Как работи турбото - Видео

[Bobi]

Още едно видео, от което дори и първокласник би разбрал как работи турбото

Видео споделяне / VBOX7

How a turbo works

Идеята е проста - 2 турбини на една ос- едната страна е закачена за изходящия колектор (горещата страна) а другата е закачена за входящия колектор и помпа въздух във въздухозаборника на колата (студена страна). Kак става това? Изходящия колектор на едно място е стеснен- с цел да се качи скороста на изгорелите газове за което също допринася и факта, че са много близо до изходните портове на двигателя (главата/ите).

На този поток е изложена малката турбина. Горещите изгорели газове я развъртат до 80,000-100,000 оборота при които голямата турбина от другата страна (нали са на обща ос) постига максимално налягане на въздуха. Разбира се на тия обороти нито един лагер не издържа и затова оста на турбото "плува" във масло- което в повечето случаи е и маслото на двигателя- рядко турбо маслото е отделно. Затова и е много важно на турбо колите да се сменя маслото редовно- иначе турбото изгаря... Също така турбо колите често имат и маслен радиатор за да охлаждат не толкова маслото заради двигателя колкото за турбо(тата). Понякога се използва и турбо-таймер които при изключване на колата я оставя да работи още 2-3 минути че да мине охладено масло през турботата като не се въртят с цел да не се опича тънкия слой масло във които плуват осите. Това, или просто след спортно каране карайте си колата последните 3-5 минути лекичко...

Значи с 2 думи- безплатна мощност за сметка на нищо... изгорели газове... решение мечта? Не съвсем турботата си имат своите проблеми: за да се вдигнат тези обороти на турбината трябва изгорелите газове да са много горещи и със много висока скорост. Горещината се постига като се слагат турботата близо до двигателя а не по назад към ауспусите. високата скорост се постига чрез намаляване на сечението на изходящите колектори. От тука 2 проблема- турбото се нагрява самото то много и също така загрява и студената страна на турбината която пък загрява помпания във двигателя въздух. А топъл въздух- малко кислород. Малко кислород- малко гориво. Каква ни е фаидата от налягането тогава? Затова повечето смислени турбо приложения имат въздушни радиатори (intercoolers). Те се използват през тях да се прекарава помпания въздух с цел да се охлажда преди да влезе във двигателя. Решения много, във WRC колите повечето имат инжекциони които при нужда впръскват вода за да охладят допълнително радиатора които по условие се поставя някъде където има достъп до свеж въздух.
Друг проблем със турботата е тяхната инертност и зависимост от оборотите на двигателя. 80,000 оборота са много- докато се развърти и почне да прави налягане, минава време. Това време е известно като "турбо закъснение" (turbo lag). Технологията е напреднала доста и днешните турбо апликации са почти лишени от лаг. Как? Ми просто ползват повече и по-малки турбота. Колкото е по-малко турбо-то, толкова по-бързо се развърта. Добре, ами ако не прави достатъчно налягане? Тогава се слагат 2, или 4 и тн. Различните фирми обичат различни решения. Мазда слага 2 малки един след друг, нисан и митсубиши ги слагат един до друг (всеки храни една страна цилиндри). Тойота слага 2 последователни но първото е малко (са ниски обороти) а второто- по-голямо, по-бавно развъртащо се, за високи обороти където малкото вече не му достига капацитет. Ауди са като нисан- 2 от 2те страни. повечето коли където максимална мощност се изисква използват едно голямо турбо със много начален лаг които после обаче се компенсира със нечовешки коне. Друг компонент които увеличава лага е радиатора (интеркоолера). Ако е малък- не охлажда като хората, ако е голям- отнема време на турбото да го напомпа и това увеличава лага.. ето пак- компромиси.

Значи, газ до дупка, турбото се върти и свири като змей, идва червена линия и трябва да се сменя- отпускаш газта и изведнаж всичкото това налягане което турбото го прави няма къде да отиде и действа като спирачка на голямата турбина (студената страна)... И турбото пада на 50,000 оборота - където не прави налягане. Сменяш предавката, газ до дупка и .. изненадваш турбото което току що е спряло (това става много бързо разбира се). Как се решава проблема? Във студената страна се инсталира вентилиращ клапан (blowoff valve) които като се вдигне рязко налягането защото си затворил газта и тои отпуска малко така че да не се върне и да спре турбото. Всичко е добре, до колкото винаги си натиснал газта.. Да ама има ситуации където седиш и изчкаваш 1-2 секунди е през това време турбото намалява оборотите- дори и да не се спира от нагнетения въздух.. При нормалните коли този момент просто се игнорира, но при WRC в такива "паузи" има инжектори във изходящия колектор преди турботата които инжектират гориво, което се възпламенява и помага на турбото да продължи да се върти, когато се отвори пак газта то да е "на линия". От там и като гледате ралита често се чува едно пукане като намаляват- това са тези микро експлозии които поддържат турбото "живо"

[Bobi]

Увеличаването на мощността на четиритактов двигател с вътрешно горене може да се постигне по няколко начина:
- чрез увеличаване на работния обем;
- чрез увеличаване на оборотите;
- чрез свръхпълнене;
При първите два начина по време на всмукателния такт въздухът постъпва директно в цилиндрите под влияние на разликата в атмосферното налягане и подналягането,което
се създава при движението на буталото към долна мъртва точка.


При компресорните двигатели постъпващия въздух е вече сгъстен преди да постъпи в цилиндрите.Двигателят засмуква същия обем въздух,но благодарение на по-високото му налягане в горивната камера влиза по-голяма въздушна маса.Това означава,че може да изгори по-голямо количество гориво,с което се обяснява увеличаването на мощността при същите обороти и работен обем.

Прилагат се два метода за сгъстяване на въздуха: чрез механичен компресор и чрез турбокомпресор,задвижван от изгорелите газове.
При механичното принудително пълнене въздухът,необходим за горенето,се сгъстява чрез компресор,задвижван директно от двигателя.Част от увеличаването на мощността обаче се отделя за задвижването на компресора и достига около 15% от тази на двигателя.

При турбокомпресора голяма част от енергията на изгорелите газове,която обикновено е загубена,се използва за задвижване на турбината.Турбинното колело е на общ вал с компресорното и така се задвижва компресора,който сгъстява въздуха,постъпващ в двигателя. Турбокомпресорната турбина,която включва турбинно колело и корпус,преобразува енергията на изгорелите газове на двигателя в механична енергия,задвижваща компресора.
В спиралния корпус(наричан също "охлюв") налягането на изгорелите газове се преобразува в кинетична енергия и газовете се насочват към периферията на турбинното колело,което създава въртящ момент.


Компресорите,използвани при турбопълнене,са предимно центробежни и се състоят от три основни елемента:компресорно колело,дифузор и корпус.Вследствие въртенето на колелото въздухът постъпва осово,увеличава значително скоростта си и излиза в радиално направление.Дифузорът забавя ускорения въздух почти без загуби,така,че налягането и температурата му нарастват.

1-корпус на компресора
2-компресорно колело
3-опорен лагер
4-заден капак на компресора
5-корпус на турбината с висящ клапан
6-общ възел-турбина
7-лагерна втулка
8-централен корпус/с водно охлаждане/

При сгъстяването въздухът увеличава температурата си,която може да достигне 180 °C.Когато този въздух се охлади в специален охладител,плътността му,а оттам и мощността на двигателя могат да бъдат увеличени допълнително.Най-разпространени междинни охладители са от типа "въздух/въздух"/intercooler/.
Съвременните ВРЦ автомобили имат и система за впръскване на вода.Когато температурата на постъпващия в мотора въздух превиши определена стойност(напр.60°C),след охладителя в сгъстения въздух се впръсква вода.Специалните помпи и дюзи разпръскват водата във вид на мъгла.Ефекта е по-голям при използване на смес от вода и спирт.Управлението е от електронния блок на мотора.Добавянето на вода значително намалява топлинното натоварване на мотора и позволява увеличаване на мощността му. Забележка:От 2006 година ФИА не разрешава използването на такива системи.
Съвременните турбокомпресори са много усъвършенствани като материали,конструкция,технология,в сравнение с тези от 70-те години.Тогава основен проблем е забавеното реагиране на двигателя.Спортните коли са били с ниска геометрична степен на сгъстяване(напр.6,5-колкото да може да запали),с огромни турбокомпресори,които имат невероятни дебити и налягания,но и недостатък-бавно,със закъснение достигат нужните за двигателя параметри.Затова,например,Ланчиа Делта С4 е с два компресора- механичен и турбокомпресор.Механичният работи на ниски и средни обороти и се изключва,след като вече са създадени условия за оптимална работа на турбокомпресора.


ъвременните рали автомобилите имат рестриктор/гр.А-Ø34мм.,гр.Н-Ø32мм/на входа на компресора.Това е наложено от ФИА за ограничаване на максималната мощност.Затова работата по моторите се насочи към повишаване на въртящия момент в ниските обороти и в по-широк оборотен диапазон.
За намаляване на турбо-ефекта Тойота въведе т.н."анти-лаг" система,която при частично или напълно затворена дроселова клапа държи в обороти турбокомпресора и той е в готовност за ефективна работа.Това се постига с подаване на повече гориво и запалването му при отворен изпускателен клапан,т.е. пред турбината.Това повишава температурата на газовете от 800 до 1100ºС и допълнително натоварва турбокомпресора.Температурата на изгорелите газове се контролира и при превишаване на определени стойности електронния блок за управление на мотора изключва "анти-лаг" системата.

Максималните работни обороти на турбокопресорите са различни за отделните видове и конструкции,но са от порядъка на 120-150-180 000 об/мин.
Теглото на турбинното и компресорното колело трябва да е минимално,за да има турбокомпресора малка инертност.Затова, търкалящите лагери и титановите колела вече не са рядкост.


Това е характеристика на компресор с регулиране на налягането,която показва зависимостта на дебита на въздуха и налягането му,като са вложени оборотите на компресорното колело и к.п.д. на компресора.

Характеристика на турбина,която показва зависимостта на спада на налягането на отработилите газове преди и след турбината от количеството газове,което преминава през нея,като са вложени оборотите на турбинното колело и к.п.д. на турбината.
Въпреки,че мотора,турбината и компресора са отделни,достатъчно сложни агрегати много е важно да се синхронизира съвместната им работа,защото показателите на всеки от тях зависи и същевременно влияе на работата и показателите на другите

Източник: http://www.serviceauto-bg.com

[Bobi]