For å øke kraften til forbrenningsmotorer er spesialenheter - turboladere - mye brukt.Les om hva en turbolader er, hvilke typer disse enhetene er, hvordan de er arrangert og på hvilke prinsipper deres arbeid er basert, samt om vedlikehold og reparasjon, i artikkelen.
Hva er en turbolader?
Turboladeren er hovedkomponenten i det samlede trykksystemet til forbrenningsmotorer, en enhet for å øke trykket i motorens inntakskanal på grunn av energien til eksosgassene.
Turboladeren brukes til å øke kraften til en forbrenningsmotor uten radikal innblanding i designen.Denne enheten øker trykket i inntakskanalen til motoren, og gir en økt mengde drivstoff-luftblanding til forbrenningskamrene.I dette tilfellet skjer forbrenning ved høyere temperatur med dannelse av et større volum av gasser, noe som fører til en økning i trykket på stempelet og som et resultat til en økning i dreiemoment og motoreffektegenskaper.
Bruken av en turbolader lar deg øke motorkraften med 20-50% med en minimal økning i kostnadene (og med mer betydelige modifikasjoner kan kraftveksten nå 100-120%).På grunn av deres enkelhet, pålitelighet og effektivitet, er turboladerbaserte trykksettingssystemer mye brukt på alle typer kjøretøy med forbrenningsmotorer.
Typer og egenskaper for turboladere
I dag finnes det et bredt utvalg av turboladere, men de kan deles inn i grupper etter formål og anvendelighet, type turbin som brukes og tilleggsfunksjonalitet.
I henhold til formålet kan turboladere deles inn i flere typer:
• For ett-trinns trykksettingssystemer - én turbolader per motor, eller to eller flere enheter som opererer på flere sylindre;
•For serie- og serieparallelle oppblåsingssystemer (ulike varianter av Twin Turbo) - to identiske eller forskjellige enheter som opererer på en felles gruppe sylindere;
• For to-trinns trykksettingssystemer er det to turboladere med forskjellige egenskaper, som fungerer i par (sekventielt etter hverandre) for en gruppe sylindere.
De mest brukte er ett-trinns trykksettingssystemer bygget på basis av en enkelt turbolader.Et slikt system kan imidlertid ha to eller fire identiske enheter - for eksempel i V-formede motorer brukes separate turboladere for hver sylinderrad, i flersylindrede motorer (mer enn 8) kan fire turboladere brukes, hver av som fungerer på 2, 4 eller flere sylindre.Mindre vanlig er to-trinns trykksettingssystemer og ulike varianter av Twin-Turbo, de bruker to turboladere med forskjellige egenskaper som kun kan fungere i par.
I henhold til anvendelighet kan turboladere deles inn i flere grupper:
• Etter motortype - for bensin-, diesel- og gasskraftenheter;
• Når det gjelder motorvolum og kraft - for kraftenheter med liten, middels og høy effekt;for høyhastighetsmotorer osv.
Turboladere kan utstyres med en av to typer turbiner:
• Radial (radial-aksial, sentripetal) - strømmen av eksosgasser mates til periferien av turbinhjulet, beveger seg til midten og slippes ut i aksial retning;
• Aksial - strømmen av eksosgasser tilføres langs aksen (til midten) av turbinhjulet og slippes ut fra periferien.
I dag brukes begge ordningene, men på små motorer kan du ofte finne turboladere med en radialaksial turbin, og på kraftige kraftenheter foretrekkes aksiale turbiner (selv om dette ikke er regelen).Uavhengig av turbintype, er alle turboladere utstyrt med en sentrifugalkompressor - i den tilføres luft til midten av pumpehjulet og fjernes fra periferien.
Moderne turboladere kan ha forskjellig funksjonalitet:
• Dobbelt innløp - turbinen har to innganger, hver av dem mottar eksosgasser fra en gruppe sylindere, denne løsningen reduserer trykkfall i systemet og forbedrer booststabiliteten;
• Variabel geometri - turbinen har bevegelige blader eller en glidering, gjennom hvilken du kan endre strømmen av eksosgasser til pumpehjulet, dette lar deg endre egenskapene til turboladeren avhengig av motorens driftsmodus.
Til slutt, turboladere er forskjellige i sine grunnleggende ytelsesegenskaper og muligheter.Av hovedkarakteristikkene til disse enhetene bør fremheves:
• Graden av trykkøkning - forholdet mellom lufttrykk ved utløpet av kompressoren og lufttrykket ved innløpet, ligger i området 1,5-3;
• Kompressortilførsel (luftstrøm gjennom kompressoren) - massen av luft som passerer gjennom kompressoren per tidsenhet (sekund) ligger i området 0,5-2 kg / s;
• Driftshastighetsområdet varierer fra flere hundre (for kraftige diesellokomotiver, industri- og andre dieselmotorer) til titusenvis (for moderne tvungne motorer) omdreininger per sekund. Maksimal hastighet er begrenset av styrken til turbin- og kompressorhjulene, hvis rotasjonshastigheten er for høy på grunn av sentrifugalkrefter, kan hjulet kollapse.I moderne turboladere kan de perifere punktene til hjulene rotere med hastigheter på 500-600 eller mer m / s, det vil si 1,5-2 ganger raskere enn lydhastigheten, dette forårsaker forekomsten av turbinens karakteristiske fløyte;
• Drifts- / maksimumstemperaturen til avgassene ved innløpet til turbinen ligger i området 650-700 ° C, når i noen tilfeller 1000 ° C;
• Virkningsgraden til turbinen/kompressoren er vanligvis 0,7-0,8, i en enhet er virkningsgraden til turbinen vanligvis mindre enn virkningsgraden til kompressoren.
Enhetene varierer også i størrelse, type installasjon, behovet for å bruke hjelpekomponenter, etc.
Turbolader design
Generelt består turboladeren av tre hovedkomponenter:
1.Turbin;
2. Kompressor;
3.Bærehus (sentralhus).
Typisk diagram over forbrenningsmotorens aggregatlufttrykksystem
En turbin er en enhet som omdanner den kinetiske energien til eksosgassene til mekanisk energi (i dreiemomentet til hjulet), som sikrer driften av kompressoren.En kompressor er en enhet for å pumpe luft.Lagerhuset forbinder begge enhetene til en enkelt struktur, og rotorakselen som er plassert i den sikrer overføring av dreiemoment fra turbinhjulet til kompressorhjulet.
Turboladerseksjon
Turbinen og kompressoren har lignende design.Grunnlaget for hver av disse enhetene er cochlea-kroppen, i de perifere og sentrale delene som det er rør for tilkobling til trykksystemet.I kompressoren er innløpsrøret alltid i sentrum, eksosen (utløpet) er i periferien.Det samme arrangementet av rør for aksiale turbiner, for radialaksiale turbiner, er plasseringen av rørene motsatt (i periferien - inntak, i midten - eksos).
Inne i kassen er det et hjul med blader av en spesiell form.Begge hjulene - turbin og kompressor - holdes av en felles aksel som går gjennom lagerhuset.Hjulene er solidstøpte eller kompositt, formen på turbinhjulbladene sikrer den mest effektive bruken av eksosgassenergi, formen på kompressorhjulbladene gir maksimal sentrifugaleffekt.Moderne high-end turbiner kan bruke kompositthjul med keramiske blader, som har lav vekt og bedre ytelse.Størrelsen på hjulene til turboladere til bilmotorer er 50-180 mm, kraftige lokomotiver, industrielle og andre dieselmotorer er 220-500 mm eller mer.
Begge husene er montert på lagerhuset med bolter gjennom tetninger.Her er glidelagre (sjeldnere rullelagre med spesiell design) og O-ringer.Også i det sentrale huset er det oljekanaler for smøring av lagre og aksel, og i noen turboladere og hulrommet i vannkjølekappen.Under installasjonen er enheten koblet til motorens smøre- og kjølesystemer.
Ulike hjelpekomponenter kan også tilveiebringes i utformingen av turboladeren, inkludert deler av eksosgassresirkulasjonssystemet, oljeventiler, elementer for å forbedre smøringen av deler og deres kjøling, kontrollventiler, etc.
Turboladerdeler er laget av spesielle stålkvaliteter, varmebestandig stål brukes til turbinhjulet.Materialer er nøye utvalgt i henhold til koeffisienten for termisk utvidelse, noe som sikrer påliteligheten til designet i forskjellige driftsmoduser.
Turboladeren er inkludert i lufttrykksystemet, som også inkluderer inntaks- og eksosmanifolder, og i mer komplekse systemer - en intercooler (ladeluftkjøleradiator), ulike ventiler, sensorer, spjeld og rørledninger.
Prinsippet for drift av turboladeren
Turboladerens funksjon kommer ned til enkle prinsipper.Enhetens turbin introduseres i eksossystemet til motoren, kompressoren - inn i inntakskanalen.Under driften av motoren kommer eksosgassene inn i turbinen, treffer hjulbladene, gir den noe av kinetisk energi og får den til å rotere.Dreiemomentet fra turbinen overføres direkte til kompressorhjulene via akselen.Når det roterer, kaster kompressorhjulet luft til periferien, og øker trykket - denne luften tilføres inntaksmanifolden.
En enkelt turbolader har en rekke ulemper, hvorav den viktigste er turbo delay eller turbo pit.Hjulene på enheten har masse og noe treghet, så de kan ikke snurre opp umiddelbart når hastigheten til kraftenheten øker.Derfor, når du trykker kraftig på gasspedalen, akselererer ikke den turboladede motoren umiddelbart - det er en kort pause, et strømbrudd.Løsningen på dette problemet er spesielle turbinkontrollsystemer, turboladere med variabel geometri, serie-parallelle og to-trinns trykksettingssystemer og andre.
Prinsippet for drift av turboladeren
Problemer med vedlikehold og reparasjon av turboladere
Turboladeren trenger minimalt med vedlikehold.Det viktigste er å skifte motorolje og oljefilter i tide.Hvis motoren fortsatt kan gå på gammel olje i noen tid, kan det bli dødelig for turboladeren - selv en liten forringelse av kvaliteten på smøremidlet ved høy belastning kan føre til fastkjøring og ødeleggelse av enheten.Det anbefales også å periodisk rengjøre turbindelene fra karbonavsetninger, som krever demontering, men dette arbeidet bør kun utføres ved bruk av spesialverktøy og utstyr.
En defekt turbolader er i de fleste tilfeller enklere å erstatte enn å reparere.For utskifting er det nødvendig å bruke en enhet av samme type og modell som ble installert på motoren tidligere.Installasjon av en turbolader med andre egenskaper kan forstyrre driften av kraftenheten.Det er bedre å stole på valg, installasjon og justering av enheten til spesialister - dette garanterer riktig utførelse av arbeidet og normal drift av motoren.Med riktig utskifting av turboladeren vil motoren gjenvinne høy effekt og vil kunne løse de vanskeligste oppgavene.
Innleggstid: 21. august 2023