Когда люди говорят о гоночных автомобилях или высокопроизводительных спортивных автомобилях, тема турбокомпрессоров обычно всплывает. Турбокомпрессоры также появляются на больших дизельных двигателях. Турбина может значительно увеличить мощность двигателя без значительного увеличения его веса, что является огромным преимуществом, которое делает турбины такими популярными!
В этой статье мы узнаем, как турбокомпрессор увеличивает выходную мощность двигателя, выдерживая экстремальные условия эксплуатации. Мы также узнаем, как вестгейты, керамические лопатки турбины и шарикоподшипники помогают турбокомпрессорам выполнять свою работу еще лучше. Турбокомпрессоры представляют собой тип системы принудительной индукции. . Они сжимают воздух, поступающий в двигатель (описание воздушного потока в обычном двигателе см. в разделе «Как работают автомобильные двигатели»). Преимущество сжатия воздуха заключается в том, что он позволяет двигателю нагнетать больше воздуха в цилиндр, а чем больше воздуха, тем больше топлива можно добавить. Поэтому вы получаете больше мощности от каждого взрыва в каждом цилиндре. Двигатель с турбонаддувом в целом выдает больше мощности, чем тот же двигатель без наддува. Это может значительно улучшить удельную мощность двигателя (подробности см. в статье «Как работает мощность»).
Для достижения этого наддува турбонагнетатель использует поток выхлопных газов двигателя для вращения турбины. , который, в свою очередь, вращает воздушный насос . Турбина в турбокомпрессоре вращается со скоростью до 150 000 оборотов в минуту (об/мин) — это примерно в 30 раз быстрее, чем может работать большинство автомобильных двигателей. А так как он подключен к выхлопу, то и температура в турбине очень высокая.
Продолжайте читать, чтобы узнать, насколько больше мощности вы можете ожидать от своего двигателя, если добавите турбонагнетатель.
Содержание
Один из самых надежных способов получить больше мощности от двигателя — увеличить количество воздуха и топлива, которые он может сжечь. Один из способов сделать это — добавить цилиндры или увеличить текущие цилиндры. Иногда эти изменения могут оказаться неосуществимыми — турбонаддув может быть более простым и компактным способом увеличения мощности, особенно для дополнительного оборудования.
Турбокомпрессоры позволяют двигателю сжигать больше топлива и воздуха за счет того, что они помещаются в существующие цилиндры. Типичный наддув, обеспечиваемый турбокомпрессором, составляет от 6 до 8 фунтов на квадратный дюйм (psi). Поскольку нормальное атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, вы можете видеть, что в двигатель поступает примерно на 50 процентов больше воздуха. Таким образом, вы ожидаете получить на 50 процентов больше мощности. Это не совсем эффективно, поэтому вы можете получить улучшение на 30-40%. вместо этого.
Одна из причин неэффективности исходит из того, что мощность для вращения турбины не является бесплатной. Наличие турбины в выхлопном потоке увеличивает ограничение в выхлопе. Это означает, что на такте выпуска двигатель должен преодолевать более высокое противодавление. Это вычитает немного мощности из цилиндров, которые работают одновременно.
Турбокомпрессор прикручен к выпускному коллектору. двигателя. Выхлоп из цилиндров раскручивает турбину , который работает как газотурбинный двигатель. Турбина соединена валом с компрессором. , который находится между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор сжимает воздух, поступающий в поршни.
Выхлоп из цилиндров проходит через лопасти турбины , заставляя турбину вращаться. Чем больше выхлопных газов проходит через лопасти, тем быстрее они вращаются.
На другом конце вала, к которому прикреплена турбина, компрессор нагнетает воздух в цилиндры. Компрессор представляет собой тип центробежного насоса:он всасывает воздух в центр своих лопастей и выбрасывает его наружу при вращении.
Чтобы выдерживать скорость до 150 000 об/мин, необходимо очень тщательно поддерживать вал турбины. Большинство подшипников взорвутся на такой скорости, поэтому в большинстве турбокомпрессоров используется жидкостный подшипник. . Подшипник этого типа поддерживает вал на тонком слое масла, который постоянно циркулирует вокруг вала. Это служит двум целям:охлаждает вал и некоторые другие детали турбонагнетателя, а также позволяет валу вращаться без особого трения.
Есть много компромиссов, связанных с проектированием турбокомпрессора для двигателя. В следующем разделе мы рассмотрим некоторые из этих компромиссов и посмотрим, как они влияют на производительность.
Слишком много усиления?Когда воздух нагнетается в цилиндры под давлением турбонагнетателем, а затем еще больше сжимается поршнем (для демонстрации см. Как работают автомобильные двигатели), опасность детонации возрастает. Стук происходит потому, что когда вы сжимаете воздух, температура воздуха увеличивается. Температура может увеличиться настолько, что топливо воспламенится до того, как загорится свеча зажигания. Автомобили с турбокомпрессором часто должны работать на топливе с более высоким октановым числом, чтобы избежать детонации. Если давление наддува действительно высокое, возможно, придется уменьшить степень сжатия двигателя, чтобы избежать детонации.
Одна из основных проблем с турбонагнетателями заключается в том, что они не обеспечивают немедленного прироста мощности, когда вы нажимаете на педаль газа. Турбине требуется секунда, чтобы набрать скорость, прежде чем будет произведен наддув. Это приводит к ощущению запаздывания, когда вы нажимаете на газ, а затем машина бросается вперед, когда начинает двигаться турбодвигатель.
Одним из способов уменьшения турбо-задержки является уменьшение инерции. вращающихся частей, в основном за счет уменьшения их веса. Это позволяет турбине и компрессору быстро разгоняться и раньше начинать обеспечивать наддув. Одним из надежных способов уменьшить инерцию турбины и компрессора является уменьшение размера турбонагнетателя. Небольшой турбонагнетатель будет обеспечивать наддув быстрее и при более низких оборотах двигателя, но может не обеспечить значительного наддува при более высоких оборотах двигателя, когда в двигатель поступает действительно большой объем воздуха. Он также может слишком быстро вращаться на более высоких оборотах двигателя, когда через турбину проходит много выхлопных газов.
Большинство автомобильных турбокомпрессоров имеют перепускной клапан. , что позволяет использовать турбонагнетатель меньшего размера, чтобы уменьшить запаздывание и предотвратить слишком быстрое вращение на высоких оборотах двигателя. Вестгейт — это клапан, который позволяет выхлопным газам обходить лопатки турбины. Вестгейт реагирует на давление наддува. Если давление становится слишком высоким, это может указывать на то, что турбина вращается слишком быстро, поэтому вестгейт пропускает часть выхлопных газов вокруг лопастей турбины, позволяя лопастям замедляться.
В некоторых турбокомпрессорах используются шарикоподшипники. вместо жидкостных подшипников для поддержки вала турбины. Но это не обычные шарикоподшипники — это сверхточные подшипники, изготовленные из передовых материалов, чтобы выдерживать скорости и температуры турбонагнетателя. Они позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем жидкостные подшипники, используемые в большинстве турбокомпрессоров. Они также позволяют использовать более легкий и меньший вал. Это помогает турбонагнетателю быстрее разгоняться, дополнительно уменьшая турбозадержку.
Керамические лопатки турбины легче, чем стальные лопасти, используемые в большинстве турбокомпрессоров. Опять же, это позволяет турбине быстрее раскручиваться, что уменьшает турбо-задержку.
В некоторых двигателях используется два турбонагнетателя. разных размеров. Меньший из них очень быстро набирает скорость, уменьшая задержку, в то время как больший берет верх на более высоких оборотах двигателя, чтобы обеспечить больший импульс.
Когда воздух сжимается, он нагревается; а когда воздух нагревается, он расширяется. Таким образом, некоторое увеличение давления от турбонагнетателя является результатом нагрева воздуха перед подачей в двигатель. Чтобы увеличить мощность двигателя, нужно направить в цилиндр больше молекул воздуха, а не обязательно большее давление воздуха.
Интеркулер или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным компонентом, который выглядит как радиатор, за исключением того, что воздух проходит как внутри, так и снаружи интеркулера. Всасываемый воздух проходит через герметичные проходы внутри охладителя, а более холодный воздух снаружи продувается через ребра вентилятором охлаждения двигателя.
Интеркулер еще больше увеличивает мощность двигателя за счет охлаждения сжатого воздуха, выходящего из компрессора, прежде чем он попадет в двигатель. Это означает, что если турбокомпрессор работает с наддувом 7 фунтов на квадратный дюйм, система промежуточного охлаждения будет подавать более холодный воздух под давлением 7 фунтов на квадратный дюйм, который более плотный и содержит больше молекул воздуха, чем более теплый воздух.
Турбокомпрессор также помогает на больших высотах. , где воздух менее плотный. Обычные двигатели будут испытывать снижение мощности на больших высотах, потому что на каждый ход поршня в двигатель будет поступать меньшая масса воздуха. Двигатель с турбонаддувом также может иметь пониженную мощность, но снижение будет менее значительным, поскольку турбонагнетателю легче перекачивать разреженный воздух.
Старые автомобили с карбюраторами автоматически увеличивают расход топлива, чтобы соответствовать увеличению потока воздуха, поступающего в цилиндры. Современные автомобили с впрыском топлива также будут делать это до определенного момента. Система впрыска топлива использует датчики кислорода в выхлопе, чтобы определить правильность соотношения воздух-топливо, поэтому эти системы автоматически увеличивают подачу топлива, если добавляется турбонаддув.
Если к инжекторному автомобилю добавить турбонагнетатель со слишком большим наддувом, система может не обеспечить достаточное количество топлива - либо программное обеспечение, запрограммированное в контроллере, не позволит этого, либо насос и форсунки не способны его подавать. В этом случае придется произвести другие модификации, чтобы получить максимальную выгоду от турбокомпрессора.
Первоначально опубликовано:4 декабря 2000 г.
Замените щетки стеклоочистителя для улучшения видимости и безопасности
Mini Countryman 2021 Cooper S JCW Inspired Exterior
Корпоративный парк:как переход на электричество влияет на вашу прибыль
Безкобальтовые аккумуляторные батареи LFP в этом году достигнут уровня 210 Втч/кг