Как работает турбина на бензиновом двигателе — устройство турбокомпрессора

Устройство турбонаддува

Турбина бензинового двигателя состоит из следующих элементов:

1. Корпус подшипника, содержащий ротор с валом и кольца с лопатками. Во время вращения они перенаправляют воздух в цилиндры.
2. Каналы, которые проходят по всему телу. Их функция заключается в подаче масла на вращающиеся и трущиеся элементы, что способствует увеличению срока их службы.
3. Подшипник скольжения для плавной работы смазываемого и охлаждаемого маслом ротора.
4. Корпус, чем-то напоминающий форму улитки, защищает компоненты механизма от механических повреждений.

Турбонаддув: принцип работы

Задача турбины — нагнетать воздух в цилиндры, что осуществляется с помощью компрессора. Благодаря этому смесь топлива и воздуха насыщается кислородом, что приводит к увеличению КПД и улучшению сгорания топлива. Таким образом, двигатель начинает работать более эффективно при том же объеме.

Чтобы понять, как турбина работает на двигателе, вы должны сначала понять, как работает обычный двигатель. Его работа гарантируется четырьмя последовательными тактовыми циклами:

1. Впуск: движение поршня обеспечивает попадание топливовоздушной смеси в камеру сгорания.
2. Сжатие: горючая смесь сжимается.
3. Расширение: искра, генерируемая свечами зажигания, вызывает воспламенение смеси.
4. Выхлоп: поршень движется вверх, выхлопные газы выпускаются и удаляются.

Чтобы повысить эффективность двигателя, вы можете пойти одним из трех способов:

1. установить турбокомпрессор;
2. увеличить рабочий объем двигателя;
3. увеличить количество оборотов коленчатого вала.

Увеличение объема обязательно приведет к увеличению КПД, но это неизбежно приведет к увеличению расхода топлива. Увеличение оборотов коленчатого вала не всегда возможно по техническим причинам, к тому же невозможно избежать снижения КПД из-за потерь энергии при каждом такте.

Как работает турбокомпрессор? Впрыскивает в цилиндр предварительно сжатый воздух, в результате чего количество подаваемого воздуха увеличивается, а мощность силового агрегата увеличивается без увеличения его объема.

Когда бензиновый двигатель запускается, газы поступают в турбину, используя свою энергию для приведения в движение ротора, вращения колеса компрессора и втягивания воздуха, подаваемого в цилиндры. Компрессор увеличивает давление воздуха примерно на 80%.

Турбина с бензиновым двигателем позволяет увеличить мощность примерно на 30%.

Где используется

Ограничивающим фактором при использовании турбины на бензиновых двигателях является высокая степень детонации.

это связано с увеличением оборотов двигателя и огромной температурой выхлопных газов (до тысячи градусов).

По этой причине часто используют дизельную турбину. Риск взрыва меньше, а температура газа не превышает 600 градусов.

Компрессоры особенно распространены в грузовых автомобилях.

Принцип работы турбины на бензиновом двигателе

Что такое турбокомпрессор – турбина

Турбокомпрессор — это агрегат, предназначенный для подачи высокого давления к газам, прошедшим через поршневую систему, с целью увеличения мощности транспортного средства. Это улучшает динамику автомобиля при разгоне без увеличения рабочего объема цилиндра.

Расход топлива тоже остался прежним. Есть два типа моделей компрессоров с турбонаддувом.

Первый, устанавливаемый на установках малой мощности, имеет центробежное вращение потока выхлопных газов. Во втором эти газы движутся по осевому пути. Радиус колеса компрессора для легковых автомобилей — 25 мм.

Как работает турбина на машине

Компрессор приводится в движение кинетической энергией выхлопной массы. Корпус турбины снаружи выглядит как улитка. Попадая в него, выхлопные газы движутся по специальным каналам до соприкосновения с поверхностью лепестков рабочего колеса турбины.

С помощью этого колесо развивает скорость вращения примерно 250 тысяч об / мин. К нему подсоединен вал, который передает эту вращательную энергию дальше на крыльчатку компрессора.

Выхлопные газы проходят через складывающееся колесо с лопастями, что обеспечивает им дополнительную движущую энергию. Затем они движутся в направлении центра турбонагнетателя, в котором есть отверстия для отвода этих газов в выхлопную систему транспортного средства.

1. Турбинный компрессор и другие изделия изготовлены из жаропрочных материалов.
2. Рабочее колесо компрессора изготовлено из смеси железа и никеля, а осевой диск — из жаропрочной стали.
3. Тип и размер турбоагрегата напрямую влияют на параметры производительности компрессорного агрегата.

Благодаря большим габаритам внутри устанавливается компрессор для крупнотоннажных и большегрузных автомобилей. Следовательно, объем потока также будет большим, и для его обработки лопатки крыльчатки компрессора должны быть соответствующего размера.

Все это способствует тому, что давление потока выхлопных газов достигает максимального значения на выходе из турбины. Турбокомпрессоры меньшего размера быстрее развивают рабочую скорость потока вредных газов, но по мощности и производительности уступают большим агрегатам.

Перепускной клапан

Рассматриваемый агрегат также включает в себя такой элемент, как перепускной клапан. Его назначение: уменьшать или увеличивать давление наддува воздушной смеси в зависимости от требуемых динамических параметров разгона автомобиля.

За его работу отвечает электронный блок управления силовой установкой автомобиля. Принцип работы заключается в том, что данный агрегат принимает сигнал от органов управления, обрабатывает его, рассчитывает необходимые параметры давления, которое необходимо создать на выходе из турбины, а затем отправляет его на клапан.

В дальнейшем с помощью пневмопривода угол открытия заслонки клапана изменяется в нужном направлении, за счет этого уменьшается или увеличивается объем поступающих в турбокомпрессор газов.

Вал компрессора расположен в центральной части турбины. Такое конструктивное решение позволяет избежать трения лопаток о корпус изделия, а также способствует достижению максимального значения параметров скорости вращения и, как следствие, достижению высоких результатов динамики разгона.

Вал

Для вращения вала необходимо установить один или два подшипника. Чаще всего используются подшипники скольжения.

Шаровидный тип использовался на ранних этапах производства автомобильных турбин. Однако этот вид утратил актуальность из-за малой прочности и устойчивости к работе при высоких температурах. Этому способствует то, что агрегат работает на очень высоких скоростях.

Установленной на двигателе системы смазки достаточно для нормальной работы турбины. При нормальной эксплуатации и обслуживании современного автомобиля, а также при использовании для этого качественных расходных материалов все составные части компрессора, включая вал и подшипники, смазываются потоком моторного масла в корпус турбины через специальные каналы, предназначенные для этого.

Масло

Кроме того, масло выполняет функцию охлаждения системы элементами, температура которых в процессе работы достигает высоких значений. Эффективность охлаждения турбины в основном зависит от типа двигателя, на котором она установлена.

Двигатели Spark оптимально спроектированы для обеспечения хорошего теплового сопротивления турбонагнетателя.

Это достигается за счет расположения этого элемента рядом с системой понижения температуры двигателя и входа его основного корпуса непосредственно в эту систему.

Центробежный компрессорный агрегат позволяет создавать объемное давление выхлопных газов, что является дополнительным. Его конструкция мало чем отличается от аналогичного механического компрессора.

В его состав входят: алюминиевый диск, на поверхности которого расположены лопасти и стальной корпус. Воздушный поток входит через центр колеса и выходит через отверстие, также расположенное в центральной области.

Об истории изобретения и внедрения турбонаддува

Таким образом, идея «использовать энергию выхлопных газов в бизнесе» появилась вскоре после изобретения и успешных экспериментов по использованию двигателей внутреннего сгорания. Немецкие инженеры и пионеры автомобилестроения и тракторостроения во главе с Дизелем и Даймлером провели первые эксперименты по увеличению мощности двигателя и снижению расхода топлива путем откачки сжатого воздуха из выхлопных газов.

Gotdeeb Daimler выпускал такие автомобили и уже думал о внедрении системы турбонаддува

Но первыми, кто построил первый эффективный турбокомпрессор, были не они, а другой инженер: Альфред Бючи. В 1911 году он получил патент на свое изобретение. Первые турбины были такими, что их можно было и целесообразно использовать только на больших двигателях (например, морских).

Кроме того, турбокомпрессоры начали использовать в авиастроении. Начиная с 1930-х годов в «серию» в США регулярно запускались военные самолеты (как истребители, так и бомбардировщики), бензиновые двигатели которых оснащались турбокомпрессорами. А первый в истории грузовик с дизельным двигателем с турбонаддувом был изготовлен в 1938 году.

В 1960-х годах корпорация General Motors выпустила первые легковые автомобили Chevrolet и Oldsmobile с бензиновыми карбюраторными двигателями с турбонаддувом. У этих турбин была низкая надежность, и вскоре они исчезли с рынка.

Oldsmobile Jetfire 1962 года — первый серийный автомобиль с турбонаддувом

Мода на турбомоторы вернулась на рубеже 70-80-х годов, когда турбокомпрессор стал широко использоваться при создании спортивных и гоночных автомобилей. Приставка turbo стала чрезвычайно популярной и стала чем-то вроде ярлыка. В голливудских фильмах тех лет супергерои нажимали «волшебные» турбо-кнопки на панелях своих суперкаров, и машину уносило вдаль. На самом деле турбокомпрессоры тех лет значительно «тормозили», давая значительную задержку реакции. И, кстати, они не только не способствовали экономии топлива, но, наоборот, увеличивали его расход.

Советский полевой рабочий — трактор К-701 «Кировец» с турбонагнетателем

Первые действительно успешные попытки внедрить турбокомпрессор в серийные автомобильные двигатели были предприняты в начале 1980-х годов компаниями SAAB и Mercedes. Другие глобальные инженерные компании быстро воспользовались этим передовым опытом.

В Советском Союзе разработка и внедрение в «серию» двигателей с турбонаддувом было связано, прежде всего, с развитием производства тяжелых промышленных и сельскохозяйственных тракторов — «ЧТЗ», «Кировец»; супер самосвал «БелАЗ» и др мощная техника.

Почему турбины в конечном итоге распространились на дизельные, а не на бензиновые двигатели? Потому что у дизельных двигателей гораздо более высокая степень сжатия воздуха, а их выхлопные газы имеют более низкую температуру. Следовательно, требования к термостойкости турбины намного ниже, а ее стоимость и эффективность намного выше.

История изобретения

Принцип наддува был запатентован Альфредом Бючи в 1911 году в Патентном ведомстве США.

История развития турбокомпрессоров началась примерно одновременно с постройкой первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885-1896 годах Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области увеличения вырабатываемой мощности и снижения расхода топлива за счет сжатия воздуха, впрыскиваемого в камеру сгорания. В 1905 году швейцарский инженер Альфред Бючи впервые успешно реализовал впрыск выхлопных газов, добившись увеличения мощности до 120%. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению турбинных технологий.

Сфера использования первых турбонагнетателей была ограничена очень большими двигателями, особенно судовыми. В авиации турбокомпрессоры с некоторым успехом использовались на истребителях Renault во время Первой мировой войны. Во второй половине 1930-х годов развитие технологий позволило создать весьма успешные авиационные турбокомпрессоры, которые использовались в значительно модернизированных двигателях, прежде всего для увеличения высоты. Больше всего в этом преуспели американцы, установив турбонагнетатели на истребители Р-38 и бомбардировщики В-17 в 1938 году. В 1941 году США создали истребитель Р-47 с турбонаддувом, что обеспечило ему исключительные высотные характеристики.

В автомобильной промышленности производители грузовиков первыми применили турбокомпрессоры. В 1938 году был построен первый турбомотор для грузовиков. Первыми серийными автомобилями, оснащенными турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, которые вышли на американский рынок в 1962-1963 годах. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.

Введение турбокомпрессоров в спортивные автомобили, особенно в Формулу 1, в 1970-х годах привело к значительному росту популярности турбокомпрессоров. В моду вошла приставка турбо. В то время почти все производители автомобилей предлагали хотя бы одну модель с бензиновым двигателем с турбонаддувом. Однако через несколько лет мода на турбомоторы стала проходить, так как оказалось, что турбокомпрессор хоть и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, но значительно увеличивает расход топлива. Поначалу задержка срабатывания турбонагнетателя была довольно высокой, что также было серьезным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Система смазки

Масло подается между подшипником и корпусом компрессора через множество напорных каналов.

Эта система также охлаждает нагретые части компрессора.

На некоторых двигателях турбина соединена с общей системой охлаждения. Но такая конструкция намного сложнее и дороже в производстве.

Конструкция

• Центральное здание;
• Центробежный компрессор;
• Улитка.

В конструкцию последнего входят колеса турбины и компрессора, вал ротора, подшипники скольжения и уплотнительные кольца.

Все это заключено в прочный, жаропрочный металлический корпус.

Преимущества и недостатки

Вообще говоря, турбины существуют уже давно. Когда на рынке стали появляться их первые модификации, принцип работы такого устройства был довольно примитивным и понятным для большинства людей, но не для профессиональных мастеров и ремонтников.

К сожалению, у первых моделей было много недостатков. Поговорим об основных, которые можно найти на всех без исключения моделях турбин. Первый недостаток — скудный ресурс всех комплектующих. Действительно, ресурс был невелик и обусловлен технологией работы, которая оказалась довольно примитивной. Чаще всего выходит из строя подшипник, который хоть и обильно обработан смазкой, но никакому осмотру и обслуживанию не подлежит — турбина встроена в корпус мотора.

Вторая проблема — отказ от разгона. Дело в том, что принцип работы устройства заключается в нагнетании воздуха высокого давления в рабочие цилиндры двигателя. Чтобы давление достигло необходимого уровня, нужно время: без использования специальной и дорогой электроники спрогнозировать действия водителя достаточно проблематично. Поэтому при резком нажатии на газ не происходит ускорения, а только повышение давления. В связи с этим водителю приходится ждать несколько секунд, что, конечно, является недостатком.

правда, несмотря на примитивный и не самый удачный принцип работы, такое устройство, как турбина, с момента его изобретения широко устанавливают на двигатель. Это связано с тем, что преимуществ, которые предлагает этот узел, намного больше, чем потенциальных недостатков. К очевидным преимуществам можно отнести, например, то, что у двигателя того же объема и конструкции мощность почти удваивается. При этом расход топлива остается на прежнем уровне, а автомобиль становится даже немного дешевле.

Кроме того, значительно увеличился ресурс самого двигателя. Это связано с тем, что турбина облегчает работу двигателя и придает ему дополнительную прочность. Благодаря этому механизмы подвержены меньшему износу, а срок их службы увеличивается в несколько раз.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

В режимах разгона автомобиля из-за инерции системы возникает явление, называемое «турбо-лаг». Суть явления такова:

• Автомобиль движется с низкой постоянной скоростью.
• Турбина вращается в соответствующем режиме.
• При резком нажатии на педаль акселератора в цилиндры двигателя перекачивается больше топлива.
• После его сгорания образуются выхлопные газы, которые с большей силой действуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако это происходит с некоторой задержкой по времени.

Поэтому между моментом нажатия на педаль и фактическим разгоном автомобиля существует определенная задержка — «турбо-лаг». Кроме того, это явление проявляется в виде отсутствия крутящего момента на низких оборотах.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от «турбо лага”:

• Турбина с изменяемой геометрией. В конструкции предусмотрено изменение поперечного сечения впускного канала. В результате поток выхлопных газов контролируется.
• Два турбонагнетателя последовательно (Twin Turbo). Для каждого режима работы (оборотов двигателя) свой компрессор.
• Два турбокомпрессора параллельно (Bi Turbo). Схема разделения в двух турбинах снижает инерцию системы, и турбо-лаг становится менее заметным.
• Комбинированный наддув. В устройстве предусмотрен как механический наддув, так и турбонаддув. Первый включается на низких оборотах, второй — на высоких.

Что такое турботаймер и для чего он необходим

Турботаймер

Другой стороной инерции турбо-системы является необходимость постепенного замедления. Не выключайте зажигание внезапно после того, как двигатель работал на высоких оборотах. Это связано с тем, что подшипники будут продолжать вращаться, и поскольку масло не будет подаваться в систему, трение будет увеличиваться. Это, в свою очередь, приведет к быстрому износу вала турбины.

Для решения этой проблемы используется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается к цепи зажигания. После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который через некоторое время отключает двигатель, позволяя турбине снизить скорость до приемлемых значений.

Применение турбонаддува в мировом машиностроении

Мы живем в двадцать первом веке, и никто не гонится за названием своей машины с приставкой «турбо» в моде двадцатого века. Никто больше не верит в «волшебную силу турбины» для сильного разгона автомобиля. Суть приложения и эффективность системы наддува пока не в этом.

Конечно, наддув наиболее эффективен при использовании в двигателях тракторов и тяжелых грузовиков. Это позволяет увеличить мощность и крутящий момент, не вызывая чрезмерного расхода топлива, что очень важно для экономических показателей оборудования. Там это используется. Турбо-система также широко используется в дизельных и судовых дизельных двигателях. А это самые мощные искусственные турбины для дизельного двигателя.

Эксплуатация турбины

Конструкция турбокомпрессора делает его зависимым от качества масла, поэтому экономить на нем не стоит. Преждевременная замена масла может вызвать сбои в работе механизма.

Автомобиль с турбиной требует замены масла после покупки и тщательной очистки топливной системы, при этом разные масла смешивать нельзя.

После долгой поездки не рекомендуется сразу выключать двигатель, дать ему немного поработать и остудить. Внезапная остановка может свидетельствовать о снижении прочности элементов конструкции из-за падения температуры.

Вспомогательные элементы

Работа турбины невозможна без использования воздушного фильтра, соединительных и маслопроводов, дроссельной заслонки и промежуточного охладителя для охлаждения кислорода, который закачивается в камеру под давлением. Чем холоднее воздух в промежуточном охладителе, тем лучше сгорает смесь в цилиндрах.

Какие разновидности турбин бывают?

Помимо типа управления, турбины можно разделить на множество других типов. Турбокомпрессоры могут быть одинарными или сдвоенными: наддув может быть двойным, тройным и даже четырехкратным (есть и такие двигатели). В этом случае очень сложная разводка впускного и выпускного коллекторов, байпасные каналы перепускных клапанов используются для реализации поэтапного наддува или параллельной работы нескольких турбонагнетателей.

Есть еще так называемые «двухвалковые» турбины. Они используются на легких бензиновых двигателях и дизельных грузовиках. Суть в том, что потоки выхлопных газов из цилиндров собираются в двух отдельных каналах, чтобы исключить обратное противодавление и согласовать импульсы выхлопных газов, что в конечном итоге приводит к небольшому повышению эффективности топлива. Газы к рабочему колесу турбины подаются по двум каналам.

И последняя тенденция в турбокомпрессорах — нагнетатель с электрическим приводом. То есть работа выхлопных газов не задействована. Вместо крыльчатки турбины используется мощный электродвигатель, питающийся от 48-вольтовой электрической сети. Компрессорная часть устроена, можно сказать, традиционным образом.

Как управляется турбина?

Турбина — всегда компромиссное решение. Например, для гражданского дизеля важно иметь хорошее тяговое усилие снизу. Для этого производители создают турбокомпрессоры, роторы которых вращаются до высоких рабочих скоростей при низких оборотах двигателя. Но что будет с такой турбиной, если водитель решит запустить двигатель до отключения? В этом случае он может достичь запредельной рабочей скорости, будет так называемый «овердрайв», от которого не пойдет ни сама турбина, ни двигатель. Как быть? Необходимо проверить работу турбины!

Самое простое решение — использовать байпасный клапан (байпас, вестгейт). Этот клапан открывается, когда достигается максимальное значение наддува, и выхлопные газы через него идут прямо в выхлопную систему, минуя турбинное колесо. Просто, надежно, но не слишком гибко. Пневматический привод отвечает за открытие клапана.

Более гибкое решение — контролировать направление потока выхлопных газов. Для этого в «улитке» горячей части на пути прохождения газового потока устанавливаются лопасти, угол атаки которой регулируется. На малых оборотах, когда газов мало, угол атаки лопаток велик: они буквально направляют и отклоняют газы в сторону лопаток турбины. По мере увеличения давления наддува увеличивается мощность двигателя и количество выделяемого выхлопного газа, лопасти движутся по потоку газа, не оказывая на них никакого прямого воздействия. Это решение называется «управляемая геометрия». Пневматический или электронный привод с серводвигателем отвечает за управление положением лопастей. Последний точнее, но в таком случае проблематичнее в плане ремонта и калибровки.

Также отметим, что перепускные клапаны используются в турбинах бензиновых и дизельных двигателей. А управляемая геометрия — это дизельная турбина. Только бензиновые оппозитные двигатели с турбонаддувом спортивного кузова Porsche используются с турбонаддувом с изменяемой геометрией. Дело в том, что температура выхлопных газов бензиновых двигателей очень высока, а использование лопаток со сложным приводным механизмом требует применения дорогих жаропрочных сплавов.

Даже на быстроходных и мощных двигателях во впускном коллекторе используется перепускной клапан. Он служит для сброса избыточного давления наддува в тех случаях, когда, например, после резкого ускорения водитель отпускает дроссельную заслонку (дроссельная заслонка закрывается), а воздушный поток и давление во впускном канале сильно повышаются. В этом случае необходимо удалить воздух, иначе нагрузка на крыльчатку компрессора и ротор в целом резко возрастет.

Принцип работы турбины: видео

Основные принципы работы турбомотора.

Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры. При прочих равных условиях более крупный двигатель будет пропускать через себя больше воздуха и, как следствие, выделять больше мощности, чем двигатель меньшего размера. Независимо от того, нужен ли нам маленький двигатель для обеспечения такой мощности, как большой, или мы просто хотим, чтобы большой двигатель выдавал еще больше мощности, нашей главной целью будет подача большего количества воздуха в цилиндры этого двигателя. Конечно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, увеличив прокачку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы также можем оставить количество воздуха неизменным, но увеличить степень сжатия нашего двигателя и переключиться на более высокое октановое число топлива, тем самым увеличив эффективность системы. Все эти методы эффективны и работают при требуемом увеличении мощности на 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность двигателя, наиболее эффективным методом является использование турбонагнетателя.

Рассмотрим основные этапы прохождения воздуха в двигателе с турбонаддувом:

— воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и поступает на вход турбокомпрессора (1) — внутри турбокомпрессора входящий воздух сжимается, и количество кислорода на единицу объема воздуха увеличивается. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, который немного снижает его плотность. — Из турбонагнетателя воздух поступает в промежуточный охладитель (3), где он охлаждается и в основном восстанавливает свою температуру, что, помимо увеличения плотности воздуха, также снижает тенденцию к взрыву нашей будущей топливной смеси. — Пройдя интеркулер, воздух проходит через корпус дроссельной заслонки, попадает во впускной коллектор (4) и далее на такте впуска — в цилиндры нашего двигателя. Объем цилиндра является фиксированным значением из-за его диаметра и хода поршня, но поскольку теперь он заполнен сжатым воздухом от турбонагнетателя, количество кислорода, поступающего в цилиндр, становится значительно больше, чем в случае атмосферного двигателя. Больше кислорода сжигает больше топлива за такт, в то время как большее количество топлива сжигает больше энергии для двигателя. — После сгорания топливовоздушной смеси в цилиндре на такте выпуска она выходит из выпускного коллектора (5), где этот поток горячего газа (500С-1100С) попадает в турбину (6) — Проходя через турбину, выхлоп Газовый поток вращает вал турбины, на другой стороне которого находится компрессор, и таким образом выполняет работу по сжатию следующей порции воздуха. В этом случае происходит падение давления и температуры выхлопного газа, так как часть его энергии ушла на обеспечение работы компрессора через вал турбины.

Турбированный мотор: достоинства и недостатки

Популярность турбомоторов обусловлена ​​их преимуществами перед обычными, а именно:

• увеличение мощности до 30% и снижение расхода топлива (турбомотор будет потреблять меньше топлива, чем двигатель внутреннего сгорания такой же мощности, но без турбины);
• уменьшить загрязнение окружающей среды;
• лучшее соотношение веса агрегата и развиваемой мощности;
• более тихая работа механизма;
• возможность оптимизации других параметров двигателя.

Однако есть и недостатки:

• строгость к качеству масла и бензина, что в конечном итоге увеличивает стоимость эксплуатации автомобиля;
• сложный ремонт, требующий использования специального оборудования, который вряд ли удастся провести самостоятельно. Часто турбина оказывается совершенно непригодной для ремонта, а полная ее замена сильно сказывается на кошельке автовладельца.

Автомобильная турбина — что это такое

Проще говоря, автомобильная турбина — это механическое устройство, которое подает сжатый воздух в цилиндры. Задача наддува — увеличить мощность двигателя при сохранении рабочего объема двигателя на том же уровне.

То есть фактически, используя турбокомпрессор, можно получить на пятьдесят процентов (или даже больше) увеличение мощности по сравнению с безнаддувным двигателем того же объема. Увеличение мощности обеспечивается тем, что турбина подает в цилиндры сжатый воздух, что способствует лучшему сгоранию топливной смеси и, как следствие, мощности.

С чисто конструктивной точки зрения турбина — это механическое рабочее колесо, приводимое в движение выхлопными газами двигателя. По сути, используя энергию выхлопных газов, наддув помогает улавливать и доставлять в двигатель «жизненно важный» кислород из окружающего воздуха.

Сегодня турбокомпрессор — это наиболее технически эффективный способ увеличения мощности двигателя, а также снижения расхода топлива и токсичности выхлопных газов.

Видео: как работает автомобильная турбина:

Турбина одинаково широко применяется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях. При этом в последнем случае турбокомпрессор более эффективен за счет высокой степени сжатия и низкой частоты вращения коленчатого вала (по сравнению с бензиновыми двигателями.

Кроме того, эффективность использования турбокомпрессора на бензиновых двигателях ограничена возможностью детонации, которая может произойти при резком увеличении оборотов двигателя, а также температурой выхлопных газов, которая составляет около тысячи градусов по Цельсию против шестисот у дизеля. Само собой разумеется, что такой температурный режим может привести к разрушению элементов турбины.

Что необходимо знать для грамотной эксплуатации бензиновой турбины?

Для обеспечения длительной эксплуатации турбины на бензиновом двигателе не нужно экономить на количестве и качестве моторного масла. Те, кто любит пропускать интервалы замены масла в двигателе, рано или поздно столкнутся с проблемами и сбоями в работе турбины. Он очень чувствителен к качеству используемого масла. Дешевое масло не сможет обеспечить необходимый уровень трения рабочих элементов, а при интенсивной эксплуатации автомобиля они быстро придут в негодность и потребуют замены.

При покупке автомобиля, оснащенного турбиной, в обязательном порядке необходимо заменить моторное масло и очистить всю систему. Перемешивание путем добавления другого масла невозможно, так как оно теряет свои свойства и эффективность его работы стремится к нулю. Полная замена масла позволит избежать вредных воздействий и улучшить защиту турбины бензинового двигателя.

Вот некоторые характеристики того, как работает двигатель с турбиной. После долгой езды нет необходимости сразу выключать двигатель при остановке. Надо дать ему поработать и немного остыть. Внезапная остановка двигателя создает отрицательный перепад температур, влияющий на прочность и надежность рабочих элементов турбины двигателя.

Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор (турбина) — это механизм, используемый в автомобилях для нагнетания воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. В этом случае турбина приводится в движение исключительно за счет выхлопных (выхлопных) газов. Использование турбонагнетателя позволяет значительно увеличить мощность двигателя (примерно на 40%) при сохранении его компактных размеров и низкого расхода топлива.

Конструкция и принцип работы турбины

Устройство турбокомпрессора

Классический турбокомпрессор состоит из следующих элементов:

1. Рамка. Изготовлен из жаропрочных материалов (сталь). Он имеет форму спиральной камеры с двумя разнонаправленными трубками, снабженную фланцами для установки в систему наддува.
2. Турбинное колесо. Он преобразует энергию выхлопных газов во вращение вала, на котором жестко закреплен. Изготовлен из жаропрочных материалов (железо-никелевый сплав).
3. Компрессорное колесо. Он определяет вращение турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Рабочее колесо компрессора часто делают из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим в этой зоне приближен к нормальному и использование жаропрочных материалов не требуется.
4. Вал турбины (ось) — соединяет колеса турбины и компрессора.
5. Подшипники скольжения или шариковые подшипники. Необходим для фиксации вала в корпусе. Конструкция может поставляться с одним или двумя подшипниками. Смазка последних осуществляется общей системой смазки двигателя.
6. Перепускной клапан — предназначен для регулирования потока выхлопных газов, воздействующих на колесо турбины. Это позволяет контролировать мощность наддува. Клапан с пневматическим приводом. Его положение контролируется ЭБУ двигателя, который получает сигнал от датчика скорости.

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

• Выхлопные газы направляются в корпус турбокомпрессора, где воздействуют на лопатки рабочего колеса 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.

Особенности эксплуатации турбин

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

Хотя конструкция турбины в дизельном двигателе технически такая же, как и в системах с бензиновым двигателем, она чаще встречается в дизельном двигателе. Основная особенность — это режимы работы. Таким образом, для дизельного двигателя можно использовать менее жаропрочные материалы, так как температура выхлопных газов составляет в среднем 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 производительность турбины зависит от ее геометрических размеров. Форсированное давление воздуха в цилиндрах состоит из двух частей: 1 атмосфера атмосферного давления плюс избыточное давление, создаваемое турбонагнетателем. Оно может составлять от 0,4 до 2,2 и более атмосфер. Учитывая, что принцип работы турбины на дизельном двигателе предполагает забор большего объема выхлопных газов, даже конструкция для бензинового двигателя не может быть установлена ​​на дизельные двигатели.