Устройство и работа турбокомпрессора, Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха
МО, Красногорский район, д. Кроме того, холодный воздух снижает вероятность возникновения в камерах сгорания ДВС процесса детонационного горения топливовоздушной смеси. Материалы тщательно подбираются по коэффициенту температурного расширения, что обеспечивает надежность конструкции на различных режимах работы. Повышение экономичности тепловозных и судовых дизелей на малых нагрузках и холостом ходу дросселированием наддувочного воздуха. Интеркулер — это радиатор жидкостного или водяного охлаждения, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя.
Чем холоднее будет воздух, тем выше его плотность, а значит тем большее его количество попадёт в цилиндры ДВС. Кроме того, холодный воздух снижает вероятность возникновения в камерах сгорания ДВС процесса детонационного горения топливовоздушной смеси. Охлаждённый сжатый воздух попадает в цилиндры ДВС, смешивается с топливом, сгорает, совершая полезную работу, образует отработавшие газы, которые затем, попадая в выпускной коллектор и турбинный корпус, опять раскручивают турбинное колесо.
Так замыкается цикл работы турбокомпрессора. Получается взаимосвязанная система работы наддува, когда количество всасываемого, сжимаемого и поступающего в цилиндры ДВС воздуха зависит от скорости вращения ротора и, наоборот, скорость вращения ротора зависит от количества сгорающего в цилиндрах ДВС воздуха с топливом.
Турбинное 4 и компрессорное 11 колеса закреплены на одном валу гайкой Данная гайка имеет обратную левостороннюю резьбу, что исключает её самооткручивание при штатной работе турбокомпрессора. Турбинное колесо изготавливается заодно с валом, путём их соединения электронно-лучевой сваркой или сваркой трением.
Вал ротора с рабочими колёсами установлен внутри корпуса картриджа в радиальных 7 и упорных 9 подшипниках скольжения. В корпус картриджа через канал подачи 13 подаётся моторное масло под давлением системы смазки ДВС. Во время враще-. Вал ротора при вращении всегда разделён от поверхности подшипников скольжения масляным клином рис.
Масло из корпуса картриджа далее под действием силы тяжести стекает в масляный поддон ДВС. Вал ротора со стороны турбинной части, а также со стороны компрессорной части, уплотняется специальными стальными газодинамическими уплотнительными кольцами 5. Одной из основных задач указанных уплот-нительных колец, помимо устранения утечек моторного масла из корпуса картриджа, также является и недопущение проникновения внутрь корпуса отработавших газов. Дополнительно от воздействия горячих отработавших газов корпус картриджа защищает газоотражающая тарелка 6 , устанавливаемая за турбинным колесом.
С целью дополнительного охлаждения корпуса картриджа и соответственно моторного масла, находящегося внутри него на некоторых моделях турбокомпрессоров чаще всего на бензиновых ДВС предусмотрена подача через специальный канал 2 в отдельную рубашку охлаждения корпуса охлаждающей жидкости. Гидродинамический масляный клин в упорном слева и радиальном справа подшипниках картриджа турбокомпрессора. Необходимо пояснить принцип работы газодинамических уплотнений вала ротора турбокомпрессора.
В турбокомпрессоре используется газодинамическое уплотнение корпуса картриджа с дифференциальным давлением. Система уплотнения называется динамической, поскольку используется вращение вала ротора. Кроме того, используется разница давлений между тремя корпусами турбокомпрессора. При большинстве условий эксплуатации давление газа в турбинном корпусе и компрессорном корпусе выше, чем давление в центральном корпусе картриджа рис.
Часть отработавших газов высокого давления, проходя за турбинное колесо, проникает к уплотнительному кольцу вала ротора. Тщательно контролируемые зазоры уплотнительного кольца позволяют очень небольшому количеству потока отработавших газов пройти в центральный корпус картриджа, что и помогает удерживать моторное масло внутри корпуса рис.
Тоже самое происходит и в компрессорной части турбокомпрессора, где в качестве дифференцированного газа используется сжатый воздух, проникающий за компрессор-. В конструкции турбокомпрессора может использоваться одно или несколько уплотнительных колец вала ротора.
С целью ограничения давления наддува в турбокомпрессорах применятся регулировочный клапан вестгейт клапан. Перенаддув ДВС автомобиля крайне нежелателен, так как это приведёт к детонационному сгоранию топливовоздуш-ной смеси и разрушению деталей цилиндро-поршневой группы. Кроме того, при перенаддуве сам турбокомпрессор может «пойти в разнос» - частота вращения его ротора превысит предельно допустимые производителем значения. Регулировочный клапан вестгейт от анг.
Актуатор вестгейт клапана может быть пневматическим или электронным. Пневматический привод в свою очередь может быть вакуумным или работающим. Актуаторы, работающие за счёт нагнетания в них избыточного давления, соединяются с секцией повышенного давления компрессорного корпуса турбокомпрессора рис.
Вакуумный пневматический привод работает за счет разряжения в них, которое образуется за счёт их соединения с впускной системой автомобиля или создаётся вакуумным насосом.
Управление актуаторами вестгейт клапана на современных автомобилях осуществляется через специальные электропневматические клапаны путём подачи на них управляющих сигналов от ЭБУ ДВС. Пример конструкции электронного актуатора вест-гейт клапана показан на рис.
Электронный актуатор состоит из сервопривода с червячным редуктором и датчиком положения, а также платы программатора в крышке модуля. Основными недостатками работы турбокомпрессора автомобиля являются такие явления как «турбо-яма», «турбо-лаг», «турбо-подхват» и «помпаж». В данном диапазоне оборотов ДВС давление наддува от турбокомпрессора ниже атмосферного, так как отработавшим газам не хватает давления для достаточного раскручивания ротора.
В эксплуатации это проявляется, как задержка в увеличении мощности крутящего момента ДВС автомобиля при резком нажатии водителем на педаль акселератора.
Количества отработавших газов при «турбо-лаге» уже достаточно для того, чтобы раскрутить ротор турбокомпрессора для создания наддува выше атмосферного давления, однако происходит задержка в нарастании данного давления наддува.
Данная задержка связана с тем, что ротор турбокомпрессора должен успеть раскрутиться под действием увеличивающегося количества отработавших газов,. Всё это не происходит мгновенно, а требует какого-то времени, что и вызывает задержку в виде «турбо-лага». При этом необходимо отметить, что задержка «турбо-лага» зависит от модели турбокомпрессора, ведь большой турбокомпрессор сложнее раскрутить, чем малый рис.
Малый турбокомпрессор легче раскрутить и получить от него максимально эффективную отдачу по наддуву на малых оборотах, зато большой турбокомпрессор при его работе на высоких оборотах более эффективен, чем малый на тех же оборотах рис. В эксплуатации это проявляется, как очень резкое ускорение автомобиля с рывком, после задержки после полностью выжатой педали акселератора.
Явление «турбо-подхвата» может привести к детонации в цилиндрах ДВС. В эксплуатации «помпаж» проявляется в виде возникновения специфических посторонних звуков «хлопков» во впускном коллекторе двигателя. Суть данного явления заключается в отражении наддувочного воздуха, созданного компрессорной частью турбокомпрессора, от резко закрывшейся дроссельной заслонки при отпускании педали акселератора.
Создаётся обратная волна сжатого воздуха, которая ударно воздействует на лопатки компрессорного колеса, выводя его из устойчивого режима работы. Данные ударные воздействия могут привести к разрушению лопаток компрессорного колеса.
Со всеми выше перечисленными недостатками в работе турбокомпрессора инженерами ведётся борьба в виде постоянного совершенствования систем наддува.
С явлением «помпажа» в работе системы наддува борются путём установки во впускной коллектор двигателя специального байпасного перепускного клапана, который открывается при закрытии дроссельной заслонки и позволяет вернуть часть сжатого воздуха обратно на впуск перед компрессорной частью турбокомпрессора рис.
При тюнинге системы наддува автомобиля используют аналогичный клапан под названием блоу-офф blow-off клапан. В отличие от байпасного. Схема работы байпасного перепускного клапана нуддува режим резкого «сброса газа» - резкое закрытие дроссельной заслонки. С явлением «турбо-яма» и «турбо-лаг» борются путём внедрения в конструкцию турбокомпрессора соплового аппарата переменного сечения система VANT variable area turbine nozzle или же раздвоенного турбинного корпуса система ТST twin scroll turbine housing.
Разновидности турбокомпрессоров и их систем Турбокомпрессор с сопловым аппаратом переменного сечения Выше по тексту была рассмотрена конструкция турбокомпрессора с регулировочным клапаном вестгейт клапаном. Регулировочный клапан вестгейт клапан позволяет лишь ограничить наддув турбокомпрессора. Более совершенной системой управления наддувом турбокомпрессора является использование в его конструкции соплового аппарата переменного сечения VANT variable area turbine nozzle рис.
Лопатки механизма VANT поворачиваются, изменяя площадь, через которую протекают отработавшие газы, при этом изменяется скорость потока газов, воздействующего на лопатки турбинного колеса рис. Турбокомпрессор с сопловым аппаратом переменного сечения VANT с электронным актуатором [8]. Изменение проходного сечения между лопатками соплового аппарата: 1 -режим холостого хода или низких оборотов ДВС; 2 - режим высоких оборотов ДВС [9].
Чем меньше площадь расстояние между поворотными лопатками механизма, тем быстрее скорость вращения ротора. Таким образом, за счёт поворота лопаток механизма VANT изменяется скорость вращения турбинного колеса, а значит и степень наддува турбокомпрессора.
Механизм VANT в конструкции турбокомпрессора, в отличие от регулировочного клапана вестгейт клапана , не просто ограничивает степень наддува, а позволяет регулировать его в широком диапазоне оборотов ДВС, начиная с самых низких, и значительно сокращает время выхода турбокомпрессора на режим эффективной отдачи рис.
Это также позволяет устранить в работе системы наддува ДВС автомобиля такие отрицательные явления, как «турбо-яма», «турбо-лаг» и «турбо-подхват». Cравнение времени реакции турбокомпрессора с механизмом VANT и обычного турбокомпрессора при резком старте на автомобиле с места с полностью выжатой педалью акселератора [4].
Турбокомпрессор с раздвоенным турбинным корпусом TST twin scroll turbine housing , как это следует из его названия, имеет в своей конструкции турбинный корпус, разделённый на две части рис. Благодаря специальной конструкции выпускного коллектора выпуск цилиндров 1 и 4 совмещён с внутренней половиной раздвоенного турбинного корпуса, а выпуск цилиндров 2 и 3 - со второй внешней половиной корпуса.
Для примера на рис. Такое раздельное соединение выпуска цилиндров ДВС с раздвоенным турбинным корпусом позволяет наиболее полно использовать принцип импульсного наддува, разделив общий поток отработавших газов на две части. Каждый импульс выпуска отработавших газов, создаваемый разделёнными цилиндрами ДВС, независимо от работы других цилиндров, попадается в свою половину турбинного корпуса, раскручивая турбинное колесо. При этом работа ДВС в момент перекрытия.
Это также позволяет значительно улучшить наполняемость цилиндров свежим воздушным зарядом, что повышает КПД двигателя. Таким образом, использование в современных автомобилях турбокомпрессора с раздвоенным турбинным корпусом позволяет снизить влияние отрицательных явлений «турбо-яма», «турбо-лаг» и «турбо-подхват», повысить в широком диапазоне оборотов мощность крутящий момент ДВС, снизить время выхода турбокомпрессора на работу эффективного наддува и повысить КПД двигателя.
Система наддува Twin-Turbo состоит из двух одинаковых турбокомпрессоров, которые работают одновременно и параллельно друг другу рис. Их параллельная работа реализована путем равномерного распределения потока отработавших газов между турбокомпрессорами.
Каждый турбокомпрессор закреплен на своём выпускном коллекторе двигателя. Эффективность данной системы турбонаддува заключается в том, что два небольших турбокомпрессора менее инерционно нагружены, чем один большой.
Благодаря этому сокращается время отрицательных явлений «турбо-яма» и «турбо-лаг», а турбокомпрессоры работают более эффективно в более широком диапазоне оборотов ДВС.
Система наддува Bi-Turbo состоит из двух турбокомпрессоров разных размеров малого и большого , установленных последовательно друг за другом рис. Перепускной клапан наддува Компрессорное колесо малого турбокомпрессора Турбинное колесо малого турбокомпрессора.
В системе применяется клапанное регулирование потока отработавших газов и нагнетаемого воздуха рис. При низких оборотах ДВС перепускной клапан отработавших газов закрыт.
Отработавшие газы проходят через корпус малого турбокомпрессора, а далее через корпус большого. При этом давление отработавших газов не настолько велико, чтобы раскрутить большой турбокомпрессор, зато их хватает, чтобы начать раскручивать малый.
Перепускной клапан наддува во впускном коллекторе закрыт, воздух проходит последовательно через компрессорную часть большого и малого турбокомпрессора. С увеличением числа оборотов ДВС осуществляется совместная работа турбокомпрессоров. Перепускной клапан отработавших газов постепенно открывается, при этом большая часть отработавших газов идет через турбинный корпус большого турбокомпрессора, который начинает раскручиваться. На впуске компрессор большого турбокомпрессора сжимает воздух с небольшим давлением, и далее этот сжатый воздух поступает в компрессор малого турбокомпрессора, где уже происходит его более значительное сжатие.
Перепускной клапан наддува во впускном коллекторе при этом по-прежнему закрыт. Наиболее широкое применение находят одноступенчатые системы наддува, построенные на основе одного турбокомпрессора.
Однако такой системе может присутствовать два или четыре одинаковых агрегата — например, в V-образных двигателях используются отдельные турбокомпрессоры на каждый ряд цилиндров, в многоцилиндровых моторах более 8 могут применяться четыре турбокомпрессора, каждый из которых работает на 2, 4 или более цилиндров. Меньшее распространение получили двухступенчатые системы наддува и различные вариации Twin-Turbo, в них используется два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые могут работать только в паре.
Сегодня применяются обе схемы, но на двигателях небольшого объема чаще можно встретить турбокомпрессоры с радиально-осевой турбиной, а на мощных силовых агрегатах предпочтение отдается осевым турбинам хотя это и не является правилом. Независимо от типа турбины, все турбокомпрессоры оснащаются центробежным компрессором — в нем воздух подается к центру крыльчатки и отводится от ее периферии. Наконец, турбокомпрессоры отличаются основными эксплуатационными характеристиками и возможностями.
Из основных характеристик этих агрегатов следует выделить:. Также агрегаты отличаются размерами, типом монтажа, необходимостью применять вспомогательные компоненты и т. Турбина — агрегат, преобразующий кинетическую энергию отработавших газов в механическую энергию в крутящий момент колеса , которая обеспечивает работу компрессора. Компрессор — агрегат для нагнетания воздуха. Корпус подшипников связывает оба агрегата в единую конструкцию, а расположенный в нем вал ротора обеспечивает передачу крутящего момента от колеса турбины на колесо компрессора.
Турбина и компрессор имеют схожую конструкцию. Основой каждого из этих агрегатов выступает корпус-улитка, в периферийной и центральной части которого расположены патрубки для соединения с системой наддува. У компрессора впускной патрубок всегда находится в центре, выпускной нагнетательный — на периферии.
Такое же расположение патрубков у осевых турбин, у радиально-осевых турбин расположение патрубков обратное на периферии — впускной, в центре — выпускной. Внутри корпуса располагается колесо с лопатками специальной формы. Оба колеса — турбинное и компрессорное — удерживаются общим валом, который проходит через корпус подшипников.
Колеса — цельнолитые или составные, форма лопаток турбинного колеса обеспечивает максимально эффективное использование энергии отработавших газов, форма лопаток компрессорного колеса обеспечивает максимальный центробежный эффект. В современных турбинах высокого класса могут использоваться составные колеса с керамическими лопатками, которые имеют низкую массу и обладают лучшими характеристиками. Размер колес турбокомпрессоров автомобильных двигателей — мм, мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей — и более мм.
Оба корпуса монтируются на корпус подшипников с помощью болтов через уплотнения. Здесь располагаются подшипники скольжения реже — подшипники качения специальной конструкции и уплотнительные кольца. Также в центральном корпусе выполняются масляные каналы для смазки подшипников и вала, а в некоторых турбокомпрессорах и полости водяной рубашки охлаждения.
При монтаже агрегат соединяется с системами смазки и охлаждения двигателя. В конструкции турбокомпрессора могут быть предусмотрены и различные вспомогательные компоненты, в том числе детали системы рециркуляции отработавших газов, масляные клапаны, элементы для улучшения смазки деталей и их охлаждения, регулировочные клапаны и т.
Детали турбокомпрессора изготавливаются из специальных марок стали, для колеса турбины применяются жаропрочные стали. Материалы тщательно подбираются по коэффициенту температурного расширения, что обеспечивает надежность конструкции на различных режимах работы.
Турбокомпрессор включается в систему наддува воздуха, в которую также входят впускной и выпускной коллекторы, а в более сложных системах — интеркулер радиатор охлаждения наддувного воздуха , различные клапаны, датчики, заслонки и трубопроводы. Функционирование турбокомпрессора сводится к простым принципам. Турбина агрегата внедряется в выпускную систему двигателя, компрессор — во впускной тракт. Во время работы мотора выхлопные газы поступают в турбину, ударяются о лопатки колеса, отдавая ему часть своей кинетической энергии и заставляя ее вращаться.
Крутящий момент от турбины посредством вала напрямую передается на колеса компрессора. При вращении колесо компрессора отбрасывает воздух на периферию, повышая его давление — этот воздух подается во впускной коллектор. Одиночный турбокомпрессор имеет ряд недостатков, основной из которых — турбозадержка или турбояма. Колеса агрегата имеют массу и некоторую инерцию, поэтому не могут мгновенно раскручиваться при повышении оборотов силового агрегата.
Поэтому при резком нажатии на педаль газа турбированный двигатель разгоняется не сразу — возникает короткая пауза, провал мощности. Решением этой проблемы служат специальные системы управления турбиной, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, последовательно-параллельные и двухступенчатые системы наддува, и другие. Турбокомпрессор нуждается в минимальном техническом обслуживании.
Главное — вовремя производить замену масла и масляного фильтра двигателя. Если мотор еще может какое-то время работать на старом масле, то для турбокомпрессора оно может стать смертельно опасным — даже незначительное ухудшение качества смазочного материала на высоких нагрузках может привести к заклиниванию и разрушению агрегата.
Также рекомендуется периодически очищать детали турбины от нагара, что требует ее разбора, однако эту работу следует выполнять только с применением специального инструмента и оборудования. Неисправный турбокомпрессор в большинстве случаев проще заменить, чем ремонтировать.
Для замены необходимо использовать агрегат того же типа и модели, что был установлен на двигателе ранее. Монтаж турбокомпрессора с иными характеристиками может нарушить работу силового агрегата. Подбор, монтаж и настройку агрегата лучше доверять специалистам — это гарантирует правильное выполнение работ и нормальную работу двигателя. При правильной замене турбокомпрессора двигатель снова обретет высокую мощность и сможет решать самые сложные задачи.
Зима и лето, два полюса, между которыми меняется весь наш мир. И в этом мире существуют омывающие жидкости — помощники, которые обеспечивают нашу безопасность на дороге.
В этой статье мы окунемся в мир омывающих жидкостей и узнаем, какие они бывают, от чего зависит их температура замерзания и как их правильно выбрать.
Замена клапанов двигателя внутреннего сгорания затрудняется необходимостью съема сухарей — для этой операции используются специальные рассухариватели клапанов. Все об этом инструменте, его существующих типах, конструкции и принципе действия, а также о его выборе и применении читайте в данной статье.
Во многих отечественных автомобилях ранних выпусков широко использовались центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Все о данных устройствах, их существующих типах, конструкции, работе, а также об их правильном выборе и замене читайте в статье. Одной из основных деталей распределителя зажигания является опорная пластина, отвечающая за функционирование прерывателя.
Все о пластинах прерывателя, их существующих типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировках данных компонентов подробно рассказано в данной статье. Если вы впервые на сайте, заполните регистрационную форму. Регистрация Забыли пароль? Восстановить Войти.
Главная Полезное Статьи о товарах Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха. Последнее обновление страницы. Статьи о товарах Статьи о компании Энциклопедия авто Гарантия и возврат Электронный документооборот. Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха. Типовая схема системы агрегатного наддува воздуха ДВС. Разрез турбокомпрессора. Принцип работы турбокомпрессора.
Другие статьи. Омывающие жидкости. Рассухариватель клапанов. Переключатель света с регулировкой шкалы. Пластина распределителя зажигания.
