Турбонадув: принцип дії

Крім збільшення потужності, завдяки турбонадувом забезпечується економія витрати палива з розрахунку на одиницю потужності і знижується токсичність відпрацьованих газів через максимального згоряння палива.

Де використовується турбонадув?

Турбонадувні система від вихлопних газів використовується і в бензинових, і в дизельних автомобільних двигунах. Поряд з тим, турбонадув від газів найбільш ефективний на дизелях через високого рівня стиснення двигуна і порівняно невеликого рівня частоти обертань клонували. У ролі стримуючих факторів при використанні турбонадува в бензинових двигунах виступають ймовірність детонації, викликана зі стрімким збільшенням частоти обертів двигуна, і відпрацьовані гази з високою температурою (1000 градусів у порівнянні з 600 в дизельних двигунах), а також нагрівання турбонагнетателя.

Пристрій турбонадува.

Незважаючи на відмінності в конструкціях окремих систем, в пристрої турбонадува можна виділити наступні загальні елементи: воздухофильтр; повітрозабірник; дросельна заслінка; інтеркулер; турбонагнетатель; впускні заслінки і впускний колектор; напірні шланги та з’єднувальні патрубки; керуючі елементи. Переважна більшість турбонадувні елементів являють собою елементи впускної системи. Головною відмінною рисою турбонадува вважається наявність турбонагнетателя, нових елементів конструктивного упраління і інтеркулера. Турбонагнетатель (газотурбінний нагнітач, або турбокомпресор) являє собою основний конструктивний елемент турбонадува, що забезпечує збільшення тиску повітря в системі впуску. У конструкцію турбокомпресора входять: колесо турбіни; турбінний корпус; колесо компресора; компресорний корпус; корпус підшипників і роторний вал.

Турбонадув: принцип дії.

Принцип дії турбонадува заключется в тому, що енергія відпрацьованих газів сприймається турбінним колесом, яке обертається в спеціальному корпусі. Турбінний корпус і колесо турбіни виробляють з жаростійких матеріалів (кераміки або сплавів). Колесо компресора здійснює забір повітря, його стиснення і нагнітання в циліндри двигуна. Воно також виконує свої обертання в спеціальному корпусі. Компресорне і турбінне колеса жорстко зафіксовані на роторному валу. Цей вал здійснює обертання в підшипниках ковзання. Ці підшипники плаваючого типу, тобто у них є зазор з боку вала і корпуса. Підшипники обов’язково потрібно змащувати моторним маслом. Подача масла здійснюється по каналах, які знаходяться в корпусі цих підшипників. Для того, щоб масло було герметичним, на вал встановлюють ущільнюючі кільця.

Деякі конструкції бензинових двигунів з метою поліпшення охолодження поряд зі змазкою використовують охолодження турбонагнетателей за допомогою рідин. Підшипниковий корпус турбокомпресора входить в двоконтурну, охолоджуючу двигун, систему. Для охолодження стисненого повітря призначений інтеркулер. Через охолодження цього повітря збільшується його щільність і підвищується тиск. Интеркулер — це радіатор рідинного або повітряного типу. Основним елементом, що управляє в системі турбонадува є пропускної клапан, або байпас. Завдяки цьому клапану відбувається обмеження енергії відпрацьованих газів і напрямок деякої їх частини в обхід колеса турбіни, внаслідок чого забезпечується оптимальний рівень тиску наддуву. У клапана електричний або пневматичний привід. Він починає спрацьовувати після отримання сигналу датчика тиску наддуву системи управління двигуном.

Турбонадув: принцип дії якого грунтується на використанні енергії відпрацьованих газів. Ці гази здійснюють обертання турбінного колеса, яке через роторний вал починає обертати колесо компресора. Останнє здійснює стискання повітря і його нагнітання в систему. Повітря, нагріте в процесі стискання, проходить охолодження в інтеркулере і потрапляє в циліндри двигуна. Незважаючи на те, що у турбонадува відсутня жорстка зв’язок з коленвалом в двигуні, багато в чому на ефективну роботу системи впливає число обертів двигуна. Чим більше колінвал в двигуні здійснює обертань, тим більше енергії у відпрацьованих газів, тому турбіна обертається швидше і більше повітря надходить в рухові циліндри.

Негативні особливості конструкції турбонадува.

Але в конструкції турбонадува є цілий ряд негативних особливостей: затримування росту потужності мотора при раптовому натисненні педалі газу (так звана турбояма) і стрімке зростання надувного тиску після того, як була подолана турбояма (так званий турбоподхват). Виникнення турбоями обумовлює інерційність системи (для збільшення тиску наддуву при раптовому натисненні педалі газу потрібно деякий час), що викликає невідповідність між споживаною потужністю і продуктивністю компресора.

Способи вирішення проблеми.

Для вирішення цієї проблеми існує кілька способів: використання турбіни зі змінною геометрією; застосування двох послідовно функціонують турбокомпресорів; використання двох паралельно функціонуючих турбокомпресорів; комбінований надувши. Турбіна зі змінною геометрією сприяє оптимізації потоку відпрацьованих газів шляхом зміни розміру вхідного каналу. Турбіни зі змінною геометрією стали широко використовувати в турбонадувом дизельних моторів.

Система з двома паралельно функціонують турбонагнітачами використовується на V-образних двигунах з великою потужністю (на кожен циліндровий ряд встановлюють окремий турбокомпресор). Основний принцип роботи полягає в тому, що у двох маленьких турбін інерція менше, ніж у однієї великої.

При установці на мотор двох послідовно функціонують турбін вдається досягти максимальної продуктивності системи завдяки використанню різних турбокомпресорів на різних оборотах двигуна. Комбінований надувши являє собою поєднання механічного компресора і турбонадува. При низьких оборотах коленвала в двигуні стиснення повітря здійснює механічний компресор. При зростанні оборотів починає діяти турбонагнетатель, а механічний компресор відключається.