내연 기관의 출력을 높이기 위해 특수 장치인 터보차저가 널리 사용됩니다.기사에서 터보차저가 무엇인지, 이러한 장치의 유형은 무엇인지, 배열 방식, 작동 원리는 무엇인지, 유지 관리 및 수리에 대해 읽어 보십시오.
터보차저란 무엇입니까?
터보차저는 내연기관의 총 가압 시스템의 주요 구성 요소로, 배기 가스의 에너지로 인해 엔진 흡입관의 압력을 높이는 장치입니다.
터보차저는 설계에 급격한 간섭 없이 내연기관의 출력을 높이는 데 사용됩니다.이 장치는 엔진 흡입관의 압력을 증가시켜 연소실에 더 많은 양의 연료-공기 혼합물을 제공합니다.이 경우 더 많은 양의 가스가 형성되면서 더 높은 온도에서 연소가 발생하여 피스톤의 압력이 증가하고 결과적으로 토크 및 엔진 출력 특성이 증가합니다.
터보차저를 사용하면 비용을 최소한으로 증가시키면서 엔진 출력을 20-50%까지 높일 수 있습니다(더 중요한 수정을 통해 출력 증가는 100-120%에 도달할 수 있습니다).단순성, 신뢰성 및 효율성으로 인해 터보차저 기반 가압 시스템은 모든 유형의 내연 기관 차량에 널리 사용됩니다.
터보차저의 종류와 특성
오늘날 터보차저는 매우 다양하지만 목적과 적용성, 사용되는 터빈 유형 및 추가 기능에 따라 그룹으로 나눌 수 있습니다.
목적에 따라 터보차저는 여러 유형으로 나눌 수 있습니다.
• 단일 단계 가압 시스템의 경우 - 엔진당 하나의 터보차저 또는 여러 실린더에서 작동하는 두 개 이상의 장치;
• 직렬 및 직렬 병렬 팽창 시스템(Twin Turbo의 다양한 변형) - 공통 실린더 그룹에서 작동하는 두 개의 동일하거나 다른 장치;
• 2단계 가압 시스템의 경우 한 실린더 그룹에 대해 쌍으로(순차적으로) 작동하는 서로 다른 특성을 지닌 두 개의 터보차저가 있습니다.
가장 널리 사용되는 것은 단일 터보차저를 기반으로 구축된 단일 단계 가압 시스템입니다.그러나 이러한 시스템에는 2개 또는 4개의 동일한 장치가 있을 수 있습니다. 예를 들어 V자형 엔진에서는 각 실린더 행에 별도의 터보차저가 사용되며, 다중 실린더 엔진(8개 이상)에서는 4개의 터보차저가 사용될 수 있습니다. 2, 4개 이상의 실린더에서 작동합니다.덜 일반적인 것은 2단계 가압 시스템과 다양한 트윈 터보 변형입니다. 이 시스템은 쌍으로만 작동할 수 있는 서로 다른 특성을 가진 두 개의 터보차저를 사용합니다.
적용 가능성에 따라 터보차저는 여러 그룹으로 나눌 수 있습니다.
• 엔진 유형별 - 가솔린, 디젤 및 가스 동력 장치용;
• 엔진 용량 및 출력 측면에서 - 소형, 중형 및 고출력 동력 장치의 경우;고속엔진용 등
터보차저는 두 가지 유형의 터빈 중 하나를 장착할 수 있습니다.
• 방사형(반경형, 구심형) - 배기 가스의 흐름이 터빈 임펠러 주변으로 공급되고, 중심으로 이동하여 축 방향으로 배출됩니다.
• 축 방향 - 배기 가스의 흐름은 터빈 임펠러의 축(중앙)을 따라 공급되고 주변에서 배출됩니다.
오늘날 두 가지 방식이 모두 사용되지만 소형 엔진에서는 방사형 축 터빈이 있는 터보차저를 종종 찾을 수 있으며 강력한 동력 장치에서는 축 터빈이 선호됩니다(규칙은 아니지만).터빈 유형에 관계없이 모든 터보차저에는 원심 압축기가 장착되어 있습니다. 이 압축기에서 공기는 임펠러 중앙으로 공급되고 주변에서 제거됩니다.
최신 터보차저는 다양한 기능을 가질 수 있습니다.
• 이중 흡입구 - 터빈에는 두 개의 입력이 있으며 각 입력은 하나의 실린더 그룹에서 배기 가스를 받습니다. 이 솔루션은 시스템의 압력 강하를 줄이고 부스트 안정성을 향상시킵니다.
• 가변 형상 - 터빈에는 이동식 블레이드 또는 슬라이딩 링이 있어 이를 통해 임펠러로 향하는 배기 가스의 흐름을 변경할 수 있으며 이를 통해 엔진 작동 모드에 따라 터보차저의 특성을 변경할 수 있습니다.
마지막으로 터보차저는 기본 성능 특성과 기능이 다릅니다.이 장치의 주요 특성 중 강조해야 할 사항은 다음과 같습니다.
• 압력 증가 정도 - 입구 공기 압력에 대한 압축기 출구 공기 압력의 비율은 1.5-3 범위에 있습니다.
• 압축기 공급(압축기를 통과하는 공기 흐름) - 단위 시간(초)당 압축기를 통과하는 공기의 질량은 0.5-2kg/s 범위에 있습니다.
• 작동 속도 범위는 초당 수백 회전(강력한 디젤 기관차, 산업용 및 기타 디젤 엔진의 경우)부터 수만 회전(현대 강제 엔진의 경우)까지입니다. 최대 속도는 터빈 및 압축기 임펠러의 강도에 따라 제한됩니다. 원심력으로 인해 회전 속도가 너무 높으면 바퀴가 무너질 수 있습니다.최신 터보차저에서는 바퀴의 주변 지점이 500-600m/s 이상의 속도, 즉 음속보다 1.5-2배 빠른 속도로 회전할 수 있으며 이로 인해 터빈의 특징적인 휘파람 소리가 발생합니다.
• 터빈 입구에서 배기 가스의 작동/최대 온도는 650-700 ° C 범위에 있으며 어떤 경우에는 1000 ° C에 도달합니다.
• 터빈/압축기의 효율은 일반적으로 0.7-0.8이며, 한 장치에서 터빈의 효율은 일반적으로 압축기의 효율보다 낮습니다.
또한 장치의 크기, 설치 유형, 보조 구성 요소 사용 필요성 등이 다릅니다.
터보차저 디자인
일반적으로 터보차저는 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.
1. 터빈;
2. 압축기;
3. 베어링 하우징(중앙 하우징).
내연 기관 총 공기 가압 시스템의 일반적인 다이어그램
터빈은 배기 가스의 운동 에너지를 기계적 에너지(휠의 토크)로 변환하여 압축기의 작동을 보장하는 장치입니다.압축기는 공기를 펌핑하는 장치입니다.베어링 하우징은 두 장치를 단일 구조로 연결하고 그 안에 위치한 로터 샤프트는 터빈 휠에서 압축기 휠로 토크 전달을 보장합니다.
터보차저 섹션
터빈과 압축기는 비슷한 디자인을 가지고 있습니다.이러한 각 장치의 기본은 달팽이관이며, 주변 및 중앙 부분에는 가압 시스템에 연결하기 위한 파이프가 있습니다.압축기에서 흡입 파이프는 항상 중앙에 있고 배기(배출) 파이프는 주변에 있습니다.축 터빈, 방사형 축 터빈의 경우 동일한 파이프 배열에서 파이프 위치는 반대입니다 (주변-흡기, 중앙-배기).
케이스 내부에는 특별한 모양의 블레이드가 달린 휠이 있습니다.두 바퀴(터빈과 압축기)는 베어링 하우징을 통과하는 공통 샤프트에 의해 고정됩니다.휠은 고체 주조 또는 복합재이며, 터빈 휠 블레이드의 모양은 배기 가스 에너지의 가장 효율적인 사용을 보장하고, 압축기 휠 블레이드의 모양은 최대 원심 효과를 제공합니다.현대의 고급 터빈은 무게가 가볍고 성능이 더 좋은 세라믹 블레이드가 있는 복합 휠을 사용할 수 있습니다.자동차 엔진의 터보차저 바퀴 크기는 50-180mm이고, 강력한 기관차, 산업용 및 기타 디젤 엔진은 220-500mm 이상입니다.
두 하우징 모두 씰을 통한 볼트로 베어링 하우징에 장착됩니다.일반 베어링(특수 설계의 구름 베어링은 드물게 사용됨)과 O-링이 여기에 있습니다.또한 중앙 하우징에는 베어링과 샤프트를 윤활하기 위한 오일 채널이 있고 일부 터보차저와 수냉식 재킷의 캐비티에도 있습니다.설치 중에 장치는 엔진 윤활 및 냉각 시스템에 연결됩니다.
배기 가스 재순환 시스템의 부품, 오일 밸브, 부품의 윤활 개선 요소 및 냉각, 제어 밸브 등을 포함하여 터보차저 설계에 다양한 보조 구성 요소를 제공할 수도 있습니다.
터보차저 부품은 특수강으로 제작되며, 터빈 휠에는 내열강이 사용됩니다.재료는 열팽창 계수에 따라 신중하게 선택되므로 다양한 작동 모드에서 설계의 신뢰성이 보장됩니다.
터보차저는 흡기 및 배기 매니폴드를 포함하는 공기 가압 시스템과 인터쿨러(충전 공기 냉각 라디에이터), 다양한 밸브, 센서, 댐퍼 및 파이프라인과 같은 보다 복잡한 시스템에 포함되어 있습니다.
터보차저의 작동 원리
터보차저의 기능은 간단한 원리로 귀결됩니다.장치의 터빈은 엔진의 배기 시스템, 압축기로 흡입관으로 도입됩니다.엔진이 작동하는 동안 배기 가스는 터빈으로 들어가 휠 블레이드에 부딪혀 운동 에너지의 일부를 제공하고 회전하게 됩니다.터빈의 토크는 샤프트를 통해 압축기 휠로 직접 전달됩니다.회전하면 압축기 휠이 주변으로 공기를 분사하여 압력을 증가시킵니다. 이 공기는 흡기 매니 폴드에 공급됩니다.
단일 터보차저에는 여러 가지 단점이 있으며, 그 중 가장 큰 단점은 터보 지연 또는 터보 피트입니다.장치의 바퀴에는 질량과 약간의 관성이 있으므로 동력 장치의 속도가 증가해도 즉시 회전할 수 없습니다.따라서 가속 페달을 세게 밟으면 터보차저 엔진이 즉시 가속되지 않습니다. 잠시 멈추고 정전이 발생합니다.이 문제에 대한 해결책은 특수 터빈 제어 시스템, 가변 형상의 터보차저, 직렬 병렬 및 2단계 가압 시스템 등입니다.
터보차저의 작동 원리
터보차저의 유지보수 및 수리 문제
터보차저는 최소한의 유지 관리만 필요합니다.가장 중요한 것은 엔진 오일과 오일 필터를 제때 교체하는 것입니다.엔진이 한동안 오래된 오일로 작동할 수 있다면 터보차저에 치명적일 수 있습니다. 고부하에서 윤활유 품질이 약간 저하되어도 장치가 막히고 파손될 수 있습니다.또한 분해가 필요한 탄소 침전물로부터 터빈 부품을 주기적으로 청소하는 것이 좋지만 이 작업은 특수 도구 및 장비를 사용해서만 수행해야 합니다.
결함이 있는 터보차저는 대부분의 경우 수리하는 것보다 교체하는 것이 더 쉽습니다.교체하려면 이전에 엔진에 설치된 것과 동일한 유형 및 모델의 장치를 사용해야 합니다.다른 특성의 터보차저를 설치하면 동력 장치의 작동이 중단될 수 있습니다.전문가에게 장치의 선택, 설치 및 조정을 신뢰하는 것이 좋습니다. 이는 올바른 작업 실행과 엔진의 정상적인 작동을 보장합니다.터보차저를 올바르게 교체하면 엔진이 높은 출력을 되찾고 가장 어려운 작업을 해결할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 8월 21일