Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Интеркулер в турбо моторе

Интеркулер в турбо моторе

Зачем он нужен, принцип работы, нюансы

Что такое и зачем нужен интеркулер (охладитель)?

Интеркулер охлаждает поступаемый воздух в цилиндры мотора.
Чем холоднее воздух, тем выше плотность и больше кислорода в нем.
Охлаждение позволяет повысить мощность турбо мотора до 20%.

Принцип работы интеркулера?

Турбина или турбокомпрессор мотора создает мощное статистическое давление воздуха, но данный процесс и соседство с выхлопной трубой может нагреть воздух до +150°С. А такой горячий воздух менее плотный (меньше кислорода) и топливная смесь горит менее эффективно.
Поэтому воздух попадает в интеркулер где немного тормозится из-за лабиринта лопаток сердцевины интеркулера (падает давление), но ощутимо охлаждается и благодаря этому воздух сжимается и его больше поступает в цилиндры — топливная смесь горит лучше, КПД и мощность двигателя повышается.
Нужно понимать, что от стояния в пробках и светофорах интеркулер нагревается и поэтому первые сотни метров мощность может быть временно ухудшена. После интеркулер остужается и работает как надо.

Где устанавливается?

В современном автомобиле интеркулер устанавливается на все турбо моторы (на бензиновые и дизельные).
Обычно устанавливают в нижней части переднего бампера перед основным радиатором (иногда и после) и называют фронтальным.

Какими бывают интеркулеры?

Воздушный – выглядит как обычный радиатор, устанавливается перед или после основного радиатора. Охлаждается от попутного потока воздуха, т.е. чем выше скорость, влажность и холоднее температура на улице тем быстрее и сильнее остывает.
Жидкостный (водяной) — используется в экстремальном тюнинге, на заводских авто встречается редко. В интеркулере проходят трубки с водой или охлаждающей жидкостью с отдельным контуром и насосом. Недостатки: цена, конструктивная сложность и надежность. Преимущества:
1) Меньше турбо-задержки за счет коротких воздухопроводов (если конструкция позволит);
2) При активной и долгой езде температура в итоге меньше чем у воздушного (но остывает дольше);
3) Непосредственно перед гонкой (обычно в дрэг рейсинге) вместо воды можно заправить водой со льдом или охл.жидкостью с отрицательной температурой, но это ;

Мыть или не мыть интеркулер?

Конечно мыть. Из-за грязного воздушный интеркулера вы можете потерять до 10% мощности. Самое важное мыть аккуратно, чрезмерно высокое давление воды может повредить соты радиатора.
За время эксплуатации решетка накапливает грязь, пыль, пух, а дорожные камни повреждают её соты. В результате воздух охлаждается хуже и мощность двигателя снижается.

Интеркулер и зима

Зимой в морозы с воздушным интеркулером можно ощутить дополнительную прибавку мощности или экономичность. Уличный воздух его постоянно охлаждает, к тому же сам морозный воздух более плотный.
Однако, при долгой езде по трассе в морозы за -30°С воздушный интеркулер рекомендуется закрывать от встречного ветра, т.к. он может промерзать:
1. В двигатель будет поступать слишком холодный воздух, и он будет остывать на ходу. А холодный двигатель потребляет больше топлива.
2. Внутри интеркулера может образовываться конденсат, который тут же будет замерзать и образовывать ледяные пробки. Из-за чего наддув турбины ослабнет, мощность двигателя снизится, а расход топлива увеличится.

Устанавливают ли интеркулеры на обычные атмосферные двигатели?

Нет
Поступаемый воздух не перегревается как в случае турбины или компрессора, он поступает таким же холодным как на улице (в сравнении с t° мотора). Кроме того конструкция интеркулера будет препятствовать нормальному поступлению воздуха и двигатель будет «голодать».

Тюнинг/замена интеркулера

Не всегда замена интеркулера на «побольше» добавит мощности, а может даже ухудшить показатели. Т.к. с ростом объема интеркулера возрастает сопротивляемость продувки и турбина меньше успевает прокачать воздуха чем это было с заводским. А полученная чуть ниже температура не сможет компенсировать потерю статического давления воздуха.
Поэтому меняют интеркулер совместно с заменой воздушного фильтра на так называемый «нулевик», бонусом будут работы над выхлопом и перепрограммируют мотор (чип-тюнинг). Так получают полноценный Stage 2 тюнинг. Но, чтобы выжать максимум — совместно с интеркулером установить и более мощную турбину получив Stage 3.
Замена воздушного интеркулера на водяной не всегда оправдана даже в спорте и требует расчетов.
Для скоростных заездов и не долгих гонок на треке для кратковременных улучшений эффектвиности интеркулера устанавливают поливальные системы воды, которые опрыскивают радиатор и даже устанавливают систему заморозки например DIE CryO2.

Наддув двигателей внутреннего сгорания, турбонаддув

Наддувом — называют принудительную подачу воздуха под давлением выше атмосферного. Если речь идет о наддуве двигателя внутреннего сгорания, то при наддуве сжатый воздух подается компрессором из атмосферы в полость цилиндра.

Схемы наддува

Для обеспечения наддува необходим компрессор, который должен сжимать воздух и нагнетать его в двигатель. Для работы необходимо вращать вал компрессора. Для привода компрессора можно использовать разные схемы.

Приводной нагнетатель — Komoressor

Вращать вал компрессора можно с помощью коленвала, установив дополнительную зубчатую или ременную передачу. Такую схему подачи воздуха называют наддувом с приводным нагнетателем. При вращении вала будет вращаться компрессорное колесо, которое будет нагнетать воздух во впускной коллектор двигателя. Иногда на автомобилях оснащенных подобной системой наддува наносят надпись — компрессор (Kompressor). Это простая, но далеко не самая экономичная схема.

Трубонаддув

Для вращения вала компрессора можно использовать энергию отработавших газов, добавив в систему турбины. Выхлопные газы будут вращать турбинное колесо, установленное ка одном валу с компрессорным колесом. Компрессор, в свою очередь будет сжимать воздух и подавать его в двигатель. Такая схема называется турбонаддувом. По сравнению с приводным нагнетателем турбонаддув обладает большей задержкой, так как связь между двигателем и системой наддува не жесткая.

Читать еще:  Что такое торможение двигателем автоматическая коробка
Как работает турбонаддув?

Смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр двигателя, смесь сжимается при движении поршня вверх, затем она воспламеняется, из-за расширения газов, поршень вытесняется вниз. Двигаясь он вращает коленвал. Затем при движении воздуха вверх, через открывшиеся клапаны отработанные газы поступают в выходной коллектор.

Поток газов имеет некоторую остаточную энергию достаточную для вращения рабочего колеса турбины. Частицы газа воздействуют на лопатки турбинного колеса, заставляя его вращаться. Турбинное и компрессорное колесо установлены на одном валу. При вращении турбины вращается и компрессор. В компрессоре лопатки рабочего колес воздействуют на воздух, попадающий из атмосферы. В результате этого воздействия частицы воздуха начинают вращаться вместе с колесом. При высокой скорости вращения частицы воздуха будут отбрасываться к периметру колеса в спиральный отвод и принудительно нагнетаться в во впускной коллектор, а затем и в полость цилиндра.

Комбинированные схемы

Сжатие воздуха может быть не одноступенчатым, а двухступенчатым. Причем рабочее колесо компрессора приводится во вращение турбиной, а для привода второй ступени используется механическая передача, соединенная с коленвалом. Такая схема позволяет сочетать достоинства приводного нагнетателя и турбонаддува, и делает работ у двигателя более приемистой. Однако недостаток приводного нагнетателя в виде плохой экономичности также никуда не пропадает.

На на одних режимах работы мощность турбонаддува может быть недостаточна, на других — избыточна. Чтобы избавиться от этого недостатка, между турбиной и двигателем вводят дополнительную механическую связь. Через механическую или гидравлическую передачу. Это позволяет наиболее эффективно использовать мощность, но конструкция при этом сильно усложняется и удорожается, поэтому широкого применения эта схема не получила.

Двухступенчатым может быть не только компрессор, но и турбина. Вторая ступень может использовать для привода во вращение вентиляторов и других вспомогательных устройств, или быть соединена с коленвалом.

Дизель-турбина

На некоторых режимах работы турбина может развивать мощность достаточную для ее применения в качестве первичного двигателя.

В этом случае двигатель и компрессор связывают механически, а между двигателем и турбиной осуществляется газовая связь. Подобный агрегат называют дизель-турбиной. Такая схема эффективна при очень высоких температурах отработанных газов. Для обеспечения надежности работы турбины рабочую температуру приходится снижать, что негативно сказывается на КПД агрегата.

Охлаждение при наддуве, для чего нужен интеркулер?

В процессе сжатия воздух нагревается, теплый воздух имеет меньшую плотность чем холодный. Плотный холодный воздух позволит повысить эффективность работы двигателя, поэтому для отвода ненужного тепла, используется интеркулер.

Интеркулер — это теплообменник, который устанавливается между компрессором и впускным коллектором, он позволяет охладить сжатый воздух, переде его поступлением в двигатель.

Регулирование турбонаддува

Мощность наддува на некоторых режимах может быть избыточна, то есть воздух может сжиматься слишком сильно. Поэтому работу наддува нужно регулировать.

Для ограничения подачи компрессора можно установить на его входе или выходе сопротивление, в виде шайбы с отверстием расчетного диаметра. При увеличении расхода через отверстие сопротивление будет расти, что в свою очередь будет затруднять поступление воздуха в компрессор и или выход из него, за счет этого будет ограничиваться подача воздуха в двигатель.

Подобное сопротивление можно установить и перед турбиной. Но установка сопротивления увеличивает потери, что отрицательно скажется на КПД.

Для того, чтобы сбрасывать часть воздуха только при определенном давлении на выходе компрессора можно установить предохранительный клапан. Запорный элемент клапан поджат пружиной, когда усилия от давления воздуха будет достаточно, чтобы сжать пружину клапан откроется и сбросить часть воздуха обратно в атмосферу.

Перепускной клапан

Вестгейт или перепускной клапан позволяет пустить часть отработанных газов в обход турбины. Запорный элемент клапана поджат пружиной.

Давление отработанных газов воздействует на запорный элемент клапана, с другой стороны на него действует усилие пружины. Когда усилие от давления газов будет выше чем усилие пружины, клапан откроется и пропустить часть газов в обход пружины. Это достаточно простая и эффективная схема регулирования, которая применяется на большинстве современных двигателей с турбонаддувом. Однако часть энергии тратится впустую, что снижает КПД. Конечно можно направить поток газа не в выхлопную систему, а на другую турбину, для привода вспомогательных механизмов, но это усложнит конструкцию и сделает ее более дорогой.

Турбодвигатель

Для повышения эффективности двигателя может применяться весьма эффективная система, которая носит название двигатель с турбонаддувом. Применение системы подобного плана способствует не только увеличению мощности двигателя, но и позволяет экономить топливо при его работе. При этом токсичность отработанных газов значительно снижается.

Что такое турбонаддув

Турбонаддув — система принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя, в следствии чего в камеру сгорания попадает большее количество топливно-воздушной смеси. Увеличение количества топливно-воздушной смеси повышает среднее эффективное давление в цилиндрах, что приводит к существенному увеличению мощности двигателя при его неизменных конструктивных параметрах. Работает двигатель с турбонаддувом за счет использования энергии отработавших газов либо за счет приводного нагнетателя, который жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.

Читать еще:  Экономайзер принудительного холостого хода двигателя автомобиля

Как работает двигатель с турбонаддувом

В основу принципа положена сила энергии, которой обладают отработанные газы. Она приводит в движение колесо турбины. Оно, в свою очередь, способствует вращению колеса компрессора. В этом свою помощь оказывает роторный вал. Задача компрессорного колеса состоит в сжатии воздуха. Он нагревается, а после поступления в интеркулер подвергается охлаждению, и осуществляется подача в цилиндры.

Насколько интенсивно будет работать система, зависит от характера работы самого силового агрегата. При этом следует сказать о том, что жесткая связь турбонаддува с коленвалом движка отсутствует. Энергия отработанных газов растет с увеличением числа вращений движка. Чем сильнее работает мотор, тем интенсивнее возрастает энергетический потенциал. Следовательно, растет и подача сжатого воздуха.

Однако не все здесь так просто. Имеется ряд факторов, которые являются сдерживающими в применении турбрнаддува. Прежде всего, к таким факторам можно отнести детонацию. Возникновение ее элементарно обусловлено тем, что бензиновый агрегат просто резко увеличивает свое вращение. Другим фактором являются значительные температурные параметры, которые имеют отработанные газы. Это обеспечивает значительный нагрев турбонагнетателя и двигателя с турбонаддувом в целом.

Из чего состоит система турбонаддува

Конструктивно в состав устройства турбонаддува входит турбокомпрессор, интеркулер, устройство, регулирующее давление наддува и другие узлы. Однако первую скрипку в такой конструкции играет турбокомпрессор. При помощи него и обеспечивается рост давления в системе впуска воздуха.

Воздушные массы необходимо каким-то образом охлаждать. Для этой цели в конструкции предусмотрен интеркулер. Охлаждая сжатый воздух, поступающий из компрессора, он способствует повышению его плотности. В результате этого увеличивается давление. Конструктивно он представляет собой радиатор, причем тип его может быть, как жидкостный, так и воздушный.

Система управляется посредством регулятора наддува. Он представляет собой не что иное, как перепускной клапан. Основное предназначение его состоит в ограничении давления отработанных газов. Они не все направляются на турбинное колесо: определенное их количество идет мимо него. При этом давление наддува становится оптимальным. Клапан приводится в действие с помощью пневматики или электричества. Датчик посылает сигналы, в результате чего наблюдается срабатывание клапана.

Предусматривается и предохранительный клапан. Дроссельная заслонка может резко закрыться, что обусловит резкий скачок воздуха. Работа этого клапана и состоит в защите от подобных действий.

В случае агрегатов достаточно большой мощности применяется система, предполагающая два параллельных турбокомпрессора. Если турбины на силовой агрегат устанавливаются последовательно, то это обеспечивает повышение производительности за счет работы различных турбокомпрессоров при разной частоте вращения мотора. Разработчики на месте не стоят, а стараются идти вперед. При этом он вместо двух устанавливает три и даже четыре последовательных турбокомпрессора.

Минусы турбированных двигателей

В целом все минусы турбонаддува состоят в слудующем:

  • Увеличенный расход топлива. При равных объемах, двигатель с турбонаддувом будет потреблять больше топлива примерно на 20%, но и выдавать лошадиных сил на 70% больше. Для кого-то это может быть плюсом, но большинству автовладельцев это может быть и не нужно.
  • Ресурс турбо двигателя. Поскольку по мощности двигатель становится сильнее, а характеристики общего плана остаются неизменными, происходит износ весьма интенсивного характера основных узлов. Результатом этого является уменьшение ресурсных возможностей двигателя.
  • Масляное голодание. К недостаткам можно отнести и то, что снижается устойчивость к износу поршневой группы. Ресурс самой турбины существенно снижается. Этому способствует то, что давление со стороны картерных газов возрастает. Если работа в таких условиях наблюдается продолжительное время, то может возникнуть «масляное голодание». Оно в свою очередь может привести к поломке турбокомпрессора. Проблемы со стороны такого важного узла могут обусловить поломку самого мотора.
  • Турбояма и турбо подхват. Существуют такие понятия, как турбояма и турбо подхват. Первая имеет место в ситуациях, когда резко нажимают на педаль газа. Когда происходит преодоление турбоямы, резко увеличивается давление турбонаддува.
  • Качественное топливо и масло. Заправлять придется топливо только самого высокого качества, в противном случае турбина может очень быстро умереть. Помимо этого, использование турбин предполагает наличие моторных масел особых сортов. При этом сроков обслуживания непременно надо придерживаться в соответствии с рекомендациями производителя. Высокие требования при этом предъявляются и к воздушному фильтру, который менять придется в 2 раза чаще, чем на атмосферном двигателе.
  • Дорогостоящий ремонт и обслуживание. Конструкция и устройство турбины довольно сложны и применяются там только качественные материалы, поэтому и стоимость их не маленькая. А если к этому прибавить и дороговизну самой работы, то общая стоимость обслуживания и ремонта выходит круглой суммой. Так, например, стоимость капитального ремонта турбины в хорошем сервисе может составлять от 1000 до 1500 долларов США.

Вывод

Не смотря на все сказанные минусы, двигатели с турбонаддувом — это будущее автомобилестроения на основе двигателей внутреннего сгорания (мы считаем, что реальное будущее все же за автомобилями с электродвигателями). На текущий момент самые совершенные системы турбонаддува считаются двигатели TSI (Volkswagen) и TFSI (Audi). Но не сильно отстают и японские производители, такие как EJ20 (Subaru), 13B-REW (Mazda), RB26DETT (от Nissan), 2JZ-GTE (Toyota), 4G63 (Mitsubishi) и т.д.

Читать еще:  Газель с 405 двигателем на холодном двигателе плохо заводится

РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА

Принцип регулирования заключается в ограничении частоты вращения турбокомпрессора после достижения необходимого давления наддува. С этой целью используется специальный перепускной клапан, который ограничивает количество отработавших газов, проходящих че­ рез турбину (рис. 2.105).

В системе выпуска перед турбиной имеется обводной (байпасный) канал, который дает возможность отработавшим газам миновать турбину. Этот канал открывается перепуск­ ным клапаном. Чувствительным элементом клапана является подпружиненная мембрана, на которую воздействуют две противоположно направленные силы: сила сжатия пружины и давление воздуха после турбокомпрессора. При достижении заданного давления надду-

ва мембрана прогибается, сжимая пружи­ ну, а соединенный с мембраной клапан от­ крывает обводной канал. Давление наддува можно отрегулировать предварительным сжатием пружины.

В современных двигателях с турбонад- дувом (рис. 2.106) максимальное давле­ ние наддува регулируется системой управ­ ления двигателем. Компьютер получает сигнал от датчика абсолютного давления, сравнивает его с величиной номинально­ го значения давления, содержащимся в памяти, и управляет электромагнитным перепускным клапаном. Работа электро­ магнитного клапана корректируется в за­ висимости от скоростного и нагрузочного режимов двигателя.

Рис. 2.105. Регулирование наддува:1 — ко­ лесо компрессора; 2 — подшипники ротора; 3 — колесо турбины; 4 —- перепускной клапан

Рис. 2.106. Турбокомпрессор Garret:1 — лопатки турбины; 2 — корпус турбины; 3 — теп­ ловая защита; 4 — корпус подшипников; 5 — упор; 6 — защитная пластина; 7 — корпус ком­ прессора; 8 — диффузор; 9 — клапан; 10 — насос компрессора; 11 — уплотнение; 12 — под­ шипник; 13 — втулка подшипника; 14 — заслонка

Рис. 2.107. Схема работы турбокомпрес­ сора с изменяемой геометрией

Рис. 2.108. Внешний вид турбокомпрессо­ ра с изменяемой геометрией

Очень важный вопрос — выбор пра­ вильного размера турбины для конкретно­ го двигателя. В первых двигателях с турбо- наддувом для легковых автомобилей 1970-х гг. использовались готовые конст­ рукции, разработанные, как правило, для дизелей больших грузовых автомобилей. Такие устройства давали хороший ре­ зультат для увеличения максимальной мощности, но были неэффективными для получения большого крутящего момента в среднем диапазоне частот вращения двигателя, т. е. для получения достаточной приемистости автомобиля. Большие тур­ бины требовали некоторого времени на «раскрутку», когда при небольших на­ грузках открывалась дроссельная заслон­ ка, что приводило к задержке нарастания давления наддува. Этот эффект получил название турбоямы.

Большинство современных турбоком­ прессоров легковых автомобилей имеют небольшие размеры и высокую частоту вращения.

Для того чтобы увеличить диапазон час­ тот вращения двигателя, при которых турбонаддув обеспечивает повышение да­ вления, применяются по два турбоком­ прессора на одном двигателе. Один турбо­ компрессор работает при низких оборотах, а второй при высоких. В последних поколе­ ниях наддувных двигателей стали приме­ няться турбокомпрессоры с переменной геометрией (рис. 2.107), которые сохраня­ ют высокую скорость газов при малых

нагрузках, так что турбина всегда вращается с нужной скоростью. В таких турбокомпрессо­ рах поток направляемых на турбину газов управляется с помощью специальных поворачи­ вающихся заслонок. Одновременный поворот заслонок производится с помощью штока вакуумной камеры. Разрежение в камере регулируется электромагнитным клапаном по сигналу компьютера.

Компания DaimlerChrysler, которая на своих автомобилях Mercedes в течение продолжи­ тельного времени применяла механический наддув, сейчас использует турбокомпрессор с изменяемой геометрией, в котором поворот заслонок осуществляется с помощью электро­ двигателя (рис. 2.108).

При работе системы турбонаддува происходит сильный нагрев турбины, а компрессор оста­ ется сравнительно холодным. Очень важным узлом, определяющим долговечность турбоком­ прессора, является узел подшипников вала. Обычно масло для смазки подшипников подается под давлением из системы смазки двигателя. Иногда для повышения работоспособности надду­ ва применяют охлаждение корпуса турбины жидкостью из системы охлаждения двигателя. Пос­ ле продолжительного движения на высокой скорости автомобиля с турбонаддувом турбина мо-

Рис. 2.109. Дизельный двигатель с турбо-

Рис. 2.110. Турбокомпаундный двигатель Scania

жет раскрутиться до высоких скоростей (сотни тысяч оборотов в минуту). После остановки дви­ гателя турбокомпрессор останавливается не сразу, а масло уже не поступает к подшипникам. Чтобы не произошло повреждения подшипников, рекомендуется перед выключением двигате­ ля дать ему возможность некоторое время поработать на холостом ходу.

Очень хорошо система турбонаддува работает в дизелях. Отработавшие газы в дизеле хо­ лоднее, чем в бензиновых двигателях, что облегчает работу турбокомпрессора, и, кроме то­ го, в дизеле не существует опасности возникновения детонации. Поэтому неслучайно, что турбонаддув устанавливается почти на всех современных дизельных двигателях легковых автомобилей (рис. 2.109).

В многоцилиндровых двигателях с большим рабочим объемом некоторых грузовых авто­ мобилей отработавшие газы продолжают обладать большой энергией, даже после прохож­ дения турбокомпрессора. Эту энергию можно использовать для дальнейшего повышения мощностных характеристик двигателя, создавая так называемые турбокомпаундные двига­ тели (рис. 2.110). В таком двигателе часть энергии отработавших газов используется для раскручивания дополнительной турбины, которая через гидравлическую муфту связана с ко­ ленчатым валом. Такая конструкция дает возможность, увеличить крутящий момент на вале двигателя.

Дата добавления: 2016-09-06 ; просмотров: 3234 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector