Предмети:
- операция
- Турбо изоставане
- Двойно турбо
- Три-турбо
- Twin Scroll Turbo
- Турбо с променлива геометрия
- Изхвърлящ клапан
- Wastgate
- Интеркулера
- Характеристика на компресора (пренапрежение и дросел)
- Комбинация турбо и компресор
- Електронно турбо
Операция:
Отработените газове, излизащи от цилиндрите, се подават от изпускателния колектор към турбото. Налягането на отработените газове кара турбинното колело да се върти (червените газове). След това отработените газове напускат турбото през същото турбинно колело към изпускателната система. Колелото на компресора се задвижва с помощта на вал (сините газове). Колелото на компресора засмуква въздух отстрани (където е показан въздушният филтър) и го подава под налягане (чрез синята стрелка) през турбо маркуча към интеркулер. Интеркулерът охлажда сгъстения въздух (двигателят работи по-добре с по-хладен въздух). След това въздухът влиза във всмукателния колектор.
При използване на турбо, повече въздух навлиза в цилиндрите по време на всмукателния ход, отколкото при двигател с естествено пълнене, който се засмуква само защото буталото се движи надолу. Като подадете повече въздух към цилиндрите по този начин и добавите повече гориво, ще бъде налична по-висока мощност.
Турбо налягането се измерва от сензор за налягане на заряда. Налягането на усилване се регулира въз основа на сигнала, който този сензор изпраща към ECU.
Турбото се монтира възможно най-близо след изпускателния колектор. Понякога колекторът и турбото са проектирани като едно цяло. Турбото трябва да се монтира възможно най-близо до цилиндровата глава, защото скоростта на изгорелите газове намалява възможно най-малко и се губи възможно най-малко налягане.
Турбо забавяне:
По-старите турбо двигатели често страдат от прословутия турбо лаг. Турбото работи на изгорелите газове от двигателя. Ако педалът на газта се натисне до долу наведнъж, двигателят има нужда от много въздух на ниски обороти, но в този момент турбото все пак трябва да тръгне от изгорелите газове, които се отделят. Турбото все още не осигурява достатъчно налягане. Само когато двигателят достигне по-високи обороти, турбото тръгва правилно. Това обикновено се случва около 2000 оборота и се забелязва, защото колата ускорява по-силно.
Това турбо забавяне се разглежда като основен недостатък. В резултат на това много хора са в полза на един механичен компресор. Това работи постоянно, тъй като се задвижва директно от коляновия вал и следователно винаги със същата скорост, с която се върти двигателят. Компресор незабавно ще осигури налягане от празен ход, когато ускорите. Турбокомпресорите, които се вграждат в автомобилите днес, са по-малко засегнати от това, отчасти благодарение на променливото турбо.
Двойно турбо:
Добавката "twin-turbo" показва наличието на две турбини. Тези 2 турбина могат да бъдат разположени едно до друго на 1 ред цилиндри или 1 турбо на ред цилиндри. Това дава на водача предимството на по-голям въртящ момент при ниски скорости, по-добро представяне във високия скоростен диапазон и по-плавен характер на двигателя. При ниски скорости въздухът се подава към двигателя от малко турбо, а при по-високи скорости по-голямото турбо става функционално. По-голямото турбо има по-голямо турбо забавяне, защото се нуждае от повече въздух, за да тръгне, но това се компенсира от малкото турбо.
Четирите изображения по-долу описват ситуациите, в които работят и двете турбина, или когато работи само едно от двете. Четирите кръга са цилиндрите, червените и сините части са изгорелите газове и входящия въздух. Интеркулерът е маркиран с “IC”.
Ниска скорост на двигателя и ниско натоварване на двигателя:
При скорости под 1800rpm има малък обемен поток на отработените газове. Малкият обем прави възможно използването на малкото турбо. Клапанът между изпускателния колектор и голямото турбо е затворен. Следователно отработените газове се прехвърлят само от малкото към голямото турбо. Голямото турбо вече се набира обороти. Това е последователно свързване, защото се използват и двете турбина.
Средни обороти на двигателя и умерено натоварване:
Между 1800 и 3000rpm се отваря клапанът между изпускателния колектор и голямото турбо. В момента и двете турбини се задвижват директно от изгорелите газове от двигателя. Това също е последователно свързване, защото се използват и двете турбини.
Високи обороти на двигателя и високо натоварване:
Над 3000rpm обемният поток на отработените газове става твърде голям за малкото турбо. Турбото е изключено, за да не се пресича т.нар. Изпускателният клапан на малкото турбо се отваря, така че всички отработени газове, които се подават към турбото, се насочват покрай турбото. След това отработените газове не достигат колелото на компресора.
Голямото турбо е изцяло захранено с изгорели газове. Клапанът остава отворен, така че голямото турбо може да достигне висока скорост и по този начин да премести много всмукан въздух към всмукателния колектор.
Три-турбо:
В днешно време се правят и „три-турбо“ двигатели. На тези двигатели са монтирани три турбини, така че да може да се постигне максимално ниво на пълнене във всеки скоростен диапазон. BMW използва технологията tri-turbo, наред с други, M550d. Двете малки турбини използват променлива геометрия, така че са подходящи както за ниски, така и за високи скорости. В зависимост от скоростта, турбото се регулира за по-добра реакция. Голямото турбо използва утечка.
По-долу са описани две ситуации, които показват кое турбо по кое време работи.
Ниска скорост на двигателя и ниско натоварване:
Кара се само едното от двете малки турбини. Поради размера на турбото, той се навива бързо. Малкото турбо предава отработените газове към голямото турбо. Това вече ще стартира голямото турбо.
Средни и високи обороти и натоварване на двигателя:
Задвижват се и двете малки турбини. Двете малки турбина задвижват голямото турбо. Това постига максимално налягане на форсиране при всички средни и високи скорости.
Twin Scroll Turbo:
Когато множество изгорели газове се съберат в изпускателния колектор, могат да възникнат проблеми с интерференцията; вълните на налягане се пречат една на друга. При Twin-scroll turbo изгорелите газове се отделят един от друг и се насочват към турбото в два канала. Изгорелите газове от цилиндри 1 и 2 не се събират във всмукателния колектор, а удрят турбинното колело независимо един от друг. Прилагането на Twin-scroll turbo води до по-бърза реакция на газта и по-висока ефективност. Изображението по-долу показва, че изгорелите газове от цилиндри 1 и 4 се събират, а тези от 2 и 3 се събират.
При конвенционалното турбо изгорелите газове влизат в контакт един с друг в изпускателния колектор. Ние наричаме това „намеса“. Изображението по-долу показва импулсите на налягането, създадени в изпускателния колектор на един цилиндър.
Тъй като имаме работа с припокриване на клапаните (всмукателният и изпускателният клапан са отворени по време на смяната от такт на изпускане към такт на всмукване), също се създава отрицателно налягане (по-ниско от атмосферното). С припокриването на клапаните изгорелите газове помагат за извличането на свеж въздух в горивната камера и изгонването на останалите отработени газове. Това снабдява горивния гребен с повече кислород, така че обемната ефективност се увеличава.
Когато погледнем наляганията в изпускателния колектор на четирицилиндров двигател, виждаме много смущения. Всеки положителен импулс става по-малко висок поради отрицателното налягане поради припокриването на клапана. Това е недостатък на турбо забавянето (време за реакция при набиране на скоростта)
Използването на twin-scroll turbo подобрява времето за реакция, тъй като изгорелите газове от цилиндри 1+4 и 2+3 са разделени. Импулсите са много по-силни, защото не се влияят от отрицателни импулси в този момент. Следователно производителят може също така да увеличи времето, през което се получава припокриване на клапаните, за да постигне още по-висока обемна ефективност.
Турбо с променлива геометрия:
Турбо с wastegate страда от turbo lag; Само когато двигателят завърти определен брой обороти, турбото се захранва с достатъчно изгорели газове, за да влезе в действие. Турбо с променлива геометрия няма wastegate, но има регулируеми лопатки в изпускателния канал. Тези остриета могат да се регулират чрез завъртане на регулиращ пръстен. Този регулиращ пръстен се върти с помощта на вакуум. Необходимото количество вакуум се осигурява от електромагнитен клапан (магнитен клапан) въз основа на натоварването на двигателя и оборотите на двигателя, който се управлява от ECU.
Чрез регулиране на лопатките въздушният поток може да се насочва. Поради промяна във въздушния поток, турбото вече може да работи с по-висока скорост при ниски обороти на двигателя, включително по-ниско налягане на отработените газове. Позицията на лопатките ограничава количеството изгорели газове, които могат да потекат. За да могат да се движат при по-високи скорости, ножовете ще се регулират навътре при по-високи обороти на двигателя. Високо налягане на пълнене може да се постигне както при ниски, така и при високи скорости. Това гарантира, че турбото функционира оптимално в широк диапазон на скоростта, тъй като двигателят ще получи същото налягане при ниска скорост, както и при по-висока скорост.
Изпускателен клапан:
Клапанът за изхвърляне се нарича още „клапан за продухване“. Изпускателният клапан е монтиран на турбо маркуч, където въздухът се подава от турбото към всмукателната страна на двигателя. При ускорение турбото на лекия автомобил може да достигне 200.000 XNUMX оборота в минута. При тази скорост се достига максималното налягане на зареждане. Когато педалът на газта бъде освободен наведнъж, има изобилие от въздушно налягане от страната на всмукателната система на двигателя, но дроселната клапа е затворена.
Без изпускателен клапан се създава обратно налягане към турбото, което кара подавания въздух за зареждане бързо да намали скоростта на турбото. Когато ускорите отново, отнема много време на турбото да се върне към скоростта. Изпускателният клапан предотвратява това. Когато газът се освободи, той ще издуха определено количество подаден въздух. След това излишният въздух е изчезнал от всмукателната система. Турбо лопатките не се забавят и следователно ще стартират по-бързо, когато газта се ускори отново. Изпускателният клапан се затваря незабавно, след като подаденият въздух бъде издухан. Противно на това, което много хора мислят, изпускателният клапан не осигурява повече мощност.
Изпускателният клапан предизвиква типичния звук при изпускане на газта по време на ускорение в кола с турбо.
Wastegate:
Wastegate е монтиран на всяко турбо без променливи перки. Wastegate гарантира, че налягането в корпуса на турбината (т.е. от страната на изгорелите газове) не става твърде голямо. Когато турбото работи и налягането се натрупа, изпускателният клапан е затворен. Целият въздух, който напуска цилиндрите по време на изпускателния такт, всъщност се използва за задвижване на турбинното колело. Така се достига максималното налягане на пълнене.
При работа на празен ход обаче не е необходимо усилващо налягане. В този момент вратата се отваря. Част от отработените газове се отклоняват към отработените газове; може да тече директно към ауспуха. Wastegate е основно клапан между изпускателния колектор и изпускателната тръба на двигателя; целият въздух, който тече през wastegate не минава през турбото. Така че по принцип наличната енергия не се използва. Името на wastegate следователно също може да бъде обяснено; „Отпадък“ е английски за „загуба“.
Wastegate също се отваря при достигане на определена скорост; При ускоряване турбото трябва да ускорява бързо, но когато турбината, включително колелото на компресора, достигнат определена скорост, тази скорост трябва да се поддържа постоянна. Чрез отваряне на wastegate при тази скорост, излишъкът от отработените газове може да бъде отведен директно към изпускателната тръба. Скоростта на турбото може да се контролира чрез регулиране на ъгъла на отваряне на wastegate. ECU регулира въз основа на данните от сензор за налягане на заряда степента, до която се контролира wastegate.
интеркулер:
Температурата на сгъстения въздух може да стане много висока (повече от 60 градуса по Целзий). За по-добро изгаряне въздухът трябва да се охлади. Интеркулерът се грижи за това. Интеркулерът е отделна част и затова е описан подробно на друга страница; виж страницата интеркулер.
Характеристика на компресора (пренапрежение и дросел)
При проектирането на двигател трябва да се вземе предвид размерът на турбото. Напасването на размера на турбото към двигателя се нарича „напасване“. Ако турбото е твърде голямо, ще се получи голям „турбо празнина“. Турбото ще стартира по-бързо, защото корпусът на турбината е твърде голям за ниското количество отработени газове. Само при по-високи скорости турбото ще бъде на ниво и ще може да осигури високо налягане. Ако турбото е твърде малко, турбо лагът почти няма да съществува. Турбинното колело бързо ще стартира с малко количество отработен газ. Високо турбо налягане се постига вече при ниски обороти. Недостатъкът е, че при по-високи скорости количеството изгорели газове е твърде голямо за това малко турбо. Има повече изгорели газове, отколкото могат да се поберат в турбото; в този случай wastegate трябва да се отвори по-рано и да отклони много изгорели газове. Waste е превод за „загуба“, което се прилага и тук; изгорелите газове, преминаващи през wastegate не са допринесли за задвижването на турбото.
Следователно размерът на турбото е много важен за дизайна на двигателя. На всяко турбокомпресор е дадена характеристика на компресора по време на проектирането. Характеристиката на компресора може да се използва, за да се определи дали е подходящ за определен двигател. Изображението по-долу показва примерна характеристика на компресора.
Съотношението на налягането P2/P1 (по оста Y) е съотношението между входа (P1) и изхода на турбото (P2). Налягането след турбинното колело винаги е по-ниско от преди. Коефициентът на (безразмерно) налягане от 2,0 означава, че налягането преди турбинното колело е два пъти по-високо, отколкото след турбинното колело. Факторът на обемния поток (по оста X) е количеството въздух, което протича през турбото. Извитите хоризонтални линии показват скоростта на турбо вала.
Фигурата показва, че червената линия е линията на вълната, а синята линия е линията на дросела. Surgeline, наричана още граница на помпата, е границата, при която скоростта на колелото на компресора е твърде ниска. Surgeline е ограничението на въздушния поток поради твърде малко колело на компресора. Коефициентът на налягане е твърде висок и обемният поток е твърде нисък. Въздухът вече не се засмуква от компресора, така че той спира и по-късно възобновява скоростта си. Този нестабилен въздушен поток причинява колебания в налягането и пулсации във всмукателния тракт. Пулсирането се нарича още "нагнетане" на компресора. Оттук и името „surgeline“. Въздухът, който тече напред-назад, причинява големи сили, които могат да претоварят турбото. Лопатките на колелото на компресора могат да се счупят и лагерите да се претоварят.
Дроселът е друго ограничение, което компресорът не трябва да превишава. Тук максималният обемен поток възниква при ниско съотношение на налягането. Диаметърът на корпуса на компресора определя максималния обемен поток. Когато дроселът е превишен, колелото на компресора е твърде малко, за да се справи с (по-големия) обемен поток. В резултат на това се губи голяма част от мощността на двигателя. Дроселът се нарича още „дросел на превъртане“.
Фигурата показва характеристиката на компресора с двигател при частично натоварване. Двигателят трябва да има най-нисък разход на гориво при частично натоварване. Най-нисък специфичен разход на гориво се постига с най-малкия остров. Уейстгейтът регулира налягането, така че да минава направо през средния остров. Първоначално wastegate е затворен, така че налягането на турбото да се увеличи. Системата за управление на двигателя отваря wastegate, както е показано със зелената линия на изображението. Оборотите на турбо вала са между 8000 и 9000 оборота в минута.
При шофиране в планината има по-голяма географска надморска височина; там въздухът е по-разреден. Това се отразява на работата на турбото, тъй като разреденият въздух съдържа по-малко кислород, което води до спадане на налягането в компресора. Съотношението на налягането, включително скоростта на компресора, трябва да се увеличи, за да се достигне крайното налягане на пълнене. Тази ситуация може да се види на фигурата.
Зелената линия показва ситуацията на частично натоварване при шофиране на морско равнище, а оранжевата линия при шофиране в планината. Поради по-тънкия въздух, скоростта на компресора ще се увеличи до 100000 XNUMX оборота в минута.
По-високата скорост на компресора също ще повиши температурата на входящия въздух, подаван към двигателя. Следователно междинният охладител ще трябва да разсейва повече топлина. Сега разликата може да се види и в разхода на гориво; В планината разходът на гориво ще се увеличи поради по-високото съотношение на налягане P2/P1 и по-високата турбо скорост.
Комбинация от турбо и компресор:
В днешно време производителите на автомобили все повече избират да оборудват двигателя с турбо и компресор. Турбото често е с по-голям размер и е оборудвано с изпускателна клапа. Компресорът служи за предотвратяване на турбо лаг; При ниски обороти на двигателя компресорът осигурява налягането на усилване и стартира турбото. При по-високи скорости турбото поема.
Сгъстеният въздух преминава през компресора или байпасния клапан към турбото и през турбото през междинния охладител към всмукателния колектор.
Щракнете тук за повече информация относно компресора Roots.
Електронно турбо:
Конвенционалното турбо страда от турбо забавяне при ниски скорости, тъй като отработените газове са необходими за задвижване на турбинното колело. Компресорът не страда от това и осигурява налягане за зареждане от оборотите на празен ход. Комбинацията от двете изглежда идеална. Механичният компресор на Roots обаче трябва да се задвижва от коляновия вал. При този процес се губи енергия. Поради това производителите на автомобили експериментират с множество турбонагнетатели с изгорели газове или електрически турбонагнетатели, за да предотвратят забавянето на турбото на турбото на изгорелите газове.
Електрическото турбо се управлява от блока за управление на двигателя. Само за 250 милисекунди колелото на компресора достига скорост от не по-малко от 70.000 XNUMX оборота в минута. Електрическият мотор в турбото задвижва колелото на компресора. Колелото на компресора премества входящия въздух под налягане към колелото на компресора на турбото на отработените газове. Колелото на компресора се върти много бързо, когато електрическият мотор wordt контролирани.
С помощта на електрическото турбо, двигателят има по-бърза реакция.При по-високи скорости, където турбото на изгорелите газове е в състояние да достави пълното налягане на усилване, електронното турбо се изключва.
