Urządzenie turbosprężarki: opis, zasada działania, główne elementy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Zanim przejdziemy do rozważań nad samym urządzeniem turbosprężarki, powinieneś wiedzieć, że moc silnika spalinowego zależy całkowicie od tego, ile powietrza i paliwa do niego dostanie się. Dlatego jeśli zwiększysz te wskaźniki, zwiększysz również moc silnika spalinowego.

Opis turbiny

Urządzenie turbosprężarki i jego wygląd są wynikiem nieustannego wyścigu ludzi o zwiększenie mocy silnika. Warto tutaj dodać, że taka turbina stała się skutecznym rozwiązaniem nie tylko dla silników benzynowych, ale także dla modeli diesla. Najczęściej takie urządzenia są instalowane w tych silnikach, które mają niewielką ilość dostarczanego powietrza. Tutaj ważne jest, aby zrozumieć, co następuje: im większy jest sam silnik, tym więcej zużywa powietrza i paliwa oraz tym większą ma moc. Aby uzyskać tę samą moc z mniejszego silnika, konieczne jest zwiększenie ilości powietrza mieszczącego się w cylindrach.

Turbosprężarka to urządzenie zaprojektowane dowtłaczanie dużej ilości powietrza do silnika za pomocą spalin. Turbosprężarka składa się z dwóch głównych elementów – turbiny i pompy odśrodkowej. Między sobą te dwie części są połączone sztywną osią. Elementy obracają się z prędkością do 100 000 obrotów na minutę, a także napędzają sprężarkę.

Części turbin

Urządzenie turbosprężarki składa się z 8 części. W obudowie o specjalnym kształcie obraca się wirnik turbiny. Głównym celem jest przeniesienie energii spalin do sprężarki. Materiałem wyjściowym do montażu tych elementów są materiały żaroodporne, takie jak ceramika.

Urządzenie turbosprężarki zawiera również koło sprężarki, które zasysa powietrze. Zajmuje się również jego sprężaniem i wtryskiem do cylindrów silnika. Koło znajduje się w specjalnej obudowie, przypominającej turbinę. Oba te koła są osadzone na wale wirnika, którego obrót odbywa się na łożyskach ślizgowych.

Konstrukcja i działanie turbosprężarki, zwłaszcza w silnikach benzynowych, wymaga dodatkowego chłodzenia. Zwykle jest to system chłodzenia cieczą. Oprócz chłodzenia samego układu chłodzone jest również sprężone powietrze. W tym celu turbina ma intercooler typu powietrze lub ciecz. Chłodzenie powietrza jest niezbędne, ponieważ zwiększa jego gęstość, a co za tym idzie ciśnienie.

Ten system jest kontrolowany przez regulator ciśnienia. Ten zawór obejściowy jest w stanieograniczyć przepływ spalin. W ten sposób niektórzy przejdą obok koła turbiny.

Istota pracy

Urządzenie turbosprężarki i zasada jej działania opiera się na wykorzystaniu spalin. Energia tych gazów będzie napędzać koło turbiny. Aby przenieść tę energię, koło turbiny jest przymocowane do wału wirnika, obracając go. W ten sposób energia jest przekazywana do koła sprężarki. Ten element jest zaangażowany w wtłaczanie powietrza do systemu, a także sprężanie go. Sprężone powietrze przechodzi przez intercooler, który je schładza. Następnie substancja wchodzi bezpośrednio do cylindrów silnika.

Więcej informacji

Z jednej strony turbosprężarka i zasada działania są w pewien sposób niezależne od silnika spalinowego, ponieważ nie ma sztywnego połączenia z wałem silnika. Z drugiej strony prędkość obrotowa nadal w jakiś sposób wpływa na sprawność turbiny. Jest połączony w następujący sposób. Im więcej obrotów wykona silnik, tym silniejszy będzie przepływ spalin. Z tego powodu zwiększy się prędkość obrotowa wału turbiny, co oznacza, że zwiększy się ilość powietrza, która dostanie się do cylindrów.

Konstrukcja i działanie turbosprężarki mają kilka negatywnych stron. Jedną z wad jest tzw. „turbo lag”. Przy ostrym naciśnięciu pedału gazu szybki wzrost mocy będzie nieco opóźniony. Po przejściu przez „turbojam” następuje gwałtowny skok ciśnienia,który nazywa się „turbolift”.

Błędy naprawcze

Pierwsza wada wynika z faktu, że system jest inercyjny. Z powodu tego zjawiska istnieje rozbieżność między osiągami turbiny a mocą wymaganą od silnika. Istnieją trzy sposoby rozwiązania tego problemu. Ponieważ urządzenie turbosprężarki do silników wysokoprężnych jest podobne do turbosprężarki benzynowej, nadają się również do tego. Oto, co możesz zrobić:

1. Użyj turbiny o zmiennej geometrii.
2. Użyj dwóch równoległych lub dwóch sprężarek połączonych szeregowo.
3. Użyj połączonego systemu doładowania.

Jeśli chodzi o turbinę o zmiennej geometrii, jest ona w stanie rozwiązać problem poprzez zmianę powierzchni zaworu wlotowego. Taki system jest bardzo często stosowany w silnikach wysokoprężnych.

Opis różnych systemów

Cel, urządzenie turbosprężarki jest takie samo jak konwencjonalnej turbiny. Główna różnica polega na tym, że instrument ma tylko 5 głównych części, a nie 8.

Wykorzystywany jest system połączonych równolegle turbin. Taki system najlepiej nadaje się do wystarczająco mocnych silników widlastych. W takim przypadku na każdy rząd cylindrów montowana jest jedna mała turbosprężarka. Zaletą jest to, że bezwładność kilku małych urządzeń jest mniejsza niż jednej dużej turbiny.

Urządzenie i zasada działania kompresora nie różnią się w zależności odze swojej objętości odgrywa to jednak ważną rolę np. przy zastosowaniu połączenia szeregowego dwóch turbin. W takim przypadku każde urządzenie zostanie aktywowane z określoną prędkością.

Stosowany jest również system doładowania, który wykorzystuje zarówno mechaniczną, jak i turbosprężarkę. Jeśli prędkość silnika jest niska, włącza się mechaniczne urządzenie do pompowania powietrza. Jeśli określony próg zostanie przekroczony, urządzenie mechaniczne wyłączy się, a turbosprężarka zacznie działać.

Jakie są zalety turbiny

Podczas używania kompresora wyróżniają się następujące korzyści:

1. Szerokie zastosowanie tego urządzenia stało się możliwe dzięki prostocie i niezawodności jego konstrukcji. Dodatkowo wprowadzenie tego urządzenia do układu silnika spalinowego zwiększa moc silnika o około 20-35%.
2. Sama sprężarka nie może spowodować awarii, ponieważ jej wydajność zależy bezpośrednio od innych systemów, na przykład dystrybucji gazu.
3. Możliwe jest zaoszczędzenie od 5 do 20% paliwa. Jeśli zainstalujesz turbinę w małym silniku, proces spalania paliwa stanie się bardziej wydajny, co oznacza, że wydajność wzrośnie.
4. Dobrą zaletę takich silników obserwuje się na drogach przejeżdżających np. w górach. Jest to szczególnie widoczne w porównaniu z atmosferycznymi odpowiednikami.
5. Konstrukcja i zasada działania turbosprężarki pozwalają jej pełnić funkcję dodatkowego tłumika w układzie wydechowym.

Funkcje aplikacji

Pomimo tego, że sama sprężarka praktycznie nie ulega awarii, czasami zdarzają się sytuacje, gdy jej praca zostaje zatrzymana.

W dzisiejszych czasach najczęstszą przyczyną wyłączenia turbosprężarki jest zatkanie środkowego wkładu turbiny olejem. Najczęściej taki problem występuje ze względu na to, że po długotrwałych i poważnych obciążeniach turbodoładowania jego praca nagle się zatrzymuje. Aby pozbyć się tego problemu, konieczne jest zainstalowanie systemu chłodzenia wodą. Linie tego systemu stworzą efekt absorpcji ciepła, co obniży temperaturę we wkładzie środkowym. Warto zauważyć, że efekt ten wystąpi przez pewien czas po całkowitym zatrzymaniu silnika, a także po całkowitym ustaniu obiegu płynu chłodzącego.

Odmiany turbin

Jeśli chodzi o typy turbosprężarek, istnieją typy tulejowe i łożyska kulkowe.

Jeśli mówimy o turbosprężarkach typu tulejowego, są one używane od dłuższego czasu. Mieli jednak szereg niedociągnięć, co wiązało się z ich cechami konstrukcyjnymi. Nie pozwalało to w 100% wykorzystać potencjału takiego systemu. Zespoły łożyskowe kulkowe są nowsze, które uwzględniły niedociągnięcia i dlatego stopniowo zastępują sprężarki tulejowe.

Porównując te dwa typy turbin, łożysko kulkowe jest uważane za bardziej ekonomiczne, ponieważ zużywa znaczniemniej oleju niż typ tulei. Również sprężarki posiadają wskaźnik, który odpowiada za reakcję turbiny na wciśnięcie pedału gazu. W przypadku turbin z łożyskami kulkowymi wskaźnik ten jest lepszy, co pozwala na poprawę reakcji o około 15% w porównaniu z turbinami tulejowymi.

Awarie urządzenia

Tutaj należy powiedzieć, że turbosprężarka jest jedynym elementem mocującym silnika, który podczas pracy jest ściśle połączony z prawie wszystkimi innymi układami pojazdu. Na tej podstawie staje się oczywiste, że minimalne odchylenia w działaniu dowolnego systemu doprowadzą do znacznego wzrostu zużycia sprężarki. Do chwili obecnej istnieje kilka przyczyn, które najczęściej stają się przeszkodą w działaniu turbiny:

• Możliwe jest dostanie się ciał obcych do mechanizmu. Ze względu na dużą prędkość obrotową silnika może to doprowadzić do uszkodzenia np. wirników.
• Brak smarów. Im wyższe obciążenia dynamiczne, tym większa szansa, że nastąpi zniszczenie „filmu” olejowego. To z kolei doprowadzi do „suchego” tarcia, które wpływa na system w najbardziej negatywny sposób. Przyczyną tej usterki może być dowolna przyczyna, przez którą olej nie dociera w pełni. Na przykład zatkane cylindry oleju, filtry, zużycie pompy oleju itp.