Что такое турбина (турбонаддув) – виды, принцип работы

Что такое турбина (турбонаддув) – виды, принцип работы

Что такое турбина (турбонаддув) – виды, принцип работы

Мощность двигателя напрямую зависит от количества топлива и кислорода, поступающего в мотор. Для увеличения мощности необходимо увеличить как подачу топлива, так и кислорода. При увеличении подачи только топлива, положительного эффекта не будет, так как при недостатке кислорода не будет полного сгорания топлива. Это будет приводить к перегреву двигателя и избытку выхлопных газов.

Турбонаддув используется на бензиновых и дизельных двигателях. Наиболее эффективен в сочетании с дизельным мотором вследствие высокой степени сжатия газов в двигателе и довольно невысокой частоты вращения вала коленчатого типа.

В нашем автосервисе можно произвести полную профессиональную диагностику и ремонт турбины любого производителя. Специалисты сервиса работают на современном оборудовании (стендах), и имеют большой опыт. Монтаж и демонтаж на месте. Гарантия на работы 2 года.

Виды турбокомпрессоров

  • Механический нагнетатель – суперчарджер или компрессор, стали использовать еще до создания классического турбонаддува. Устройство располагается в развале блока цилиндров, лопасти ротора вращаются за счёт ременного или цепного привода с коленвалом. Забор воздуха происходит через фильтр, после чего сжимается винтообразным ротором, затем охлаждается в интеркулере и подается в цилиндры. Преимуществом механического нагнетателя в сравнении с классическим турбонаддувом является получение необходимой мощности двигателя даже на холостых оборотах.
  • Классический турбонаддув – состоит из улитки, внутри которой находятся две крыльчатки. Крыльчатки приходят в движение взаимодействуя с горячими отработанными газами, загоняя воздух обратно в двигатель, повышая давление и максимальную отдачу.
  • Твинскрольная турбина – улучшенная классическая конструкция горячей улитки, с расположенными внутри параллельными каналами различного диаметра. Каждый канал обеспечивает сжатым воздухом свою половину цилиндров, увеличивая давления уже при минимальных оборотах двигателя. Такой тип нагнетателя широко используются на современных малообъемных двигателях, из-за компактных габаритов и отличной мощности при минимальной тяге.
  • Турбина с изменяемой геометрией – это современный агрегат с максимально возможной эффективностью работы. Базой является крыльчатка с лопатками, форма которых изменяется в зависимости от оборотов двигателя. Крыльчаткой управляет специальный электропривод, меняя угол атаки турбины, и обеспечивая оптимальную мощность на всём диапазоне оборотов двигателя. Преимуществом является ровная тяга без провалов и турбо ямы на всём диапазоне оборотов. Нагнетатель отличается компактным размером, что позволяет использовать его с небольшими по объему двигателями.
  • Электрический наддув – это компрессор, в котором крыльчатка приходит в движение от электромотора. Простая конструкция турбины, получающая энергию от аккумулятора. Автоматический блок управления следит за показателями оборотов двигателя, и вносит изменения в работу наддува. Обеспечивается оптимальная мощность двигателя, вне зависимости от текущего показателя оборотов.
  • Двойной параллельный наддув – это две небольшие по своему размеру турбины, часто используются на V-образных двигателях (система Twin Turbo). Компрессоры работают параллельно друг с другом, и обеспечивают сжатым воздухом блок развала цилиндров. Небольшой размер таких турбин позволяет снизить их инерцию, обеспечивая получение качественной тяги уже с самых низких оборотов.

Принцип работы турбонаддува

Для двигателей легковых автомобилей, работающих в широком диапазоне скоростей, рекомендуется высокое давление наддува уже на низких оборотах. Небольшой диаметр современных турбин и специальные сечения газовых каналов способствуют уменьшению инерционности, турбина очень быстро разгоняется, и давление воздуха быстро достигает требуемого показателя.

Сегодня возрастают требования для автомобилей, связанные с потреблением топлива, выбросов выхлопных газов и шума. Для этого проектируются и разрабатываются электронные системы контроля за наддувом.

Исходя из параметров температуры охлаждающей жидкости, масла, впускного воздуха и выхлопных газов, анализируется состояния двигателя. Измеряются обороты двигателя, положение педали акселератора и другие параметры. Данные проходят анализ компьютером, и используются для определения оптимума в условиях давления наддува на мотор.

Далее данные о давлении передаются устройствам, контролирующим показатель во впускной системе. При определении давления учитываются критические условия работы двигателя, в частности, детонация. Акустические датчики позволяют определить самовозгорание в системах мотора. Давление наддува в этом случае уменьшается. Данная операция повторяется до исчезновения детонация. При остановке детонации, давление наддува возрастет до исходного значения.

Электромагнитный клапан получает электрический сигнал, определяя время открытия, и работает как регулятор турбины. Мембрана действует не на все давление наддува, а только на ее небольшую часть. Данный момент зависит от положения электромагнитного клапана.

При нажатии на педаль акселератора компьютер выдает команду закрыть клапан и все выхлопные газы заходят в турбину, вызывая повышение давления наддува и мотор развивает значительную мощность, что делает возможным быстро ускориться автомобилю. После достижения желаемой скорости сбрасывающий клапан открывается, и давление наддува становится стандартным.

Вариантом системы наддува для двигателей легковых автомобилей является волновой нагнетатель воздуха, также известный, как Comprex. Двигатель, управляемый через зубчатый ремень, делится на секции, ротор вращается в цилиндрическом корпусе с торцами прорезных окон для прохождения свежего воздуха и выхода выхлопных газов. Система окон и полостей выполнена особым образом, что позволяет волнам давления выхлопного потока преобразовать под давлением поток свежего воздуха.

Существенным достоинством волнового нагнетателя является непосредственный газодинамический энергообмен между отработавшими газами и свежим воздухом. Волновой обменник и механический нагнетатель, автоматически реагирует на изменения нагрузки корректировкой давления наддува.

Нагнетатель волнового типа требует много места для ременной передачи и систем трубопроводов. Это усложняет возможность его установки в подкапотном пространстве автомобиля. Для дизельных двигателей используется турбонаддув с изменяемой геометрией турбины, которая позволяет ограничить поток выхлопных газов через турбину при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Подвижные направляющие лопатки соплового типа изменяют сечение каналов, через которые отработанные газы устремляются на крыльчатку турбины. Они соприкасаются в турбине и происходит выброс газа под давлением, с повышающим коэффициентом. При низкой нагрузке двигателя подвижные лопасти открывают поперечное сечение каналов, повышая давление выхлопа назад. Поток газов в турбине развивается на высокой скорости, обеспечивая высокую скорость вала нагнетателя. Поток выхлопных газов действует на более удаленную от оси вала область лопаток крыльчатки турбины.

Так осуществляется моментная нагрузка на рукоятку, которая увеличивает крутящий момент. При высокой нагрузке направляющие лопатки открывают большее поперечное сечение каналов, снижая скорость потока выхлопных газов. Турбо нагнетатель при равном количестве выхлопных газов меньше ускоряется и работает с меньшей частотой при большем количестве газов. Этот метод ограничивает давление наддува. Поворачивая кольцо управления, он изменяет угол наклона лопастей, которое устанавливаются под определенным углом либо непосредственно отдельным рычагом управления, установленным на лопастях.

Поворотное кольцо осуществляет управление пневматическим цилиндром под действием вакуума или давления воздуха, с помощью положения обратной связи двигателя лопастей (датчика положения) их открывает. Открытый нагнетатель с изменением геометрии находится в определенном положении и поэтому безопасен, то есть в случае отказа управления ни он, ни двигатель не повреждаются. Возможны потери только от производительности и при низких частотах вращения коленчатого вала.