Турбокомпрессор автомобиля: что это такое, устройство и принцип работы

Области применения турбокомпрессоров

Турбокомпрессор, приводимый в действие отработавшими газами, в его настоящей форме уходит корнями к работам Альфреда Бюхи (1905), который уже тогда увидел потенциал объединения наддува и перекрытия клапанов для очистки остаточных отработав­ших газов. Турбокомпрессоры, приводимые в действие отработавшими газами, традиционно применялись для наддува на больших дизель­ных двигателях грузовых автомобилей, судов и железнодорожных локомотивов, а также сельскохозяйственных и строительных машин.

Применение турбокомпрессоров на автомобильных дизельных двигателях

Первые дизельные двигатели легковых авто­мобилей, оборудованные турбокомпрессорами, приводимыми в действие отработавшими газами, увидели свет в середине 1970-х годов. Появле­ние «перепускной заслонки» для регулирова­ния давления наддува окончательно утвердило концепцию двигателя, ориентированного на крутящий момент, и позволило значительно по­высить гибкость. Дальнейшее повышение рабо­чих характеристик легковых автомобилей было достигнуто за счет применения систем прямого впрыска топлива (1987) и турбокомпрессоров с изменяемой геометрией турбины (1996) или систем двухступенчатого турбонаддува (2004). Результатом этих инноваций стало заметное увеличение на европейских рынках доли автомо­билей с дизельными двигателями. В настоящее время в Европе все дизельные двигатели легко­вых и коммерческих автомобилей оборудуются турбокомпрессорами, приводимыми в действие отработавшими газами и промежуточными охла­дителями (охладителями наддувочного воздуха).

Применение турбокомпрессоров на легковых автомобилях с бензиновыми двигателями

Применение турбонаддува бензиновых дви­гателей первоначально оставалось резервом повышения мощности только для мощных двигателей спортивных автомобилей и из-за неадекватной управляемости («запаздывания») турбонаддув относительно редко применялся на серийно выпускаемых легковых автомобилях. Однако в дальнейшем появилась тенденция к применению турбонаддува на бензиновых дви­гателях малой и средней мощности. В дополне­ние к повышению к.п.д., одна из основных целей заключалась в том, чтобы избежать увеличения количества цилиндров и связанного с этим уве­личения размеров двигателя и расхода топлива.

В отличие от дизельных двигателей, в настоя­щее время, хотя и в меньшей степени, приме­няются нагнетатели с механическим приводом (по соображениям, обусловленным рынком, а также благодаря превосходным характеристи­кам в переходных режимах, когда требуется быстрое увеличение давления наддува). В на­стоящее время бензиновые двигатели с прямым впрыском топлива, оборудованные турбоком­прессорами, приводимыми в действие отрабо­тавшими газами, практически достигли уровня двигателей с нагнетателями с механическим приводом в отношении скорости увеличения давления наддува в переходных режимах.

В настоящее время для повышения мощности и крутящего момента бензиновых двигателей с небольшим рабочим объемом при относительно небольшой частоте вращения коленчатого вала применяются комбинации механического над­дува и турбонаддува с использованием отрабо­тавших газов (комбинированный наддув).

В то время как турбокомпрессор, приво­димый в действие отработавшими газами, с изменяемой геометрией турбины является стандартным нагнетателем для дизельных двигателей, высокие температуры и затраты, связанные с использованием этой технологии, до сих пор позволяют использовать ее для бензиновых двигателей только в ограниченной степени, в некоторых сегментах рынка.

В отношении содержания вредных веществ в отработавших газах и расхода топлива, а также иных рабочих характеристик важность турбонаддува при помощи турбокомпрессо­ров, приводимых в действие отработавшими газами, на разрабатываемых новых двигателях с малым рабочим объемом и уменьшенным количеством цилиндров будет возрастать. Сегодня мы наблюдаем резкий рост выпуска бензиновых двигателей с турбонаддувом, и в течение нескольких следующих лет ожидается Резкий рост этого сектора рынка

Почему турбина на дизеле практически вечная?

Если сравнить турбину на бензиновом двигателе и взять средний пробег 90000-120000 км. и обычную турбину с дизельного мотора с пробегом 250000 км.а то и более.Работа турбины на бензине и на дизеле практически идентична. У турбины есть горячая часть и холодная.Горячая часть работает на энергии выхлопных газов которые идут с выпускного коллектора и раскручивает эту часть турбины. Она валом соединена с холодным компрессорным колесом которое раскручивается до высоких оборотов и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Берёт воздух с окружающей среды. За счёт этого воздушно топливной смеси у нас становится больше и растёт мощность двигателя.

Так почему дизельные турбины ходят дольше?

• Это температура выхлопа.У бензина она составляет 800-900 градусов Цельсия , а у дизеля 500-600 градусов Цельсия. (Это в среднем.) Потому что КПД дизельного двигателя намного больше и энергия от сгоревшей смеси идет в работу, а у бензинового идёт на нагрев. Чем выше температура выхлопных газов тем сильнее разогревается турбина и масло которое смазывает подшипники ( втулки) может пригорать как в каналах так и в подшипниках. Поэтому смазка турбины будет происходить намного хуже и турбина может полностью за коксоваться и масло перестанет поступать. Масло не только смазывает но и отводит излишнюю температуру. Так как у бензинового движка температура выхлопа выше, значит турбина выходит из строя раньше срока. А на дизеле температура выхлопа ниже и турбина чувствует себя лучше.
• Обороты двигателя.У бензина мотор работает в среднем 4000-6000 об. мин. А дизель в среднем 1500-2000 об. мин. Соответственно когда идёт выхлоп у бензинового двигателя то выхлопных газов проходит через турбину больше и турбина раскручивается быстрее. У дизеля обороты меньше и выхлоп не такой интенсивный и турбина раскручивается не так быстро как на бензине. Меньше оборотов больше ресурс турбины.У бензинового агрегата турбина развивает 100000-150000 об. мин. А дизеля показатели намного меньше. На бензине ставят клапана для сброса давления чтобы турбину не разорвало. На дизеле они тоже есть но дизель работает на меньших оборотах.
• Масло.База у бензинового масла и у дизельного практически одинаковая. Но дизель работает на тяжёлом топливе и при сгорании образуется много серы. Сера твёрдое вещество и при оседании на деталях выступает в роли абразива. Поэтому в дизельное масло добавляют соответствующие мощные присадки для удаления серы и возможность держать в себе не давая оседать на трущихся деталях. А у бензинового масла таких присадок нет. Значит дизельное масло лучше смазывает турбину отводит окисления,серу и не пригорает, отводит тепло.
• Интервалы замены масла.У дизельных моторов масло нужно менять чаще. Примерно 5000-7000 км. На бензине 8000-10000 км. Значит на дизеле масло чище и намного лучше смазывает турбину и поэтому турбина работает дольше на дизеле.

Что такое турбокомпрессор в автомобиле

Первые турбинные компрессоры появились в начале ХХ века. Их изобретение связывают с американским изобретателем Альфредом Бюхи. Именно он в 1911 году зарегистрирован устройство в патентном бюро США 1911 году. Бюхи удалось добиться очень неплохих показателей – прирост мощности при использовании турбины составил 120 %.

Изначально турбокомпрессоры применяли на корабельных дизельных и авиационных бензиновых двигателях. Впервые на колесных транспортных средствах их начали использовать в 1938 году. Именно тогда автомобилестроительная компания из Швейцарии Swiss Machine Works Sauer сконструировала грузовик, в котором использовалась эта технология. Вскоре турбинные компрессоры стали широко применять и на легковых автомобилях.

По сути, турбокомпрессор представляет собой воздушную турбину с несложным строением, которая работает за счет выхлопных газов, выходящих из выпускных клапанов цилиндров. Образовавшаяся энергия используется для нагнетания воздуха в цилиндры. Оно выполняет две функции:

• увеличивает давление внутри цилиндра;
• обеспечивает поступление большего количества кислорода.

Оба фактора благотворно влияют на воспламенение топливной смеси – оно становится более интенсивным и ровным. Это, в свою очередь, уменьшает эффективный расход топлива и увеличивает мощность мотора. Таким образом, технология позволяет увеличить силу двигателя, не увеличивая его объем. Именно это основное назначение рассматриваемого узла автомобильного двигателя.

В настоящее время турбинный компрессор используется в в подавляющем большинстве моделей легковых автомобилей. Это и не удивительно: устройство позволяет существенно повысить общую мощность автомобильного двигателя, сохранив при этом стоимость транспортного средства почти неизменной.

Двигатели, оснащенные турбокомпрессором, принято называть турбопоршневыми. А система подачи воздуха в цилиндры с помощью устройства называется турбонаддув.

Преимущества турбокомпрессора.

1. Оснащенный турбокомпрессором двигатель имеет экономические и технические преимущества в сравнении с атмосферным (безнаддувным) давлением
2. Двигатель с турбокомпрессором имеет более высокую массу и мощность чем атмосферный двигатель
3. Двигатель с турбокомпрессором не такой огромный, как атмосферный, с той же мощностью

Кривая крутящего момента двигателя оснащенным турбокомпрессором, лучше адаптируется к специфическим условиям эксплуатации. Это, например, когда водитель огромного и тяжелого грузового автомобиля значительно реже переключает передачи на дороге горной местности, плюс само вождение будет более “мягким”.

Также отметим, что на базе атмосферных двигателей можно производить версии, оснащенные турбокомпрессором, которые будут отличаться по мощности.

1. Турбокомпрессор, укомплектованный в двигатель обеспечивает лучшее сгорание топлива. И это подтверждает уменьшение потребления топлива грузовиками на больших пробегах
2. Улучшая сгорание, турбокомпрессор уменьшает выброс токсичности отработавших газов
3. Двигатель с турбокомпрессором работает намного стабильнее своего атмосферного аналога такой же мощности, и издает меньше шума
4. Турбокомпрессор для двигателя и всей системе сгорания выступает как определенный глушитель в системе выпуска

Ремонт турбокомпрессоров (ремонт турбин).

Современный турбокомпрессор – высокотехнологическое устройство, следовательно, и ремонт турбин представляет собой сложную задачу, которая требует у мастеров внимательности, аккуратности, технических навыков с использованием качественных материалов.

Если Вы заметили какие-либо неполадки на своей технике, связанные с турбинным оборудованием, то вам необходимо моментально проконсультироваться у специалиста, мастера, и предпринять соответствующие меры.

Здесь главная задача мастера – определить все причины, содействующие проблемам с турбиной. Быстро и эффективно разобраться в неполадках, и решить их, заказав ремонт турбины.

Что касается причин, которые содействуют выходу турбокомпрессора из строя, то их может быть много. Например, значительно высокая температура отработавших газов, большая частота вращения вала и другие.

Также повредить турбину можно обычными (естественными) причинами неисправностей, не задавая больших нагрузок на двигатель:

1. Масляная недостаточность
2. Загрязнение масла химическими элементами
3. Загрязненный воздушный фильтр
4. Перегрев турбокомпрессора
5. Иные предметы, попавшие в улитку компрессора или механической турбины

Определяя и убирая все эти причины, и возможные другие, ремонт турбокомпрессоров и диагностика проходит следующим образом:

1. Разбирается все оборудование, детали тщательно очищаются и моются от смазки
2. Проводится дефектация, поиск трещин и признаков износа турбин
3. Проводятся ремонтные токарно-слесарные работы
4. Устанавливаются новые комплектующие на турбокомпрессор
5. Балансируется ротор вала и турбина, затем собирается, и проводится диагностика на утечку масла
6. По окончании, устанавливается улитка и чугунка

Проделывая весь вышеперечисленный комплекс мероприятий по ремонту турбокомпрессоров можно ремонтировать турбинное оборудование любой сложности: для легковых и грузовых автомобилей, автобусов, сельскохозяйственной, строительной техники и т.д. главное производить ремонт в заводских условиях .

Качественный ремонт турбин практически невозможен без качественного спецоборудования.

Балансировка – один из самых важных и основных моментов в ремонте турбокомпрессора, без проведения этой операции или проведения некачественной балансировки, ремонт можно считать недействительным.

Ремонт турбин для легковых и грузовых автомобилей, микроавтобусов, спецтехники необходимо производить опытными, квалифицированными специалистами в области гидрооборудования. К ремонту турбокомпрессора необходимо прилагать гарантийный талон, и обязательно инструкцию по установке и эксплуатации.

В конце отметим, что любой турбокомпрессор или механическая турбина нуждаются в определенном обслуживании. А именно, всегда нужно следить за смазкой всего оборудования. Потому, как недостаток масла обычно приводит к сильному износу, а то и выхода из строя запчастей.

Частые и основные признаки неисправности

– это черный или синеватый дым из выхлопной трубы, сокращенная мощность двигателя, увеличенный расход моторного масла или шум при работе турбокомпрессора.

На двигателе, который отлично работает, вовремя и качественно обслуживается, турбокомпрессор может безотказно работать в течение многих лет. Следовательно, не будет необходимости задумываться про ремонт турбокомпрессоров на своей технике на протяжении долгого времени.

Виды турбокомпрессоров

Турбина с перепуском отработавших газов WGT.

В горячей улитке турбокомпрессора есть клапан Вестгейт (wastegate) выпускающий выхлопные газы в обход ротора турбины, для того чтобы ограничить рост давления турбокомпрессора выше заданного значения. Вследствие этого поток газов через турбину уменьшается, что снижает как степень сжатия воздуха турбиной, так и излишне высокие обороты вращения вала турбокомпрессора. При низких нагрузках на двигатель клапан закрывается, и весь поток отработавших газов направляется в турбину.

Турбина с изменяемой геометрией турбины VNT.

Турбина с изменяемой геометрией ТИГ (Variable-Nozzle Turbine — VNT, Variable-Turbine Geometry — VTG, Variable-Geometry Turbo — VGT) отличается от классических турбокомпрессоров наличием кольца из специальных лопастей (лопаток). Это дает возможность управлять потоком отработанных газов через турбину.
На малых оборотах двигателя лопатки находятся в полузакрытом состоянии. Выхлопным газам приходится «протискиваться» в узкие проходы между лопаток. Скорость газа возрастает (закон Бернулли) и он быстрее раскручивает турбину.
На повышенных оборотах двигателя
лопатки открываются. Сечение для прохода газов увеличивается, скорость падает, турбина крутится медленнее.

Турбина с дросселированием VST.

В двигателях легковых автомобилей небольшой мощности нашли применение турбины с золотниковым регулированием (VST Variable Sliding Turbine). Турбина VST работает аналогично турбине с неизменной геометрией, с той разницей, что первоначально открывается один из двух каналов золотника. При достижении максимально допустимого давления наддува золотник, непрерывно перемещаясь в осевом направлении, открывает второй канал. Каналы выполнены так, чтобы наибольшая часть потока отработавших газов направлялась к турбине. Оставшаяся часть отработавших газов, за счет дальнейшего перемещения регулирующего золотника, направляется в обход крыльчатки компрессора внутри турбонагнетателя.

Турбина с Twin-scroll (Твинскролл ) – двойная улитка.
Турбина типа «twin-scroll» отличается от обычной наличием двух каналов, разделяющих надвое рабочую камеру турбины. Таким образом, отработавшие газы подаются на турбину раздельно, за счет чего эффективнее используется импульсный наддув.

За счет чего достигается преимущество?
На четырехтактном двигателе порядок работы цилиндров (например у ЗМЗ-409) 1-3-4-2. Представим, что цилиндр 1 заканчивает свой цикл и достигает нижней точки, открывается выхлопной клапан. В то же время, цилиндр 2 заканчивает выхлопной цикл, закрывая выхлопной клапан и открывая впускной клапан. При наличии обычной одиночной турбины, давление выхлопа от цилиндра 1 будет препятствовать забору воздуха цилиндра 2, поскольку оба выхлопных клапана открыты. Так вот, если камеры разделить, проблема разрешится.
Вдобавок, в последнее время появились турбины с изменяемым Twin-scroll: на входе улитки турбины установлен распределительный клапан (Quick Spool Valve), который перенаправляет поток выхлопных газов в разные каналы. А если учесть, что у разных каналов разная геометрия то мы фактически получаем универсальную, управляемую турбину, которая хорошо работает и на низких и на высоких оборотах двигателя.

Твинскролл турбокомпрессор Borg Warner EFR-7163-J (VTV) с интегрированным QSV клапаном (с изменяемой геометрией)

Дефекты турбонаддува и причины их появления

Неисправности турбин дизеля и бензинового двигателя ничем не отличаются друг от друга. Ниже приведем некоторые из них:

• Износ опорных шеек вала и подшипников скольжения.Причины: низкое давление, плохое качество или сильное загрязнение масла. Признак этой неисправности – шумная работа турбины на любых оборотах.
• Механическое повреждение крыльчаток. Происходит при большой неравномерной выработке в сопряжении вала с подшипниками, приводящей к биению крыльчаток о корпус. Или при попадании на лопасти рабочих колес посторонних предметов.
• Закупоривание смазочных каналов подшипников сгоревшим маслом. Это возможно при глушении дизеля сразу после остановки машины. Так как если, остановив автомобиль, не дать мотору поработать несколько минут на холостых оборотах, перегрев корпуса подшипников неминуем. А в случае когда турбина имеет жидкостное охлаждение – при уменьшении теплопроводности каналов этой системы за счет отложения на их поверхности накипи или герметика из антифриза.
• Попадание масла из турбокомпрессора во впускной коллектор двигателя. Причина — увеличенные зазоры между поверхностями шеек вала и подшипниками, совместно с засорившимся сливным маслопроводом. Это дает знать о себе появлением синего дыма на высоких оборотах двигателя. При снижении частоты вращения коленвала выхлоп становится почти бесцветным.
• Неисправность актуатора. Чаще всего это заклинивание перепускного клапана в одном из крайних положений. Признаком является недостаточный наддув компрессора или превышение допустимых оборотов крыльчаток.
• Неплотности стыка улитки компрессора со впускным коллектором. Причиной может быть нарушение геометрии корпуса турбокомпрессора или приход в негодность прокладки. Эта неисправность обнаруживает себя свистом выходящего через дефект сжатого воздуха.

Демонтаж турбокомпрессора

1. Остудите мотор и слейте антифриз.
2. Отключите от корпуса узла масляные магистрали, и патрубки охлаждения.
3. Отверните крепеж фланцев улиток. Чтобы не повредить грани болтов или гаек, используйте для этого только накидные и торцевые ключи.
4. Отсоединение фланца улитки компрессора от впускного коллектора, как правило, не составляет труда. Фланец улитки турбины обычно крепко пригорает к выхлопной системе. Для разъединения этого стыка следует использовать WD-40, а если это не помогает, то и деревянную киянку.

Что такое картридж турбины

Картриджем турбокомпрессора двигателя называют узел, состоящий из корпуса подшипников, вкладышей и установленного в них вала с крыльчатками. Поступающий в продажу, он не требует балансировки вала с крыльчатками или других подготовительных операций и после удаления консервирующий смазки полностью готов к установке.

https://youtube.com/watch?v=HGcIrc4S69I

Минусы турбонаддува

Турбокомпрессор это механизм, делающий двигатели внутреннего сгорания мощнее, но за все преимущества приходится платить, и у него имеются свои недостатки. Основной – турбояма. Данное явление характерно тем, что при резком увеличении оборотов мотора, турбина не может так же быстро раскрутится, из-за чего возникает некоторая задержка роста мощности.

Конструкторы давно борются с этой проблемой. Среди наиболее эффективных методов можно выделить турбину с изменяемой геометрией, применение лёгких материалов и специальных подшипников, снижающих трение.

На этом, уважаемые читатели, разрешите закончить сегодняшнюю статью. Подписывайтесь на рассылку, и в скором времени Вы станете настоящими экспертами автодела!

Запуск компрессора

Детального описания требует момент запуска компрессора. Дело в том, что раскручивать лежащий под действием силы тяжести на магнитных подшипниках вал нельзя. Поэтому, в компрессоре предусмотрен специальный отсек конденсаторов. В начальный момент времени они разряжены.

При появлении электроэнергии конденсаторы заряжаются и накапливают энергию, за счет которой образуется первоначальное магнитное поле, приподнимающее вал. И только подвешенный в магнитном поле вал начинает медленно раскручиваться инверторным двигателем.

Второй особенностью стартового режима является мягкий пуск. Благодаря тем же конденсаторам, выпрямитель включается позже и стартовый ток составляет всего 2А. Это позволяет защитить электрические и электромагнитные компоненты компрессора, а также избежать негативного влияния на внешнюю сеть, оказываемого высокими пусковыми токами. Схематично разница режимов с мягким пуском и без него показана на рис. 6.

Рис. 6. Пусковой ток при без мягкого пуска заметно выше, чем с мягким пуском

Дополнительные элементы системы турбонаддува

Если говорить о конкретных модификациях мотора, а также о компоновке различных элементов в подкапотном пространстве, турбокомпрессор может иметь ряд дополнительных элементов. Мы уже упоминали такие детали системы, как Wastegate и Blow-Off. Давайте рассмотрим их более подробно.

Клапан Blow-off

Блоу-офф представляет собой перепускной клапан. Данное устройство устанавливается в воздушной системе. Местом расположения становится участок между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой. Главной задачей блоу-офф клапана становится предотвращение выхода компрессора на характерный режим работы surge.

Под таким режимом стоит понимать момент резкого закрытия дросселя. Если описать происходящее простыми словами, то скорость воздушного потока и сам расход воздуха в системе резко понижаются, но турбина еще определенное время продолжает вращение по инерции. Инерционно турбина вращается с той скоростью, которая уже больше не соответствует новым потребностям мотора и упавшему таким образом расходу воздуха.

Последствия после циклических скачков давления воздуха за компрессором могут быть плачевны. Явным признаком скачков является характерный звук воздуха, который прорывается через компрессор. С течением времени из строя выходят опорные подшипники турбины, так как они испытывают сильные нагрузки в момент указанных скачков давления при сбросе газа и последующей работе турбины в этом переходном режиме.

Блоуофф реагирует на разницу давлений в коллекторе и срабатывает благодаря установленной внутри пружине. Это позволяет выявить момент резкого перекрытия дросселя. Если дроссель резко закрылся, тогда блоу-офф осуществляет стравливание в атмосферу внезапно появившегося в воздушном тракте избытка давления. Это позволяет существенно обезопасить турбокомпрессор и уберечь его от избытка нагрузок и последующего разрушения.

Клапан Wastegate

Данное решение представляет собой механический клапан. Вестгейт установливают на турбинной части или же на самом выпускном коллекторе. Задачей устройства является обеспечение контроля за тем давлением, которое создает турбокомпрессор.

Стоит отметить, что некоторые дизельные силовые агрегаты используют в своей конструкции турбины без вейстгейта. Для моторов, которые работают на бензине, в большинстве случаев наличие такого клапана является обязательным условием.

Главной задачей вейстгейта становится обеспечение возможности беспрепятственного выхода для выхлопных газов из системы в обход турбины. Запуск части отработавших газов в обход позволяет осуществлять контроль за необходимым количеством энергии этих газов. Взаимосвязь очевидна, ведь именно выхлоп вращает через вал колесо компрессора. Данный способ позволяет эффективно управлять давлением наддува, которое создается в компрессоре. Наиболее частым решением становится контроль вейстгейта за давлением наддува, который осуществляется при помощи противодавления встроенной пружины. Такая конструкция позволяет контролировать обходной поток выхлопных газов.

Вейстгейт может быть как встроенным, так и внешним. Встроенный вейстгейт конструктивно имеет заслонку, которая встроена в турбинный хаузинг. Хаузинг в народе попросту называют «улитка» турбины. Дополнительно wastegate имеет пневматический актуатор и тяги от данного актуатора к дроссельной заслонке.
Гейт внешнего типа представляет собой клапан, который установлен на выпускной коллектор перед турбиной. Необходимо заметить, что внешний гейт имеет одно неоспоримое преимущество сравнительно со встроенным. Дело в том, что сбрасываемый им обходной поток можно возвращать обратно в выхлопную систему достаточно далеко от выхода из турбины, а на спортивных авто и вовсе осуществить прямой сброс в атмосферу. Это позволяет заметно улучшить прохождение отработавших газов через турбину благодаря тому, что наблюдается отсутствие разнонаправленных потоков

Все это очень важно применительно к ограниченному компактному объему «улитки».

Принцип работы турбокомпрессора

Со временем принцип работы турбокомпрессоров не изменился. Однако само устройство компрессора претерпело массу усовершенствований. Причиной тому стало расширение сферы их применения.

Так, в 1930-х годах турбокомпрессоры проникли в холодильную технику, где использовались в качестве расширителей (детандеров) для охлаждения газов до низких температур: сжатый газ при нормальной температуре подавался на периферию рабочего колеса, раскручивал его, расширялся и охлаждался. При этом потенциальная энергия газа превращалась в кинетическую энергию вала, на который устанавливался генератор, вырабатывающий электричество.

Подобные агрегаты повсеместно применяются в установках для разделения воздуха и др.

Очевидно, что чем большим давлением обладал исходный газ, тем более низких температур можно было достигнуть. Однако, тем быстрее вращался и вал детандера, что потребовало изучения новых типов подшипников – газовых лепестковых. Частота вращения вала достигала десятков тысяч оборотов в минуту, что недопустимо для традиционных шариковых подшипников. В свою очередь газовые подшипники успешно справились с поставленной задачей. Они представляли собой цилиндр, внутренняя поверхность которого была собрана из наложенных друг на друга лепестков, каждый из которых образовывал с валом воздушный клин. При вращении вала этот клин противодействовал сближению вала с лепестками. Так достигалась воздушная подвеска вала: он вращался с огромной скоростью внутри подшипника, не касаясь ни одной из его поверхностей.

Ещё более современными являются магнитные подшипники, в которых удержание вала строго посредине подшипника осуществляется за счет магнитного поля. Более подробно о них будет рассказано далее.

Изобретение, опередившее время

На первый взгляд, может создаться впечатление, что турбокомпрессор это изобретение молодое, но оказывается его история уходит корнями в ХIХ век.

На заре автомобилестроения инженеры уже поняли, что повысить мощность двигателя можно за счёт увеличения объёма воздуха, поступающего в его камеры сгорания. Работы в этом направлении велись достаточно активные, и в 1911 году на систему наддува даже был выдан патент.

Но данная дата не стала отправной точкой для турбин в автомобилестроении, эти механизмы в силу своей технологической сложности стали использоваться в первую очередь в кораблестроении и авиации.

Нужно сказать, что компрессоры и по сей день незаменимы в тяжёлом машиностроении, для примера приведём турбокомпрессор тк 34, используемый в железнодорожных локомотивах.

Некоторые компании заложили основы своего успеха в те годы. Фирма garrett, турбокомпрессоры которой известны во всём мире, начинали именно с самолётов.

До массового производства для наших четырёхколёсных друзей эти устройства добрались лишь в 60-х  годах, и их дебют стал не самым успешным. Первыми рискнули попробовать турбокомпрессоры на серийных авто американцы, но появление системы на бензиновых моторах оказалось неудачным – двигатели быстро выходили из строя.

Прошёл ещё десяток лет, прежде чем турбины вновь появились на горизонте. В этот раз технология выстрелила — Mercedes-Benz 300SD 1978 года получил турбодизель, который оказался настолько хорош, что, по сути, дал старт турбоэре в массовом автомобилестроении.

Существует два типа монтажных комплектов ГБО для данных типов двигателей.

1 Комплект разработан под конкретный автомобиль и имеет определенный код, присутствует монтажная схема и готовая прошивка без возможности ее изменения.

Эти комплекты выпускают самые известные и премиальные бренды, такие как Prins(Голландия) и BRC(Италия).

Конечно, готовая прошивка от производителя ГБО, для разработки которых используются специальные стенды — это большой плюс, но есть и минусы — мы ограничены списком переводимых двигателей на газовый вид топлива. Существует таблица автомобилей, на которые есть готовые решения, но, к сожалению, мы ограничены этим списком, но он постоянно пополняется.

2 Универсальный комплект ГБО для двигателей с непосредственным впрыском топлива.

Он покрывает минусы варианта исполнения комплектов, описанных выше, но также имеет свои нюансы. После установки газового оборудования на автомобиль заливается прошивка, она универсальная и корректная настройка зависит только от мастерства и профессионализма мастера, также никто из клиентов не застрахован от того, какие форсунки или редуктора достанет мастер со своего склада.

Это и есть тот минус, о котором мы писали выше, плюсом же является то, что список автомобилей, на которые можно установить данное оборудование, существенно больше. В частности, это практически вся VAG группа, а также такие гиганты как BMW, Volvo, Toyota, Honda, Nissan, Mitsubishi и т. д.

Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор (турбина) — механизм, применяемый в автомобилях для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. При этом привод турбины осуществляется исключительно за счет действия отработавших газов (выхлопа). Применение турбокомпрессора позволяет существенно увеличить мощность двигателя (примерно на 40%), сохраняя компактными его габаритные размеры и низкий уровень расхода топлива.

Конструкция и принцип работы турбины

Устройство турбокомпрессора

Классический турбокомпрессор состоит из следующих элементов:

1. Корпус. Выполняется из жаропрочных материалов (стали). Он имеет форму улитки с двумя разнонаправленными патрубками, оснащенными фланцами для крепления в системе турбонаддува.
2. Турбинное колесо. Преобразует энергию отработавших газов во вращение вала, на котором оно жестко зафиксировано. Изготавливается из жаропрочных материалов (железо-никелевый сплав).
3. Компрессорное колесо. Воспринимает вращение от турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Колесо компрессора зачастую изготавливают из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим на этом участке близок к нормальным условиям, и применение жаропрочных материалов не требуется.
4. Вал турбины (ось) — соединяет турбинное и компрессорное колеса.
5. Подшипники скольжения, или шарикоподшипники. Необходимы для крепления вала в корпусе. В конструкции может быть предусмотрен один или два подшипника. Смазка последних осуществляется общей системой смазки двигателя.
6. Перепускной клапан — предназначен для управления потоком отработавших газов, воздействующим на колесо турбины. Это позволяет управлять мощностью наддува. Клапан оснащен пневматическим приводом. Его положение регулируется ЭБУ двигателя, получающим соответствующий сигнал от датчика скорости.

Принцип работы турбокомпрессора

Основной принцип работы турбины на бензиновом и дизельном двигателях заключается в следующем:

• Отработавшие газы направляются в корпус турбокомпрессора, где воздействуют на лопатки турбинного колеса.
• Колесо турбины начинает вращаться и разгоняться. Скорость вращения турбины при высоких оборотах может достигать до 250 000 оборотов в минуту.
• Пройдя через колесо турбины, отработавшие газы отводятся в систему выпуска.
• Компрессорное колесо синхронно вращается (поскольку находится на одном валу с турбинным) и направляет поток сжатого воздуха в интеркулер и далее во впускной коллектор двигателя.

Особенности эксплуатации турбин

В сравнении с механическим нагнетателем, работающим от привода коленчатого вала, достоинствами турбины является то, что она не отнимает мощность у двигателя, а использует энергию побочных продуктов его работы. Она дешевле в изготовлении и экономичнее в эксплуатации.

Хотя технически устройство турбины дизельного двигателя практически не отличается от систем для бензиновых моторов, на дизеле она встречается чаще. Основная особенность заключается в режимах работы. Так для дизеля могут применяться менее жаропрочные материалы, поскольку температура отработавших газов в среднем составляет от 700 °С в дизельных двигателях и от 1000°С в бензиновых моторах. Это значит, что устанавливать дизельную турбину на бензиновый двигатель нельзя.

С другой стороны, для этих систем характерны и разные уровни давления наддува. При этом стоит учитывать, что производительность турбины зависит от ее геометрических размеров. Давление нагнетаемого в цилиндры воздуха складывается из двух частей: 1 атмосфера давления окружающей среды плюс избыточное, создаваемое турбокомпрессором. Оно может варьироваться от 0,4 до 2,2 и более атмосфер. Если учесть, что принцип работы турбины на дизельном двигателе предусматривает поступление большего объема выхлопных газов, конструкция для бензинового мотора также не может устанавливаться на дизелях.