Принцип работы турбокомпрессора и его конструкция

Турбокомпрессор (турбина) — это механизм, используемый в автомобилях для нагнетания воздуха в цилиндры ДВС. В этом случае турбина приводится в движение исключительно потоком выхлопных газов. Использование турбокомпрессора позволяет увеличить мощность двигателя до 40% при сохранении его компактных размеров и низкого расхода топлива.

Как устроена турбина, принцип её работы

Стандартный турбокомпрессор состоит из:

1. Корпус. Изготовлен из жаропрочных стали. Он имеет спиралевидную форму с двумя разнонаправленными трубами, снабженными фланцами для установки в системе наддува.
2. Турбинное колесо. Оно преобразует энергию выхлопа во вращение вала, на котором оно жестко закреплено. Изготовлено из жаропрочных материалов.
3. Колесо компрессора. Оно получает вращение от турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Рабочее колесо компрессора часто изготавливается из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим в этой зоне приближен к нормальному и использование жаропрочных материалов не требуется.
4. Вал турбины. Соединяет колеса турбины (компрессорное и турбинное).
5. Подшипники скольжения или шариковые. Нужны для соединения вала в корпусе. Конструкция может быть оснащена одной или двумя опорами (подшипниками). Последние смазываются общей системой смазки двигателя.
6. Перепускной клапан. Предназначен для регулирования потока выхлопных газов, действующих на турбинное колесо. Это позволяет вам контролировать мощность наддува. Клапан с пневматическим приводом. Его положение контролируется ЭБУ двигателя, который получает сигнал от датчика скорости.

Основной принцип работы турбины в бензиновых и дизельных двигателях заключается в следующем:

• Выхлопные газы направляются в корпус турбокомпрессора, где они действуют на лопатки турбины.
• Турбинное колесо начинает вращаться и ускоряться. Скорость вращения турбины на высоких оборотах может достигать 250 000 об / мин.
• После прохождения турбинного колеса выхлопные газы сбрасываются в выхлопную систему.
• Рабочее колесо компрессора вращается синхронно (поскольку оно находится на одном валу с турбиной) и направляет поток сжатого воздуха в промежуточный охладитель, а затем во впускной коллектор двигателя.

Характеристики турбины

По сравнению с механическим компрессором, приводимым в действие коленчатым валом, преимущество турбины заключается в том, что она не потребляет энергию от двигателя, а использует энергию его побочных продуктов. Это дешевле в производстве и дешевле в использовании.

Хотя технически турбина для дизельного двигателя практически такая же, как и для бензинового двигателя, она чаще встречается в дизельном двигателе. Основная особенность — это режимы работы. Поэтому для дизельного двигателя можно использовать менее жаропрочные материалы, поскольку температура выхлопных газов в среднем составляет от 700 ° C в дизельных двигателях и от 1000 ° C в бензиновых. Это означает, что установка дизельной турбины на бензиновый двигатель невозможна.

С другой стороны, эти системы также имеют разные уровни давления наддува. При этом следует учитывать, что КПД турбины зависит от ее геометрических размеров. Давление воздуха, вдуваемого в цилиндры, складывается из двух частей: 1 атмосферного давления плюс избыточное давление, создаваемое турбонагнетателем. Оно может составлять от 0,4 до 2,2 атмосфер и более. Поскольку принцип работы турбины в дизельном двигателе обеспечивает забор большего объема выхлопных газов, конструкция бензинового двигателя не может быть установлена даже в дизельные двигатели.

Типы и ресурс работы турбонагнетателей

Основным недостатком турбины является эффект «турбо-лага», который возникает при низких оборотах двигателя. Он представляет собой временную задержку реакции на изменение оборотов двигателя. Чтобы преодолеть этот недостаток, были разработаны различные типы турбонагнетателей:

• Система Twin-scroll. В конструкции предусмотрено два канала, разделяющих турбинную камеру и, как следствие, поток выхлопных газов. Это обеспечивает более быстрое время отклика, максимальный КПД турбины и предотвращает засорение выпускных отверстий.
• Турбина с изменяемой геометрией (сопло с изменяемой геометрией). Эта конструкция чаще всего используется в дизельных двигателях. Он обеспечивает изменение поперечного сечения входа в турбину за счет подвижности ее лопаток. Изменение угла поворота позволяет регулировать расход выхлопных газов, регулируя тем самым скорость выхлопных газов и скорость работы двигателя. В бензиновых двигателях турбина с изменяемой геометрией часто устанавливается на спорткары.

Недостаток турбонагнетателей — недолговечность турбины. Для бензиновых двигателей это в среднем 150 000 километров. С другой стороны, турбинный ресурс дизельного двигателя немного больше и составляет в среднем 250 000 километров. При продолжительной езде на высокой скорости, а также при неправильном выборе масла срок службы может сократиться в два, а то и в три раза.

В зависимости от того, как турбина работает в бензиновом или дизельном двигателе, можно оценить работоспособность. Сигналом к проверке является появление синего или черного дыма, снижение мощности двигателя, а также появление свиста и скрежета. Во избежание поломок необходимо вовремя менять масло, воздушные фильтры и проводить регулярное обслуживание.