Охладитель наддувочного воздуха служит для охлаждения сжатого воздуха. При охлаждении воздуха его плотность увеличивается, а давление повышается. Охладитель наддувочного воздуха представляет собой воздушный или жидкостный охладитель.
Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель
Без заголовков
Турбокомпрессор — это тип нагнетателя, который использует энергию, выделяемую при сгорании выхлопных газов, для нагнетания воздуха под высоким давлением в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.
Турбонаддув увеличивает мощность двигателя без увеличения внутреннего объема цилиндров двигателя или увеличения числа оборотов коленчатого вала. Турбонаддув в первую очередь позволяет уменьшить рабочий объем, а также снизить токсичность газов за счет более эффективного сжигания воздушно-топливной смеси.
Турбонаддув довольно часто используется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях. Использование турбонаддува в дизельных двигателях более выгодно из-за высокой степени сжатия двигателя внутреннего сгорания и низкой частоты вращения коленчатого вала.
В бензиновых двигателях существует высокий риск воспламенения из-за высоких оборотов двигателя и высокой температуры выхлопных газов во время сгорания (до 1000 °C, у дизеля — только 600 °C).
Устройство системы турбонаддува
Система турбонагнетателя состоит из следующих компонентов:
- Воздухозаборник и фильтр,
- дроссельная заслонка,
- турбокомпрессор,
- интеркулер,
- впускной коллектор,
- соединительные линии,
- Напорные шланги
Турбинный компрессор (нагнетатель)
Основной компонент турбокомпрессора, используемый для повышения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного колеса и компрессорного колеса, установленных на валу ротора. Все компоненты турбокомпрессора помещены в специальные защитные кожухи.
Турбинное колесо используется для рекуперации энергии, высвобождаемой из выхлопных газов. Колесо и его корпус изготовлены из высокопрочных и жаростойких материалов — стали и керамических сплавов.
Компрессорное кольцо служит для всасывания воздушной массы, ее сжатия и подачи в цилиндры двигателя.
Кольца турбокомпрессора установлены на плавающем валу ротора. Для эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое проходит через канавки в корпусе подшипника.
Интеркулер
Интеркулер — это воздушный или жидкостный охладитель, используемый для быстрого охлаждения предварительно сжатого воздуха, тем самым повышая давление и плотность воздушного потока.
Регулятор давления наддува
Ключевым элементом управления турбокомпрессором является регулятор давления интеркулера, который, по сути, представляет собой перепускной клапан. Основное назначение клапана — задерживать и отводить часть образующихся газов в обход турбинного колеса, тем самым снижая давление переполнения.
Перепускной клапан может управляться электрически или пневматически. Клапан активируется при получении сигналов от датчика давления.
Предохранительный клапан
Назначение клапана избыточного давления — предотвратить повышение давления воздушной массы, которое часто происходит при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо сбрасывается в атмосферу, либо направляется на вход компрессора.
Принцип действия турбонаддува
Система турбонаддува использует энергию газов, образующихся при сгорании топлива. Газы приводят в движение турбинное колесо, которое, в свою очередь, приводит в движение компрессорное колесо для сжатия воздушной массы и подачи ее в систему. Затем воздух охлаждается интеркулером и направляется в цилиндры.
Хотя турбокомпрессор механически не связан с коленчатым валом двигателя, его работа и эффективность напрямую зависят от частоты вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбокомпрессор.
Несмотря на свою практичность и эффективность, турбонаддув имеет определенные недостатки. Основной проблемой является турболаг — задержка в увеличении мощности двигателя.
Это связано с инерционностью системы, т.е. с задержкой давления наддува при достаточно сильном ускорении, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбокомпрессора.
Охладитель наддувочного воздуха служит для охлаждения сжатого воздуха. При охлаждении воздуха его плотность увеличивается, а давление повышается. Охладитель наддувочного воздуха представляет собой воздушный или жидкостный охладитель.
Принцип работы турбонаддува
Принцип работы интеркулера довольно прост. Выхлопные газы, выбрасываемые двигателем, попадают в турбину и вращают ее. Турбина, в свою очередь, передает крутящий момент на компрессор, который всасывает и сжимает воздух. Затем сжатый воздух подается в цилиндры двигателя. В контур встроен интеркулер — дополнительный охладитель наддувочного воздуха. Интеркулер понижает температуру сжатого воздуха и тем самым уменьшает его объем. Это позволяет избежать таких неприятных эффектов, как осечки, и повышает общую производительность системы.
Причина вдувания дополнительного воздуха становится более понятной, если рассмотреть принцип работы двигателя внутреннего сгорания. В его цилиндрах сгорает топливно-воздушная смесь, приводя в движение поршень, который вращает коленчатый вал. Для эффективного сгорания смеси крайне важно правильное соотношение топлива и воздуха. Помимо увеличения количества топлива, необходимо также увеличить количество воздуха.
Этого можно достичь, увеличив объем цилиндра, чтобы в него поступало больше воздуха. Другая возможность — увеличить плотность воздуха в цилиндрах. Тогда можно добиться гораздо более высокого КПД при том же рабочем объеме. Хорошим примером этого являются спортивные автомобили, где каждый литр рабочего объема может производить более 150 лошадиных сил. Конечно, кроме турбонаддува есть много других приемов, которые они используют. Но вполне реально добиться 105-115 лошадиных сил на литр только с помощью турбонаддува.
Что такое турбояма или турболаг
Принцип турбонаддува заключается в том, что двигатель «ускоряется» за счет собственной работы. Эта особенность приводит к проблеме, называемой провисанием турбины или отставанием турбины. Это проявляется в падении мощности, которое происходит после резкого нажатия на педаль акселератора.
В ранние времена турбодвигателей это было смешно — если вы очень сильно и резко нажимали на акселератор, то двигатель мог полностью заглохнуть. Благодаря сложной механической и электронной начинке сегодня это уже невозможно, но явление турболагга с неприятным падением мощности все еще существует. Особенно страдают дешевые турбосистемы или неправильно установленные и настроенные системы.
Для сглаживания запаздывания турбонаддува используются интеллектуальные электронные системы, которые проактивно увеличивают обороты двигателя. Они распознают внезапное нажатие на педаль акселератора и включают компрессор электрически, не дожидаясь пробуждения турбины. Стоимость таких решений обычно довольно высока, поэтому они встречаются в основном только в спортивных автомобилях.
Читайте также: В чем разница между турбиной и компрессором и что лучше?
Плюсы и минусы турбонаддува
Использование турбокомпрессора имеет смысл только в том случае, если это абсолютно необходимо для придания автомобилю динамичного, спортивного характера. Это действительно отличный способ увеличить мощность двигателя при минимальных затратах. Турбонаддув увеличивает максимальную скорость автомобиля и улучшает его динамику.
А турбонаддув позволяет использовать меньше топлива, чем двигатель с такой же мощностью и большим рабочим объемом. Эта деталь требует особого внимания, поскольку сам по себе турбонаддув не уменьшает расход топлива, а увеличивает его. Если количество воздуха в цилиндрах увеличивается, подача топлива должна быть соответственно увеличена.
Помимо повышенного расхода топлива, турбонаддув имеет следующие недостатки:
- Турбокомпрессор вращается на высоких оборотах и сильно нагревается, что негативно сказывается на его долговечности,
- Непреднамеренная выработка энергии увеличивает износ всех деталей двигателя,
- Турбонаддув предъявляет высокие требования к качеству топлива и смазочных материалов двигателя,
- Турбонаддув изменяет настройки двигателя и фазы газораспределения,
Читайте также: Что такое турботаймер и для чего он нужен?
