урбокомпрессор (турбонагнетатель) системы наддува двс

Турбокомпрессор (турбонагнетатель) системы наддува двс – устройство, которое предназначено для увеличения мощности двигателя, не увеличивая рабочего объема. Это достигается за счет сгорания большего количества воздушно – топливной смеси. Турбокомпрессор загоняет в цилиндры больше воздуха, чем он всасывается поршнями.

Турбонагнетатель – это воздушный насос, который приводится в действие турбиной, раскручивающейся потоком отработавших газов. Турбонагнетатель засасывает воздух через фильтр, и нагнетает его в цилиндры под давлением. Чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем больше можно сжечь топлива, и получить больше мощности. Турбокомпрессоры бывают высокого и низкого давления. Система наддува ДВС увеличивает мощность двигателя на 25 – 100%.

Воздух при сжатии компрессором нагревается, при давлении наддува уменьшается его плотность и масса в объеме цилиндров. Для минимизации этого явления, разогретый воздух, который выходит из компрессора, пропускают через радиатор – интеркулер. Эта технология используется в основном в турбонаддувах высокого давления. В некоторых машинах устанавливают два интеркулера. Его используют в бензиновых и дизельных ДВС.

Принцип действия
Принцип действия турбокомпрессоров для наддува ДВС заключается в следующем - выхлопные газы ДВС, обладая большой скоростью (50 - 70 м/с) и большой температурой (до 350 град С для двухтактных и до 600 град С для четырехтактных ДВС) попадают на сопловой аппарат турбины, где происходит их максимальный разгон и подача на рабочие лопатки турбины под правильным углом, при подаче на рабочие лопатки турбины происходит вращение турбины, которая в свою очередь вращает крыльчатку компрессора, насаженную на один вал с колесом турбины. Колесо компрессора представляет собой вращающий направляющий аппарат и крыльчатку, которые чаще всего соединены вместе в одну деталь. Для некоторых турбокомпрессоров, предназначенных для наддува ДВС средней и большой мощности вращающий направляющий аппарат и крыльчатка компрессора выполнены раздельно и изготовлены из различных материалов. Перед колесом компрессора, при его вращении создается разряжение и воздух из атмосферы через предохранительную сетку (иногда выполняющую роль глушителя) поступает на колесо компрессора. Лопатки компрессора загнуты по направлению вращения колеса. При вращении, поток воздуха, проходя в межлопаточных каналах, отбрасывается в радиальном направлении, что приводит к увеличению его давления. Давление воздуха также увеличивается за счет того, что межлопаточные каналы расширяются по мере движения воздуха, что приводит к снижению скорости потока и соответственному повышению его давления. Компрессоры, применяемые в агрегатах турбонаддува имеют название центробежных, что говорит о принципе рабочего процесса, происходящего в них. Далее воздух поступает в безлопаточный диффузор и при наличии, в лопаточный диффузор, где происходит дополнительное увеличение давления и снижение скорости потока воздуха. Далее воздух попадает в улитку (спиралевидный расширяющийся канал), в котором проходное сечение увеличивается по мере движения воздуха. В турбонагнетателе с центробежным компрессором можно получить давление воздуха в три - четыре раза превышающее атмосферное. Дальнейшее повышение давления воздуха можно получить используя многоступенчатый наддув или комбинацию с механическим наддувом, однако в большинстве случаев такое повышение давления не нужно. Как правило, для ДВС с наддувом устанавливается и охладитель наддувочного воздуха, поскольку после турбокомпрессора температура воздуха повышается из за его сжатия на 70 - 110 град. С.

Преимущества и недостатки турбонаддува
Турбоннадув обладает большим преимуществом по сравнению с механическим видом наддува - он не отбирает мощность на собственный привод от ДВС, а использует энергию выхлопных газов. Поскольку достоинства турбокомпрессоров часто описываются в соответствующей литературе, то следует подробнее описать недостатки. Выхлопные газы приводят к постоянному загрязнению поверхностей проточных частей турбины, что может привести к биению ротора турбокомпрессора из-за неравномерного распределения нагара и отложений, а также в некоторых случаях к помпажу компрессора. Совместная работа турбокомпрессора и ДВС зависит прежде всего от скорости и температуры выхлопных газов, постпуающих на турбину. При запуске ДВС и на малых оборотах, когда газы не обладают номинальными значениями, подача и давление воздуха после компрессора не позволяют снабдить ДВС необходимым количеством сжатого воздуха, а при перегрузке двигателя наооборот, количество воздуха поступающего в цилиндры велико. Также при переходах с режима на режим номинальные параметры воздуха достигаются не сразу, а после некоторой задержки (лага), которая зависит прежде всего от величины ротора и следовательно от его инерции. Для обеспечения работы турбокомпрессора необходимо обеспечить подвод масла от двигателя к подшипникам турбокомпрессора (для подшипников скольжения) или обеспечить запас специального турбинного масла (для подшипников качения). Кроме того необходимо обеспечить подвод из системы охлаждения для охлаждения корпуса турбины и подшипников. Впрочем, недостатки турбокомпрессоров не мешают их широкому распространению, поскольку повышение мощности ДВС от применения турбонаддува составляет от 30 до 70% от начальной мощности, кроме того, турбонаддув позволяет снизить вредное воздействие ДВС на окружающую среду за счет снижения продуктов недогорания топлива.