Турбонаддув двигателя описание и принцип работы, плюсы и минусы

Турбонаддув принцип работы системы покорившей автопроизводителей

Турбонаддув – слово, знакомое практически каждому современному автолюбителю. Конечно же, друзья, Вы не раз слышали о новых моделях машин, с двигателями, оснащёнными данной технологией. Да что уж греха таить, классические атмосферные моторы – уже де-факто история, настоящее и будущее – за турбодвигателями. И раз пошла такая пьянка, давайте рассмотрим, что такое турбонаддув принцип работы этой системы и её особенности.

Больше воздуха – больше мощности

Сперва необходимо прояснить, зачем вообще это нужно. Турбина необходима, чтобы увеличить давление воздуха в цилиндрах силового агрегата, благодаря чему удаётся повысить его мощность.

К примеру, если взять два двигателя с одинаковым объёмом и одинаковым количеством цилиндров, и на один из них установить турбонаддув, то его отдача станет выше, чем у его «голого» собрата – в этом и весь смысл технологии.

Мощность растёт за счёт того, что в мотор попадает больше воздуха, и чем его больше, тем лучше горение топлива. Детальнее принцип работы автомобильной турбины мы проясним немного позже.

Турбина: изобретение века

Минутка истории. Сама по себе идея искусственно нагнетать воздух в мотор, очень стара. Как ни странно, турбонаддув принцип работы которого мы сегодня и рассматриваем, возник на заре автомобилестроения, в конце ХIХ века.

Конструкторы довольно рано догадались, что это достаточно простой способ повысить мощность двигателей, которые в те годы не отличались резвостью.

Тем не менее, получилось у них что-то приемлемое только в 10-х годах ХХ столетия, тогда же технология и была запатентована. Но в массы она не пошла, не стала она популярной и в 60-х годах, когда американцы попробовали оснащать бензиновыми турбомоторами легковые машины.

Проблемы оказались банальными – недостаток надёжности и высокий расход топлива. О турбонаддуве забыли ещё на десяток лет, пока он вновь не всплыл в моторостроении, но на этот раз в дизельном.

Оказалось, что этот тип двигателей в силу своих особенностей (принцип работы турбины на дизеле мы ещё вспомним) замечательно согласуется с компрессорами. Нужно сказать, расцвет наддува и начался в 70-80-х годах, а впоследствии, эта технология захватила все разновидности двигателей, не оставив и шанса «атмосферникам».

Что происходит в турбомоторах?

Вот мы и подошли к тому, что пора бы и пролить свет на то, чем является турбонаддув, принцип работы этой системы тоже не мешало бы разобрать. Для начала конструктив. На самом деле вариантов исполнения масса, но у всех есть общие черты и элементы, а именно:

  • воздухозаборник;
  • заслонка;
  • турбина (турбокомпрессор);
  • интеркулер;
  • впускной коллектор.

Главным узлом системы выступает турбина, она же турбокомпрессор, она же турбонагнетатель или газотурбинный нагнетатель. Можно сказать, что своему существованию технология обязана именно этому элементу.

Принцип работы турбины на автомобиле и её конструкция элементарны. Состоит она, как правило, из двух колёс-крыльчаток, расположенных на одном валу.

Одна из них раскручивается под воздействием энергии выхлопных газов, в свою очередь, вращая вторую, которая нагнетает давление воздуха во впускной системе мотора.

Назначение других деталей вполне очевидно, кроме, наверное, интеркулера. Его задача состоит в охлаждении воздуха, поступающего от компрессора к впускному коллектору, из-за этого повышается его плотность и, как результат, эффективность всей системы.

Читайте также:  Чем отмыть битум с кузова авто

Принцип работы турбины на бензиновом двигателе мало чем отличается от функционирования этого же агрегата на дизеле. Но нюансы всё же есть.

Так, к примеру, температура выхлопных газов у моторов на лёгком топливе очень высока (может достигать 1000 градусов), что предъявляет повышенные требования к компрессору.

У дизельных двигателей газы не такие горячие, всего 500-600 градусов, из-за этого создать турбину для них проще.

Во многом это и определило распространение турбонаддува – для дизелей он уже давно стандартная система, а у бензиновых — стал обыденностью лишь в последние годы, когда технологии позволили производителям массово выпускать жаростойкие и прочные механизмы.

В остальном же принцип работы турбины на дизельном двигателе и бензиновом моторе схож.

Итак, коллеги-автолюбители, как и было обещано, сам турбонаддув, принцип работы этой технологии мы с Вами рассмотрели.

Цикл статей, посвящённых устройству автомобилей на этом, конечно же, не заканчивается.

Подписывайтесь на рассылку статей и изучайте машины с нами!

Как работает турбина на бензиновом двигателе

Современные бензиновые двигатели обладают недюжинными мощностями. Этого удалось добиться благодаря тем технологиям, которые еще несколько десятков лет назад применялись лишь на гоночных машинах, а потом постепенно перекочевали и на серийные. Одной из таких технологий в двигателе является турбина, которая позволяет ему значительно увеличить мощность и все остальные характеристики. Сегодня мы расскажем о том, что такое турбина, каков принцип ее действия, а также какими плюсами и минусами обладает подобное техническое решение.

Преимущества и недостатки

Вообще говоря, турбины начали устанавливаться на двигателе достаточно давно. Когда на рынке стали появляться их первые модификации, принцип работы такого устройства был достаточно примитивен и понятен большинству людей, пусть даже и не профессиональных мастеров и ремонтников.

К сожалению, первые модели обладали большим числом недостатков. Расскажем об основных из них, которые можно было встретить на всех без исключения моделях турбин. Первый минус — это невысокий ресурс всех составных деталей. Действительно, ресурс был небольшим, и обуславливался он технологией работы, которая оказалась достаточно примитивной. Чаще всего из строя выходит подшипник, который, хоть и обильно обработан смазкой, не может подвергаться какому-либо осмотру и обслуживанию: турбина встраивается в корпус двигателя.

Вторая проблема — это возникновение провала при разгонах. Дело в том, что принцип работы устройства заключается в нагнетании большого давления воздуха в рабочие цилиндры мотора. Чтобы давление дошло до необходимого уровня, нужно определенное время: без применения специальной дорогостоящей электроники действия водителя предсказать достаточно проблематично. Поэтому при резком нажатии на газ происходит не разгон, а лишь нагнетание давления. В связи с этим водителю приходится выжидать по нескольку секунд, что, безусловно, является недостатком.

Правда, несмотря на примитивный и не самый удачный принцип работы, такое устройство, как турбина, широко устанавливалось на двигателе с момента своего изобретения. Это связано с тем, что плюсов, которые дает этот узел, куда больше, чем потенциальных недостатков. К явным преимуществам можно отнести, к примеру, то, что у мотора при равном объеме и конструкции мощность возрастает практически в два раза. При этом расход топлива остается на прежнем уровне, и машина становится даже несколько экономичнее.

Кроме того, ресурс самого двигателя значительно увеличивается. Это связано с тем, что турбина облегчает задачу двигателю и придает ему дополнительные силы. За счет этого механизмы подвергаются меньшему износу, и их срок службы возрастает в несколько раз.

Детальный взгляд

Технология работы турбины по-прежнему остается достаточно простой. Большинство технологий, которые применяются в современных ДВС, направлены на то, чтобы предотвратить всем известный провал при резких разгонах и увеличить срок службы маховика, скорость вращения которого достигает нескольких сотен тысяч оборотов в минуту.

Основным элементом, который и составляет основу принципа работы данного функционального узла, является крыльчатка, за счет которой и осуществляется вращение. Крыльчатка всегда встраивается в выпускной коллектор мотора — туда, где происходит циркуляция выхлопных газов под высоким давлением. Крыльчатка, которая встраивается в этот поток, начинает от него вращение, подобно тому, как функционирует ветряная мельница.

Читайте также:  Антифризы Greencool (7010, 5010, 4010, 3010, 2010, HD) отзывы, фасовка

За счет этого крыльчатка обратной стороной начинает работать на нагнетание воздуха извне. Разумеется, этот воздух проходит систему фильтров и лишь после этого поступает в систему. Нетрудно предположить, что при столь высокой скорости вращения крыльчатки достигается недюжинное давление воздуха, который отправляется в цилиндры. Именно нагнетание большого давления, которое кратно нескольким барам, и является основой работы такого устройства, как турбина. Чем выше давление, тем выше и мощность, которую может развить двигатель, оснащенный наддувом.

Чтобы избежать каких-либо провалов мощности, производители прибегли к применению дополнительных систем, которые направлены на то, чтобы давление нагнеталось мгновенно. Одним из таких элементов являются клапаны.

Один из них соединяется с выпускным коллектором и переводит в него избыточное давление, которое уже не в состоянии раскрутить крыльчатку. Второй клапан соединяется с впускным коллектором двигателя, и при его открытии давление мгновенно перетекает в камеры сгорания. За счет этого удается полностью нивелировать промежуток времени, направленный на нагнетание давления, и сократить время разгона и прироста мощности.

Подводя итоги

Турбонаддув — это достаточно неплохая технология, которая отлично зарекомендовала себя и на серийных, и на спортивных автомобилях. Благодаря ее применению, повысилась работоспособность моторов и их экологичность. Современные технологии, которые применяются на сегодняшний день, позволили устранить недостатки, которые были замечены ранее, и сделать технологию более универсальной и совершенной.

Турбонаддув – назначение, устройство и принцип работы

Турбонаддув – это такой способ агрегатного наддува, при котором подача воздуха в цилиндры двигателя происходит под давлением, нагнетаемым действием энергии отработавших газов. Сегодня такой метод – самый эффективный, призванный увеличивать мощность двигателя, не повышая объёма его цилиндров и частоты вращения коленчатого вала.

Кроме этого, использование турбонаддува даёт экономию топлива в соотношении расхода к мощности и уменьшает токсичность отработавших газов, осуществляя более полное сгорание топлива.

Применение система турбонаддува находит на обоих типах двигателей – и на бензиновых, и на дизельных. Однако на последних она гораздо эффективнее за счёт их более высокой степени сжатия и сравнительно небольшой частоты вращения коленчатого вала.

Использование же турбонаддува для бензиновых двигателей ограничено, во-первых, вероятностью наступления детонации, обусловленной значительным увеличением оборотов двигателя, а во-вторых, перегревом турбонагнетателя из-за повышенной температуры отработавших газов – около 1000°С, в то время как у дизелей она составляет порядка 600°С.

Устройство

Основная часть компонентов турбонаддува – это типовые элементы впускной системы. Присутствие же в системе турбокомпрессора, интеркулера и конструктивно новых элементов управления становится отличительной особенностью именно турбонаддува.

Хотя конструкции отдельных систем турбонаддува и различаются, можно обозначить их общие компоненты. Помимо вышеперечисленных турбокомпрессора, интеркулера и элементов управления это воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельная заслонка, впускной коллектор, напорные шланги и соединительные патрубки, а в некоторых системах ещё и впускные заслонки.

Турбокомпрессор или турбонагнетатель — главный конструктивный компонент системы турбонаддува. Он нагнетает воздух во впускную систему.

Его устройство выглядит следующим образом:

Устройство турбонагнетателя:
1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.

Читайте также:  Что делать, если заедает замок входной двери Блог «Перфект»

Турбинное колесо, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорное колесо. С его помощью воздух всасывается, сжимается и подаётся в цилиндры двигателя. Оба эти колеса жёстко закреплены на роторном валу, вращающемся на подшипниках скольжения плавающего вида. Интеркулер является радиатором жидкостного или воздушного типа. Он охлаждает сжатый воздух, увеличивая его плотность и давление.

Главный элемент управления системой турбонаддува – это регулятор давления наддува, он, по сути, является перепускным клапаном (wastegate). Его задача – ограничивать энергию отработавших газов и направлять часть их потока в обход турбинного колеса. Таким образом, достигается оптимальная величина давления наддува. Привод перепускного клапана – электрический или пневматический. Для его срабатывания система управления двигателем подаёт сигнал от датчика давления наддува.

Как работает турбонаддув

Принцип работы турбонаддува берёт за основу использование энергии отработавших газов. Их струя заставляет вращаться турбинное колесо, передающее вращение через роторный вал компрессорному колесу. С помощью последнего происходит сжатие воздуха и его нагнетание в систему.

Принцип работы турбонаддува

Интеркулер охлаждает воздух, нагретый при сжатии, после чего тот подаётся в цилиндры двигателя.

Хотя система турбонаддува и не связана жёстко с коленчатым валом, её эффективность напрямую зависит от частоты оборотов двигателя. Увеличение оборотов коленчатого вала ведёт к повышению энергии отработавших газов и, соответственно, частоты вращения турбины, что влечёт за собой более интенсивное поступление воздуха в цилиндры двигателя.

О отрицательных особенностях турбонаддува

Конструкция системы турбонаддува обуславливает некоторые отрицательные особенности, возникающие при её работе.

Одна из них – эффект «турбоямы» (turbolag): при резком нажатии на педаль акселератора увеличение мощности двигателя происходит с задержкой. Причина этого в инерционности системы: нужно определённое время для увеличения давления в наддуве, если на газ нажали резко. Избежать этой ситуацию становится возможным, либо применяя турбину с изменяемой геометрией, либо используя два турбокомпрессора, работающих параллельно или последовательно (bi-turbo или twin-turbo), либо задействовав комбинированный наддув.

Второй неприятный момент – это «турбоподхват»: вслед за преодолением «турбоямы» происходит резкое увеличение давления в наддуве.

Турбина с изменяемой геометрией или VNT турбина, способна оптимизировать движение потока отработавших газов, меняя размер входного канала. Наиболее распространены такие турбины в серийных системах турбонаддува дизельных двигателей известных автопроизводителей (например, TDI у Volkswagen).

Турбонаддув с двумя параллельно работающими турбокомпрессорами находит большее применение для мощных V-образных двигателей. При этом на каждый ряд цилиндров двигателя работает свой турбокомпрессор. Выигрыш получается за счёт распределения инерции с одной большой турбины на две маленькие.

В случае установки двух турбин в последовательном режиме выигрыш производительности достигается путём работы разных турбокомпрессоров для разных значений оборотов двигателя. Изредка встречаются случаи установки трёх турбокомпрессоров последовательно (triple-turbo, например, у BMW), ещё реже – четырёх (quad-turbo у Bugatti).

При комбинированном наддуве (twincharger) совместно используется турбонаддув и механический наддув. Сжатие воздуха при низких оборотах коленчатого вала происходит с помощью механического нагнетателя. С увеличением оборотов в работу включается турбокомпрессор, а при достижении их определённой частоты работа механического нагнетателя прекращается (например, TSI у Volkswagen).

Видео — как работает турбина:

Применение турбонаддува особенно эффективно для дизельных двигателей мощных грузовиков: расход топлива увеличивается ненамного, зато мощность двигателя и крутящий момент заметно повышаются.

Турбокомпрессоры, наиболее мощные в пропорции к мощности двигателя, применяются для дизелей тепловозов. По абсолютному же значению, самые мощные турбокомпрессоры устанавливаются в судовые двигатели (до десятков тысяч киловатт).

Ссылка на основную публикацию
Треугольные рычаги подвески (назначение, установка, отзывы) — Как отремонтировать ВАЗ
Подрамник на Приору - цена, производители, назначение Доработка автомобиля, улучшает его характеристики и комфорт,это хороший стимул для применения конструкторской мысли....
Тормозной путь и масса — Энциклопедия журнала За рулем
Вождение фуры как научиться ездить с нуля и правильно водить, видеоуроки управления Любая крупногабаритная и тяжелая техника, находящаяся в движении,...
Тормозной суппорт принцип работы, смазка направляющих и поршней
Что такое суппорт в автомобиле Устройство и принцип работы суппорта Нужно понимать, что суппорт, в связи с различными современными модификациями,...
Трехколесный велосипед своими руками, пошаговая инструкция по созданию
Делаем электровелосипед из двигателя стиральной машины своими руками Сломанная стиралка не подлежит ремонту? Не беда. Главное, чтобы мотор был исправен....
Adblock detector