För att öka kraften hos förbränningsmotorer används speciella enheter - turboladdare - i stor utsträckning.Läs om vad en turboladdare är, vilka typer dessa enheter är, hur de är arrangerade och på vilka principer deras arbete bygger, samt om deras underhåll och reparation, i artikeln.
Vad är en turboladdare?
Turboladdaren är huvudkomponenten i det samlade trycksättningssystemet för förbränningsmotorer, en enhet för att öka trycket i motorns insugningskanal på grund av energin från avgaserna.
Turboladdaren används för att öka kraften hos en förbränningsmotor utan radikal inblandning i dess design.Denna enhet ökar trycket i motorns insugningskanal, vilket ger en ökad mängd bränsle-luftblandning till förbränningskamrarna.I detta fall sker förbränning vid en högre temperatur med bildandet av en större volym gaser, vilket leder till en ökning av trycket på kolven och, som ett resultat, till en ökning av vridmoment och motoreffektegenskaper.
Användningen av en turboladdare gör att du kan öka motoreffekten med 20-50% med en minimal ökning av kostnaden (och med mer betydande modifieringar kan effekttillväxten nå 100-120%).På grund av sin enkelhet, tillförlitlighet och effektivitet används turboladdarbaserade trycksättningssystem i stor utsträckning på alla typer av fordon med förbränningsmotorer.
Typer och egenskaper hos turboladdare
Idag finns det ett brett utbud av turboladdare, men de kan delas in i grupper efter deras syfte och tillämplighet, vilken typ av turbin som används och ytterligare funktionalitet.
Beroende på syftet kan turboladdare delas in i flera typer:
• För enstegs trycksättningssystem - en turboladdare per motor, eller två eller flera enheter som arbetar på flera cylindrar;
•För serie- och serieparallella uppblåsningssystem (olika varianter av Twin Turbo) - två identiska eller olika enheter som arbetar på en gemensam grupp av cylindrar;
• För tvåstegs trycksättningssystem finns det två turboladdare med olika egenskaper, som arbetar i par (sekventiellt efter varandra) för en grupp cylindrar.
De mest använda är enstegs trycksättningssystem byggda på basis av en enda turboladdare.Ett sådant system kan dock ha två eller fyra identiska enheter - till exempel i V-formade motorer används separata turboladdare för varje rad av cylindrar, i flercylindriga motorer (fler än 8) kan fyra turboladdare användas, var och en av som fungerar på 2, 4 eller fler cylindrar.Mindre vanligt är tvåstegs trycksättningssystem och olika varianter av Twin-Turbo, de använder två turboladdare med olika egenskaper som bara kan fungera i par.
Beroende på tillämpligheten kan turboladdare delas in i flera grupper:
• Efter motortyp - för bensin-, diesel- och gaskraftenheter;
• När det gäller motorvolym och effekt - för kraftenheter med liten, medelstor och hög effekt;för höghastighetsmotorer etc.
Turboladdare kan utrustas med en av två typer av turbiner:
• Radiell (radiell-axiell, centripetal) - flödet av avgaser matas till periferin av turbinhjulet, rör sig till dess centrum och släpps ut i axiell riktning;
• Axial - flödet av avgaser tillförs längs axeln (till mitten) av turbinhjulet och släpps ut från dess periferi.
Idag används båda systemen, men på små motorer kan du ofta hitta turboladdare med en radiell-axiell turbin, och på kraftfulla kraftenheter föredras axiella turbiner (även om detta inte är regeln).Oavsett typ av turbin är alla turboladdare utrustade med en centrifugalkompressor - i den tillförs luft till mitten av pumphjulet och avlägsnas från dess periferi.
Moderna turboladdare kan ha olika funktioner:
• Dubbelt inlopp - turbinen har två ingångar, var och en av dem tar emot avgaser från en grupp cylindrar, denna lösning minskar tryckfall i systemet och förbättrar booststabiliteten;
• Variabel geometri - turbinen har rörliga blad eller en glidring, genom vilken du kan ändra flödet av avgaser till pumphjulet, detta gör att du kan ändra turboladdarens egenskaper beroende på motorns driftläge.
Slutligen skiljer sig turboladdare i sina grundläggande prestandaegenskaper och kapaciteter.Av de viktigaste egenskaperna hos dessa enheter bör belysas:
• Graden av tryckökning - förhållandet mellan lufttrycket vid kompressorns utlopp och lufttrycket vid inloppet, ligger i intervallet 1,5-3;
• Kompressortillförsel (luftflöde genom kompressorn) - luftmassan som passerar genom kompressorn per tidsenhet (sekund) ligger i intervallet 0,5-2 kg / s;
• Drifthastighetsintervallet sträcker sig från flera hundra (för kraftfulla diesellok, industri- och andra dieselmotorer) till tiotusentals (för moderna forcerade motorer) varv per sekund. Den maximala hastigheten begränsas av styrkan hos turbin- och kompressorhjulen, om rotationshastigheten är för hög på grund av centrifugalkrafter kan hjulet kollapsa.I moderna turboladdare kan hjulens perifera punkter rotera med hastigheter på 500-600 eller mer m / s, det vill säga 1,5-2 gånger snabbare än ljudets hastighet, detta orsakar förekomsten av turbinens karakteristiska visselpipa;
• Drifts-/maximitemperaturen för avgaserna vid inloppet till turbinen ligger i intervallet 650-700 ° C, i vissa fall når 1000 ° C;
• Verkningsgraden för turbinen/kompressorn är vanligtvis 0,7-0,8, i en enhet är verkningsgraden för turbinen vanligtvis mindre än kompressorns verkningsgrad.
Enheterna skiljer sig också åt i storlek, typ av installation, behovet av att använda hjälpkomponenter etc.
Turboladdardesign
Generellt sett består turboladdaren av tre huvudkomponenter:
1.Turbin;
2. Kompressor;
3.Lagerhus (centralhus).
Typiskt diagram över förbränningsmotorns aggregatlufttrycksättningssystem
En turbin är en enhet som omvandlar avgasernas kinetiska energi till mekanisk energi (i hjulets vridmoment), vilket säkerställer driften av kompressorn.En kompressor är en enhet för att pumpa luft.Lagerhuset förbinder båda enheterna till en enda struktur, och rotoraxeln som är placerad i den säkerställer överföringen av vridmoment från turbinhjulet till kompressorhjulet.
Turboladdarsektion
Turbinen och kompressorn har en liknande design.Grunden för var och en av dessa enheter är cochleakroppen, i vars perifera och centrala delar det finns rör för anslutning till trycksättningssystemet.I kompressorn är inloppsröret alltid i mitten, avgaserna (utloppet) är i periferin.Samma arrangemang av rör för axiella turbiner, för radiella-axiella turbiner, rörens placering är den motsatta (i periferin - intag, i mitten - avgas).
Inuti höljet finns ett hjul med blad av en speciell form.Båda hjulen - turbin och kompressor - hålls av en gemensam axel som går genom lagerhuset.Hjulen är solidgjutna eller komposit, formen på turbinens hjulblad säkerställer den mest effektiva användningen av avgasenergin, formen på kompressorns hjulblad ger maximal centrifugaleffekt.Moderna high-end turbiner kan använda komposithjul med keramiska blad, som har låg vikt och har bättre prestanda.Storleken på hjulen på turboladdare till bilmotorer är 50-180 mm, kraftfulla lokomotiv, industriella och andra dieselmotorer är 220-500 mm eller mer.
Båda husen är monterade på lagerhuset med bultar genom tätningar.Glidlager (mer sällan rullager av speciell design) och O-ringar finns här.Också i det centrala huset finns oljekanaler för smörjning av lager och axel, och i vissa turboladdare och håligheten i vattenkylningsmanteln.Under installationen ansluts enheten till motorns smörj- och kylsystem.
Olika hjälpkomponenter kan också tillhandahållas i utformningen av turboladdaren, inklusive delar av avgasåtercirkulationssystemet, oljeventiler, element för att förbättra smörjningen av delar och deras kylning, styrventiler etc.
Turboladdardelarna är gjorda av specialstål, värmebeständigt stål används för turbinhjulet.Material är noggrant utvalda enligt värmeutvidgningskoefficienten, vilket säkerställer designens tillförlitlighet i olika driftslägen.
Turboladdaren ingår i lufttryckssystemet, som även inkluderar insugs- och avgasgrenrör, och i mer komplexa system - en intercooler (laddluftkylare), olika ventiler, sensorer, spjäll och rörledningar.
Principen för turboladdarens drift
Turboladdarens funktion beror på enkla principer.Enhetens turbin införs i motorns avgassystem, kompressorn - i insugningskanalen.Under driften av motorn kommer avgaserna in i turbinen, träffar hjulbladen, vilket ger den en del av dess kinetiska energi och får den att rotera.Vridmomentet från turbinen överförs direkt till kompressorhjulen via axeln.Vid rotation kastar kompressorhjulet luft till periferin och ökar dess tryck - denna luft tillförs insugningsröret.
En enda turboladdare har ett antal nackdelar, varav den främsta är turbofördröjning eller turbogrop.Enhetens hjul har massa och viss tröghet, så de kan inte omedelbart snurra upp när kraftenhetens hastighet ökar.Därför, när du trycker på gaspedalen kraftigt, accelererar inte den turboladdade motorn omedelbart - det blir en kort paus, ett strömavbrott.Lösningen på detta problem är speciella turbinstyrsystem, turboladdare med variabel geometri, serieparallella och tvåstegs trycksättningssystem och andra.
Principen för turboladdarens drift
Frågor om underhåll och reparation av turboladdare
Turboladdaren behöver minimalt underhåll.Det viktigaste är att byta motorolja och oljefilter i tid.Om motorn fortfarande kan köras på gammal olja under en tid, kan det bli dödligt för turboladdaren - även en liten försämring av smörjmedlets kvalitet vid höga belastningar kan leda till att enheten fastnar och förstörs.Det rekommenderas också att regelbundet rengöra turbindelarna från kolavlagringar, vilket kräver demontering, men detta arbete bör endast utföras med användning av specialverktyg och utrustning.
En trasig turboladdare är i de flesta fall lättare att byta ut än att reparera.För utbyte är det nödvändigt att använda en enhet av samma typ och modell som installerades på motorn tidigare.Installation av en turboladdare med andra egenskaper kan störa driften av kraftenheten.Det är bättre att lita på valet, installationen och justeringen av enheten till specialister - detta garanterar korrekt utförande av arbete och normal drift av motorn.Med korrekt byte av turboladdaren kommer motorn att återfå hög effekt och kommer att kunna lösa de svåraste uppgifterna.
Posttid: 21 augusti 2023