кислорода.

На каких оборотах мотора включается турбонаддув

Большинство водителей считают, что турбонаддув включается, когда двигатель выходит на высокие обороты, так как они не ощущают работу турбины на низких оборотах. Такое утверждение является не полностью точным. Дело в том, что турбина работает с момента запуска силовой установки. Правда на низких оборотах уровень нагнетания кислорода слабый.

Рассмотрим подробней.

• Когда агрегат действует в режиме до 2000 оборотов в минуту, отработанные газы не могут оказывать большое давление на лопасти ротора. В этот момент кислород поступает в камеры медленно и поэтому водитель не ощущает увеличения мощности. Такое явление известно под названием – турбояма.
• Однако, когда обороты увеличиваются и превышают уровень в 2000 (об/мин). Отработанные газы начинают большее воздействие на лопасти. Это приводит к повышению уровню кислорода в камерах ДВС. Его мощность быстро увеличивается. Такое явление называется турбоподхватом.

Следует знать, что некоторые современные дизельные моторы с турбиной имеют специальный клапан предохранитель. Он нужен для блокирования системы вовремя слишком высоких оборотов (когда стрелка тахометра заходит в красную зону).

Итог

Турбина на дизельном моторе является вспомогательной деталью, которая нужна для принудительного нагнетания воздуха в камеры ДВС и увеличения его мощности. Система турбонаддува включается сразу после запуска мотора и выходит на свой максимум вместе с ростом оборотов двигателя.

Как понять, что турбина умирает? Первым признаком проблемы становиться падение мощности двигателя на высоких оборотах и посторонние шумы. Чаще всего это происходит из-за нарушения герметизации креплений или поломки клапана.

Когда включается турбина и как она работает: развенчиваем мифы

Главная » Ремонт » Двигателя

На чтение 7 мин. Просмотров 21.3k. Опубликовано 13.09.2021 Обновлено 06.09.2021

Для увеличения мощности в двигателе внутреннего сгорания используется система турбонаддува. Как работает турбонаддув? Когда включается турбина? Какие существуют мифы о работе турбонаддува среди водителей? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

Содержание

1. Как работает турбина (турбонаддув) на автомобиле
2. При каких оборотах “включается” турбина (турбоподхват)
3. Почему турбина может не включиться – неисправности
4. Мифы о турбонаддуве в двигателе

Как работает турбина (турбонаддув) на автомобиле

Турбина (турбонаддув) – это вспомогательная запчасть двигателя внутреннего сгорания, которая осуществляет принудительную подачу воздуха в рабочую область движка. Благодаря использованию турбины увеличивается мощность движка, что позволяет водителю развивать более высокие скорости при сохранении потребления топлива в нормальных пределах. Чтобы разобраться с тем, как именно работает подобное устройство, давайте вспомним основные принципы работы ДВС:

• Движение транспортного средства по дороге осуществляется за счет сгорания в ДВС топлива (это может быть бензин или дизель).
• Энергия топлива трансформируется в кинетическую энергию, которая передается на ходовую часть авто, что приводит к вращению колес и движению машины.
• В камере внутреннего сгорания находится не только топливо, но и кислород. При отсутствии кислорода сгорание топлива не происходит.
• Кислород в камеру внутреннего сгорания попадает из атмосферного воздуха. В случае небольшого маломощного двигателя у водителя проблем нет – топливо и воздух попадают в камеру в нужных количествах, что позволяет “выжать” максимум мощности при сгорании. Однако если человек захочет разогнаться на своем авто до больших скоростей, ему придется увеличить подачу топлива и кислорода. С топливом проблем не возникает – у водителя есть возможность регулировать форсунки, что позволяет уменьшить или увеличить подачу бензина/дизеля.

Увеличить подачу кислорода напрямую у водителя не получится. Самой простой способ решить эту проблему – увеличить объем камер внутреннего сгорания. Однако в таком случае увеличатся габариты машины, а также возрастут расходы топлива, что увеличит денежные расходы водителя на ТС. Но есть и другой выход – использование турбины:

• Система турбонаддува имеет вид металлической улитки, а крепится это устройство на выхлопном коллекторе двигателя. Деталь может отличаться по габаритам, весу и конструкции в зависимости от модели авто.
• Внутри турбины имеется устройство-ротор, которое представляет собой цилиндр с прикрепленными лопастями. При прохождении через лопасти отработанных газов внутреннего сгорания происходит вращение турбины.
• Это приводит к принудительному нагнетанию атмосферного воздуха в камеры внутреннего сгорания авто, что приводит к увеличению количества кислорода. За счет этого увеличивается КПД воздушно-топливной смеси.
• В систему турбонаддува также входит интеркулер. Он охлаждает поступающий атмосферный воздух, что позволяет получить более плотную однородную смесь кислорода и топлива. Это благоприятно влияет на мощность движка.

На новых автомобилях, которые оборудованы системой турбонаддува, имеется наклейка с надписью Turbo. Это позволяет отличить обычный движок от устройства с турбиной.

При каких оборотах “включается” турбина (турбоподхват)

Многие водители убеждены, что турбина включается только на высоких оборотах, поскольку на низких влияние турбонаддува на движение они не ощущают. Это полуправда – на самом деле турбина на машине работает постоянно, однако при низких оборотах нагнетание слабое. Рассмотрим его более внимательно:

• Когда двигатель работает в режиме до 1500-2000 оборотов в минуту, выхлопные газы создают лишь небольшое давление на лопасти турбины. Поэтому кислорода в камеру внутреннего сгорания нагнетается маленькое количество, поэтому водитель не ощущает рост мощности. Это явление называют турбоямой.
• При росте мощности выше 2000 оборотов в минуту, выхлопные газы начинают оказывать действие на турбины, что приводит к ощутимому нагнетанию кислорода в ДВС. Зависимость тут прямопропорциональная – чем больше оборотов, тем сильнее будет работать турбонаддув и наоборот. Это явление называют турбоподхватом.

Обратите внимание! Многие турбины оборудуются клапаном-предохранителем, который блокирует работу устройства при очень высоких оборотах (красная зона тахометра). Это делается для того, чтобы не испортить двигатель.

Почему турбина может не включиться – неисправности

При управлении машиной с системой турбонаддува водитель может столкнуться с множеством проблем и неисправностей. Рассмотрим основные проблемы и методы их решения:

• Неисправность предохраняющего клапана. Бывает, что клапан забивается мусором или растрескивается, что приводит к блокировке работы турбины.
  Установить поломку достаточно просто – примерно до 3-4 тысяч оборотов клапан все еще может работать, поэтому он будет нагнетать воздух. Однако при превышении этого показателя он резко закрывает турбину, что приводит к падению мощности. Чтобы решить проблему, выключите электронные системы авто, откройте капот, отсоедините отрицательную клемму от аккумулятора, найдите турбину, отключите систему смазки и демонтируйте устройство (обычно оно располагается рядом с движком). Потом снимите клапан и осмотрите его, при необходимости – выполните очистку устройства или его замену.
• Негерметичное крепление компонентов турбонаддува. Чтобы обеспечить максимальную мощность нагнетания воздуха в ДВС, необходимо, чтобы детали турбины герметично крепились к автомобилю. В случае негерметичного крепления мощность нагнетания резко падает.
  Установить наличие проблемы можно по двум признакам – резкое снижение мощности и появление характерного свиста во время работы авто. Чтобы разобраться с проблемой, нужно обесточить машину, открыть капот и проверить герметичность крепления прибора. Проблемы могут возникнуть с штуцером, трубкой подачи масла, клапаном и так далее. Для устранения проблемы нужно восстановить герметичность (например, если проблема в штуцере, нужно купить новый).
• Использование плохого масла. Для эффективной работы системы турбонаддува устройство необходимо смазывать маслом. Однако бывает так, что водитель для смазки использует дешевое некачественное масло с обилием примесей – в таком случае эффективность турбонаддува значительно снизится. Установить проблему очень просто – во время движения авто в машине появляется резкий громкий скрежет, а мощность двигателя не увеличивается при разгоне до высоких скоростей. Решение проблемы – нужно купить новое качественное масло и залить его вместо старого в автомобиль.

Мифы о турбонаддуве в двигателе

Среди водителей много мифов о работе системы турбонаддува. Рассмотрим основные стереотипы и узнаем, почему они ложные:

Миф 1 – систему турбонаддува можно снять в любой момент без негативных последствий	Конструкция и объемы камеры ДВС адаптированы под применение турбины. Если демонтировать это устройство, уменьшается крутящий момент и мощность движка, а расходы топлива увеличиваются
Миф 2 – двигатели с турбонаддувом ломаются гораздо чаще атмосферных	Движки с турбиной имеют такой же срок годности, что и обычные атмосферные двигатели. Чтобы снизить риск растрескивания движка при высоких скоростях, они дополнительно усиливаются металлическими листами-вкладышами в проблемных местах
Миф 3 – турбина быстро выходит из строя, ее придется часто менять	Согласно современным стандартам срок годности турбины аналогичен или даже немного превышает срок годности самого ДВС. При соблюдении базовых правил вождения и ухода турбонаддув будет работать столько же, сколько и сам автомобиль
Миф 4 – за турбиной нужен специальный бережный уход, чтобы она не ломалась	Чтобы турбонаддув работал долго, достаточно будет придерживаться базовых правил эксплуатации авто. А именно – вовремя меняйте масло, следите за уровнем давления в движке (не доводите до красной отметки), вовремя устраняйте неисправности

На самом деле турбина работает всегда, но при небольших оборотах уровень нагнетания воздуха будет низок из-за турбоподхвата.

Подведем итоги. Турбина (турбонаддув) – это вспомогательный элемент двигателя, с помощью которого осуществляется принудительное нагнетание воздуха в камеру внутреннего сгорания двигателя. Устройство запускается сразу же после активации двигателя, но действует правило – чем выше обороты, тем больше нагнетание (на низких оборотах нагнетание практически незаметно). Основные проблемы с турбиной – выход из строя клапана, негерметичное крепление запчасти, использование некачественного масла.

Оцените автора

5 жизненно важных правил, которые спасут турбодизель от преждевременной смерти – Лайфхак

• Лайфхак
• Эксплуатация

Прогресс не стоит на месте. И двигателестроение — не исключение. Возьмем, для примера, турбодизельные моторы. Если лет двадцать назад дизельные движки громко тарахтели, вибрировали и не тянули, от слова, совсем. То современные дизели, обзаведясь новейшими топливными системами и турбинами, стали намного тише и производительнее.

Лика Затворная

Новые моторы на тяжелом топливе обеспечивают потребителю экономичность, высокую мощность и большой крутящий момент. Однако, в отличие от стародавних дизелей, которые, кажется, могли работать хоть на «отработке», современные турбодизельные моторы весьма требовательны к качеству топлива и разборчивы, когда дело касается смазки.

Поэтому чтобы турбодизель автомобиля служил верой и правдой своему хозяину, за ними нужен правильный уход. Об этом и поговорим.

Масляное голодание

Масло в любом двигателе играет важнейшую роль. Вот и в турбодизельном моторе оно моет и смазывает трущиеся элементы, одними из которых являются подшипники скольжения и качения турбины (турбокомпрессора). В случае падения давления масла или его низкого уровня подшипники недополучают смазки, что приводит к их быстрому износу, а затем, и к выходу из строя.

Чтобы этого не произошло, нужно постоянно следить за уровнем масла в двигателе и обращать внимание на красную сигнальную лампу с масленкой. При обнаружении недостаточного количества масла, нужно срочно его долить, а затем, непременно выяснить причину его исчезновения. Это может быть как банальная грязь и не герметичность системы, так и выход строя масляного насоса.

Только правильное и качественное масло

Тот факт, что в дизельные моторы добавилась турбина, нужно обязательно учитывать при подборе моторного масла. Связанно это с тем, что моторное масло для турбодвигателей отличается по составу от моторного масла для «атмосферников». Прежде всего, оно способно противостоять высокой температуре, которую генерирует турбина при работе. Смешивать масла с разной вязкостью так же не рекомендуется. Используйте ту смазку, которую рекомендует автопроизводитель — она проверена, сертифицирована и разработана с учетом технических особенностей конкретных турбодвигателей.

Качество топлива

Заправлять на неизвестных заправках автомобиль с турбодизельным мотором категорически не стоит. Во-первых, такое топливо частенько не соответствует требуемому качеству. Как минимум, это чревато тем, что в зимние морозы оно превратиться в желе, и не позволит запустить двигатель. Как максимум — топливная система двигателя при постоянном использовании некачественного топлива попросту засориться, и мотор потеряет в мощности. При этом «умная» турбина будет работать в усиленном режиме, пытаясь восполнить этот провал. Как результат — сокращение срока службы турбокомпрессора.

Не газовать при запуске

Если ваш автомобиль с турбодизелем некоторое время стоял без дела, то не стоит следовать совету диванных экспертов о том, что дизельный мотор не нужно прогревать. Нужно! И прежде всего, современный турбодизель. При запуске после простоя, необходимо дать поработать мотору в холостом режиме некоторое время, чтобы давление масла в системе вышло на рабочий уровень. Это так же даст маслу возможность как следует смазать подшипники турбокомпрессора. При этом не стоит ускорять процесс подгазовкой. Первое время турбина работает практически без смазки, и такое подстегивание педалью газа, заставит работать агрегат некоторое время, что называется, на сухую. Не стоит сразу газовать и после прогрева. Правильнее будет начать движение на низких оборотах, а затем, постепенно их увеличивать.

Средние обороты — наше все

Турбина предназначена для работы при высоких нагрузках. Холостые обороты и пробочный режим движения ей вредны, и чреваты загрязнением. Впрочем, выбравшись на свободный прямик, дайте агрегату некоторое время поработать в режиме высоких оборотов, и он самостоятельно очиститься. Перекручивать турбину тоже не стоит. Высокие обороты — это повышенная тепловая нагрузка. Поэтому средние обороты — то, что нужно турбодизелю для долгой и счастливой жизни.

Напоследок…

Перед отключением турбодизельного двигателя не забывайте дать ему поработать на холостых оборотах, чтобы турбина могла остыть, работая в необходимом количестве смазки. Но помните, что длительная работа на холостых (скажем, 30 минут) так же вредна для турбины, и способствует ее засорению. Лучше поднять обороты чуть выше 1000 (оптимально 1200—1600). В этом случае мотор и турбина будут работать более правильно. Ну и, конечно же, не забывайте о своевременном, а главное, качественном техническом обслуживании.

Кстати, если вы не знаете, какие детали необходимо менять, не дожидаясь очередного ТО, советуем полюбопытствовать: подробнее — здесь.

• Автомобили
• Автопром

Что случилось с самым продаваемым брендом из КНР

43639

• Автомобили
• Автопром

Что случилось с самым продаваемым брендом из КНР

43639

Подпишитесь на канал «Автовзгляд»:

• Telegram
• Яндекс.Дзен

ТО, двигатель, ДВС, автосервис, ремонт, техническое обслуживание, дизельное топливо, моторное масло

Как крутиться на первом месте!

Турбокомпрессор представляет собой компрессор с приводом от выхлопных газов, используемый для увеличения выходной мощности двигателя внутреннего сгорания за счет сжатия воздуха, поступающего в двигатель, что увеличивает количество доступного кислорода. Ключевым преимуществом турбокомпрессоров является то, что они обеспечивают значительное увеличение мощности двигателя при незначительном увеличении веса.

Принцип действия

Турбокомпрессор представляет собой динамический компрессор, в котором воздух или газ сжимаются за счет механического воздействия крыльчаток, лопаточных роторов, которые вращаются за счет кинетического движения воздуха, сообщающего скорость и давление протекающей среде.

Механическая концепция турбокомпрессора состоит из трех основных частей. Турбина приводится в действие выхлопными газами насоса, чаще всего двигателя внутреннего сгорания, для вращения крыльчатки, функция которой состоит в том, чтобы нагнетать больше воздуха во впускное отверстие насоса или подачу воздуха. Третья основная часть представляет собой вращающийся узел центральной ступицы (CHRA), который содержит подшипник, смазку, охлаждение и вал, который непосредственно соединяет турбину и рабочее колесо. Вал, подшипник, рабочее колесо и турбина могут вращаться со скоростью в десятки или сотни тысяч об/мин (оборотов в минуту).

Система смазки может быть как закрытой, так и питаться от системы подачи масла двигателя. Система смазки может выполнять функцию системы охлаждения, или через центральный корпус может прокачиваться отдельная охлаждающая жидкость из внешнего источника. Масляная смазка и водяное охлаждение с использованием моторного масла и охлаждающей жидкости двигателя широко распространены в автомобильной промышленности.

Турбина и крыльчатка находятся в собственном сложенном коническом корпусе на противоположных сторонах вращающегося узла центральной ступицы. Эти кожухи собирают и направляют газовый поток. Размер и форма могут определять некоторые рабочие характеристики всего турбонагнетателя. Площадь конуса к радиусу от центральной ступицы выражается как отношение (AR, A/R или A:R). Часто один и тот же базовый узел турбокомпрессора будет доступен у производителя с несколькими вариантами AR для корпуса турбины, а иногда и для крышки компрессора. Это позволяет разработчику системы двигателя адаптировать компромиссы между производительностью, реакцией и эффективностью в зависимости от применения или предпочтений. Оба корпуса напоминают раковины улиток, поэтому турбокомпрессоры иногда называют на сленге цифрой 9.0017 улитки .

При вращении на относительно высокой скорости турбина компрессора всасывает большой объем воздуха и нагнетает его в двигатель. Когда объемный поток на выходе турбокомпрессора превышает объемный расход двигателя, давление воздуха во впускной системе начинает расти, что часто называют наддувом. Скорость вращения узла пропорциональна давлению сжатого воздуха и общей массе перемещаемого воздушного потока. Поскольку турбодвигатель будет вращаться до оборотов, намного превышающих то, что необходимо или то, на что он способен механически, скорость необходимо контролировать, и, таким образом, это свойство также используется для установки желаемого давления сжатия. Вестгейт является наиболее распространенной механической системой управления и часто дополняется электронным буст-контроллером.

Внедрение турбокомпрессора должно улучшить соотношение размера и выходной эффективности двигателя за счет устранения одного из его основных ограничений. В безнаддувном автомобильном двигателе используется только ход поршня вниз, чтобы создать область низкого давления для всасывания воздуха в цилиндр. Поскольку количество молекул воздуха и топлива определяет потенциальную энергию, необходимую для того, чтобы заставить поршень двигаться вниз во время такта сгорания, и из-за относительно постоянного давления атмосферы, в конечном итоге будет установлен предел количеству воздуха и, следовательно, топлива, заполняющего цилиндр. камера сгорания. Эта способность наполнять цилиндр воздухом и есть его объемный КПД. Поскольку турбокомпрессор увеличивает давление в точке, где воздух поступает в цилиндр, а количество воздуха, подаваемого в цилиндр, в значительной степени зависит от времени и давления, по мере увеличения давления будет втягиваться больше воздуха. Давление на впуске при отсутствии турбонагнетателя, определяемое атмосферой, можно контролируемо повышать с помощью турбонагнетателя.

Применение компрессора для повышения давления в точке впуска воздуха в цилиндр часто называют принудительной индукцией. Центробежные нагнетатели работают так же, как турбо; однако энергия для вращения компрессора берется из выходной энергии вращения коленчатого вала двигателя, а не из выхлопных газов. По этой причине турбокомпрессоры в идеале более эффективны, поскольку их турбины на самом деле являются тепловыми двигателями, преобразующими часть тепловой энергии выхлопных газов, которая в противном случае была бы потрачена впустую, в полезную работу. Нагнетатели используют выходную энергию для достижения чистого прироста, который достигается за счет части общей мощности двигателя.

Топливная эффективность

Поскольку турбокомпрессор увеличивает удельную мощность двигателя в лошадиных силах, двигатель также будет производить повышенное количество отработанного тепла. Иногда это может быть проблемой при установке турбокомпрессора на автомобиль, который не предназначен для работы с высокими тепловыми нагрузками. Это дополнительное отработанное тепло в сочетании с более низкой степенью сжатия (точнее, степенью расширения) двигателей с турбонаддувом способствует несколько более низкому тепловому КПД, что оказывает небольшое, но прямое влияние на общую эффективность использования топлива.

Это еще одна форма охлаждения, которая оказывает наибольшее влияние на топливную экономичность: охлаждение заряда. Даже с учетом преимуществ промежуточного охлаждения общая компрессия в камере сгорания больше, чем в атмосферном двигателе. Чтобы избежать детонации при одновременном извлечении максимальной мощности из двигателя, обычной практикой является добавление дополнительного топлива в заряд с единственной целью охлаждения. Хотя это кажется нелогичным, это топливо не сжигается. Вместо этого он поглощает и уносит тепло, когда переходит из жидкого состояния в газообразное. Кроме того, поскольку он более плотный, чем другое инертное вещество в камере сгорания, азот, он имеет более высокую удельную теплоемкость и большую теплоемкость. Он «удерживает» это тепло до тех пор, пока оно не выделится в потоке выхлопных газов, предотвращая разрушительный стук. Это термодинамическое свойство позволяет производителям достигать хорошей выходной мощности на обычном насосном топливе за счет экономии топлива и выбросов.

Наконец, эффективность самого турбокомпрессора может влиять на эффективность использования топлива. Использование небольшого турбонагнетателя даст хороший отклик и малую задержку на низких и средних оборотах, но может задушить двигатель на стороне выпуска и создать огромное количество тепла, связанного с насосом, на стороне впуска при повышении оборотов. Большой турбонагнетатель будет очень эффективен при высоких оборотах, но не является реальным применением для уличного автомобиля. Технологии регулируемых лопастей и шарикоподшипников могут сделать турбонаддув более эффективным в более широком рабочем диапазоне, однако другие проблемы не позволили этой технологии появиться на большем количестве дорожных автомобилей. В настоящее время Порше 911 (997) Turbo и Porsche Cayenne Turbo S — единственные производимые бензиновые автомобили с турбокомпрессором такого типа. Одним из способов использования преимуществ различных режимов работы двух типов нагнетателей является последовательный турбонаддув, в котором используется небольшой турбонагнетатель при низких оборотах и ​​больший при высоких оборотах.

Системы управления двигателем большинства современных автомобилей могут контролировать наддув и подачу топлива в зависимости от температуры заряда, качества топлива и высоты над уровнем моря, а также других факторов. Некоторые системы более сложны и нацелены на более точную подачу топлива в зависимости от качества сгорания. Например, система Trionic-7 от Saab Automobile обеспечивает немедленную обратную связь о возгорании, когда оно происходит, используя электрический заряд.

Новый 2,0-литровый двигатель FSI с турбонаддувом от Volkswagen/Audi включает в себя технологию сжигания обедненной смеси и непосредственный впрыск для экономии топлива в условиях низкой нагрузки. Это очень сложная система, включающая множество движущихся частей и датчиков для управления характеристиками воздушного потока внутри самой камеры, что позволяет использовать послойный заряд с превосходным распылением. Непосредственный впрыск также имеет огромный эффект охлаждения наддува, позволяя этому двигателю использовать более высокую степень сжатия и давление наддува, чем типичный турбодвигатель с портовым впрыском.

—–

Детали конструкции

Закон идеального газа гласит, что если все остальные переменные остаются постоянными, то при повышении давления в системе увеличивается и температура. Здесь существует одно из негативных последствий турбонаддува — повышение температуры воздуха, поступающего в двигатель за счет сжатия.

Турбина вращается очень быстро; максимальная скорость составляет от 80 000 до 200 000 об/мин (при использовании малоинерционных турбокомпрессоров, 150 000–250 000 об/мин) в зависимости от размера, веса вращающихся частей, развиваемого давления наддува и конструкции компрессора. Такие высокие скорости вращения могут вызвать проблемы со стандартными шарикоподшипниками, что приведет к выходу из строя, поэтому в большинстве турбонагнетателей используются жидкостные подшипники. Они имеют текущий слой масла, который подвешивает и охлаждает движущиеся части. Масло обычно берется из контура моторного масла и обычно нуждается в охлаждении с помощью масляного радиатора, прежде чем оно циркулирует в двигателе. В некоторых турбокомпрессорах используются невероятно точные шарикоподшипники, которые обеспечивают меньшее трение, чем жидкостные подшипники, но они также подвешены в демпфированных жидкостью полостях. Более низкое трение означает, что вал турбокомпрессора может быть изготовлен из более легких материалов, что снижает так называемое турбо лаг или буст лаг . Некоторые автопроизводители используют турбокомпрессоры с водяным охлаждением для увеличения срока службы подшипников.

Турбокомпрессоры с фольгированными подшипниками находятся в разработке, что устраняет необходимость в системах охлаждения подшипников или подачи масла, тем самым устраняя наиболее распространенную причину отказа, а также значительно уменьшая турбозадержку.

Для управления давлением воздуха на верхней палубе поток выхлопных газов турбонагнетателя регулируется с помощью перепускной заслонки, которая перепускает избыточные выхлопные газы, поступающие в турбину турбонагнетателя. Он регулирует скорость вращения турбины и мощность компрессора. Вестгейт открывается и закрывается сжатым воздухом от турбины (давление на верхней палубе) и может подниматься с помощью соленоида для регулирования давления, подаваемого на мембрану вестгейта. Этим соленоидом можно управлять с помощью автоматического контроля производительности, электронного блока управления двигателем или компьютера управления наддувом. Другой метод повышения давления наддува заключается в использовании обратных и выпускных клапанов, чтобы поддерживать давление на мембране ниже, чем давление в системе.

Некоторые турбокомпрессоры (обычно называемые турбокомпрессорами с изменяемой геометрией) используют набор лопастей в корпусе выхлопной трубы для поддержания постоянной скорости газа на турбине, такой же тип управления, как и на турбинах электростанций. Эти турбонагнетатели имеют минимальное запаздывание, имеют низкий порог наддува и очень эффективны при более высоких оборотах двигателя. Во многих конфигурациях этим турбинам даже не нужен вестгейт. Лопасти контролируются мембраной, идентичной мембране вестгейта, но требуемый уровень контроля немного отличается. Первым серийным автомобилем, в котором использовались эти турбины, была выпущенная ограниченным тиражом модель 19.89 Shelby CSX-VNT, оснащенный бензиновым двигателем объемом 2,2 л. В Shelby CSX-VNT использовалась турбина Garrett, названная VNT-25, потому что в ней используется тот же компрессор и вал, что и в более распространенном Garrett T-25. Этот тип турбины называется турбиной с регулируемым соплом (VNT) . Производитель турбокомпрессоров Aerocharger использует термин «турбинное сопло с переменным сечением» (VATN) для описания этого типа турбинного сопла. Другие общие термины включают турбину с изменяемой геометрией (VTG), турбину с изменяемой геометрией (VGT) и турбину с изменяемой лопастью (VVT).

Porsche 911 Turbo 2006 года имеет 3,6-литровую оппозитную шестерку с двойным турбонаддувом, а используемые турбины – это турбины с изменяемой геометрией BorgWarner (VGT). Это важно, потому что, хотя VGT уже несколько лет используются на передовых дизельных двигателях и на Shelby CSX-VNT, эта технология впервые была реализована на высокопроизводительном бензиновом автомобиле (всего 500 Shelby CSX-VNT). были произведены). Это связано с тем, что в бензиновых автомобилях температура выхлопных газов намного выше (чем в дизельных автомобилях), и это обычно оказывает неблагоприятное воздействие на тонкие подвижные лопасти турбокомпрессора. Инженеры Porsche утверждают, что решили эту проблему с новым 9.11 Турбо.

Надежность

Пока подача масла чистая и выхлопные газы не перегреваются (бедные смеси или опережающее опережение зажигания на бензиновом двигателе), турбонагнетатель может быть очень надежным, но уход за агрегатом важен. Замена турбокомпрессора, который сбрасывает лопасти, будет стоить дорого. В двигателях с турбонаддувом рекомендуется использование синтетических масел.

После работы двигателя на высоких оборотах важно дать двигателю поработать на холостом ходу от одной до трех минут, прежде чем выключать двигатель. Например, Saab в своих руководствах по эксплуатации рекомендует период всего 30 секунд. Это позволяет вращающемуся узлу турбокомпрессора охлаждаться из-за более низкой температуры выхлопных газов. Невыполнение этого требования также приведет к нарушению критической подачи масла к турбонагнетателю при остановке двигателя, когда корпус турбины и выпускной коллектор еще очень горячие, что приведет к закоксовыванию смазочного масла, оставшегося в блоке, когда тепло проникает в подшипники. а затем сбой подачи масла при следующем запуске двигателя, что приводит к быстрому износу и выходу из строя подшипников. Даже мелкие частицы сгоревшего масла будут скапливаться и приводить к перекрытию подачи масла и выходу его из строя. Турботаймер — это устройство, предназначенное для поддержания работы автомобильного двигателя в течение заранее определенного периода времени, чтобы автоматически выполнять этот период охлаждения. Закоксовывание масла полностью исключено благодаря фольгированным подшипникам. Эта проблема менее выражена с турбонагнетателями, используемыми в дизельных двигателях, из-за более низкой температуры выхлопных газов и, как правило, более низких оборотов двигателя. Обычно производитель указывает 10-секундный период холостого хода перед выключением, чтобы гарантировать, что турбокомпрессор работает на холостом ходу, чтобы предотвратить повреждение подшипников при прекращении подачи масла.

Установив Турбо-таймер, он позволит вам установить точное время, чтобы турбины остыли.

Более сложным и проблематичным защитным барьером от закоксовывания масла является использование картриджей подшипников с водяным охлаждением. Вода закипает в картридже при выключении двигателя и образует естественную рециркуляцию для отвода тепла. По-прежнему рекомендуется не глушить двигатель, пока горят турбина и коллектор.

В нестандартных системах, в которых используются трубчатые коллекторы, а не чугунные коллекторы, потребность в периоде охлаждения снижается, поскольку более легкие коллекторы аккумулируют гораздо меньше тепла, чем тяжелые чугунные коллекторы.

Дизельные двигатели

обычно намного добрее к турбодвигателям, потому что их температура выхлопных газов намного ниже, чем у бензиновых двигателей.

—–

Отставание

Водитель автомобиля с турбонаддувом иногда ощущает отставание как задержку между нажатием на педаль акселератора и моментом включения турбо . Это симптоматично для времени, необходимого для того, чтобы выхлопная система, приводящая турбину, достигла высокого давления, а ротор турбины преодолел свою инерцию вращения и достиг скорости, необходимой для создания давления наддува. Компрессор с прямым приводом в объемном нагнетателе не страдает от этой проблемы. (Центробежные нагнетатели не создают наддува при низких оборотах, как нагнетатели объемного типа). И наоборот, при малых нагрузках или низких оборотах турбонагнетатель обеспечивает меньший наддув, и двигатель более эффективен, чем двигатель с наддувом.

Запаздывание можно уменьшить, уменьшив инерцию вращения турбины, например, используя более легкие детали, чтобы ускорить раскручивание. Керамические турбины – большой помощник в этом направлении. К сожалению, их относительная хрупкость ограничивает максимальный импульс, который они могут дать. Другой способ уменьшить запаздывание – изменить соотношение сторон турбины за счет уменьшения диаметра и увеличения длины пути газового потока. Увеличение давления воздуха на верхней палубе и улучшение реакции вестгейта помогает, но есть увеличение стоимости и недостатки надежности, которые не нравятся производителям автомобилей. Отставание также уменьшается за счет использования фольгового подшипника вместо обычного масляного подшипника. Это снижает трение и способствует более быстрому ускорению вращающегося узла турбокомпрессора.

Другим распространенным методом выравнивания турбоямы является «обрезание» турбинного колеса или уменьшение площади поверхности вращающихся лопастей турбинного колеса. За счет отсечения небольшой части кончика каждой лопасти турбинного колеса на выходящие выхлопные газы накладывается меньше ограничений. Это придает меньшее сопротивление потоку выхлопных газов при низких оборотах, позволяя автомобилю сохранять большую часть крутящего момента на низких оборотах, но также увеличивает эффективную скорость наддува до немного более высокого уровня. Величина, на которую может быть обрезано турбинное колесо, сильно зависит от приложения. Отсечение турбины измеряется и указывается в градусах.

В других установках, особенно в двигателях V-образного типа, используются две турбины одинакового размера, но меньшего размера, каждая из которых питается от отдельного набора выхлопных потоков двигателя. Две меньшие турбины производят такое же (или больше) совокупное количество наддува, как и большая одиночная турбина, но, поскольку они меньше, они быстрее достигают своих оптимальных оборотов и, следовательно, оптимальной подачи наддува. Такое расположение турбин обычно называют параллельной системой с двумя турбинами.

Некоторые автопроизводители борются с отставанием, используя две маленькие турбины (например, Kia, Toyota, Subaru, Maserati, Mazda и Audi). Типичная схема для этого состоит в том, чтобы один турбонаддув был активен во всем диапазоне оборотов двигателя, а другой подключался к сети при более высоких оборотах. В ранних конструкциях один турбокомпрессор был активен до определенного числа оборотов в минуту, после чего активировались оба турбокомпрессора. Ниже этого числа оборотов и выхлоп, и воздухозаборник вторичного турбонаддува закрыты. Будучи по отдельности меньше, они не страдают от чрезмерной задержки, а наличие второго турбонагнетателя, работающего в более высоком диапазоне оборотов, позволяет ему достичь полной скорости вращения раньше, чем это потребуется. Такие комбинации называются секвентальным твин-турбо. Последовательные твин-турбо обычно намного сложнее, чем одинарные или параллельные твин-турбо системы, потому что они требуют трех наборов впускных и перепускных труб для двух турбонагнетателей, а также клапанов для управления направлением выхлопных газов. Примером этого является нынешний BMW E60 5-Series 535d. Многие новые дизельные двигатели используют эту технологию не только для устранения запаздывания, но и для снижения расхода топлива и получения более чистых выбросов.

Задержку не следует путать с порогом повышения; однако многие публикации до сих пор допускают эту основную ошибку. Порог наддува турбосистемы описывает минимальные обороты турбонаддува, при которых турбонаддув физически способен обеспечить требуемый уровень наддува. Новые разработки турбокомпрессора и двигателя привели к неуклонному снижению порога наддува до уровня, при котором повседневное использование кажется совершенно естественным. Нажать на педаль газа при 1200 об/мин и не иметь наддува до 2000 об/мин — это пример порога наддува, а не 9. 0017 отставание .

В гоночных автомобилях часто используется система защиты от запаздывания, чтобы полностью устранить запаздывание за счет сокращения срока службы турбонагнетателя.

В современных дизельных двигателях эта проблема практически устранена за счет использования турбонагнетателя с изменяемой геометрией.

Повышение

Наддув относится к увеличению давления в коллекторе, создаваемому двигателем с турбонаддувом во впускном тракте или, в частности, во впускном коллекторе, которое превышает нормальное атмосферное давление. Это также уровень наддува, показанный на манометре, обычно в барах, фунтах на квадратный дюйм или, возможно, в кПа. В просторечии также упоминается как «фунты наддува». Это показатель дополнительного давления воздуха, которое достигается по сравнению с тем, которое было бы достигнуто без принудительной индукции.

Давление наддува ограничено, чтобы вся система двигателя, включая турбонаддув, оставалась в расчетном рабочем диапазоне за счет управления перепускным клапаном, который отводит выхлопные газы от турбины со стороны выпуска. В некоторых автомобилях максимальный наддув зависит от октанового числа топлива и регулируется электронным способом с помощью датчика детонации, см. Автоматический контроль производительности (APC).

Многие дизельные двигатели не имеют перепускной заслонки, поскольку количество энергии выхлопа напрямую зависит от количества топлива, впрыскиваемого в двигатель, а небольшие изменения давления наддува не влияют на работу двигателя.

—–

Приложения

Турбокомпрессор очень распространен в дизельных двигателях обычных автомобилей, грузовиков, локомотивов, морских и тяжелых машин. Фактически, для современных автомобильных приложений дизельные двигатели без турбонаддува становятся все более редкими. Дизели особенно подходят для турбонаддува по нескольким причинам:

• Безнаддувные дизели имеют более низкую удельную мощность по сравнению с бензиновыми двигателями; турбонаддув улучшит это соотношение P:W.
• Дизельные двигатели требуют более прочной конструкции, потому что они уже работают при очень высокой степени сжатия и при высоких температурах, поэтому они, как правило, требуют незначительного дополнительного усиления, чтобы справиться с добавлением турбонагнетателя. Бензиновые двигатели часто требуют серьезной модификации для турбонаддува.
• Дизельные двигатели имеют более узкий диапазон частот вращения, в котором они работают, что делает рабочие характеристики турбонагнетателя в этом «диапазоне оборотов» менее компромиссными, чем у бензинового двигателя.
• Дизельные двигатели не вдувают в цилиндры ничего, кроме воздуха во время наддува цилиндров, впрыскивая топливо в цилиндр только после закрытия впускного клапана и начала сжатия. Бензиновые/бензиновые двигатели отличаются от них тем, что и топливо, и воздух подаются во время цикла впуска, и оба они сжимаются во время цикла сжатия. Более высокая температура наддува на впуске двигателей с наддувом снижает степень сжатия, которая возможна в бензиновом / бензиновом двигателе, тогда как дизельные двигатели гораздо менее чувствительны к этому.

Сегодня турбонаддув чаще всего используется в двух типах двигателей: бензиновые двигатели в высокопроизводительных автомобилях и дизельные двигатели в транспортном и другом промышленном оборудовании. Небольшие автомобили особенно выигрывают от этой технологии, поскольку часто не хватает места для установки двигателя большей мощности (и физически большего размера). Saab был ведущим производителем автомобилей, использующим турбокомпрессоры в серийных автомобилях, начиная с Saab 99 1978 года. Все текущие модели Saab оснащены турбонаддувом. Порше 944 использовал турбоагрегат в 944 Turbo (внутренний номер модели Porsche 951), что дало большое преимущество, благодаря чему время разгона с 0 до 100 км/ч (0-60 миль в час) было очень близко к его современному «старшему брату» без турбонаддува. Порше 928.

Небольшие автомобильные турбины все чаще используются в качестве основы для небольших реактивных двигателей, используемых для летающих моделей самолетов, хотя преобразование является узкоспециализированной работой, не лишенной опасностей. Энтузиасты реактивных двигателей сконструировали самодельные реактивные двигатели из автомобильных турбонагнетателей, часто работающих на пропане, и с использованием самодельной камеры сгорания, установленной между стороной высокого давления компрессора турбокомпрессора и стороной впуска турбины. Подача масла для подшипников по-прежнему необходима, обычно обеспечивается электрическим насосом. Запуск таких самодельных форсунок обычно достигается продувкой агрегата воздухом компрессором или бытовым листодувом. Изготовление этих двигателей – непростая задача – если конструкция адсорбера сгорания не будет правильной, двигатель либо не запустится, не стабилизируется после работы, либо даже разгонится до чрезмерной скорости и разрушится.

В большинстве современных самолетов с турбонаддувом используется регулируемый вестгейт. Вестгейт управляется вручную, либо с помощью пневматической/гидравлической системы управления, либо, что становится все более распространенным явлением, с помощью бортового компьютера. В интересах долговечности двигателя вестгейт обычно остается открытым или почти открытым на уровне моря, чтобы не допустить чрезмерного наддува двигателя. По мере набора высоты вестгейт постепенно закрывается, поддерживая давление в коллекторе на уровне моря или выше. На вторичном рынке авиационные турбокомпрессоры иногда не создают чрезмерного наддува двигателя, а сжимают окружающий воздух до давления на уровне моря. По этой причине такие самолеты иногда называют турбо-нормализованными. Большинство приложений, выпускаемых крупными производителями (Beech, Cessna, Piper и др.), увеличивают максимальное давление воздуха на впуске двигателя на целых 35%. Особое внимание следует уделить охлаждению двигателя и прочности компонентов из-за повышенной теплоты сгорания и мощности.

Турбокомпрессор

— это разновидность турбокомпрессора, который вырабатывает электроэнергию, а не увеличивает поток воздуха в двигателе. 21 сентября 2005 г. компания Foresight Vehicle объявила о первом известном внедрении такого устройства для автомобилей под названием TIGERS (интегрированная система рекуперации газовой энергии с турбогенератором).

История

Турбокомпрессор изобрел швейцарский инженер Альфред Буши, работавший над паровыми турбинами. Его патент на турбокомпрессор внутреннего сгорания был подан в 1905. Дизельные суда и локомотивы с турбокомпрессорами начали появляться в 1920-х годах.

Одно из первых применений турбокомпрессора к недизельному двигателю произошло, когда инженер General Electric Сэнфорд Мосс прикрепил турбокомпрессор к авиационному двигателю V12 Liberty . Двигатель был испытан в Пайкс-Пик в Колорадо на высоте 14 000 футов, чтобы продемонстрировать, что он может устранить потери мощности, обычно возникающие в двигателях внутреннего сгорания из-за высоты.

Турбокомпрессоры впервые были использованы в серийных авиационных двигателях в 1930-е годы до Второй мировой войны. Основная цель большинства авиационных приложений заключалась в том, чтобы увеличить высоту, на которой может летать самолет, за счет компенсации более низкого атмосферного давления на большой высоте. Такие самолеты, как Lockheed P-38 Lightning, Boeing B-17 Flying Fortress и B-29 Superfortress, использовали «турбокомпрессоры» с выхлопным приводом для увеличения мощности двигателя на большой высоте. Важно отметить, что авиационные двигатели с турбонаддувом фактически использовали нагнетатель центробежного типа с зубчатым приводом последовательно с турбокомпрессором.

Грузовики Turbo-Diesel

были произведены в Европе и Америке (в частности, компанией Cummins) после 1949 года. Турбокомпрессор попал в автомобильный мир в 1952 году, когда Фред Агабашян квалифицировался на поул-позицию в Indianapolis 500 и лидировал на 100 миль, прежде чем осколки шины отключили вентилятор.

Инновационный оппозитный шестицилиндровый двигатель Corvair с турбонаддувом; Турбина, расположенная вверху справа, подает сжатый воздух в двигатель через хромированную Т-образную трубку, видимую слева направо.

Первые серийные автомобильные двигатели с турбонаддувом поступили от General Motors. Oldsmobile Cutlass Jetfire с кузовом A и Chevrolet Corvair Monza Spyder были оснащены турбокомпрессорами в 1962 году. Oldsmobile часто называют первым, поскольку он вышел на несколько месяцев раньше, чем Corvair. Его Turbo Jetfire имел двигатель V8 объемом 215 дюймов³ (3,5 л), в то время как двигатель Corvair имел либо 145 дюймов³ (2,3 л) (1962–63), либо 164 дюймов³ (2,7 л) (1964–66) плоский-6. От обоих этих двигателей отказались в течение нескольких лет, а следующий турбодвигатель GM появился более чем через десять лет.

Двигатели

Offenhauser с турбонаддувом вернулись в Индианаполис в 1966 году, а победы пришлись на 1968 год. В 1973 году двигатель Offy с турбонаддувом достиг максимальной мощности более 1000 л. Автомобили с турбонаддувом доминировали в Ле-Мане с 1976 по 1994 год.

BMW возглавил возрождение автомобильного турбодвигателя с 1973 2002 Turbo, а Porsche последовал за ним с 911 Turbo, представленным на Парижском автосалоне 1974 года. Buick был первым подразделением GM, вернувшим турбонаддув в 1978 Buick Regal, за которым последовали Mercedes-Benz 300D и Saab 99 в 1978 году. Первый в мире серийный автомобиль с турбодизелем был также представлен в 1978 году компанией Peugeot с запуском турбодизеля Peugeot 604.

Однако Renault

сделала еще один шаг и установила турбокомпрессор на самый маленький и легкий автомобиль, который у них был, R5, что сделало его первым автомобилем Supermini с турбокомпрессором. Это дало автомобилю около 160 л.с. в уличной версии и до 300+ в гоночной конфигурации, непомерная мощность для двигателя объемом 1400 куб. В сочетании с его невероятно легким шасси он мог наступать на пятки невероятно быстрой Ferrari 308. Pontiac также представил турбодвигатель в 1980 и Volvo Cars последовали в 1981 году.

В Формуле-1, в так называемую «турбо-эру» с 1977 по 1989 год, двигатели объемом 1500 куб. см могли развивать мощность от 1000 до 1500 л.с. (от 746 до 1119 кВт) (Renault, Honda, BMW). Renault был первым производителем, применившим турботехнологию в Формуле-1 в 1977 году. Высокая стоимость проекта была компенсирована его характеристиками, что побудило других производителей двигателей последовать их примеру. Двигатели с турбонаддувом захватили поле Формулы-1 и положили конец эре Ford Cosworth DFV в середине 19-го века.80-е годы.

Автомобили с турбонаддувом: как работает турбокомпрессор

Сердце большинства современных автомобилей, двигатель внутреннего сгорания, значительно продвинулся вперед за свою столетнюю историю.

В этой серии статей описываются некоторые ключевые инновации в технологии двигателей, а затем рассматриваются альтернативы двигателю внутреннего сгорания. На этой неделе турбонаддув.

Ознакомьтесь с другими деталями этой серии

Технология сквозь время: впрыск топлива
Технология сквозь время: наддув
Технологии во времени: регулируемые фазы газораспределения
Технологии во времени: водородные топливные элементы

История

Концепция турбокомпрессора для выработки дополнительной мощности была впервые запатентована швейцарским инженером Альфредом Бюхи в 1905 году и впоследствии использовалась в нескольких авиационных двигателях во время начало 20 века. В 1962 году General Motors стала первым производителем, использовавшим турбодвигатель в серийном автомобиле Oldsmobile Cutlass Turbo Jetfire.

Oldsmobile Cutlass Turbo Jetfire.

Как это работает?

Как и наддув, турбонаддув — это еще один метод увеличения мощности двигателя без увеличения рабочего объема. Ключевое различие между этими двумя технологиями заключается в том, как они питаются. В то время как нагнетатель приводится в действие механически через ремень, который соединяет его с коленчатым валом двигателя, турбонагнетатель приводится в действие выхлопными газами двигателя.

Простая схема всего двигателя с турбонагнетателем (изображение предоставлено carfinderservice.com)

Эти выхлопные газы, в свою очередь, раскручивают турбину до 150 000 об/мин. Турбина напрямую соединена металлическим стержнем с компрессором, который сжимает воздух, что позволяет большему объему воздуха поступать в камеру сгорания, смешивать больше топлива и, следовательно, вырабатывать больше энергии.

Внутренние части турбокомпрессора.

Промежуточный охладитель (более известный как охладитель наддувочного воздуха) — еще одна ключевая часть двигателя с турбонаддувом. Когда воздух сжимается компрессором, он становится теплее и, следовательно, менее плотным. Промежуточный охладитель, обычно промежуточный охладитель типа «воздух-воздух», пропускает сжатый воздух через ряд охлаждающих ребер. Более холодный воздух снаружи смешивается с этим сжатым воздухом и отводит тепло. Таким образом, интеркулер делает процесс наддува более эффективным, обеспечивая поступление в камеру сгорания только холодного воздуха.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией

Основная проблема автомобилей с турбонаддувом — запаздывание. В отличие от нагнетателя, производительность турбокомпрессора зависит от количества выхлопных газов, производимых двигателем. При низких оборотах двигатель производит меньше выхлопных газов. Выхлопная турбина вращается не очень быстро, компрессор не может сжимать много воздуха, поэтому турбонагнетатель не может дать большого наддува. Когда вы нажимаете на педаль акселератора в обычном автомобиле с турбонаддувом, возникает заметная «задержка», поскольку двигатель набирает обороты и выхлопные газы, достаточные для питания турбонагнетателя и, таким образом, обеспечения наддува.

Таким образом, одна из ключевых дилемм, с которыми производители автомобилей сталкиваются при использовании турбонаддува, заключается в том, как уменьшить запаздывание, а также обеспечить постоянный уровень наддува независимо от оборотов двигателя.

Одним из вариантов является включение последовательной системы с небольшим турбонагнетателем, работающим на низких оборотах, и большим турбонагнетателем, работающим на более высоких оборотах, по принципу, аналогичному включению как малого, так и большого ветряка. Меньший ветряк будет легче вращать, когда воздушный поток низкий, а больший ветряк может взять на себя управление, когда воздушный поток высок, чтобы генерировать больше наддува.

Другим вариантом является использование турбокомпрессора, который может регулировать скорость выхлопных газов, поступающих в турбину, чтобы обеспечить быстрое раскручивание и постоянный уровень наддува во всем диапазоне оборотов двигателя.

Он известен как турбонагнетатель с изменяемой геометрией. В принципе, это похоже на использование ветряной мельницы, которая может изменять свой размер, чтобы производить мощность постоянного уровня в зависимости от того, сколько воздуха проходит через нее.

Турбодвигатель Volvo с изменяемой геометрией.

Турбина с изменяемой геометрией работает за счет использования нескольких лопастей, расположенных вокруг выхлопной турбины. Эти лопасти поворачиваются в ответ на поток воздуха, поступающий в турбокомпрессор. Когда поток выхлопных газов уменьшается при низких оборотах двигателя, лопасти принимают более узкое, «закрытое» положение, которое сжимает воздух с высокой скоростью в турбину, позволяя ей раскручиваться и вращаться быстрее. При высоких оборотах двигателя поток выхлопных газов больше, и газ не нужно ускорять. Поэтому лопасти открываются, обеспечивая тем самым вращение турбины с одинаковой скоростью.

Турбина Twin-scroll

Не все цилиндры в двигателе внутреннего сгорания запускаются одновременно. Вместо этого они используют последовательный порядок зажигания, например, 1-3-4-2 для четырехцилиндрового двигателя. Турбокомпрессор с двойной спиралью использует этот основной принцип для достижения той же цели, что и турбокомпрессор с изменяемой геометрией.

В зависимости от порядка включения цилиндры объединяются в два разных канала («прокрутки»). Вместо поворотных лопастей эти каналы имеют разный размер. Один канал, например, меньше другого, чтобы увеличить скорость воздушного потока выхлопных газов при низких оборотах двигателя, в то время как больший канал позволяет большему объему выхлопных газов, образующихся при высоких оборотах двигателя, эффективно поступать в турбину. Каналы также могут быть расположены так, чтобы направлять воздух на разные части лопаток турбины для дальнейшего повышения эффективности. Таким образом, эти каналы эффективно контролируют поток воздуха в турбину, чтобы уменьшить запаздывание, а также улучшить уровень наддува, обеспечиваемый при более высоких оборотах двигателя.

Схема турбины с двойной спиралью.

Будущее: электрические турбины

Сегодня турбокомпрессоры широко используются во всей автомобильной промышленности. Бюджетные автомобили, такие как Skoda Fabia, и гиперкары, такие как Bugatti Chiron, используют один и тот же фундаментальный принцип для повышения мощности двигателя. Несмотря на появление турбин с изменяемой геометрией и двойной спиралью, проблема турбоямы не была устранена полностью.

Audi SQ7 — первый в мире серийный автомобиль с электрическим турбонаддувом.

Электрические турбины — это решение, которое полностью устраняет эту задержку. В Audi SQ7, первом в мире серийном автомобиле, использующем эту технологию, используется компрессор с электрическим приводом в сочетании с двумя последовательными турбонагнетателями. Имея электропитание, компрессор может работать с 0 об/мин без необходимости выхлопных газов, обеспечивая мгновенный наддув до того, как обычные турбины начнут работать на более высоких оборотах. Хотя в настоящее время этот тип технологии используется ограниченно, он, вероятно, станет более распространенным в автомобилях с турбонаддувом в ближайшем будущем.

Двигатель SQ7 TDI, в котором отсутствует турбозадержка.

Ты турбо-солдат или целый день не работаешь? Расскажите нам, что вы думаете в комментариях.

Почему дизельные двигатели развивают такой большой крутящий момент?

Автомобили с дизельным двигателем обычно с трудом конкурируют со своими бензиновыми аналогами в спецификации, но почему они развивают гораздо больший крутящий момент?

Напомнить позже

Не секрет, что дизельные двигатели постоянно развивают более высокий крутящий момент, чем бензиновые двигатели. Разница между мощностью и крутящим моментом также обычно намного меньше в дизельных двигателях (если измерять в фунтах на фут), так как же они создают все это дополнительное ворчание по сравнению с бензином?

Высокая степень сжатия

Первая причина – гораздо более высокая степень сжатия. Это соотношение максимального и минимального объема в цилиндре двигателя. В дизельном двигателе он больше из-за более длинного хода, что означает, что поршень движется вверх и вниз по большему внутреннему объему цилиндра. Дизельные двигатели никогда не вращаются так же высоко, как бензиновые двигатели, потому что поршень должен двигаться дальше для полного оборота, в то время как бензиновый двигатель использует более короткий ход для более быстрого движения поршня, что означает, что скорость двигателя может быть выше.

Высшая теплотворная способность

Другим фактором, влияющим на выходной крутящий момент, является давление, оказываемое на поршень со стороны сгоревшего топлива. Теплотворная способность дизельного топлива (45 500 кДж/кг) немного ниже, чем у бензина (45 800 кДж/кг), что означает, что в бензине фактически содержится больше тепла для данного объема, чем в дизельном топливе. Однако дизельное топливо намного плотнее бензина и может хранить до 15% больше энергии на заданный объем. Это означает, что каждый раз, когда дизельное топливо сгорает, больше энергии передается давлению на поршень, увеличивая крутящий момент, действующий на коленчатый вал.

Более высокий импульс

9 МБ

Многие дизельные двигатели также оснащены турбонаддувом, чтобы компенсировать нехватку предельной мощности и частоты вращения двигателя. Затем это создает более высокое давление в цилиндре для рабочего такта, что, в свою очередь, создает увеличение крутящего момента. По сравнению с турбокомпрессорами на бензиновых двигателях, дизельные турбины обычно настроены на гораздо более высокое давление наддува, что снижает насосные потери во время такта впуска двигателя, позволяя двигателю стать более эффективным при преобразовании энергии через коленчатый вал.

Самый сонный из спящих

Главное, что можно извлечь из всего этого, это то, что лошадиные силы, безусловно, не являются решающими и решающими, но они, безусловно, имеют свое применение. Гоночный двигатель с бензиновым двигателем может производить небольшой крутящий момент, но широкий диапазон оборотов может означать высокую мощность. С другой стороны, дизельный двигатель с низким числом оборотов всегда будет бороться за достижение того же значения мощности, но может извлечь выгоду из увеличения крутящего момента. Вот почему вы никогда не найдете дизельные двигатели ни в одном суперкаре или гиперкаре; если у вас есть два двигателя с одинаковым крутящим моментом, но один из них вращает коленчатый вал быстрее и, следовательно, создает большую мощность, вы бы поддержали его.

Вы должны помнить, что дизельные двигатели изначально были разработаны, чтобы конкурировать с паровыми двигателями; двигатели, предназначенные для перемещения очень тяжелых грузов, поэтому необходимы высокий крутящий момент и постоянная скорость. Бензиновые двигатели, с другой стороны, были разработаны для тех функций, где требовалось высокое отношение мощности к весу (ранние самолеты и мотоциклы), и, таким образом, они давали те высокие обороты, которые большинство автолюбителей жаждут по крутящему дизелю.

На дизеля можно смотреть по аналогии с загрузкой чего-нибудь в багажник: давайте возьмем тротуарную плитку. Бензиновый двигатель похож на максимально быстрое перемещение каждой отдельной тротуарной плитки, в то время как дизельный двигатель больше похож на медленное перемещение четырех плит за раз. Дизельный двигатель выполняет больше работы за один оборот двигателя.

Кто-нибудь помнит это?

Высокопроизводительные дизели также, безусловно, находятся на подъеме – возьмем, к примеру, Alpina. D3 Bi-Turbo производит 345 л.с. и (как и ожидалось) 516 фунт-фут крутящего момента, что позволяет разогнаться до 100 км/ч за 4,6 секунды. Это ставит его на территорию BMW M2, впечатляющее достижение для большого универсала, работающего на бензине. И кто может забыть дорожный Audi R8 V12 TDI 2008 года, который развил максимальную скорость до 202 миль в час благодаря обширной разработке гоночных автомобилей R18 Le Mans компании.