For at øge styrken af forbrændingsmotorer bruges specielle enheder - turboladere - i vid udstrækning.Læs om, hvad en turbolader er, hvilke typer disse enheder er, hvordan de er arrangeret og på hvilke principper deres arbejde er baseret, samt om deres vedligeholdelse og reparation, i artiklen.
Hvad er en turbolader?
Turboladeren er hovedkomponenten i det samlede tryksystem af forbrændingsmotorer, en enhed til at øge trykket i motorens indsugningskanal på grund af energien fra udstødningsgasserne.
Turboladeren bruges til at øge effekten af en forbrændingsmotor uden radikal indblanding i dens design.Denne enhed øger trykket i motorens indsugningskanal, hvilket giver en øget mængde brændstof-luftblanding til forbrændingskamrene.I dette tilfælde sker forbrænding ved en højere temperatur med dannelse af et større volumen af gasser, hvilket fører til en stigning i trykket på stemplet og som et resultat til en stigning i drejningsmoment og motoreffektkarakteristika.
Brugen af en turbolader giver dig mulighed for at øge motorkraften med 20-50% med en minimal stigning i omkostningerne (og med mere væsentlige ændringer kan effektvæksten nå 100-120%).På grund af deres enkelhed, pålidelighed og effektivitet anvendes turboladerbaserede tryksystemer i vid udstrækning på alle typer køretøjer med forbrændingsmotorer.
Typer og karakteristika for turboladere
I dag findes der en bred vifte af turboladere, men de kan opdeles i grupper efter deres formål og anvendelighed, den anvendte type turbine og yderligere funktionalitet.
I henhold til formålet kan turboladere opdeles i flere typer:
• For et-trins tryksystemer - en turbolader pr. motor eller to eller flere enheder, der kører på flere cylindre;
•Til serie- og serieparallelle oppustningssystemer (forskellige varianter af Twin Turbo) - to identiske eller forskellige enheder, der arbejder på en fælles gruppe af cylindre;
• For to-trins tryksætningssystemer er der to turboladere med forskellige egenskaber, som arbejder parvis (sekventielt efter hinanden) for en gruppe cylindre.
De mest anvendte er et-trins tryksystemer bygget på basis af en enkelt turbolader.Et sådant system kan dog have to eller fire identiske enheder - for eksempel i V-formede motorer bruges separate turboladere til hver række af cylindre, i flercylindrede motorer (mere end 8) kan der bruges fire turboladere, hver af som virker på 2, 4 eller flere cylindre.Mindre almindelige er to-trins tryksystemer og forskellige variationer af Twin-Turbo, de bruger to turboladere med forskellige egenskaber, der kun kan fungere i par.
Afhængigt af anvendeligheden kan turboladere opdeles i flere grupper:
• Efter motortype - til benzin-, diesel- og gasmotorer;
• Med hensyn til motorvolumen og effekt - for kraftenheder med lille, mellem og høj effekt;til højhastighedsmotorer mv.
Turboladere kan udstyres med en af to typer turbine:
• Radial (radial-aksial, centripetal) - strømmen af udstødningsgasser føres til periferien af turbinehjulet, bevæger sig til dets centrum og udledes i aksial retning;
• Aksial - strømmen af udstødningsgas tilføres langs aksen (til midten) af turbinehjulet og udledes fra dens periferi.
I dag bruges begge ordninger, men på små motorer kan du ofte finde turboladere med en radialaksial turbine, og på kraftige kraftenheder foretrækkes aksiale turbiner (selvom dette ikke er reglen).Uanset turbinetypen er alle turboladere udstyret med en centrifugalkompressor - i den tilføres luft til midten af pumpehjulet og fjernes fra dets periferi.
Moderne turboladere kan have forskellige funktioner:
• Dobbelt indløb - turbinen har to indgange, hver af dem modtager udstødningsgasser fra en gruppe cylindre, denne løsning reducerer trykfald i systemet og forbedrer boost-stabiliteten;
• Variabel geometri - turbinen har bevægelige vinger eller en glidering, hvorigennem du kan ændre strømmen af udstødningsgas til pumpehjulet, dette giver dig mulighed for at ændre turboladerens egenskaber afhængigt af motorens driftstilstand.
Endelig adskiller turboladere sig i deres grundlæggende præstationskarakteristika og -egenskaber.Af de vigtigste egenskaber ved disse enheder skal fremhæves:
• Graden af trykstigning - forholdet mellem lufttryk ved kompressorens udløb og lufttrykket ved indløbet ligger i området 1,5-3;
• Kompressorforsyning (luftstrøm gennem kompressoren) - massen af luft, der passerer gennem kompressoren pr. tidsenhed (sekund) ligger i området 0,5-2 kg / s;
• Driftshastighedsområdet spænder fra flere hundrede (for kraftige diesellokomotiver, industri- og andre dieselmotorer) til titusindvis (for moderne tvungne motorer) omdrejninger i sekundet. Den maksimale hastighed er begrænset af styrken af turbine- og kompressorhjulene, hvis rotationshastigheden er for høj på grund af centrifugalkræfter, kan hjulet kollapse.I moderne turboladere kan de perifere punkter på hjulene rotere med hastigheder på 500-600 eller mere m / s, det vil sige 1,5-2 gange hurtigere end lydens hastighed, dette forårsager forekomsten af turbinens karakteristiske fløjte;
• Drifts-/maksimaltemperaturen af udstødningsgasserne ved indløbet til turbinen ligger i området 650-700 ° C, når i nogle tilfælde 1000 ° C;
• Turbinens/kompressorens virkningsgrad er normalt 0,7-0,8, i én enhed er møllens virkningsgrad normalt mindre end kompressorens virkningsgrad.
Enhederne er også forskellige i størrelse, type installation, behovet for at bruge hjælpekomponenter osv.
Turbolader design
Generelt består turboladeren af tre hovedkomponenter:
1. Turbine;
2. Kompressor;
3.Lejehus (centralhus).
Typisk diagram over forbrændingsmotorens samlede lufttryksystem
En turbine er en enhed, der omdanner udstødningsgassernes kinetiske energi til mekanisk energi (i hjulets drejningsmoment), som sikrer kompressorens drift.En kompressor er en enhed til at pumpe luft.Lejehuset forbinder begge enheder til en enkelt struktur, og rotorakslen, der er placeret i den, sikrer overførslen af drejningsmoment fra turbinehjulet til kompressorhjulet.
Turbolader sektion
Turbinen og kompressoren har et lignende design.Grundlaget for hver af disse enheder er den cochleære krop, i hvis perifere og centrale dele er der rør til tilslutning til tryksystemet.I kompressoren er indløbsrøret altid i midten, udstødningen (udledningen) er i periferien.Det samme arrangement af rør til aksiale turbiner, for radialaksiale turbiner, er placeringen af rørene det modsatte (i periferien - indsugning, i midten - udstødning).
Inde i sagen er der et hjul med knive af en speciel form.Begge hjul - turbine og kompressor - holdes af en fælles aksel, der går gennem lejehuset.Hjulene er massivt støbt eller komposit, formen på turbinehjulsvingerne sikrer den mest effektive udnyttelse af udstødningsgasenergi, formen på kompressorhjulbladene giver den maksimale centrifugaleffekt.Moderne high-end turbiner kan bruge komposithjul med keramiske vinger, som har en lav vægt og har bedre ydeevne.Størrelsen af hjulene på turboladere til bilmotorer er 50-180 mm, kraftfulde lokomotiver, industrielle og andre dieselmotorer er 220-500 mm eller mere.
Begge huse er monteret på lejehuset med bolte gennem tætninger.Her er glidelejer (mindre ofte rullelejer af et specielt design) og O-ringe.Også i det centrale hus er der oliekanaler til smøring af lejer og aksel, og i nogle turboladere og hulrummet i vandkølingskappen.Under installationen er enheden forbundet til motorens smøre- og kølesystemer.
Forskellige hjælpekomponenter kan også være tilvejebragt i udformningen af turboladeren, herunder dele af udstødningsgasrecirkulationssystemet, olieventiler, elementer til forbedring af smøringen af dele og deres køling, kontrolventiler mv.
Turboladerdele er lavet af specielle stålkvaliteter, varmebestandigt stål bruges til turbinehjulet.Materialer er omhyggeligt udvalgt i henhold til termisk udvidelseskoefficient, hvilket sikrer pålideligheden af designet i forskellige driftstilstande.
Turboladeren indgår i lufttryksystemet, som også omfatter indsugnings- og udstødningsmanifolder, og i mere komplekse systemer - en intercooler (ladeluftkøleradiator), forskellige ventiler, sensorer, spjæld og rørledninger.
Princippet om turboladerens drift
Turboladerens funktion kommer ned til simple principper.Enhedens turbine indføres i motorens udstødningssystem, kompressoren - i indsugningskanalen.Under driften af motoren kommer udstødningsgasserne ind i turbinen, rammer hjulbladene, giver den noget af dens kinetiske energi og får den til at rotere.Drejningsmomentet fra turbinen overføres direkte til kompressorhjulene via akslen.Ved rotation kaster kompressorhjulet luft til periferien og øger dets tryk - denne luft tilføres indsugningsmanifolden.
En enkelt turbolader har en række ulemper, hvoraf den vigtigste er turbo delay eller turbo pit.Enhedens hjul har masse og en vis inerti, så de kan ikke øjeblikkeligt dreje op, når kraftenhedens hastighed øges.Derfor, når du trykker skarpt på gaspedalen, accelererer den turboladede motor ikke med det samme - der er en kort pause, et strømsvigt.Løsningen på dette problem er specielle turbinekontrolsystemer, turboladere med variabel geometri, serie-parallelle og to-trins tryksystemer og andre.
Princippet om turboladerens drift
Problemer med vedligeholdelse og reparation af turboladere
Turboladeren kræver minimal vedligeholdelse.Det vigtigste er at skifte motorolie og oliefilter i tide.Hvis motoren stadig kan køre på gammel olie i nogen tid, kan det blive dødeligt for turboladeren - selv en lille forringelse af smøremidlets kvalitet ved høje belastninger kan føre til blokering og ødelæggelse af enheden.Det anbefales også at rense turbinedelene med jævne mellemrum fra kulstofaflejringer, hvilket kræver dets adskillelse, men dette arbejde bør kun udføres med brug af specialværktøj og udstyr.
En defekt turbolader er i de fleste tilfælde nemmere at udskifte end at reparere.Til udskiftning er det nødvendigt at bruge en enhed af samme type og model, som blev installeret på motoren tidligere.Installation af en turbolader med andre egenskaber kan forstyrre driften af kraftenheden.Det er bedre at stole på udvælgelsen, installationen og justeringen af enheden til specialister - dette garanterer den korrekte udførelse af arbejdet og den normale drift af motoren.Med den korrekte udskiftning af turboladeren vil motoren genvinde høj effekt og vil være i stand til at løse de sværeste opgaver.
Indlægstid: 21. august 2023