Ce este un motor auto cu turbocompresor?

Motor cu turbocompresor

Motor turbo. Sarcina de a crește puterea și cuplul motorului a fost întotdeauna relevantă. Puterea motorului este direct legată de deplasarea cilindrilor și de cantitatea de amestec aer-combustibil furnizată acestora. Adică, cu cât arde mai mult combustibil în cilindri, cu atât unitatea de putere dezvoltă mai multă putere. Cu toate acestea, cea mai simplă soluție este creșterea puterii motorului. O creștere a volumului său de lucru duce la o creștere a dimensiunilor și greutății structurii. Cantitatea de amestec de lucru furnizat poate fi mărită prin creșterea vitezei de rotație a arborelui cotit. Cu alte cuvinte, implementarea mai multor cicluri de lucru în cilindri pe unitatea de timp. Dar vor exista probleme serioase asociate cu o creștere a forțelor de inerție și o creștere bruscă a sarcinilor mecanice pe părțile unității de putere, ceea ce va duce la o reducere a duratei de viață a motorului.

Eficiența motorului Turbo

Cel mai eficient mod în această situație este puterea. Imaginează-ți cursa de admisie a unui motor cu combustie internă. Motorul, în timp ce funcționează ca o pompă, este, de asemenea, foarte ineficient. Conducta de aer are un filtru de aer, îndoirea galeriei de admisie, iar motoarele pe benzină au, de asemenea, o supapă de accelerație. Toate acestea, desigur, reduc umplerea cilindrului. Pentru a crește presiunea în amonte de supapa de admisie, va fi amplasat mai mult aer în cilindru. Alimentarea îmbunătățește încărcarea proaspătă a buteliilor, ceea ce le permite să ardă mai mult combustibil în cilindri și astfel să obțină mai multă putere a motorului. Trei tipuri de amplificare sunt utilizate într-un motor cu combustie internă. O rezonanță care folosește energia cinetică a volumului de aer din galeriile de admisie. În acest caz, nu este necesară nicio încărcare / stimulare suplimentară. Mecanic, în această versiune compresorul este condus de o centură a motorului.

Turbina cu gaz sau turbo

Turbina cu gaz sau turbocompresorul, turbina este condusă de fluxul de gaze de evacuare. Fiecare metodă are propriile sale avantaje și dezavantaje, care determină domeniul de aplicare. Colector de admisie personală. Pentru o mai bună umplere a cilindrului, trebuie crescută presiunea în fața valvei de admisie. Între timp, presiunea crescută nu este în general necesară. Este suficient să o ridicați în momentul închiderii robinetului și să încărcați o porție suplimentară de aer în cilindru. Pentru acumulările de presiune pe termen scurt, este ideală o undă de compresie care circulă de-a lungul colectorului de admisie. Este suficient să calculăm lungimea conductei în sine, astfel încât unda reflectată de mai multe ori de la capetele sale să ajungă la robinet la momentul potrivit. Teoria este simplă, dar implementarea ei necesită multă ingeniozitate. Supapa nu se deschide la viteze diferite ale arborelui cotit și, prin urmare, utilizează efectul de amplificare rezonant.

Motor turbo - putere dinamică

Cu o galerie de admisie scurtă, motorul funcționează mai bine la turații mari. În timp ce la viteze mici, o cale de aspirație lungă este mai eficientă. Țeava de intrare cu lungime variabilă poate fi creată în două moduri. Fie prin conectarea unei camere de rezonanță, fie prin trecerea la canalul de intrare dorit sau conectarea acesteia. Aceasta din urmă se mai numește forță dinamică. Presiunea rezonantă și dinamică poate accelera fluxul turnului de admisie a aerului. Efectele de amplificare cauzate de fluctuațiile presiunii fluxului de aer variază între 5 și 20 mbar. În comparație, cu un turbocompresor sau un impuls mecanic, puteți obține valori în intervalul de la 750 la 1200 mbar. Pentru a completa imaginea, rețineți că există și un amplificator de inerție. În care principalul factor pentru crearea excesului de presiune în amonte de supapă este capul de înaltă presiune al debitului în conducta de intrare.

Creșterea puterii motorului turbo

Aceasta oferă o ușoară creștere a puterii la viteze mari de peste 140 de kilometri pe oră. Folosit în principal pe motociclete. Umpluturile mecanice permit o modalitate destul de simplă de a crește semnificativ puterea motorului. Conducând motorul direct de la arborele cotit al motorului, compresorul este capabil să pompeze aer în butelii fără întârziere la viteză minimă, crescând presiunea de impuls în proporție strictă cu turația motorului. Dar au și dezavantaje. Acestea reduc eficiența motorului cu ardere internă. Deoarece o parte din energia generată de sursa de alimentare este utilizată pentru a le conduce. Sistemele de presiune mecanică ocupă mai mult spațiu și necesită un actuator special. Centura de distribuție sau cutia de viteze face mult zgomot. Umpluturi mecanice. Există două tipuri de suflante mecanice. Volumetric și centrifugal. Umpluturile tipice în vrac sunt supergeneratoarele Roots și un compresor Lysholm. Designul Roots seamănă cu o pompă cu angrenaj.

Caracteristici ale motorului turbo

Particularitatea acestui design este că aerul nu este comprimat în compresor, ci în exterior, în conductă, pătrunzând în spațiul dintre carcasă și rotoare. Principalul dezavantaj este cantitatea limitată de câștig. Indiferent de cât de precis sunt setate piesele de umplere, atunci când se atinge o anumită presiune, aerul începe să curgă înapoi, reducând eficiența sistemului. Există mai multe moduri de a lupta. Măriți viteza rotorului sau faceți supraalimentatorul în două sau chiar trei trepte. Astfel, este posibilă creșterea valorilor finale la un nivel acceptabil, dar modelele în mai multe etape nu au principalul lor avantaj - compactitatea. Un alt dezavantaj este descărcarea neuniformă a ieșirii, deoarece aerul este furnizat în porțiuni. Modelele moderne folosesc mecanisme de pivotare triunghiulare, iar ferestrele de intrare și ieșire au formă triunghiulară. Datorită acestor tehnici, supraalimentatoarele voluminoase au scăpat practic de efectul pulsatoriu.

Instalare motor turbo

Viteza redusă a rotorului și, prin urmare, durabilitatea, împreună cu nivelurile reduse de zgomot, au dus la mărci cunoscute precum DaimlerChrysler, Ford și General Motors, care își echipează cu generozitate produsele. Supraîncărcătoarele de deplasare măresc curbele de putere și de cuplu fără a le schimba forma. Sunt deja eficiente la viteze mici până la medii și acest lucru reflectă cel mai bine dinamica de accelerație. Singura problemă este că astfel de sisteme sunt foarte luxoase de fabricat și instalat, ceea ce înseamnă că sunt destul de scumpe. O altă modalitate de a crește simultan presiunea aerului în galeria de admisie a fost propusă de inginerul Lisholm. Designul armăturilor Lysholm amintește oarecum de un tocător de carne convențional. Două pompe cu șurub suplimentare sunt instalate în interiorul carcasei. Rotind în direcții diferite, captează o parte din aer, îl comprimă și îl plasează în cilindri.

Motor turbo - tuning

Acest sistem se caracterizează printr-o compresie internă și pierderi minime datorate gajelor calibrate cu precizie. În plus, presiunea elicei este eficientă pe aproape întreaga gamă de turații a motorului. Liniștit, foarte compact, dar extrem de scump datorită complexității de fabricație. Cu toate acestea, nu sunt neglijate de studiourile de tuning atât de cunoscute precum AMG sau Kleemann. Încărcările centrifuge sunt similare în ceea ce privește turbocompresoarele. Presiunea excesivă în galeria de admisie creează, de asemenea, o roată a compresorului. Lamele sale radiale captează și împing aerul în jurul tunelului cu ajutorul forței centrifuge. Diferența față de un turbocompresor este doar în unitate. Suflantele centrifugale au un defect inerțial similar, deși mai puțin vizibil. Dar există o caracteristică mai importantă. De fapt, presiunea generată este proporțională cu viteza pătrată a roții compresorului.

Motor turbo

Pur și simplu, trebuie să se rotească foarte repede pentru a pompa sarcina necesară de aer în butelii. Uneori de zece ori turația motorului. Ventilator centrifugal eficient la viteze mari. Centrifugele mecanice sunt mai puțin accesibile și mai durabile decât centrifugele pe gaz. Pentru că lucrează la temperaturi extreme mai scăzute. Simplitatea și, în consecință, ieftinitatea designului lor au câștigat popularitate în domeniul reglării amatorilor. Intercooler motor. Circuitul mecanic de supraîncărcare este destul de simplu. La sarcină completă, capacul ocolului este închis și sufocarea este deschisă. Tot fluxul de aer se duce către motor. În timpul funcționării cu sarcină parțială, supapa fluturelor se închide și amortizorul de țeavă se deschide. Excesul de aer este returnat la intrarea suflantei. Aerul de răcire cu încărcare a intercooler-ului este o componentă aproape indispensabilă nu numai a sistemelor de alimentare cu turbină cu gaze.

Funcționarea motorului cu turbocompresor

Aerul comprimat este răcit în prealabil într-un intercooler înainte de a fi introdus în cilindrii motorului. Prin designul său, acesta este un radiator convențional, care este răcit fie prin fluxul de aer de admisie, fie de un lichid de răcire. Scăderea temperaturii aerului încărcat cu 10 grade face posibilă creșterea densității acestuia cu aproximativ 3%. Aceasta, la rândul său, permite creșterea puterii motorului cu aproximativ același procent. Turbocompresor motor. Turbocompresoarele sunt mai utilizate pe scară largă la motoarele automobilelor moderne. De fapt, acesta este același compresor centrifugal, dar cu un circuit de acționare diferit. Aceasta este cea mai importantă, poate esențială diferență între supraalimentatoarele mecanice și turbocompresoare. Lanțul de acționare determină în mare măsură caracteristicile și aplicațiile diferitelor modele.

Avantajele motorului Turbo

Într-un turbocompresor, rotorul este situat pe același arbore cu rotorul, turbina. Care este încorporat în galeria de evacuare a motorului și este condus de gazele de evacuare. Viteza poate depăși 200 rpm. Nu există nicio conexiune directă la arborele cotit al motorului și alimentarea cu aer este controlată de presiunea gazelor de eșapament. Avantajele unui turbocompresor includ. Îmbunătățirea eficienței și economiei motorului. Unitatea mecanică preia puterea de la motor, aceeași folosește energia din eșapament, deci eficiența este crescută. Nu confundați specificul motorului și eficiența generală. În mod firesc, funcționarea unui motor a cărui putere a crescut datorită utilizării unui turbocompresor necesită mai mult combustibil decât un motor similar cu o putere mai mică cu un aspirator natural.

Puterea turbo a motorului

De fapt, umplerea cilindrilor cu aer este îmbunătățită, după cum amintim, pentru a arde mai mult combustibil în ele. Dar fracția de masă a combustibilului pe unitatea de putere pe oră pentru un motor echipat cu o celulă de combustibil este întotdeauna mai mică decât cea a unui design similar al unei unități puternice, fără amplificare. Turbocompresorul vă permite să atingeți caracteristicile specificate ale unității de alimentare cu o dimensiune și o greutate mai mici. Decât în ​​cazul utilizării unui motor aspirat natural. În plus, motorul turbo are cele mai bune performanțe de mediu. Presiunea din camera de ardere duce la o scădere a temperaturii și, în consecință, la o scădere a formării oxizilor de azot. La realimentarea motoarelor pe benzină, se obține o combustie mai completă a combustibilului, în special în condiții tranzitorii. În motoarele diesel, alimentarea suplimentară cu aer vă permite să împingeți limitele aspectului fumului, adică. controlează emisia particulelor de funingine.

Motor diesel turbo

Dieselele sunt mult mai potrivite pentru stimularea în general și a turboalimentării în special. Spre deosebire de motoarele pe benzină, unde presiunea de impuls este limitată de pericolul de bătaie, acestea nu știu acest fenomen. Motorul diesel poate fi presurizat până la efortul mecanic extrem în mecanismele sale. În plus, lipsa unei accelerații de aer de admisie și raportul ridicat de compresie determină presiuni mai mari de gaze de evacuare și temperaturi mai scăzute în comparație cu motoarele pe benzină. Turbocompresoarele sunt mai ușor de fabricat, ceea ce plătește cu o serie de dezavantaje inerente. La viteze mici ale motorului, cantitatea de gaz de evacuare este scăzută și, prin urmare, eficiența compresorului este redusă. În plus, un motor turbocompresor are de obicei un așa-numit Turboyama.

Rotor turbo din metal ceramic

Principala dificultate este temperatura ridicată a gazelor de eșapament. Un rotor de turbină din metal ceramică este cu aproximativ 20% mai ușor decât cel fabricat din aliaje rezistente la căldură. Și are și un moment de inerție mai mic. Până de curând, durata de viață a întregului dispozitiv era limitată la viața taberei. Erau în esență bucșe asemănătoare arborelui cotit, care erau lubrifiate cu ulei sub presiune. Uzura unor astfel de rulmenți convenționali a fost, desigur, mare, dar rulmenții sferici nu au putut rezista la viteze enorme și la temperaturi ridicate. Soluția a fost găsită atunci când a fost posibilă dezvoltarea rulmenților cu bile ceramice. Utilizarea ceramicii, cu toate acestea, nu este surprinzătoare, rulmenții sunt umpluți cu un aport constant de lubrifiant. Eliminarea deficiențelor turbocompresorului permite nu numai reducerea inerției rotorului. Dar și utilizarea unor circuite suplimentare de control al presiunii de supraalimentare, uneori destul de complexe.

Cum funcționează motorul turbo

Principalele sarcini în acest caz sunt reducerea presiunii la viteze mari ale motorului și creșterea acesteia la cele mici. Toate problemele pot fi rezolvate complet cu turbina cu geometrie variabilă, turbina cu duză variabilă. De exemplu, cu lame mobile, ale căror parametri pot fi schimbați pe o gamă largă. Principiul de funcționare a turbocompresorului VNT este de a optimiza fluxul de gaze de evacuare direcționate către roata turbinei. La vitezele mici ale motorului și la volumele de evacuare reduse, turbocompresorul VNT direcționează întregul flux de gaz de evacuare către roata turbinei. Astfel, creșterea puterii sale și creșterea presiunii. La vitezele mari și debitele mari de gaz, turbocompresorul VNT menține deschiderea lamelor mobile. Mărirea ariei secțiunii transversale și îndepărtarea gazelor de eșapament din rotor.

Protecție motor turbo

Protecție excesivă și creșterea menținerii presiunii la nivelul motorului necesar, eliminarea supraîncărcărilor. În plus față de sistemele de amplificare unice, amplificarea în două etape este comună. Prima etapă de conducere a compresorului asigură o impulsionare eficientă la viteze mici ale motorului. Iar al doilea, un turbocompresor, utilizează energia gazelor de eșapament. De îndată ce unitatea de alimentare atinge o viteză suficientă pentru funcționarea normală a turbinei, compresorul se oprește automat, iar dacă acestea cad, se pornește din nou. Mulți producători instalează două turbocompresoare simultan. Astfel de sisteme sunt numite biturbo sau twin-turbo. Nu există nicio diferență fundamentală între ele, cu o singură excepție. Biturbo presupune utilizarea de turbine cu diametre diferite și, prin urmare, performanța. În plus, algoritmul pentru includerea lor poate fi paralel sau secvențial.

Întrebări și răspunsuri:

Pentru ce este turboalimentarea? Presiunea crescută a aerului proaspăt în cilindru asigură o ardere mai bună a amestecului aer-combustibil, ceea ce mărește puterea motorului.

Ce înseamnă motor turbo? În proiectarea unei astfel de unități de putere, există un mecanism care asigură un flux îmbunătățit de aer proaspăt în cilindri. Pentru aceasta, se folosește un turbocompresor sau o turbină.

Cum funcționează turboalimentarea la o mașină? Gazele de evacuare rotesc rotorul turbinei. La celălalt capăt al arborelui este fixat un rotor de pompare, instalat în galeria de admisie.