Турбокомпрессор: значение, особенности, принцип работы.
Мощность двигателя – это один из ключевых параметров автомобиля. Именно от него зависит динамика, максимальная скорость, время разгона и тяговое усилие транспортного средства. Чтобы добиться наибольшей мощи, разработчики на заводах и любители тюнинга все чаще устанавливают на авто специальный агрегатный наддув – турбокомпрессор. Турбокомпрессор – составная часть турбонаддува. Каков принцип работы данного устройства? Какую функцию он в себе несет? О каких конструктивных особенностях данного устройства следует знать? На эти и ряд других вопросов дает ответ наша статья.
Стоимость ремонтаНайти запчасть


Мощность двигателя – это один из ключевых параметров автомобиля. Именно от него зависит динамика, максимальная скорость, время разгона и тяговое усилие транспортного средства. Чтобы добиться наибольшей мощи, разработчики на заводах и любители тюнинга все чаще устанавливают на авто специальный агрегатный наддув – турбокомпрессор.



Назначение

Задача устройства - обеспечить подачу воздуха в цилиндры под давлением. Как следствие, мощность силового узла возрастает на 30-40%. Преимущество в том, что здесь не требуется никаких серьезных переделок – изменения объема цилиндров или увеличения числа оборотов коленвала. Да и зачем вносить серьезные изменения в конструкцию, если система и так работает.

При этом повышение мощности – это лишь один из плюсов системы. Несмотря на рост «лошадок», двигатель становится более экономичным, снижается общий уровень токсичности выхлопов, улучшается приемистость автомобиля. Большинство этих качеств объяснятся отличной подготовкой смеси, а значит и более быстрым ее сжиганием.

Турбокомпрессор может использоваться на различных типах двигателя (дизельных и бензиновых), но лучшие свои качества он проявляет все-таки на дизеле. Объясняется это высокой степенью сжатия в цилиндрах дизельного мотора и сравнительно низкой частотой вращения коленвала. Что касается бензиновых двигателей, то здесь остается опасность появления детонации из-за повышенных оборотов. Кроме этого, еще одна особенность бензинового агрегата – завышенная температура выхлопа, достигающая 1000 градусов Цельсия. В дизельных моторах температура почти в два раза ниже (около 600 градусов Цельсия). Чрезмерный нагрев может быстро вывести из строя турбонаддув, который итак испытывает максимальные нагрузки.



Конструктивные особенности

Большинство турбонаддувов отличаются по своей конструкции, но основные элементы, как правило, остаются неизменными – турбокомпрессор, интеркулер, заслонка дросселя, впускной коллектор и воздушный фильтр. Вся эта система соединяется целой «сетью» специальных шлангов и патрубков.

При этом некоторые элементы являются частью стандартной топливной системы. Особенность туробонаддува в наличии трех основных элементов – турбокомпрессора (основного узла), системы управления и интеркулера.



Устройство

Турбокомпрессор – это «сердце» турбонаддува, основной его элемент. Его задача – создание необходимого давления во впускной системе и подача его к цилиндрам. Сам турбонагреватель (второе название устройства) состоит из роторного вала, на котором устанавливается два колеса – компрессорное и турбинное. При этом оба устройства находятся в своем «чехле».

Турбинное колесо принимает на себя сгоревшие выхлопные газы и начинает вращаться внутри своего корпуса. Чтобы устройство выдерживало повышенные температуры (до 1000 градусов Цельсия), оно изготовлено из жаропрочных материалов (как правило, это керамика и различные металлические сплавы).

Задача второго (компрессорного) колеса – засасывать воздушные потоки извне и направлять их в камеру сгорания силового узла. Как мы уже упоминали, вращение данного колеса также производится в своем, хорошо защищенном кожухе.

Особенность обоих узлов – надежное крепление к роторному валу, который вращается на специальных подшипниках. Их особенность – плавающий принцип действия, то есть с двух сторон подшипника (как от вала, так и от кожуха) есть небольшое расстояние. Для лучшей работы в систему подходит моторное масло из двигателя. Его подача производится через специальные каналы в кожухе подшипников. Чтобы исключить попадание смазывающего состав в остальные части турбокомпрессора, на валу стоят специальные кольца-уплотнители.

Как мы уже упоминали, при использовании турбокомпрессоров на бензиновых моторах возможен перегрев устройства. Чтобы исключить эту проблему, была разработана дополнительная система охлаждения для турбонагнетателя. Ее особенность – включение кожуха с подшипниками в общую систему охлаждения силового узла.

Основная задача интеркулера – охладить воздух, который подается в цилиндры. Это необходимо для увеличения его плотности давления. Если говорить простыми словами, то интеркулер – это радиатор, работающий на основе двух видов охлаждения (жидкостного и воздушного).

Управляющую задачу несет специальный клапан (его еще называют вейстгейтом). Его задача – эффективное регулирование давления в системе. Особенность клапана в том, что он может направлять поток энергии отработанных газов либо внутрь системы, повышая ее мощность, либо же обводить газы по кругу, минуя турбинное колесо. Благодаря такой способности возможна плавная регулировка турбонаддува и выбор наиболее подходящего режима для движения. Управление клапана производится двумя способами – при помощи приводного механизма (электрического или воздушного). Кроме этого, не обошлось здесь и без электроники – датчика давления турбонаддува. Контролирующий орган анализирует информацию и передает ее в блок управления. После этого система принимает решение, давать команду на открытие клапана или нет.

В большинстве турбокомпрессоров предусмотрена специальная защита – так называемый предохранительный клапан. Его задача – уберечь устройство от резких изменений давления воздуха в системе. Такая проблема может возникнуть, когда заслонка дросселя закрывается очень быстро. При образовании высокого давления последнее будет выпущено во внешнюю среду с помощью специального клапана. В некоторых случаях накопленная энергия не выпускается наружу, а перенаправляется обратно на вход устройства. Это позволяет повысить общее КПД турбонаддува.



Как это работает?

С устройством турбокомпрессора и прочих узлов системы мы разобрались. Остается понять, как это все может работать. Мы уже говорили, что источник основной энергии для работы системы – отработанные газы. Так вот, именно они являются «спусковым крючком» для начала работы турбинного колеса. Далее вращение предается на второе – турбинное колесико, расположенное на этом же валу. Вот и все – система запущена. Теперь компрессорное колесо выполняет свою основную задачу – повышает давление воздуха и перенаправляет его в камеру сгорания. Поток, проходя через интеркулер, охлаждается и только после этого попадает в камеру сгорания.

Важно отметить, что эффективность работы турбонаддува во многом зависит от частоты оборотов. Но каким образом, ведь между ними нет механической связи? На самом деле все просто. Рост оборотов приводит к резкому увеличению объемов выхлопа. В свою очередь, газы раскручивают турбину, и та поставляет намного больше воздуха в цилиндры силового узла. Появляется закономерность – чем выше вращение, тем заметнее работа турбонагревателя.



Минусы системы и способы решения проблемы

Но у системы есть и недостатки. В частности, при резком нажатии на педаль газа имеет место небольшая задержка. То есть появляется разрыв между производительностью наддува и потребляемой мощностью. Но и здесь великие умы человечества хорошо потрудились. Было разработано целых три решения:

  • Появился так называемый комбинированный наддув;

  • Стали активно использоваться параллельно или последовательно соединенные компрессоры;

  • Получили свое применение специальные устройства, имеющие измененную геометрию.

В чем смысл каждого из вариантов? Так, особая форма турбины позволяет более разумно перенаправлять потоки отработанных газов. Такая система чаще всего встречается на дизельных двигателях автомобилей Фольксваген.

Пара турбокомпрессоров, объединенных параллельно, показывает свою эффективность на двигателях V-образного типа. При этом использование двух турбин меньшего размера позволяет снизить инерционность наддува.

Пара турбокомпрессоров, установленных последовательно друг за другом, позволяет использовать каждое из устройств для какой-то конкретной частоты оборотов. При этом ряд производителей не останавливаются на достигнутом результате – они ставят еще один дополнительный турбокомпрессор.

Особенность комбинированной системы заключается в объединении двух систем – турбированного и механического обдува. Когда обороты коленчатого вала малы, в работу вступает механический наддув. Как только число оборотов повышается, свою функцию выполняет турбированная система.



Вывод

На современных автомобилях турбонаддув постоянно совершенствуется, добавляются новые элементы, меняется конструкция. Все делается для того, чтобы повысить эффективность системы и свести к минимуму ее недостатки (сильный перегрев, «заторможенность» при резком нажатии газа и прочие).

Стоимость ремонтаНайти запчасть

Турбокомпрессор: значение, особенности, принцип работы.