Турбонаддув — один из методов агрегатного наддува, основанный на использовании энергии отработавших газов. Основной элемент системы — турбокомпрессор, иногда — турбонагнетатель с механическим приводом.
Турбокомпрессор (разговорное «турбина», фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение) — это устройство, использующее отработавшие газы (выхлопные газы) для увеличения давления внутри впускной камеры.
Для чего устанавливаются турбины на автомобиль?
— Турбокомпрессор уменьшает расход топлива вдвое;
— Турбокомпрессор увеличит мощность автомобиля в несколько раз, тем самым позволяет экономить на приобретении более мощного двигателя;
— Турбокомпрессор обеспечивает стабильную работу двигателя на продолжительный срок;
— Турбокомпрессор представляет собой экологичное решение — заметно уменьшается загрязнение окружающей среды.
Принцип работы турбокомпрессора
Принцип работы турбокомпрессора основан на использовании энергии отработавших газов. Горячий поток выхлопных газов попадает в корпус турбин, давя на лопасти. Он разгоняет крыльчатку турбины, закреплённой на валу, до огромной скорости до 250 тыс. об/мин. (покидая корпус через центральное отверстие, направляется в выпускную систему) и раскручивает крыльчатку и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессорного кольца, которые, засасывая воздух в холодную улитку, нагнетают / сжимают воздух в цилиндры двигателя.
Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем, то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. При сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.
У турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.
Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому, конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась из-за нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт.
Основные элементы турбокомпрессора:
1. Корпус турбины (горячая улитка) — в основном изготавливается из сфероидного чугуна для того чтобы выдерживать высокую температуру.
2. Колесо турбины (крыльчатка) — покрывается никелевым сплавом и соединяется валом с колесом компрессора.
3. Вал.
4. Корпус подшипников.
5. Корпус компрессора (холодная улитка) — к данной детали не предъявляются ни каких особых требований эксплуатации, поэтому ее производят в основном из алюминия для экономии средств.
6. Колесо компрессора (воздушная крыльчатка) — в основном изготавливается из алюминия и лишь в редких случаях (когда нужно, чтобы компрессор проработал длительный срок под высокой нагрузкой) его делают из титана.
7. Масляные каналы.
Чем больше размер турбокомпрессора, тем больше давление он может выдержать и тем больше является его производительность. Большая турбина вмещает больший объем и давление и как следствие обеспечивает больший прирост к мощности двигателя. При этом на малых оборотах все большие турбокомпрессоры страдают от турбозадержки. В то время как их малые менее производительные собратья быстрее набирают номинальную мощность.
За регулировку давления наддува внутри корпуса турбины отвечает перепускной клапан (анг. wastegate). Он работает на пневмоприводе и управляется системой управления мотора.
Основным функциональным элементом турбокомпрессора является средний (центральный) корпус (картридж). По сути это весь турбокомпрессор без улиток. Через него проходит ротор (турбинное и компрессорное колесо соединенные валом). Вал вращается при минимальном трении в масленой ванне под давлением с максимальной скоростью продетый во втулки (подшипники или реже в шарикоподшипники) картриджа.
Система смазки двигателя отвечает за подачу смазки в турбокомпрессор. Она не только смазывает, но и охлаждает детали, которые нагреваются. Качество масла является одним из наиболее значимых факторов в эксплуатации турбины. От него зависит то насколько долго вам прослужит турбонагнетатель. Перед установкой нового или заменой старого турбокомпрессора обязательно стоит провести полную замену масла. Турбированные двигатели с икорным зажиганием имеют более лучшее охлаждение поскольку средний корпус изначально включен в систему охлаждения мотора.
Центробежный компрессор создает дополнительное давление внутри впускной камеры. Его конструкция почти полностью аналогична механическому нагнетателю. Воздух поступает в центр колеса, а потом по нисходящей в периферию корпуса создавая крутящий момент. Диффузор преобразует кинетическую энергию воздуха для повышения давления при резком снижении скорости движения потока. Во впускной коллектор поступает сжатый воздух.
