Co to jest silnik samochodowy z turbodoładowaniem?
Zawartość
- Silnik z turbodoładowaniem
- Wydajność silnika turbo
- Turbina gazowa lub silnik turbo
- Silnik turbo - dynamiczna moc
- Zwiększenie mocy silnika turbo
- Wyposażony w silnik turbo
- Instalacja silnika turbo
- Silnik turbo - tuning
- Silnik turbo
- Silnik z turbodoładowaniem
- Zalety silnika turbo
- Moc silnika turbo
- Silnik wysokoprężny z turbodoładowaniem
- Ceramiczny metalowy wirnik z turbo
- Zasada działania silnika turbo
- Ochrona silnika turbo
- Pytania i odpowiedzi:
Silnik z turbodoładowaniem
Silnik turbo. Zadanie zwiększenia mocy silnika i momentu obrotowego zawsze było istotne. Moc silnika jest bezpośrednio związana z pojemnością skokową cylindrów i ilością dostarczanej do nich mieszanki paliwowo-powietrznej. Oznacza to, że im więcej paliwa spala się w cylindrach, tym większa moc jest wytwarzana przez jednostkę napędową. Jednak najprostszym rozwiązaniem jest zwiększenie mocy silnika. Zwiększenie objętości roboczej prowadzi do wzrostu wymiarów i ciężaru konstrukcji. Ilość podawanej mieszanki roboczej można zwiększyć zwiększając prędkość obrotową wału korbowego. Innymi słowy, realizacja większej liczby cykli pracy w cylindrach na jednostkę czasu. Pojawią się jednak poważne problemy związane ze wzrostem sił bezwładności i gwałtownym wzrostem obciążeń mechanicznych części jednostki napędowej, co doprowadzi do skrócenia żywotności silnika.
Wydajność silnika turbo
Najbardziej skutecznym sposobem w tej sytuacji jest moc. Wyobraź sobie skok ssania silnika spalinowego. Silnik w tym czasie działa jak pompa i jest również bardzo nieefektywny. Kanał ma filtr powietrza, zagięcia w kolektorze dolotowym, a silniki benzynowe również mają przepustnicę. Wszystko to oczywiście zmniejsza napełnienie cylindra. Aby zwiększyć ciśnienie przed zaworem wlotowym, do cylindra zostanie umieszczone więcej powietrza. Tankowanie poprawia napełnienie cylindrów świeżym ładunkiem, co pozwala im spalić więcej paliwa w cylindrach, a tym samym uzyskać większą moc silnika. W silniku spalinowym wewnętrznego spalania stosuje się trzy rodzaje wzmocnienia. Rezonans wykorzystujący energię kinetyczną objętości powietrza w kolektorach dolotowych. W takim przypadku nie jest wymagane dodatkowe ładowanie / doładowanie. Mechaniczny, w tym przykładzie wykonania, sprężarka napędzana jest paskiem silnikowym.
Turbina gazowa lub silnik turbo
Turbina gazowa lub turbosprężarka, turbina napędzana jest strumieniem spalin. Każda metoda ma swoje zalety i wady, które determinują zakres. Osobisty kolektor dolotowy. W celu lepszego napełnienia cylindra należy zwiększyć ciśnienie przed zaworem wlotowym. Tymczasem zwiększone ciśnienie wcale nie jest konieczne. Wystarczy go podnieść w momencie zamknięcia zaworu i załadować dodatkową porcję powietrza do cylindra. Dla krótkotrwałego wzrostu ciśnienia idealna jest fala kompresji, która biegnie wzdłuż kolektora dolotowego przy pracującym silniku. Wystarczy obliczyć długość samego rurociągu, aby fala odbita kilkakrotnie od jego końców dotarła do zaworu we właściwym czasie. Teoria jest prosta, ale jej wdrożenie wymaga znacznej pomysłowości. Zawór nie otwiera się przy różnych prędkościach wału korbowego i dlatego wykorzystuje efekt wzmocnienia rezonansowego.
Silnik turbo - dynamiczna moc
Dzięki krótkiemu kolektorowi dolotowemu silnik działa lepiej przy dużych prędkościach. Przy niskich prędkościach dłuższa droga ssania jest bardziej wydajna. Zmienną długość rury wlotowej można utworzyć na dwa sposoby. Albo przez podłączenie komory rezonansowej, albo przez przełączenie na żądany kanał wejściowy lub podłączenie go. Ta ostatnia opcja nazywana jest również mocą dynamiczną. Ciśnienie rezonansowe i dynamiczne może przyspieszyć przepływ kolumny wlotowej. Efekty wzmocnienia spowodowane wahaniami ciśnienia powietrza mieszczą się w zakresie od 5 do 20 mbar. Dla porównania, stosując turbosprężarkę lub wzmocnienie mechaniczne, można uzyskać wartości w zakresie od 750 do 1200 mbar. Aby uzupełnić obraz, zauważamy, że nadal istnieje wzmacniacz bezwładnościowy. W której głównym czynnikiem powodującym nadciśnienie przed zaworem jest głowica o wysokim ciśnieniu przepływu w rurze wlotowej.
Zwiększenie mocy silnika turbo
Daje to niewielki wzrost mocy przy dużych prędkościach ponad 140 kilometrów na godzinę. Stosowany głównie w motocyklach. Mechaniczne wypełniacze umożliwiają dość prosty sposób na znaczne zwiększenie mocy silnika. Sprowadzając silnik bezpośrednio z wału korbowego silnika, sprężarka jest w stanie bezzwłocznie pompować powietrze do cylindrów z minimalną prędkością, zwiększając ciśnienie doładowania ściśle proporcjonalnie do prędkości obrotowej silnika. Ale mają też wady. Zmniejszają sprawność silnika spalinowego. Ponieważ część energii wytwarzanej przez zasilacz jest wykorzystywana do ich napędzania. Mechaniczne systemy ciśnieniowe zajmują więcej miejsca, wymagają specjalnego napędu. Pasek rozrządu lub skrzynia biegów wydają głośny hałas. Wypełniacze mechaniczne. Istnieją dwa rodzaje doładowań mechanicznych. Wolumetryczny i odśrodkowy. Typowe wypełniacze luzem to supergeneratory Rootsa i kompresor Lysholm. Konstrukcja Roots przypomina olejową pompę zębatą.
Wyposażony w silnik turbo
Osobliwością tej konstrukcji jest to, że powietrze nie jest sprężane w doładowaniu, ale na zewnątrz w rurociągu, dostając się do przestrzeni między obudową a wirnikami. Główną wadą jest ograniczona ilość zysku. Bez względu na to, jak dokładnie ustawione są części wlewu, po osiągnięciu określonego ciśnienia powietrze zaczyna cofać się, zmniejszając wydajność systemu. Walkę można prowadzić na kilka sposobów. Zwiększ prędkość wirnika lub spraw, aby doładowanie było dwu-, a nawet trzystopniowe. W ten sposób możliwe jest zwiększenie wartości końcowych do akceptowalnego poziomu, ale projekty wielostopniowe nie mają swojej głównej zalety - zwartości. Inną wadą jest nierównomierny wypływ z wylotu, ponieważ powietrze jest dostarczane porcjami. Nowoczesne projekty wykorzystują trójkątne mechanizmy obrotowe, a okna wejściowe i wyjściowe mają trójkątny kształt. Dzięki tym technikom nieporęczne doładowania praktycznie pozbyły się efektu pulsacji.
Instalacja silnika turbo
Niskie prędkości wirnika, a co za tym idzie trwałość, w połączeniu z niskim poziomem hałasu, spowodowały, że znane marki, takie jak DaimlerChrysler, Ford i General Motors, hojnie wyposażyły swoje produkty. Sprężarki wyporowe zwiększają krzywe mocy i momentu obrotowego bez zmiany ich kształtu. Są skuteczne już przy niskich i średnich prędkościach, co najlepiej odzwierciedla dynamikę przyspieszenia. Jedynym problemem jest to, że takie systemy są bardzo wymyślne w produkcji i instalacji, co oznacza, że są dość drogie. Inny sposób jednoczesnego zwiększenia ciśnienia powietrza w kolektorze dolotowym zaproponował inżynier Lisholm. Konstrukcja kształtek Lysholm przypomina nieco konwencjonalną maszynkę do mielenia mięsa. Wewnątrz obudowy zainstalowane są dwie dodatkowe pompy śrubowe. Obracając się w różnych kierunkach, wychwytują część powietrza, sprężają je i umieszczają w cylindrach.
Silnik turbo - tuning
Taki system charakteryzuje się wewnętrzną kompresją i minimalnymi stratami dzięki precyzyjnie skalibrowanym luzom. Ponadto ciśnienie śruby działa w prawie całym zakresie prędkości obrotowych silnika. Cichy, bardzo kompaktowy, ale niezwykle drogi z powodu trudności produkcyjnych. Nie są jednak zaniedbywane przez tak znane studia tuningowe, jak AMG czy Kleemann. Napełniacze odśrodkowe przypominają turbosprężarki w konstrukcji. Nadmierne ciśnienie w kolektorze dolotowym powoduje również powstanie koła sprężarki. Jego promieniowe ostrza wychwytują i przepychają powietrze wokół tunelu przy użyciu siły odśrodkowej. Różnica w stosunku do turbosprężarki występuje tylko w napędzie. Dmuchawy odśrodkowe mają podobną, choć mniej zauważalną wadę bezwładności. Ale jest jeszcze jedna ważna funkcja. W rzeczywistości wielkość wytwarzanego ciśnienia jest proporcjonalna do prędkości kwadratowej koła sprężarki.
Silnik turbo
Mówiąc najprościej, musi się bardzo szybko obracać, aby pompować niezbędny ładunek powietrza w cylindrach. Czasem dziesięć razy większa od prędkości silnika. Wydajny wentylator odśrodkowy przy dużych prędkościach. Wirówki mechaniczne są mniej wygodne w użyciu i trwalsze niż wirówki gazowe. Ponieważ działają w niższych ekstremalnych temperaturach. Prostota, a tym samym tani ich projekt zyskały popularność w dziedzinie tuningu amatorskiego. Silnik intercoolera. Mechaniczny obwód kontroli przeciążenia jest dość prosty. Przy pełnym obciążeniu pokrywa obejścia jest zamknięta, a cewka indukcyjna otwarta. Cały przepływ powietrza dostaje się do silnika. Podczas pracy z częściowym obciążeniem przepustnica zamyka się, a przepustnica rurowa się otwiera. Nadmiar powietrza jest zawracany do wlotu doładowania. Powietrze chłodzące do ładowania zawarte w obwodzie Intercoolera jest niemal nieodzownym elementem nie tylko mechanicznych, ale także układów wzmocnienia turbiny gazowej.
Silnik z turbodoładowaniem
Sprężone powietrze jest wstępnie schładzane w chłodnicy międzystopniowej przed wprowadzeniem do cylindrów silnika. Dzięki swojej konstrukcji jest to tradycyjny grzejnik, który jest chłodzony przez przepływ powietrza dolotowego lub przez ciecz chłodzącą. Obniżenie temperatury naładowanego powietrza o 10 stopni pozwala zwiększyć jego gęstość o około 3%. To z kolei pozwala zwiększyć moc silnika o mniej więcej ten sam procent. Silnik turbosprężarki. W nowoczesnych silnikach samochodowych turbosprężarki są szeroko stosowane. W rzeczywistości jest to ta sama sprężarka odśrodkowa, ale z innym obwodem napędowym. Jest to najważniejsza, być może podstawowa różnica między doładowaniami mechanicznymi a turbodoładowaniem. Jest to obwód napędowy, który w dużej mierze determinuje właściwości i zastosowania różnych konstrukcji.
Zalety silnika turbo
Turbosprężarka ma wirnik umieszczony na tym samym wale co wirnik, turbina. Który jest wbudowany w kolektor wydechowy silnika i jest napędzany przez gazy spalinowe. Prędkość może przekraczać 200 000 obr / min. Nie ma bezpośredniego połączenia z wałem korbowym silnika, a dopływ powietrza jest kontrolowany przez ciśnienie spalin. Zalety turbosprężarki obejmują. Poprawa wydajności i oszczędności silnika. Napęd mechaniczny pobiera moc z silnika, to samo zużywa energię spalin, dlatego zwiększa się wydajność. Nie należy mylić określonych i ogólnych osiągów silnika. Oczywiście działanie silnika, którego moc wzrosła ze względu na zastosowanie turbosprężarki, wymaga więcej paliwa niż podobny silnik o mniejszej mocy z naturalnym ssakiem.
Moc silnika turbo
W rzeczywistości napełnianie cylindrów powietrzem poprawia, jak pamiętamy, spalanie w nich więcej paliwa. Ale ułamek masowy paliwa na jednostkę mocy na godzinę dla silnika wyposażonego w ogniwo paliwowe jest zawsze niższy niż u podobnej konstrukcji potężnej jednostki bez wzmocnienia. Turbosprężarka pozwala osiągnąć określone właściwości jednostki napędowej przy mniejszych wymiarach i wadze. Niż w przypadku użycia silnika atmosferycznego. Ponadto silnik turbo ma najlepsze parametry środowiskowe. Ciśnienie w komorze spalania prowadzi do spadku temperatury, aw konsekwencji do zmniejszenia tworzenia się tlenków azotu. Podczas tankowania silników benzynowych osiąga się pełniejsze spalanie paliwa, szczególnie w warunkach przejściowych. W silnikach wysokoprężnych dodatkowy dopływ powietrza pozwala przesuwać granice dymu, tj. radzić sobie z emisjami cząstek sadzy.
Silnik wysokoprężny z turbodoładowaniem
Diesle są znacznie bardziej odpowiednie do ogólnego wzmocnienia, aw szczególności doładowania. W przeciwieństwie do silników benzynowych, w których ciśnienie doładowania jest ograniczone przez niebezpieczeństwo detonacji, nie są świadomi tego zjawiska. Silnik wysokoprężny może być poddawany ciśnieniu do granic naprężeń mechanicznych w swoich mechanizmach. Ponadto brak przepustnicy powietrza dolotowego i wysoki poziom sprężania zapewniają wyższe ciśnienie spalin i niższą temperaturę w porównaniu do silników benzynowych. Turbosprężarki są łatwiejsze w produkcji, co opłaca się z wieloma nieodłącznymi wadami. Przy niskich prędkościach obrotowych ilość spalin jest odpowiednio mała, wydajność sprężarki jest niska. Ponadto silnik z turbodoładowaniem ma zwykle tak zwany Turboyama.
Ceramiczny metalowy wirnik z turbo
Główną trudnością jest wysoka temperatura spalin. Ceramiczny metalowy wirnik turbiny jest o około 20% lżejszy niż wirnik wykonany ze stopów żaroodpornych. Ma też mniejszy moment bezwładności. Jeszcze do niedawna żywotność całego urządzenia ograniczała się do życia obozowego. Były to zasadniczo tuleje przypominające wał korbowy, które były smarowane olejem pod ciśnieniem. Zużycie takich konwencjonalnych łożysk było oczywiście duże, ale łożyska sferyczne nie wytrzymywały ogromnych prędkości i wysokich temperatur. Rozwiązanie znaleziono, gdy udało się opracować łożyska z kulkami ceramicznymi. Zastosowanie ceramiki nie dziwi jednak, łożyska wypełnione są stałym dopływem smaru. Pozbycie się mankamentów turbosprężarki pozwala nie tylko na zmniejszenie bezwładności wirnika. Ale także zastosowanie dodatkowych, czasem dość skomplikowanych obwodów kontroli ciśnienia doładowania.
Zasada działania silnika turbo
Głównym zadaniem w tym przypadku jest obniżenie ciśnienia przy wysokich prędkościach obrotowych silnika i zwiększenie go przy niskich. Wszystkie problemy można całkowicie rozwiązać za pomocą turbiny o zmiennej geometrii, turbiny o zmiennej dyszy. Na przykład z ruchomymi ostrzami, których parametry można zmieniać w szerokim zakresie. Zasada działania turbosprężarki VNT polega na optymalizacji przepływu gazów wydechowych kierowanych do wirnika turbiny. Przy niskich prędkościach obrotowych silnika i niskich objętościach spalin turbosprężarka VNT kieruje cały strumień spalin do koła turbiny. W ten sposób zwiększając jego moc i zwiększając nacisk. Przy dużych prędkościach i dużych przepływach gazu turbosprężarka VNT ustawia ruchome łopatki w pozycji otwartej. Zwiększenie pola przekroju i usunięcie niektórych spalin z wirnika.
Ochrona silnika turbo
Ochrona przed nadmierną prędkością i utrzymywanie ciśnienia doładowania na wymaganym poziomie silnika, eliminując przeciążenie. Oprócz układów z pojedynczym wzmocnieniem powszechne jest dwustopniowe wzmocnienie. Pierwszy etap, który napędza sprężarkę, zapewnia skuteczne wzmocnienie przy niskich prędkościach obrotowych silnika. A druga, turbosprężarka, wykorzystuje energię spalin. Gdy tylko agregat osiągnie prędkość wystarczającą do normalnej pracy turbiny, sprężarka automatycznie się wyłącza, a gdy spadną, uruchamia się ponownie. Wielu producentów instaluje jednocześnie dwie turbosprężarki w swoich silnikach. Takie systemy nazywane są biturbo lub twinturbo. Nie ma między nimi zasadniczej różnicy, z jednym wyjątkiem. Biturbo wymaga zastosowania turbin o różnych średnicach, a tym samym wydajności. Ponadto algorytm ich włączenia może być zarówno równoległy, jak i sekwencyjny.
Pytania i odpowiedzi:
Do czego służy turbodoładowanie? Zwiększone ciśnienie świeżego powietrza w cylindrze zapewnia lepsze spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej, co zwiększa moc silnika.
Co oznacza silnik z turbodoładowaniem? W konstrukcji takiej jednostki napędowej zastosowano mechanizm zapewniający zwiększony przepływ świeżego powietrza do cylindrów. W tym celu stosuje się turbosprężarkę lub turbinę.
Jak działa turbodoładowanie w samochodzie? Spaliny obracają wirnik turbiny. Na drugim końcu wału zamocowany jest wirnik pompujący, zainstalowany w kolektorze dolotowym.