Устройство турбокомпрессора

Турбокомпрессор (турбина)– это оборотный механизм, состоящая из турбины и компрессора, установленных на общем вале. Он используется для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания или парового котла. Само устройство турбокомпрессора – это отлаженная машина для четкого выполнения этих функций.

Принцип действия турбины

Турбина наполняется выхлопными газами из двигателя, а сжатый воздух при помощи компрессора запускает двигатель. В цилиндр поступает большое количество воздуха, благодаря чему повышается мощность двигателя, а увеличение степени сжатия улучшает его эффективность.

Устройство турбокомпрессора похоже на строение газовой турбины, но в нем нет камеры сгорания. Роль газогенератора в этом случае выполняет двигатель внутреннего сгорания.

Что такое турбонаддув?

Принцип турбонаддува был запатентован приблизительно в 1905 году швейцарцем др. Альфредом Бучи. С 1938 года он начал использоваться в грузовых автомобилях, а с 1973 года – в легковых.

Турбокомпрессор состоит из турбины, то есть из так называемой «горячей части» (на фото с левой стороны красным цветом) и компрессора, так называемой «холодной части» (на фото с правой стороны синим цветом), роторы которых жестко соединены общим валом. Турбина, которая приводится в действие выхлопными газами из двигателя, запускает ротор компрессора, сжимающий воздух перед его попаданием в двигатель (элемент, который генерирует наддув).

Эффект уменьшения мощности при резком увеличении потребления

Вращение компрессора, а также и степень его сжатия, зависят от количества газа, запускающего турбину, которое при низкой потребности мощности незначительно. Поэтому, в случае, когда резко вырастает потребность в мощности двигателя (переключение передач, нажимание педали газа для ускорения), кроме поступления дополнительного топлива, на момент, пока компрессор разгонится, его сжатие незначительно, из-за чего двигатель на мгновение имеет малую мощность.

Кроме того, в это время, по причине меньшего количества воздуха, поступающего в цилиндры, система подачи топлива не может поставлять его в том же количестве, что и при статической нагрузке двигателя.

Что такое турбояма?

Эффект меньшей мощности двигателя при резком увеличении потребления мощности называется турбо-ямой. Усовершенствование конструкции приводит к тому, что момент инерционности ротора в современных турбокомпрессорах меньше, дозирование топлива точнее, благодаря чему эффект турбо-ямы уменьшается.

Как бороться с эффектом турбоямы?

С целью уменьшения влияния этого явления применяется, также, управление продуктивностью турбокомпрессора. Тут возможны два способа – регулирование количества выхлопов, которые проходят через турбину, или регулирование геометрии потока.

В первом случае используется обходной клапан, регулируемый давлением наддува – когда давление, которое производится компрессором превышает определенный конструкцией двигателя показатель, клапан открывается и пропускает часть выхлопов за ротор турбины. Второе решение состоит в  размещении лопастей под таким углом, чтобы выхлопные газы попадали на лопасти ротора.

При малых оборотных скоростях двигателя, выхлопы ударяются в ротор под углом приближенным к прямому и, одновременно, лопасти становятся типом сопла, которое увеличивает поток выхлопов. Ограничение давления наддува состоит в направлении потока выхлопных газов под все более острым углом относительно лопастей турбины при одновременном расширении канала потока, что ограничивает скорость выхлопов.

Конструктивно это выглядит таким образом: ротор турбины окружают жалюзи, направляющие поток выхлопных газов. Раньше давление наддува регулировалось исключительно механически, а в современных автомобильных двигателях это происходит с помощью регулятора двигателя, при использовании сигналов с датчиков давления и количества втянутого воздуха.

Работающими элементами, регулирующими клапаны или жалюзи, являются пневматические приводы (использующие вакуум), которыми управляют электроклапаны, или рядные двигатели – как, например, в двигателе 1,2 TSI группы VW.

Причины повышения температуры воздуха в компрессоре

В компрессоре температура воздуха вырастает в результате:

• увеличения давления (в соответствии с адиабатическим уравнением),
• притока тепла через структурные элементы от горячих выхлопов к более холодному воздуху.

Это вредное явление, поскольку оно уменьшает эффективность действия турбокомпрессора и увеличивает температуру во время сгорания. Увеличение температуры негативно влияет на элементы двигателя, снижает эффективность его работы и увеличивает выделение оксидов азота, что может привести к поломке и необходимости дальнейшего ремонта турбины.

Чтобы уменьшить температуру сжатого воздуха используется теплообменник под названием интеркулер или промежуточный охладитель воздуха.