Jak działają turbosprężarki

  • Vova Krasen
  • 0
  • 1031
  • 105
Galeria zdjęć: Turbosprężarki Układ turbosprężarki Mitsubishi Lancer Evolution IX. Zobacz więcej zdjęć turbosprężarek. YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Kiedy ludzie mówią o samochodach wyścigowych lub samochodach sportowych o wysokich osiągach, temat turbosprężarki zwykle pojawia się. Turbosprężarki pojawiają się również w dużych silnikach wysokoprężnych. Turbo może znacznie zwiększyć moc silnika bez znaczącego zwiększania jego masy, co jest ogromną zaletą, która sprawia, że ​​turbosprężarki są tak popularne!

W tym artykule dowiemy się, jak turbosprężarka zwiększa moc wyjściową silnika, znosząc ekstremalne warunki pracy. Dowiemy się również, jak wastegates, ceramiczne łopatki turbin i łożyska kulkowe pomagają turbosprężarkom jeszcze lepiej wykonywać swoją pracę. Turbosprężarki są rodzajem wymuszony system indukcyjny. one Kompresja powietrze napływające do silnika (opis przepływu powietrza w normalnym silniku można znaleźć w artykule Jak działają silniki samochodowe). Zaletą sprężania powietrza jest to, że pozwala silnikowi wtłaczać więcej powietrza do cylindra, a więcej powietrza oznacza, że ​​można dodać więcej paliwa. Dlatego z każdej eksplozji w każdym cylindrze uzyskujesz większą moc. Silnik z turbodoładowaniem generuje ogólnie większą moc niż ten sam silnik bez doładowania. Może to znacznie poprawić stosunek mocy do masy silnika (szczegółowe informacje można znaleźć w artykule Jak działa moc).

-Aby uzyskać to doładowanie, turbosprężarka wykorzystuje przepływ spalin z silnika do obracania turbina, który z kolei obraca Pompa powietrza. Turbina w turbosprężarce obraca się z prędkością do 150 000 obrotów na minutę (obr / min) - to około 30 razy szybciej niż większość silników samochodowych. A ponieważ jest podłączony do wydechu, temperatury w turbinie również są bardzo wysokie.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, o ile więcej mocy możesz oczekiwać od swojego silnika, jeśli dodasz turbosprężarkę.

Zawartość
  1. Turbosprężarki i silniki
  2. Konstrukcja turbosprężarki
  3. Części turbosprężarki
  4. Korzystanie z dwóch turbosprężarek i więcej części turbosprężarek
Gdzie turbosprężarka znajduje się w samochodzie.

Jednym z najpewniejszych sposobów na uzyskanie większej mocy z silnika jest zwiększenie ilości spalanego powietrza i paliwa. Jednym ze sposobów jest dodanie cylindrów lub powiększenie obecnych cylindrów. Czasami te zmiany mogą być niewykonalne - turbosprężarka może być prostszym, bardziej kompaktowym sposobem na zwiększenie mocy, szczególnie w przypadku akcesoriów z rynku wtórnego.

Turbosprężarki pozwalają silnikowi spalać więcej paliwa i powietrza poprzez upakowanie większej ilości do istniejących cylindrów. Typowe doładowanie zapewniane przez turbosprężarkę wynosi od 6 do 8 funtów na cal kwadratowy (psi). Ponieważ normalne ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 14,7 psi, widać, że do silnika dostaje się o około 50 procent więcej powietrza. Dlatego można oczekiwać, że moc będzie większa o 50 procent. Nie jest to całkowicie wydajne, więc możesz otrzymać plik 30 do 40 procent poprawy zamiast.

Jedną z przyczyn nieskuteczność wynika z tego, że moc potrzebna do obracania turbiny nie jest darmowa. Posiadanie turbiny w strumieniu spalin zwiększa ograniczenie przepływu spalin. Oznacza to, że podczas suwu wydechu silnik musi naciskać na wyższe przeciwciśnienie. Odejmuje to trochę mocy z cylindrów, które strzelają w tym samym czasie.-

-

Sposób podłączenia turbosprężarki w samochodzie Zdjęcie dzięki uprzejmości Garrett

Turbosprężarka jest przykręcona do kolektor wydechowy silnika. Wydech z cylindrów obraca turbina, który działa jak silnik z turbiną gazową. Turbina jest połączona wałem z kompresor, który znajduje się między filtrem powietrza a kolektorem dolotowym. Sprężarka spręża powietrze wpływające do tłoków.

Wewnątrz turbosprężarki Zdjęcie dzięki uprzejmości Garrett

Spaliny z cylindrów przechodzą przez łopatek turbinowych, powodując wirowanie turbiny. Im więcej spalin przechodzi przez łopatki, tym szybciej się obracają.

Na drugim końcu wału, do którego przymocowana jest turbina, końcówka kompresor pompuje powietrze do cylindrów. Sprężarka to rodzaj pompy odśrodkowej - zasysa powietrze pośrodku łopatek i wyrzuca je na zewnątrz, gdy się obraca.

Aby poradzić sobie z prędkościami do 150000 obr / min, wał turbiny musi być bardzo ostrożnie podparty. Większość łożysk wybuchałaby przy takich prędkościach, więc większość turbosprężarek używa łożysko płynu. Ten typ łożyska podpiera wał na cienkiej warstwie oleju, który jest stale pompowany wokół wału. Służy to dwóm celom: chłodzi wał i niektóre inne części turbosprężarki oraz umożliwia obracanie się wału bez większego tarcia.

Projektowanie turbosprężarki do silnika wiąże się z wieloma kompromisami. W następnej sekcji przyjrzymy się niektórym z tych kompromisów i zobaczymy, jak wpływają one na wydajność.

Za dużo doładowania?

Gdy powietrze jest pompowane do cylindrów pod ciśnieniem przez turbosprężarkę, a następnie jest dalej ściskane przez tłok (zob. Jak działają silniki samochodowe dla demonstracji), istnieje większe niebezpieczeństwo uderzenia. Pukanie dzieje się, ponieważ gdy sprężasz powietrze, temperatura powietrza wzrasta. Temperatura może wzrosnąć na tyle, aby zapalić paliwo przed zapłonem świecy zapłonowej. Samochody z turbosprężarką często muszą być zasilane paliwem o wyższej liczbie oktanowej, aby uniknąć stukania. Jeśli ciśnienie doładowania jest naprawdę wysokie, może być konieczne zmniejszenie stopnia sprężania silnika, aby uniknąć stukania.

Turbosprężarki zapewniają doładowanie silników przy dużych prędkościach. © Fotograf: Max Dimyadi | Agencja: Dreamstime.com

Jednym z głównych problemów związanych z turbosprężarkami jest to, że nie zapewniają one natychmiastowego doładowania mocy, gdy nadepniesz na gaz. Turbina nabiera prędkości, zanim zostanie wyprodukowane doładowanie. Powoduje to uczucie opóźnienia, gdy wciskasz gaz, a następnie samochód rzuca się do przodu, gdy turbo rusza.

Jednym ze sposobów zmniejszenia opóźnienia turbo jest zmniejszenie bezwładność części wirujących, głównie poprzez zmniejszenie ich wagi. Pozwala to turbinie i sprężarce na szybkie przyspieszenie i wcześniejsze rozpoczęcie dostarczania doładowania. Pewnym sposobem na zmniejszenie bezwładności turbiny i sprężarki jest zmniejszenie turbosprężarki. Mała turbosprężarka zapewni doładowanie szybciej i przy niższych prędkościach obrotowych silnika, ale może nie być w stanie zapewnić dużo doładowania przy wyższych prędkościach silnika, gdy do silnika dostaje się naprawdę duża ilość powietrza. Istnieje również ryzyko zbyt szybkiego obracania się przy wyższych prędkościach obrotowych silnika, gdy przez turbinę przepływa dużo spalin.

Większość turbosprężarek samochodowych ma wastegate, co pozwala na zastosowanie mniejszej turbosprężarki, aby zmniejszyć opóźnienie, jednocześnie zapobiegając zbyt szybkiemu obrotowi przy dużych prędkościach silnika. Wastegate to zawór, który umożliwia wydechowi ominięcie łopatek turbiny. Wastegate wyczuwa ciśnienie doładowania. Jeśli ciśnienie stanie się zbyt wysokie, może to wskazywać, że turbina obraca się zbyt szybko, więc zawór upustowy omija część spalin wokół łopatek turbiny, pozwalając łopatom zwolnić.

Niektóre turbosprężarki używają Łożyska kulkowe zamiast łożysk płynnych do podparcia wału turbiny. Ale to nie są zwykłe łożyska kulkowe - to super precyzyjne łożyska wykonane z zaawansowanych materiałów, które radzą sobie z prędkościami i temperaturami turbosprężarki. Umożliwiają obracanie się wału turbiny z mniejszym tarciem niż łożyska hydrauliczne stosowane w większości turbosprężarek. Pozwalają również na użycie nieco mniejszego, lżejszego trzonu. Pomaga to turbosprężarce szybciej przyspieszać, dodatkowo zmniejszając opóźnienie turbosprężarki.

Ceramiczne łopatki turbin są lżejsze niż ostrza stalowe stosowane w większości turbosprężarek. Ponownie, pozwala to turbinie na szybsze przyspieszanie, co zmniejsza opóźnienie turbo.

Obrotowe coupe Mazda RX-8 wyposażone w nieoryginalny układ turbosprężarki. TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty Images

Niektóre silniki używają dwie turbosprężarki o różnych rozmiarach. Mniejszy obraca się bardzo szybko, zmniejszając opóźnienie, podczas gdy większy przejmuje przy wyższych prędkościach silnika, aby zapewnić większe doładowanie.

Gdy powietrze jest sprężone, nagrzewa się; a kiedy powietrze się nagrzewa, rozszerza się. Tak więc wzrost ciśnienia spowodowany przez turbosprężarkę jest wynikiem podgrzania powietrza, zanim trafi ono do silnika. Aby zwiększyć moc silnika, celem jest wprowadzenie do cylindra większej ilości cząsteczek powietrza, niekoniecznie większego ciśnienia powietrza.

Na intercooler lub chłodnica powietrza doładowującego to dodatkowy element, który wygląda jak chłodnica, poza tym, że powietrze przepływa zarówno przez wnętrze, jak i na zewnątrz intercoolera. Powietrze wlotowe przepływa przez uszczelnione kanały wewnątrz chłodnicy, podczas gdy chłodniejsze powietrze z zewnątrz jest wdmuchiwane przez żebra wentylatora chłodzącego silnik.

-

Chłodnica międzystopniowa dodatkowo zwiększa moc silnika poprzez schładzanie sprężonego powietrza wychodzącego ze sprężarki, zanim trafi ono do silnika. Oznacza to, że jeśli turbosprężarka działa przy doładowaniu 7 psi, układ intercoolera dostarczy 7 psi chłodniejszego powietrza, które jest gęstsze i zawiera więcej cząsteczek powietrza niż powietrze cieplejsze..

Turbosprężarka również pomaga w duże wysokości, gdzie powietrze jest mniej gęste. Normalne silniki będą odczuwać zmniejszoną moc na dużych wysokościach, ponieważ na każdy skok tłoka silnik otrzyma mniejszą masę powietrza. Silnik z turbodoładowaniem może również mieć zmniejszoną moc, ale redukcja będzie mniej radykalna, ponieważ rzadsze powietrze jest łatwiejsze do pompowania przez turbosprężarkę.

Starsze samochody z gaźnikami automatycznie zwiększają poziom paliwa, aby dopasować się do zwiększonego przepływu powietrza do cylindrów. Nowoczesne samochody z wtryskiem paliwa również to osiągną. Układ wtrysku paliwa opiera się na czujnikach tlenu w spalinach, aby określić, czy stosunek powietrza do paliwa jest prawidłowy, więc systemy te automatycznie zwiększą przepływ paliwa, jeśli zostanie dodana turbosprężarka.

Jeśli do samochodu z wtryskiem zostanie dodana turbosprężarka ze zbyt dużym doładowaniem, układ może nie dostarczyć wystarczającej ilości paliwa - albo oprogramowanie zaprogramowane w sterowniku na to nie pozwoli, albo pompa i wtryskiwacze nie są w stanie jej dostarczyć. W takim przypadku trzeba będzie wprowadzić inne modyfikacje, aby uzyskać maksymalne korzyści z turbosprężarki.

Aby uzyskać więcej informacji na temat turbosprężarek i powiązanych tematów, zapoznaj się z linkami na następnej stronie.

Powiązane artykuły

  • Quiz silnika
  • Jak działają silniki samochodowe
  • Jak działają samochodowe układy zapłonowe
  • Jak działa moc
  • Jak działają przemienniki momentu obrotowego
  • Jak działa hybryda Aptera
  • Jak działają Champ Cars
  • Jak działają samochody wyścigowe NASCAR
  • Jak działają samochodowe systemy chłodzenia
  • W jaki sposób podtlenek azotu poprawia wydajność silnika?

Więcej świetnych linków

  • Turbo International: Jak działają turbosprężarki - zilustrowane!
  • Mercedes-Benz: turbosprężarka VNT ze zmienną geometrią turbiny
  • Turbosprężarka Ray Hall - Twin Turbo 351 Windsor
  • Magazyn Sport Compact Car: Podstawy Turbo



Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa