Работа на турбокомпресора

работа на турбокомпресора

Как работи турбокомпресора

Благодарение на своята работа сгъстяват нужния за горивната дейност на двигателя въздух, като по този начин предоставят по-голяма пропускливост на въздух. Така повишават мощността, коефициента на полезно действие и въртящия момент на двигателя. Работа на турбокомпресора. Турбокомпресорът улавя изгорелите газове и използва тяхната енергия за задвижване. За да се използва пълноценно потока на изгорелите газове, се поставя турбинното колело. Което пък от своя страна задвижва с помощта на вал, друго колело за сгъстяване на въздуха, който се сгъстява до 1,5 бара. Силно нагретия въздух се охлажда посредством охладител и едва след това преминава към горивната камера. Преди години, турбокомпресорите бяха използвани най-вече за повишаване мощността на двигателите, докато в наши дни те се прилагат за пестене на енергия. Опазване на околната среда като се намалят вредните емисии и удобството от бързото потегляне.

Къде се използват турбокомпресорите с променлива геометрия

Днес, особено при дизеловите двигатели се използват турбокомпресори с променлива геометрия. Или иначе казано геометрията на задвижващата турбина се изменя в зависимост от натоварването на самия двигател. Тук няма такова нещо като перфектен изобретение. Винаги можем да направим нещо по-добро, по-евтино, по-ефективно, или по- щадящи околната среда. Вземете двигателя с вътрешно горене. Може да си помислите, че е забележително, че една машина, задвижвана от течност. Може да ви изхвърли на магистралата или да ви ускори през небето много пъти по-бързо, отколкото бихте могли да пътувате. Но винаги е възможно да се изгради двигател, който ще върви по-бързо, по-нататък или ще използва по-малко гориво. Един от начините за подобряване на двигателя е да се използва турбокомпресор са двойка вентилатори. Които вземат отработените газове от двигателя и го превръщат в кинетична енергия.

Работа на турбокомпресора

Случвало ли ви се е да наблюдавате как автомобилите минават покрай вас със задушливи газове, изтичащи от ауспуха ? Очевидно е, че изгорелите газове причиняват замърсяване на въздуха, но е много по-малко очевидно, че те губят енергия в същото време. Изпускателната тръба е смес от горещи газове, изпомпващи се със скорост и цялата енергия. Която тя съдържа, топлината и движението като кинетична енергия, която изчезва безполезно в атмосферата. Няма ли да бъде чист, ако двигателят можеше да впрегне някаква загуба на енергия, за да направи колата по-бърза ? Точно това прави един турбокомпресор. Автомобилните двигатели правят енергия чрез изгаряне на гориво в здрави метални кутии, наречени цилиндри. Въздухът навлиза във всеки цилиндър, смесва се с гориво и изгаря, за да направи малка експлозия, която избутва бутало, обръщайки валовете и зъбните колела, които въртят колелата на колата. Когато буталото натисне обратно, той изпомпва отпадъчния въздух и горивната смес от цилиндъра като изпускателна тръба.

Как работи един турбокомпресор ?

Количеството мощност, която автомобилът може да произвежда, е пряко свързано с това колко бързо изгаря горивото. Колкото повече цилиндри имате и колкото по-големи са, толкова повече гориво автомобилът може да изгори всяка секунда и (поне теоретично) колкото по-бързо може да отиде. Един от начините да направите кола по-бързо е да добавите още цилиндри. Ето защо супер-бързите спортни автомобили обикновено имат осем и дванадесет цилиндъра вместо четири или шест цилиндъра в конвенционален семеен автомобил. Друг вариант е да се използва турбокомпресор, който принуждава повече въздух към цилиндрите всяка секунда, така че да могат да изгарят горивото с по-висока скорост. Турбокомпресорът е прост, сравнително евтин, допълнителен комплект, който може да получи повече енергия от същия двигател ! Ако знаете как работи реактивен двигател, вие сте на половината път, за да разберете турбокомпресора на автомобила.

Работа на турбокомпресора

Двигателя засмуква студен въздух отпред, притиска го в камерата, където гори с горивото, а след това издухва горещият въздух отзад. Тъй като горещият въздух тръгва, той се разхожда покрай турбината, която задвижва компресора отпред на двигателя. Това е частта, която избутва въздуха в двигателя, за да направи горивото да гори добре. Турбокомпресорът на автомобил прилага много подобен принцип към буталния двигател. Той използва отработените газове за задвижване на турбина. Това завърта въздушен компресор, който избутва допълнителен въздух и кислород в цилиндрите, което им позволява да изгарят повече гориво всяка секунда. Ето защо турбокомпресорът може да произвежда повече мощност, което по друг начин може да се каже „повече енергия в секунда“. Компресор или „механично задвижван компресор“, е много подобен на турбокомпресор, но вместо да бъде задвижван от изгорели газове с помощта на турбина. Той се захранва от въртящия се колянов вал на автомобила.

Как работи турбокомпресорът на практика ?

Това обикновено е недостатък: когато турбокомпресорът се захранва от отпадъчна енергия в изпускателната система, компресорът всъщност открадва енергия от собствения източник на енергия на колата (коляновия вал), който като цяло не е полезен. Турбокомпресорът всъщност е два малки въздушни вентилатора (наричани още импелери или газови помпи), които седят на един и същ метален вал, така че и двете се въртят заедно. Един от тези вентилатори, наречен турбина , се намира в изпускателния поток от цилиндрите. Тъй като цилиндрите издухват горещ газ покрай вентилационните лопатки, те се въртят и валът, към който са свързани (също така се нарича централно въртящо устройство на главината или CHRA), също се върти. Вторият вентилатор се нарича компресор и тъй като се намира на същата ос като турбината, той също се върти. Той е монтиран във всмукателния отвор на колата, така че, докато се върти, той вкарва въздух в колата и го принуждава в цилиндрите.

Как работи турбокомпресора

Основната идея е, че изпускателната система задвижва турбината (червения вентилатор), която е пряко свързана с (и захранва) компресора (синия вентилатор), който вкарва въздух в двигателя. За простота показваме само един цилиндър. Ето тогава, накратко, как работи цялото нещо. Охладеният въздух постъпва във входящия отвор на двигателя и се насочва към компресора. Вентилаторът на компресора помага да всмуква въздуха. Компресорът изстисква и нагрява входящия въздух и го издухва отново. Горещият, компресиран въздух от компресора преминава през топлообменника, който го охлажда. Охладеният сгъстен въздух постъпва във всмуквания въздух на цилиндъра. Допълнителният кислород помага за по-бързото изгаряне на горивото в цилиндъра. Тъй като цилиндърът изгаря повече гориво, той произвежда енергия по-бързо и може да изпрати повече мощност на колелата чрез буталото, валовете и предавките.

От къде излизат отпадъчните газове

Отпадъчните газове от цилиндъра излизат през изпускателния отвор. Горещите изгорели газове, които минават покрай вентилатора на турбината, го карат да се върти с висока скорост. Въртящата се турбина е монтирана на същия вал като компресора (показан тук като бледо оранжева линия). Тъй като турбината се върти, компресорът също се върти. Отработеният газ излиза от колата, изразходвайки по-малко енергия, отколкото в противен случай. На практика компонентите могат да бъдат свързани нещо подобно. Турбината (червена, дясна) отвежда отработения въздух през входа си, задвижвайки компресора (синьо, ляво), който поема чист външен въздух и го изпомпва в двигателя. Този конкретен дизайн включва електрическа охладителна система (зелена) между турбината и компресора.

Откъде идва допълнителната мощност?

Турбокомпресорите придават на автомобила по-голяма мощност, но тази допълнителна мощност не идва директно от отпадъчните газове – и това понякога обърква хората. С турбокомпресор, ние впрягаме част от енергията в отработените газове, за да задвижваме компресора, което позволява на двигателя да изгаря повече гориво всяка секунда. Това допълнително гориво е мястото, от което идва допълнителната мощност на колата. Всичко, което правят отработените газове, е задвижването на турбокомпресора и, тъй като турбокомпресорът не е свързан с коляновия вал или колелата на колата, той не се добавя директно към мощността на автомобила по никакъв начин. Това просто позволява на един и същ двигател да изгаря горивото с по-висока скорост, което го прави по-мощен.

Колко допълнителна мощност можете да получите ?

Ако турбокомпресорът даде на двигателя повече мощност, по-голям, по-добър турбокомпресор ще му даде още по-голяма мощност. На теория можете да продължите да подобрявате турбокомпресора, за да направите двигателя си по-мощен, но в крайна сметка ще достигнете лимит. Цилиндрите са толкова големи и има толкова много гориво, че могат да горят. Има само толкова много въздух, който може да влезе в тях през отвор с определен размер и само толкова много изгорели газове, които можете да изхвърлите, което ограничава енергията, която можете да използвате, за да задвижите турбокомпресора. С други думи, има и други ограничаващи фактори, които трябва да се вземат под внимание, както и; не можете просто да зареждате своя път към безкрайност ! Можете да използвате турбокомпресори както с бензинови, така и с дизелови двигатели и с повече или по-малко превозни средства (кола, камион, кораб или автобус).

Предимства и недостатъци на турбокомпресорите

Основното предимство на използването на турбокомпресор е, че получавате повече изходна мощност за същия размер на двигателя (всеки отделен ход на буталото, във всеки един цилиндър, генерира по-голяма мощност, отколкото би могъл да направи). Но повече енергия означава повече енергия за секунда и законът за запазване на енергиятаказва, че трябва да влагате повече енергия, така че трябва да изгорите съответно повече гориво. На теория, това означава, че двигателят с турбокомпресор не е по-икономичен от гориво, отколкото един без. На практика обаче, двигател с турбокомпресор е много по-малък и по-лек от двигател, който произвежда същата мощност без турбокомпресор, така че автомобилът с турбокомпресор може да даде по-добра икономия на гориво в това отношение. Производителите често могат да се измъкнат с монтирането на много по-малък двигател на същия автомобил (като V6 вместо турбокомпресор V8 или четирицилиндров двигател с турбокомпресор, вместо V6).

Работа на турбокомпресора

И това е мястото, където автомобилите с турбокомпресор имат предимство: работят добре, могат да спестят до 10% от горивото. Тъй като изгарят гориво с повече кислород, те са склонни да го изгарят по-задълбочено и чисто, произвеждайки по-малкозамърсяване на въздуха. Повече мощност за същия размер на двигателя звучи чудесно, така че защо всички двигатели не са с турбокомпресор? Една от причините е, че обещаните от ранните турбокомпресори обезщетения за икономия на гориво не винаги се оказват толкова впечатляващи, тъй като производителите (които искат да се възползват от всякакво предимство пред своите конкуренти) обичат да претендират. Надеждността често е и проблем: турбокомпресорите добавят още един слой механична сложност към обикновен двигател – накратко, има още няколко неща, които трябва да се объркат. Това може да направи поддръжката на турбото значително по-скъпа.

Кой е изобретил турбокомпресора ?

По дефиниция, турбокомпресорът цели да постигне повече от една и съща основна конструкция на двигателя. А много от компонентите на двигателя трябва да страдат от по-високи налягания и температури, което може да доведе до по-бързо отпадане на части. На кого да благодарим за турбокомпресорите ? Алфред Дж. Бючи (1879–1959), автомобилен инженер, нает от компанията Gebrüder Sulzer Engine в Винтертур, Швейцария. По подобие на турбокомпресора, неговият оригинален дизайн използваше турбинен вал. Задвижван от отработените газове, за захранване на компресор, който принуди повече въздух в цилиндрите на двигателя. Той първоначално е разработил турбокомпресора в годините преди Първата световна война и е патентован в Германия през 1905 г. Но продължава да работи по подобрени дизайни до смъртта му четири десетилетия по-късно. Бючи ​​обаче не беше единствената важна фигура в историята. Няколко години по-рано, сър Дугалд Кларк (1854–1932), шотландски изобретател на двутактовия двигател. Експериментирал с отделянето на компресионните и разширяващите фази на вътрешното горене с помощта на два отделни цилиндъра.