Kas yra automobilio variklis su turbokompresoriumi?

Variklis su turbokompresoriumi

Turbo variklis. Variklio galios ir sukimo momento didinimo užduotis visada buvo aktuali. Variklio galia tiesiogiai priklauso nuo cilindrų darbinio tūrio ir į juos tiekiamo oro ir kuro mišinio kiekio. Tai reiškia, kad kuo daugiau kuro sudega cilindruose, tuo daugiau energijos išvysto jėgos agregatas. Tačiau paprasčiausias sprendimas – padidinti variklio galią. Padidėjus jo darbiniam tūriui, padidėja konstrukcijos matmenys ir svoris. Tiekiamo darbinio mišinio kiekį galima padidinti padidinus alkūninio veleno sukimosi greitį. Kitaip tariant, daugiau darbo ciklų cilindruose įgyvendinimas per laiko vienetą. Tačiau bus rimtų problemų, susijusių su inercijos jėgų padidėjimu ir staigiu jėgos agregato dalių mechaninių apkrovų padidėjimu, dėl kurio sumažės variklio tarnavimo laikas.

Turbo variklio efektyvumas

Efektyviausias būdas šioje situacijoje yra galia. Įsivaizduokite vidaus degimo variklio įsiurbimo taktą. Variklis, dirbdamas kaip siurblys, taip pat yra labai neefektyvus. Oro kanale yra oro filtras, įsiurbimo kolektoriaus posūkiai, o benzininiuose varikliuose taip pat yra droselio vožtuvas. Visa tai, žinoma, sumažina cilindro užpildymą. Norint padidinti slėgį prieš įsiurbimo vožtuvą, cilindre bus įdėta daugiau oro. Kuro papildymas pagerina naują cilindrų įkrovą, o tai leidžia deginti daugiau degalų cilindruose ir taip gauti daugiau variklio galios. Vidaus degimo variklyje naudojamos trys amplifikacijos rūšys. Rezonansas, kuris naudoja kinetinę oro tūrio įleidimo kolektoriuose energiją. Tokiu atveju nereikia papildomai įkrauti / padidinti. Mechaninis, šioje versijoje kompresorius varomas variklio diržu.

Dujinė turbina arba turbininis variklis

Dujų turbina arba turbokompresorius, turbiną varo išmetamųjų dujų srautas. Kiekvienas metodas turi savo privalumų ir trūkumų, kurie lemia taikymo sritį. Asmeninis įsiurbimo kolektorius. Norint geriau užpildyti cilindrą, reikia padidinti slėgį prieš įsiurbimo vožtuvą. Tuo tarpu padidinto slėgio paprastai nereikia. Pakanka jį pakelti vožtuvo uždarymo metu ir į cilindrą įpilti papildomą oro dalį. Trumpalaikiam slėgio susidarymui ideali yra slėgio banga, kuri eina palei įsiurbimo kolektorių, kai veikia variklis. Pakanka apskaičiuoti paties dujotiekio ilgį, kad nuo jo galų kelis kartus atspindėta banga tinkamu laiku pasiektų vožtuvą. Teorija yra paprasta, tačiau jos įgyvendinimas reikalauja daug išradingumo. Vožtuvas neatidaro esant skirtingam alkūninio veleno greičiui, todėl naudojamas rezonansinis stiprinimo efektas.

Turbo variklis – dinamiška galia

Esant trumpam įsiurbimo kolektoriui, variklis geriau veikia esant dideliam apsisukimui. Tuo tarpu esant mažam greičiui, ilgas siurbimo kelias yra efektyvesnis. Kintamo ilgio įleidimo vamzdį galima sukurti dviem būdais. Arba prijungiant rezonanso kamerą, arba perjungiant norimą įvesties kanalą arba jį prijungus. Pastarasis dar vadinamas dinamine jėga. Rezonansinis ir dinaminis slėgis gali pagreitinti oro įsiurbimo bokšto srautą. Stiprinimo efektai, kuriuos sukelia oro srauto slėgio svyravimai, svyruoja nuo 5 iki 20 mbar. Palyginimui, naudodami turbokompresorių ar mechaninį stiprintuvą, galite gauti 750–1200 mbar diapazono reikšmes. Norėdami užbaigti paveikslėlį, atkreipkite dėmesį, kad vis dar yra inercinis stiprintuvas. Kuriame pagrindinis perteklinio slėgio prieš vožtuvą sukūrimo veiksnys yra aukšto slėgio srauto galvutė įleidimo vamzdyje.

Turbo variklio galios didinimas

Tai leidžia šiek tiek padidinti galią važiuojant dideliu greičiu, viršijančiu 140 kilometrų per valandą greitį. Dažniausiai naudojamas motociklams. Mechaniniai užpildai leidžia gana paprastą būdą žymiai padidinti variklio galią. Važiuodamas varikliu tiesiai iš variklio alkūninio veleno, kompresorius sugeba nedelsdamas pumpuoti orą į cilindrus minimaliu greičiu, padidindamas slėgį slėgyje griežtai proporcingai variklio sūkiams. Tačiau jie turi ir trūkumų. Jie sumažina vidaus degimo variklio efektyvumą. Nes tam tikra maitinimo šaltinio sukurta energija naudojama jiems vairuoti. Mechaninės slėgio sistemos užima daugiau vietos ir reikalauja specialaus pavaros. Paskirstymo diržas ar pavarų dėžė kelia daug triukšmo. Mechaniniai užpildai. Yra dviejų tipų mechaniniai orapūtės. Tūrinis ir išcentrinis. Tipiški birūs užpildai yra „Roots“ supergeneratoriai ir „Lysholm“ kompresorius. „Roots“ dizainas primena alyvos pavaros siurblį.

Turbo variklio ypatybės

Šios konstrukcijos ypatumas yra tas, kad oras suspaudžiamas ne kompresoriuje, o vamzdyne, patenkantis į tarpą tarp korpuso ir rotorių. Pagrindinis trūkumas yra ribotas pelnas. Kad ir kaip tiksliai būtų nustatytos užpildo dalys, pasiekus tam tikrą slėgį oras pradeda tekėti atgal, sumažindamas sistemos efektyvumą. Yra keli kovos būdai. Padidinkite rotoriaus greitį arba padarykite kompresorių dviem ar net trimis etapais. Taigi galima padidinti galutines vertes iki priimtino lygio, tačiau daugiapakopės konstrukcijos neturi pagrindinio pranašumo - kompaktiškumo. Kitas trūkumas yra netolygus išleidimo angos išleidimas, nes oras tiekiamas porcijomis. Šiuolaikiniuose dizainuose naudojami trikampiai pasukami mechanizmai, o įėjimo ir išėjimo langai yra trikampio formos. Dėl šių metodų didelių gabaritų kompresoriai praktiškai atsikratė pulsuojančio efekto.

Turbo variklio montavimas

Dėl mažo rotoriaus greičio ir ilgaamžiškumo, kartu su mažu triukšmo lygiu, žinomi prekės ženklai, tokie kaip „DaimlerChrysler“, „Ford“ ir „General Motors“, dosniai aprūpino savo gaminius. Darbinio tūrio kompresoriai padidina galios ir sukimo momento kreives nekeisdami jų formos. Jie jau yra veiksmingi esant mažam ir vidutiniam greičiui ir tai geriausiai atspindi pagreičio dinamiką. Vienintelė problema yra ta, kad tokias sistemas yra labai išgalvota gaminti ir įdiegti, o tai reiškia, kad jos yra gana brangios. Kitas būdas vienu metu padidinti oro slėgį įsiurbimo kolektoriuje buvo pasiūlytas inžinieriaus Lisholmo. „Lysholm“ jungiamųjų detalių dizainas šiek tiek primena įprastą mėsmalę. Korpuso viduje sumontuoti du papildomi sraigtiniai siurbliai. Sukdamiesi skirtingomis kryptimis, jie užfiksuoja dalį oro, suspaudžia ir sudeda į cilindrus.

Turbo variklis - tiuningas

Šiai sistemai būdingas vidinis suspaudimas ir minimalūs nuostoliai dėl tiksliai sukalibruotų tarpų. Be to, sraigto slėgis yra efektyvus beveik visame variklio sūkių diapazone. Tylus, labai kompaktiškas, tačiau dėl gamybos sudėtingumo itin brangus. Tačiau jų nepamiršta ir tokios garsios derinimo studijos kaip AMG ar Kleemannas. Išcentriniai užpildai pagal dizainą yra panašūs į turbokompresorius. Pernelyg didelis slėgis įsiurbimo kolektoriuje sukuria kompresoriaus ratą. Jo radialiniai ašmenys fiksuoja ir stumia orą aplink tunelį naudodami išcentrinę jėgą. Skirtumas nuo turbokompresoriaus yra tik pavaroje. Išcentriniai pūstuvai turi panašų, nors ir mažiau pastebimą, inercinį defektą. Tačiau yra dar vienas svarbus bruožas. Tiesą sakant, sukurtas slėgis yra proporcingas kompresoriaus rato kvadratiniam greičiui.

Turbo variklis

Paprasčiau tariant, jis turi labai greitai suktis, kad į cilindrus būtų galima pumpuoti reikiamą oro kiekį. Kartais dešimt kartų viršija variklio sūkius. Efektyvus išcentrinis ventiliatorius dideliu greičiu. Mechaninės centrifugos yra mažiau patogios vartotojui ir patvaresnės nei dujų centrifugos. Nes jie dirba esant žemesnėms ekstremalioms temperatūroms. Jų dizaino paprastumas ir, atitinkamai, pigumas įgijo populiarumą mėgėjiško derinimo srityje. Variklio tarpinis aušintuvas. Mechaninė perkrovos valdymo grandinė yra gana paprasta. Esant pilnai apkrovai, aplinkkelio dangtis uždarytas ir droselis atidarytas. Visas oro srautas eina į variklį. Veikiant daline apkrova, sklendės vožtuvas užsidaro ir vamzdžio sklendė atsidaro. Oro perteklius grąžinamas į ventiliatoriaus įleidimo angą. Įkrauti skirtas tarpinis aušintuvas yra beveik nepakeičiamas ne tik mechaninių, bet ir dujų turbinų stiprinimo sistemų komponentas.

Variklio su turbokompresoriumi veikimas

Prieš tiekiant į variklio cilindrus, suslėgtas oras iš anksto aušinamas tarpiniu aušintuvu. Pagal savo konstrukciją tai yra įprastas radiatorius, kuris aušinamas tiek įsiurbiamo oro srautu, tiek aušinimo skysčiu. Sumažinus užpildyto oro temperatūrą 10 laipsnių, jo tankį galima padidinti maždaug 3%. Tai savo ruožtu leidžia padidinti variklio galią maždaug tuo pačiu procentu. Turbokompresoriaus variklis. Turbokompresoriai plačiau naudojami šiuolaikiniuose automobilių varikliuose. Tiesą sakant, tai yra tas pats išcentrinis kompresorius, bet su kita pavaros grandine. Tai yra svarbiausias, galbūt esminis skirtumas tarp mechaninių kompresorių ir turbokompresorių. Būtent pavaros grandinė iš esmės lemia įvairių konstrukcijų savybes ir pritaikymą.

Turbo variklio pranašumai

Turbokompresoriuje sparnuotė yra toje pačioje ašyje kaip ir sparnuotė - turbina. Kuris įmontuotas variklio išmetimo kolektoriuje ir varomas išmetamosiomis dujomis. Greitis gali viršyti 200 000 aps./min. Tiesioginio ryšio su variklio alkūniniu velenu nėra, o oro tiekimą kontroliuoja išmetamųjų dujų slėgis. Tarp turbokompresoriaus pranašumų yra: Variklio efektyvumo ir ekonomiškumo gerinimas. Mechaninė pavara perima variklio galią, ta pati naudoja išmetamųjų dujų energiją, todėl padidėja efektyvumas. Nepainiokite variklio ir bendro efektyvumo. Natūralu, kad norint naudoti variklį, kurio galia padidėjo dėl turbokompresoriaus naudojimo, reikia daugiau degalų nei panašiam mažesnio galingumo varikliui su natūraliu aspiratoriumi.

Turbo variklio galia

Tiesą sakant, cilindrų užpildymas oru yra geresnis, kaip mes prisimename, kad juose degtų daugiau degalų. Bet variklio, kuriame įrengtas kuro elementas, kuro masės dalis, tenkanti galios vienetui per valandą, visada yra mažesnė nei panašios konstrukcijos galingo bloko be stiprinimo. Turbokompresorius leidžia pasiekti nurodytas mažesnio dydžio ir svorio maitinimo bloko charakteristikas. Niekas tuo atveju, kai naudojamas laisvo oro variklis. Be to, turbo variklis pasižymi geriausiu aplinkosauginiu veiksmingumu. Dėl slėgio degimo kameroje sumažėja temperatūra ir dėl to sumažėja azoto oksidų susidarymas. Pripildant benzininius variklius, kuro degimas yra visiškesnis, ypač trumpalaikėmis sąlygomis. Dyzeliniuose varikliuose papildomas oro tiekimas leidžia peržengti dūmų išvaizdos ribas, t. kovoti su suodžių dalelių išmetimu.

Dyzelinis turbo variklis

Dyzeliai yra daug tinkamesni apskritai stiprinimui ir ypač turbokompresoriams. Skirtingai nei benzininiai varikliai, kur padidinimo slėgį riboja beldimo pavojus, jie šio reiškinio nežino. Dyzelinį variklį jo mechanizmuose galima slėgti iki didžiausio mechaninio įtempio. Be to, trūksta įsiurbiamo oro droselio ir didelis suspaudimo laipsnis užtikrina aukštesnį išmetamųjų dujų slėgį ir žemesnę temperatūrą, palyginti su benzininiais varikliais. Turbokompresorius yra lengviau gaminti, o tai pasiteisina su keletu būdingų trūkumų. Esant mažam variklio sūkių skaičiui, išmetamųjų dujų kiekis yra mažas, todėl kompresoriaus efektyvumas yra mažas. Be to, variklis su turbokompresoriumi paprastai turi vadinamąją „Turboyama“.

Keraminis metalinis turbo rotorius

Pagrindinis sunkumas yra aukšta išmetamųjų dujų temperatūra. Keraminis metalinis turbinos rotorius yra apie 20% lengvesnis nei pagamintas iš karščiui atsparių lydinių. Be to, jis turi mažesnį inercijos momentą. Dar visai neseniai viso įrenginio gyvavimo laikas apsiribojo gyvenimu stovykloje. Iš esmės tai buvo į alkūninį veleną panašios įvorės, kurios buvo suteptos slėgine alyva. Tokių įprastų guolių susidėvėjimas, žinoma, buvo didelis, tačiau sferiniai guoliai neatlaikė didžiulio greičio ir aukštos temperatūros. Sprendimas buvo rastas, kai buvo galima sukurti guolius su keraminiais rutuliais. Tačiau keramikos naudojimas nestebina, guolius užpildo nuolatinis tepalo tiekimas. Turbokompresoriaus trūkumų pašalinimas leidžia ne tik sumažinti rotoriaus inerciją. Bet ir papildomų, kartais gana sudėtingų pripūtimo slėgio valdymo grandinių naudojimas.

Kaip veikia turbo variklis

Pagrindinės užduotys šiuo atveju yra sumažinti slėgį esant dideliems variklio sūkiams ir padidinti jį esant mažiems. Visas problemas galima visiškai išspręsti naudojant kintamos geometrijos turbiną, kintamo purkštuko turbiną. Pavyzdžiui, su kilnojamomis mentėmis, kurių parametrus galima keisti plačiu diapazonu. VNT turbokompresoriaus veikimo principas yra optimizuoti išmetamųjų dujų srautą, nukreiptą į turbinos ratą. Esant mažam variklio sūkių skaičiui ir mažam išmetamųjų dujų kiekiui, VNT turbokompresorius nukreipia visą išmetamųjų dujų srautą į turbinos ratą. Taigi, didinant jo galią ir didinant slėgį. Dideliu greičiu ir dideliu dujų srautu VNT turbokompresorius palaiko judančias mentes. Skerspjūvio ploto didinimas ir kai kurių išmetamųjų dujų išleidimas iš sparnuotės.

Turbo variklio apsauga

Apsauga nuo greičio viršijimo ir slėgio palaikymas esant reikalingam variklio lygiui, perkrovos pašalinimas. Be vienkartinių stiprinimo sistemų, dažnas yra dviejų pakopų stiprinimas. Pirmasis etapas, kuriuo varomas kompresorius, suteikia efektyvų impulsą esant mažam variklio sūkiui. O antrasis, turbokompresorius, naudoja išmetamųjų dujų energiją. Kai tik maitinimo blokas pasiekia greitį, pakankamą normaliam turbinos veikimui, kompresorius automatiškai išsijungia, o jei jie nukrenta, jis vėl įsijungia. Daugelis gamintojų savo varikliuose montuoja du turbokompresorius vienu metu. Tokios sistemos vadinamos biturbo arba twin-turbo. Tarp jų nėra esminio skirtumo, išskyrus vieną išimtį. „Biturbo“ daro prielaidą, kad naudojamos skirtingo skersmens turbinos, taigi ir jų našumas. Be to, jų įtraukimo algoritmas gali būti lygiagretus arba nuoseklus.

Klausimai ir atsakymai:

Kam skirtas turbokompresorius? Padidėjęs šviežio oro slėgis cilindre užtikrina geresnį oro ir kuro mišinio degimą, o tai padidina variklio galią.

Ką reiškia variklis su turbokompresoriumi? Tokio maitinimo bloko konstrukcijoje yra mechanizmas, užtikrinantis didesnį gryno oro srautą į cilindrus. Tam naudojamas turbokompresorius arba turbina.

Kaip automobilyje veikia turbokompresorius? Išmetamosios dujos suka turbinos sparnuotę. Kitame veleno gale įsiurbimo kolektoriuje sumontuotas slėginis sparnuotė.