Как устроен последовательный наддув

как устроен последовательный наддув?
серега
Как устроен последовательный наддув

В двигателе внутреннего сгорания, как известно, сжигается горючая смесь - бензин и воздух (по сути кислород). Идеальное соотношение: 14,8 кг воздуха на 1 кг бензина. Залить бензина можно больше с помощью настройки топливной системы.
А что делать с воздухом? Вот и придумал народ 2 способа: увеличение объема камер сгорания и принудительное нагнетание воздуха посредством механизмов. Механический нагнетатель с ременным приводом от коленвала и турбокомпрессор, преобразующий энергию выхлопных газов во вращательное движение.

Механический нагнетатель (Super Charger Kompressor) - получил большое распространение в Америке, позже в Европе. В основе своей имеет роторный (Roots) или центробежный компрессор. Не имеет эффекта "турбоямы" и начинает "качать" с холостых оборотов. Минус таких систем в том, что компрессор в силу законов физики не может быть раскручен до больших оборотов, а так же забирает часть КПД на привод. Современные компрессора не требуют подвода смазки, потому к качеству масла не категоричны.

Турбокомпрессор (турбина). Достаточно простой механизм, который позволяет энергию газов преобразовать во вращательное движение крыльчаток. Но в то же время тонкий и технологически трудоемкий при сборке. Турбина позволяет снимать с малообъемного двигателя космические табуны. Но не без ущерба ресурса двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы турбокомпрессора весьма прост. Отработавшие газы через выпускной коллектор попадают под давлением в корпус турбинного колеса, где приводят во вращение турбинное колесо. На вал турбинного колеса жестко установлено компрессорное колесо, которое при вращении сжимает воздух и подает его во впускной коллектор двигателя. Соответственно, чем большее количество выхлопных газов проходит через компрессорное колесо, тем быстрее оно вращается. Частота вращения вала может доходить до 150.000 об/мин и более.

Последовательные турбокомпрессоры
Некоторые двигатели используют два турбокомпрессора различных размеров. Меньший работает в зоне низких частот вращения двигателя, а большой — в зоне высоких частот, где первый не столь эффективен.

Самая большая проблема турбин - это "турбояма". То есть выхлопные газы не успевают раскручивать инертную турбину пропорционально увеличению оборотов двигателя. На сегодняшний день порог "турбоямы" смогли снизить благодаря использованию современных материалов (керамика) и решений (две маленькие турбины вместо одной).

Так же существуют тандемы, чарджер + турбо. С низов качает Чарджер, а потом включается в работу турбина. Большого распространения такие системы не получили, но используются по сегодняшний день на грузовиках Volvo.

К сведению
Устройство турбокомпрессора

Турбокомпрессоры состоят из турбины, приводимой в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закрепленных на противоположных концах общего вала и заключенных в литые корпуса. Сам вал заключен в средний корпус, который соединен с корпусами турбины и компрессора. Турбокомпрессор без корпусов турбины и компрессора называется картриджем (CHRA). Стандартный турбокомпрессор имеет скорость вращения от 100,000 об/мин.

Секция турбины состоит из литого колеса турбины, теплового кожуха колеса и корпуса турбины с впускным каналом в центре. Это центробежное устройство, в которое выхлопные газы поступают, пройдя через лопатки колеса, и из которого они выходят в центре корпусного отверстия. Выхлопной газ в расширенном состоянии направляется в корпус турбины через выпускной коллектор. Давление выхлопного газа и его тепловая энергия раскручивают колесо турбины, что затем приводит в движение колесо компрессора.

Секция компрессора состоит из литого колеса компрессора, задней стенки и корпуса компрессора с входным отверстием в центре. Это центробежное или радиально-выпускное устройство, из внешнего входного отверстия которого воздух выходит, пройдя через лопатки колеса. Вращающееся колесо компрессора направляет воздух на систему фильтрации двигателя. Лопасти колеса разгоняют воздух и выталкивают его в корпус компрессора, где он сжимается и через систему каналов направляется во впускной коллектор двигателя.

Средний корпус (корпус подшипника) в составе CHRA поддерживает положение вала, на который посажены колеса турбины и компрессора, в системе подшипников. Система подшипников, расчитанная на высокие скорости, не испытывает больших нагрузок как в случае с подшипнками коленвала. Она призвана поддерживать точное и как можно более близкое к корпусу положение колес. Ключевым моментом для эффективной работы и срока службы турбокомпрессора является масляное заполнение зазоров между отверстием среднего корпуса, подшипниками и валом.

Система прокладок отделяет средний корпус от секций турбины и компрессора. Прокладки предотвращают попадание масла в корпуса турбины и компрессора и минимизируют приток газа из этих корпусов в средний корпус. Такая система дополнительно может включать кольцевые поршневые и графитовые уплотнения, маслоотражатели и лабиринтные (резьбовые) уплотнения. Масляные прокладки задействуются, когда при вращении вала создается давление в корпусе.

Различные фиксирующие шайбы и болты фиксируют положение вращающихся компонентов. Осевые компоненты поддерживают осевую целостность. Гайка на вале или колесо с резьбой связывают колеса турбины и компрессора. Корпуса турбины и компрессора крепятся к среднему корпусу и вращающейся сборке болтами и зажимами.

Поворотные клапаны устройств управления выхлопными газами, дисковые и перепускные клапаны помогают управлять скоростью турбины (что, в свою очередь, позволяет контролировать наддув), ослабляя избыточное давление выхлопа на корпус турбины. Они могут быть встроены в корпус турбины или монтируются отдельно. Они активируются или от диафрагм, или от цилиндров, заполненных воздухом или маслом. При их открытии избыточное давление из корпуса турбины отводится через систему выхлопа в атмосферу.

Двигатель любого объема и его выходная мощность должны быть тщательно согласованы с турбокомпрессором. Выходная мощность должна быть согласована с давлением, необходимым для подачи нужного объема воздуха в двигатель. Затем следует подбор комбинации размеров колеса, скорости его вращения и размера корпуса.

Полезный совет?

эксперт, ответивший на вопрос

Nochka
Альтруист

Похожие статьи

Комментарии

Еще нет комментариев.

оставить свой комментарий

* - скрыт от пользователей, только для уведомлений