Promremont34.ru

Авто мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Бензиновый турбо двигатель принцип работы

Известные автопроизводители увеличивают выпуск машин с бензиновыми двигателями, оснащенными турбогенератором. Популяризация турбодвигателей вызвана повышенным спросом на транспортные средства, обладающие улучшенными динамичными, мощностными и тяговыми характеристиками. Однако, на фоне несомненных преимуществ данные усовершенствования часто приводят к определенным недостаткам и потерям.

История развития турбомоторов

Первые легковые автомобили с турбодвигателем начали появляться в начале 60-х годов прошлого столетия. Техника с турбированным дизелем стала стремительно набирать популярность среди автомобилистов. В отличие от дизельных силовых агрегатов, карбюраторные турбомоторы отставали по таким важным показателям, как экономичность, надежность и пр. Не только начальная стоимость, но и дальнейшее техобслуживание таких машин обходилось намного дороже атмосферных аналогов.

С течением времени современные производители бензиновых моторов вновь обратились к турбокомпрессорам. Это связано со стремительным развитием новых технологий, а также с ужесточением требований международных экологических стандартов.

Преимущества турбированных бензиновых двигателей

Под воздействием турбины в камеру сгорания воздух поступает принудительно. Увеличенное количество кислорода в рабочих цилиндрах приводит к росту объема сжигаемого топлива и, соответственно, мощности самого мотора. Для улучшения мощностных характеристик не нужно наращивать физические объемы камер сгорания и число цилиндров.

Достоинства карбюраторных моторов с турбиной:

  1. Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, мощнее обычного атмосферника почти на 30%.
  2. Улучшены тяговые усилия на пониженных оборотах и общие динамичные показатели (машина быстрее разгоняется).
  3. Такие силовые агрегаты обладают повышенной экономичностью (уменьшен расход топлива и моторного масла).
  4. Экологичность работы (вторичное использование выхлопных газов для раскрутки лопастей турбины).
  5. Компактные размеры системы турбонаддува.
  6. Обеспечение ровной «полки» на графике момента вращения в расширенном диапазоне оборотов.

Слабые стороны бензиновых турбомоторов

К самым большим недостаткам можно отнести срок службы самого турбокомпрессора, причем ресурс турбины на бензиновых двигателях значительно ниже, чем на дизельных. Причиной является более высокая температура отработавших газов. А цена качественной турбины составляет от 800 у.е. и болеше.

Грамотный ремонт с предоставлением официальных гарантий способен выполнить далеко не каждый турбо сервис. Ну и стоимость подобных работ может доходить до 50% от цены новой детали.

При разработке ДВС с турбонаддувом инженерам приходится существенно усложнять ее конструкцию. Общую схему дополняют новыми элементами и устройствами. Производство турбодвигателя обходится намного дороже за счет использования рабочих деталей и узлов, изготовленных из более дорогостоящих жаропрочных сплавов.

В процессе эксплуатации силовых агрегатов данного типа имеется наибольшая вероятность появления эффектов детонации. Особенно остро это проявляется при использовании бензина несоответствующего качества.

Система смазки турбодвигателя нуждается в специальном моторном масле, в состав которого входят особые добавки и присадки, повышающие устойчивость рабочего материала при работе в режиме сверхвысоких температур. Замену масла, масляных и воздушных фильтров здесь необходимо проводить намного чаще по сравнению с безнаддувным вариантом.

Продажа восстановленных турбонагнетателей в Украине

Компания «TurboRotor» — официальный представитель мировых производителей турбонагнетателей. У нас в наличие самые популярные модели турбин к автомобилям на украинском рынке. Если вам нужна особенная турбина, то мы привезем ее под заказ.

Вторая наша специализация – капитальный ремонт турбонагнетателей. На все выполнение нами работы мы предоставляем гарантию в 1 год. Само восстановление займет 1-2 дня. У нас также можно приобрести оригинальные ремкомплекты и наборы уплотнителей для самостоятельного ремонта.

Мы приглашаем к сотрудничеству СТО и частных мастеров. Подробнее об условиях сотрудничества можно прочитать на сайте или обсудить с менеджером в телефонном режиме.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией VTG (Variable Geometry Turbine)

Первым VNT (Variable Nozzle Turbine) турбокомпрессором с изменяемой геометрией в 1995 году стал турбокомпрессор для Фольксвагена Multivane с 1,9 литровым двигателем TDI. Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува (на рисунке слева). При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув (на рисунке справа).

Двигатель с системой VNT, имеет лучший отклик, производит большую мощность и крутящий момент, потребляет меньше топлива и обеспечивает снижение вредных выбросов по сравнению с двигателем, связанным с турбокомпрессором традиционным байпасом. Благодаря короткому времени отклика и плавному ускорению улучшается управляемость машиной и срок ее службы. По сравнению с турбокомпрессором, оборудованным байпасом, турбокомпрессор VNT, более эффективный в более широком диапазоне величин потока, имеет следующие 3 основных преимущества:

  1. Более высокая мощность: при определенной скорости двигателя и для заданного давления наддува модели VNT обеспечивают большую разность давлений и снижают температуру газов на выходе из двигателя
  2. Больший крутящий момент: при низких оборотах двигателя модели VNT обеспечивают повышенное давление наддува
  3. Экономия топлива и снижение выброса вредных веществ в атмосферу: контролируемые непосредственно системой управления двигателем, турбокомпрессоры VNT оптимизируют сгорание
Читать еще:  Бензиновые двигатели для моделей своими руками

Основной проблемой VNT турбокомпрессора является недостаточная устойчивость конструкции к высоким температурам. По этой причине основным местом применения технологии VNT стали дизельные двигатели. Первой «ласточкой» в применении турбины с изменяемой геометрией на бензиновых двигателях стала компания Porsche с ее новой моделью 911 Turbo.

Особенности монтажа ГБО на турбированный мотор

Способ монтажа ГБО на турбо мотором почти не имеет различий с подобной процедурой, связанной с обычным двигателем. Есть разница в характеристиках газобаллонного оборудования, например, более мощный испаритель.

Перечень главных элементов:

  • газовый резервуар;
  • газовый дозатор;
  • смеситель;
  • клапана газовый и бензиновый;
  • испаритель;
  • газовые трубопроводы;
  • ЭБУ.

Существуют две вариации установки газового оборудования на турбомотор на дизтопливе:

  • газотурбина;
  • газодизель.

В первом варианте необходимо произвести полную перенастройку силовой установки, обратившись в автомастерскую с техническими возможностями, которые позволяют это сделать.

Газодизель — востребованный способ газификации. Это комбинированный тип, когда происходит впрыск дизеля и газа. Солярка выступает в качестве «поджигателя». Существенно экономится её расход, так как часть замещается более дешёвым топливом. Экономический эффект чувствуется на больших расстояниях.

Эксплуатация двигателя с турбиной

Поскольку для большей турбины необходимо больше времени на раскрутку, то турбоямы, как правило, грозят в первую очередь моторам, имеющим очень высокую удельную мощность и турбины высокого давления. Что же касается турбин с низким давлением, то у них провалов тяги, можно сказать, нет, однако мощность они способны поднять не очень сильно.
От турбоямы удается почти избавиться при использовании схемы с последовательным наддувом, суть которой в следующем: на малых оборотах мотора работает малоинерционный небольшой турбокомпрессор, который на низах увеличивает тягу, а на высоких оборотах по мере роста давления на выпуске включается второй, побольше.
В прошлом веке этот принцип был использован на суперкаре Порше 959. Сегодня же эта схема используется, к примеру, на турбодизелях фирм Land Rover и BMW. В бензиновых двигателях с турбинами Volkswagen в качестве маленького турбокомпрессора выступает приводной нагнетатель.
В случае рядных двигателей чаще используют одиночный турбокомпрессор типа twin-scroll с двойным рабочим аппаратом. Каждую из «улиток» наполняют выхлопные газы от различных групп цилиндров, но они обе подают газы при этом на одну турбину, достаточно эффективно раскручивая ее и на малых оборотах, и на больших.
Но чаще всего можно встретить пару одинаковых турбокомпрессоров, обслуживающих параллельно различные группы цилиндров. Типичной схемой для V-образных турбомоторов является следующая: каждому блоку – свой нагнетатель, хотя и не без исключений. Например, двигатель V8 от Motorsport Gmbh (дочерняя компания BMW AG), который впервые был использован на автомобилях BMW серии X5 M и X6 M, имеет перекрестный выпускной коллектор, позволяющий получать компрессору twin-scroll выхлопные газы из работающих в противофазе цилиндров различных блоков.

Турбированные бензиновые двигатели: сильные и слабые стороны

Итак, хорошо известно, что турбина на бензиновый двигатель или дизель позволяет нагнетать воздух в камеру сгорания принудительно и под давлением. Чем больше воздуха поступает в цилиндры, тем больше горючего можно сжечь, причем нет необходимости физически увеличивать размеры самой камеры сгорания.

Решение позволяет сделать такой мотор более мощным и приемистым, при этом двигатель получается компактным. Дело в том, что подобно объему, не нужно увеличивать количество цилиндров. Другими словами, не увеличиваются габариты силовой установки, а также не происходит значительного прироста в весе, однако мощность двигателя значительно возрастает.

  • Общий принцип работы турбокомпрессора состоит в том, что выхлопные газы, которые образуются во время работы двигателя, вращают турбинное колесо. За счет этого вращается и компрессорное колесо, которое нагнетает воздух во впуск.

В результате турбомотор становится мощнее атмосферных аналогов на 20-30% и более (что зависит от степени наддува). Турбированный двигатель способен обеспечить лучшие показатели крутящего момента, а также является более экологичным решением, так как топливо сгорает в цилиндрах более полноценно.

Еще стоит отметить, что тяга у такого двигателя ровная и доступна на низких оборотах. Другими словами, отсутствует необходимость сильно раскручивать мотор для интенсивного ускорения или быстрого старта с места.

Итак, в списке основных плюсов можно выделить:

  • Компактность и вес;
  • Сниженную токсичность;
  • Меньший расход горючего;
  • Высокий показатель крутящего момента;
  • Ровную «полку» момента в широком диапазоне оборотов;

Минусы турбированных двигателей на бензине

Прежде всего, установка турбонаддува предполагает более сложную конструкцию ДВС. Даже с учетом того, что сама турбина по размерам небольшая и является готовым решением в корпусе, в общей схеме обязательно присутствуют дополнительные элементы в виде интеркулера и ряда других устройств. Сам турбодвигатель также дороже в производстве, так как высокие нагрузки предполагают использование более прочных и жаростойких деталей.

Читать еще:  602 двигатель мерседес не заводится

То же самое можно сказать и о моторном масле. Выбор масла для турбированного двигателя ограничивается небольшим списком, в который входят специальные масла. Более того, масло и фильтры нужно менять чаще (желательно каждые 5-6 тыс. км.). Дело в том, что масло из двигателя также смазывает турбину, которая, в свою очередь, сильно разогревается.

Не трудно догадаться, что при высоких температурах смазочный материал быстро теряет свои свойства. Также в обязательном порядке необходимо регулярно менять воздушный фильтр, так как его загрязнение сразу приводит к ощутимому снижению производительности турбокомпрессора и ДВС.

Еще в рамках практической повседневной эксплуатации турбодвигатели обычно расходуют больше бензина, так как водитель привыкает ездить более динамично с учетом возможностей такого мотора.

Что касается ремонта, далеко не каждый сервис способен выполнить эту работу грамотно с предоставлением официальных гарантий, а также сама сумма квалифицированного ремонта турбин может доходить до 40-60% от ценника за новую деталь.

Еще следует отметить, что на многих двигателях с наддувом присутствует эффект так называемой турбоямы. Под турбоямой следует понимать характерный провал, когда машина сначала достаточно «вяло» реагирует на нажатие педали газа и не разгоняется, а потом появляется резкий подхват.

Происхождение этого явления объясняется тем, что на низких оборотах коленвала энергии выхлопных газов недостаточно для эффективного раскручивания турбины, что закономерно приводит к недостаточной подаче воздуха для получения нужной отдачи от мотора.

Наконец, ресурс самих двигателей с турбонаддувом зачастую небольшой и оставляет, в среднем, около 200-250 тыс. км. до капитального ремонта. При этом качественно отремонтировать турбомотор получается заметно дороже, чем простой рядный атмосферник.

Устройство и принцип работы турбированного бензинового двигателя

Принцип работы турбированной бензиновой силовой установки заключается в использовании специального компрессора, нагнетающего в цилиндры двигателя дополнительный воздух.

Благодаря улучшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью, повышается среднее эффективное давление цикла и возрастает мощность мотора. Приводом турбонаддува служит отработанный газ, энергия которого используется для полезной работы.

Современный турбокомпрессор включает в себя: — корпус подшипников; — турбинное колесо; — перепускной клапан; — корпус турбины; — масляные каналы; — вал ротора; — подшипник скольжения; — компрессорное колесо; — корпус компрессора; — пневмопривод перепускного клапана.

В корпусе подшипников расположен ротор: вал с жестко закрепленными турбинным и компрессорным колесами, имеющими лопасти. Вращается ротор на подшипниках скольжения. Их смазку и охлаждение осуществляет моторное масло из системы смазки двигателя. Для дополнительного охлаждения корпуса подшипников могут использоваться каналы с охлаждающей жидкостью.

Корпус турбины, как и корпус всего компрессора, выполнен в форме улитки. Турбинный патрубок — соединяется с выпускным трубопроводом, а компрессорный – с впускным.

Отработанные газы поступают в турбину и раскручивают ротор турбокомпрессора, отдавая свою энергию. Затем через приемную трубу они поступают в глушитель. Колесо компрессора и лопаточное колесо турбины располагаются на одном валу. Получая вращение от турбины, колесо компрессора засасывает воздух из воздушного фильтра и, нагнетая его, подает в двигатель. При этом, компрессор, в зависимости от степени наддува, способен повышать давление воздуха на 30%-80%. С помощью турбонаддува, один и тот же объем двигателя может принять рабочую смесь в большем количестве. Поэтому при ее сгорании мощность увеличивается на 20%-50%! Использование энергии выхлопных газов позволяет значительно повысить КПД мотора.

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.

Читать еще:  Ваз 2115 плохой запуск горячего двигателя

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.

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).

Работа турбины дизельного двигателя начинается с первыми оборотами коленчатого вала автомобиля при запуске. Газы выхлопа через определенные каналы перемещаются в корпус турбины.

Они заставляют начать вращательное движение вал, оснащенный крыльчатками. Холостые обороты характеризуются маленьким давлением. В связи с этим работа турбины не влияет на функционирования двигателя в целом. Количество газов выхлопа увеличивается пропорционально росту оборотов.

Благодаря этому компрессор начинает вращаться с постоянно увеличивающейся скоростью. На выходе из турбины получается поток газов, направляющихся в цилиндры двигателя с определенным давлением.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector