Название игры внутреннего сгорания — преобразование тепловой энергии в движение. Внутри двигателя мы воспламеняем такое топливо, как бензин, и горячие расширяющиеся топливно-воздушные газы давят на поршни. Подъемно-опускающиеся поршни соединены с вращающимся коленчатым валом в нижней части двигателя, превращая это вертикальное движение в возвратно-поступательное. Подключите все это к коробке передач, соединенной с колесами, и вперед!

Если вы когда-либо разжигали костер, чтобы приготовить s’mores, вы, вероятно, помните три части «огненного треугольника»: воздух, топливо и источник возгорания.У костра то же самое, что и внутри двигателя: воздух, поступающий во впускное отверстие, соединяется с топливом из топливных форсунок и воспламеняется от свечей зажигания.

Если мы хотим увеличить мощность, нам нужно убедиться, что у нас достаточно всех трех компонентов нашего огненного треугольника. В двигателе это означает, что если мы впрыскиваем больше топлива, мы также должны убедиться, что получаем больше воздуха (и, следовательно, больше кислорода), чтобы сжечь все топливо, поскольку дополнительное топливо не сгорит, если в нем не будет больше кислорода с которые объединить и сжечь.

В химии есть слово для обозначения идеального количества реагентов в уравнении, которое необходимо уравновесить без остатков: стехиометрия. В бензиновом двигателе идеальное стехиометрическое отношение кислородсодержащего воздуха к топливу составляет 14,7 частей (по массе) воздуха на 1 часть бензина.

«Нет замены для смещения» — это фраза из большого блока V8 days, где большая мощность означала физически более крупные двигатели, которые потребляли больше воздуха и топлива в цилиндры; Раньше вы добавляли больше воздуха / топлива в цилиндры большего размера, которые могли всасывать дополнительный воздух и топливо.

Больший размер означает также больший вес, поэтому некоторые инженеры вместо этого пришли к идее подавать больше воздуха в двигатель, нагнетая его: вместо того, чтобы делать двигатель физически больше, чтобы всасывало больше воздуха , давило больше воздуха в двигателе того же размера. Воздух под давлением, нагнетаемый в двигатель, называется наддувом, при этом давление увеличивается по сравнению с давлением окружающего воздуха, измеряемым в фунтах на квадратный дюйм или бар / килопаскалях.

Эти первые воздушные насосы с принудительным впуском назывались нагнетателями, и они приводились в действие от самого двигателя через ремень, прикрепленный к коленчатому валу двигателя.Стехиометрия означает, что для каждого небольшого количества дополнительного топлива требуется в 14,7 раза больше воздуха, поэтому неудивительно, что нагнетатели используют огромное количество энергии (иногда до 20% от общей мощности двигателя!), Чтобы перекачивать эту огромную массу воздуха.

Размер и вес — это плохо для автомобилей, а — хуже, — для самолетов, которые были ранними разработками с принудительной индукцией. Мало того, что тяжелый двигатель делает тяжелый самолет, но и физически большой двигатель делает фюзеляж громоздким и неаэродинамичным.В самолетах был добавлен стимул для повышения давления входящего воздуха, чтобы компенсировать его разрежение на больших высотах, предотвращая падение мощности двигателя на большой высоте.

При такой высокой мощности и весе в самолетах швейцарский авиационный инженер Альфред Бючи придумал, как избавиться от этих 20% потерь мощности нагнетателя: вместо того, чтобы приводить компрессор в действие напрямую от двигателя через ремень или шестерни, собирайте энергию. вам нужно, поместив турбинное колесо в выхлопную систему, чтобы привести нагнетатель в действие отработанным потоком выхлопных газов.Эти ранние «турбинные нагнетатели» или «турбонагнетатели» в конечном итоге стали приводить в действие многие гоночные самолеты, бомбардировщики и истребители 1930-х и 1940-х годов.

Турбокомпрессоры в то время считались передовой аэрокосмической технологией, когда детали вращались со скоростью сотни тысяч оборотов в минуту, а колеса турбины подвергались воздействию температуры выхлопных газов до 1800 ° F / 1000 ° C. Таким образом, внедрение такого дорогостоящего оборудования в автомобили поначалу было медленным и экспериментальным: несколько моделей, таких как Chevrolet Corvair, появлялись с 1950-х годов и позже с дополнительным турбомотором.

Именно энергетический кризис 1970-х действительно подтолкнул автопроизводителей к тому, чтобы всерьез взглянуть на турбокомпрессоры как на способ уменьшить размеры двигателей (и улучшить выбросы и экономию топлива) без ущерба для мощности.

1970-е и 1980-е годы также совпали с компьютерной революцией, и эти передовые технологии управления топливом и двигателем оказались хорошо подходящими для повышения производительности и долговечности турбокомпрессора. От первых аналоговых датчиков температуры и расхода в 1970-х годах до нескольких объединенных в сеть блоков управления в 2000-х годах и позже — системы развивались, чтобы не отставать от потребности выжать как можно больше энергии из капли топлива:

• Лямбда Система Sond (датчик кислорода), при этом Volvo стала первым автопроизводителем, который использовал эту комбинацию датчиков для измерения топлива:
  • Датчики массового расхода воздуха для измерения количества воздуха, поступающего в двигатель
  • Электронный впрыск топлива для измерения расхода правильное соотношение топлива к потоку с известным количеством воздуха
  • Кислородные (лямбда) датчики, измеряющие остатки топлива или кислорода в выхлопе, чтобы определить, насколько близко к 14.7: 1 стехиометрический двигатель работает
• Датчики детонации для измерения состояния и времени событий сгорания
• Катушка прямого зажигания для регулировки синхронизации свечи зажигания для предотвращения детонации
• Цифровые блоки управления двигателем (ЭБУ) для непрерывного измерения всех этих входных данных и корректировки выходных данных
• Схемы управления двигателем Запроса крутящего момента до
  • A: точно определить, сколько мощности водитель (через правую ногу водителя на педаль газа) запрашивает для
  • B: » работать в обратном направлении », рассчитывая наименьшее количество открытого дросселя, топлива и наддува, необходимое для достижения целевой мощности водителя. участие в повышении надежности и производительности турбокомпрессора.По мере развития 80-х и 90-х годов турбонаддув стал более распространенным, с предсказуемой выходной мощностью и временем между капитальными ремонтами в режиме турбонаддува, которые теперь достигают 100 000 миль или более.

    Конструкция турбонагнетателя также претерпела изменения, сначала с помощью вакуумных соленоидов с компьютерным управлением, открывающих и закрывающих перепускную заслонку для управления общим наддувом, а также с фундаментальными изменениями самого турбонагнетателя, такими как корпуса турбины с двойной спиралью и изменяемой геометрией, повышающие эффективность турбонаддува за счет извлечения большого количества энергии в виде возможно от выхлопной струи.

    По мере того, как мы идем в 21 век, турбокомпрессоры играют ключевую роль в достижении максимальной эффективности двигателей внутреннего сгорания, прежде чем электромобили будут готовы занять место в массовых автомобилях. Турбо используется почти столько же, сколько и сам автомобиль, но над ним еще есть над чем поработать.

    Более подробную информацию о компонентах турбокомпрессора и обслуживании системы см. В нашей статье о типичных проблемах турбонагнетателя.

    Турбокомпрессоры — давление наддува и привода

    Фото 2/5 | турбокомпрессоры турбокомпрессор

    До того, как дизельные двигатели с турбонаддувом появились на рынке грузовиков, у вас не было выбора.Либо вы купили 6,9-литровый Ford IDI F-серии (мощностью 170 или 180 л.с.), либо 130-сильный 6,2-литровый Chevrolet C / K-серии. По состоянию на 2009 год Chevy, Dodge и Ford предлагают пакеты мощностью 350 л.с. и более, при этом соблюдая гораздо более строгие стандарты выбросов. На вторичном рынке также применяется турбонаддув, а мощность в 500 с лишним лошадиных сил становится повседневной нормой. Турбонаддув — это самая большая причина, по которой современные дизели могут достичь таких уровней мощности, поэтому, имея в виду эту историю, давайте подробнее рассмотрим, как работает самая важная часть вашего двигателя.

    Основы
    В среднем в день давление воздуха на уровне моря составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм (psi). Когда двигатель имеет турбонаддув, турбонагнетатель действует как вентилятор с очень высокой скоростью вращения, который нагнетает больше воздуха в двигатель. Величина давления, которое может создать турбонагнетатель, измеряется в фунтах на квадратный дюйм выше атмосферного давления. Таким образом, двигатель с турбонаддувом и 15 фунтами наддува будет перемещать примерно вдвое больше воздуха, чем двигатель без наддува, и при прочих равных условиях будет производить примерно вдвое большую мощность.С новыми дизелями давление наддува может достигать 40 фунтов на квадратный дюйм, но двигатель останется надежным и в три-четыре раза превосходит безнаддувный дизель.

    Как работает турбина
    Турбокомпрессор в своей основной форме состоит всего из нескольких частей: рамы, вала, компрессора, турбины, а также корпуса компрессора и выхлопной системы. Выхлопные газы двигателя используются для вращения турбины, которая, в свою очередь, приводит в движение компрессор через общий вал, который создает давление наддува, которое направляется в двигатель.Эти типы турбин успешно используются с 1920-х годов в гоночных и дизельных двигателях.

    Фото 3/5 | Здесь BD Super B с турбонаддувом можно увидеть рядом со стандартным HX35 (установленным на двигателях Cummins 94-981⁄2). Хотя они могут выглядеть примерно одинакового размера, между ними есть несколько тонких отличий. Корпус компрессора больше для достижения более высокого максимального потока воздуха, а выхлопной корпус меньше для лучших характеристик катушки. Также присутствуют внутренние различия в смазке, подшипниках, колесах турбины и компрессора.

    Давление наддува и привода
    Хотя мы уже ввели давление наддува, другим важным аспектом турбонаддува является давление привода. Давление привода — это сила (в фунтах на квадратный дюйм), которая используется для вращения турбокомпрессора. Отношение давления привода к давлению наддува 1: 1 является идеальным, хотя в действительности давление привода обычно немного выше, чем давление наддува. Если возникает ситуация, когда давление привода намного превышает давление наддува (скажем, давление наддува 35 фунтов на квадратный дюйм, давление привода 65 фунтов на квадратный дюйм), вы можете столкнуться с проблемой.Чтобы имитировать ситуацию с высоким давлением вождения, попробуйте вдохнуть нормальным дыханием, затем прикрыть рот рукой и выдохнуть. Это то, что вы делаете со своим двигателем. Высокое давление привода плохо влияет на детали и снижает эффективность вашего турбокомпрессора.

    Слишком сильный наддув также может быть проблемой для турбокомпрессоров. Чтобы обеспечить большее ускорение, турбины будут вращаться быстрее, и у каждого турбокомпрессора есть место, где он просто не может вращаться быстрее. Например, если у вас есть HX35 (встречается на ’94-98 1/2 Dodges), он может производить только около 40 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем превышение скорости станет угрозой.Если вы используете давление наддува 45 фунтов на квадратный дюйм или более на HX35 в течение длительного периода времени, ваш турбокомпрессор почти наверняка выйдет из строя.

    Фото 4/5 | Вот пример внешнего вестгейта (стрелка). Перепускная заслонка забирает избыточное давление выхлопных газов из двигателя и отводит его по спускной трубе. Таким образом, на турбокомпрессоре можно использовать меньший корпус со стороны выпуска для улучшения характеристик намотки.

    Внутренние и внешние клапаны сброса давления и турбо-лаг
    В 1989 году, когда компания Dodge представила свой дизельный Ram D250, на двигатель Cummins был установлен турбокомпрессор WHC-1 без сброса давления.Идея заключалась в том, что, поскольку эти грузовики в основном использовались для перевозки грузов, особого ответа не требовалось. По мере того как грузовики становились популярными в повседневной жизни, потребность в турбокомпрессорах с более быстрым откликом стала необходимостью. Есть время, которое проходит от момента, когда вы наполняете свой дизельный двигатель, до момента, когда он начинает создавать изрядное количество наддува (скажем, 10-15 фунтов на квадратный дюйм). Этот период времени называется турбо-лагом.

    Чтобы уменьшить турбо-задержку, Dodge и другие производители начали использовать выхлопные корпуса гораздо меньшего размера и сбрасывать газы в своих турбокомпрессорах, отводя выхлопные газы вокруг турбинного колеса.Меньший корпус выхлопной трубы помог бы турбонагнетателю быстрее раскручиваться, в то время как перепускная заслонка позволила бы стравить избыточное давление привода, как только турбонагнетатель наберет скорость. Когда дизельные грузовики модифицируются для производства большего количества топлива или более высоких оборотов, количество выхлопных газов может превышать пропускную способность внутреннего перепускного клапана. В этом случае можно установить более крупный выпускной корпус или добавить к турбо-системе внешний вестгейт, установленный в выпускном коллекторе. Следует отметить, что не все турбокомпрессоры являются перепускными.В соревнованиях, например, при буксировке салазок, двигатель может работать только в очень узком рабочем диапазоне (скажем, 3500–5000 об / мин). Если ходовые качества не вызывают беспокойства, эти гоночные двигатели могут обойтись без лишних клапанов корпусами и при этом иметь благоприятное соотношение давления наддува и привода.

    Фото 5/5 | Это изображение того, что осталось от турбокомпрессора, у которого взорвалось колесо компрессора. Турбокомпрессор был разрушен в результате превышения скорости — было использовано слишком много закиси азота (что значительно увеличило давление привода) без надлежащего перепускания газа.

    Как выходит из строя турбокомпрессор? Когда мне понадобится новый?
    Самая распространенная проблема, которая приводит к отказу турбонагнетателя, — это когда люди пытаются протолкнуть штатный турбонагнетатель далеко за его пределы, и либо вал выходит из строя, либо взрывается компрессор. Обе эти ситуации обычно являются результатом превышения скорости турбокомпрессора из-за избыточного давления привода. Установка внешнего перепускного клапана снизит давление привода, но у вас все равно может быть больше топлива, чем воздуха. В этом случае пора перейти к турбокомпрессору большего размера.Большинство стандартных турбокомпрессоров имеют мощность примерно 400-500 лошадиных сил. Кроме того, сброс газа и / или установка турбонагнетателя с индуктором 62-71 мм (в зависимости от вашего приложения) — верный выбор для обеспечения надежной мощности.

    Турбины с изменяемой геометрией, корпуса с водяным охлаждением и многое другое
    По мере развития технологий были найдены новые способы повышения долговечности и эффективности современного турбокомпрессора. Многие турбокомпрессоры теперь имеют водяное охлаждение для большей долговечности, а потребность в более быстром турбонагнетателе привела к появлению на рынке турбонагнетателей с изменяемой геометрией.Турбины с изменяемой геометрией (также называемые турбинами с регулируемыми лопастями или сокращенно VGT или VNT) имеют небольшие лопатки, установленные на раме, которые открывают и направляют выхлопные газы к турбине во время работы на низких оборотах, помогая быстрее катушке турбокомпрессора. Выхлопной газ также попадает на лопатки почти под прямым углом, что эффективно приводит к уменьшению площади корпуса, что также помогает наматывать катушку и часто устраняет необходимость в перепускной заслонке. Новый 4,5-литровый двигатель Duramax является хорошим примером двигателя, в котором вместо перепускного клапана используется турбокомпрессор с изменяемой геометрией. DP

    Выберите правильный турбокомпрессор Garrett

    Пример

    У меня 6,6-литровый дизельный двигатель, который развивает заявленную мощность на маховике в 325 лошадиных сил (около 275 лошадиных сил на колесах, как измерено на динамометрическом стенде шасси). Хочу сделать колесо 425 л.с.; увеличение на 150 лошадиных сил. Подставляя эти числа в формулу и используя данные AFR и BSFC, указанные выше:

    Отзыв из Turbo Tech 103:

    Где,
    • Wa = фактический воздушный поток (фунт / мин)
    • л.с. = Целевая мощность в лошадиных силах (маховик)
    • A / F = соотношение воздух / топливо
    • BSFC / 60 = удельный расход топлива при торможении (фунт / (л.с. * час)) / 60 (для перевода часов в минуты)

    Таким образом, нам нужно будет выбрать карту компрессоров, которая имеет мощность не менее 59.Производительность воздушного потока 2 фунта в минуту. Далее, какое давление наддува потребуется?

    Рассчитайте давление в коллекторе, необходимое для достижения целевой мощности.

    Где,
    • MAPreq = Абсолютное давление в коллекторе (psia), необходимое для достижения целевой мощности
    • Wa = фактический воздушный поток (фунт / мин)
    • R = Газовая постоянная = 639,6
    • Tm = температура впускного коллектора (градусы F)
    • VE = объемный КПД
    • N = частота вращения двигателя (об / мин)
    • Vd = объем двигателя (кубические дюймы, преобразовать из литров в CI умножением на 61, например.2,0 литра * 61 = 122 КИ)
    Для двигателя нашего проекта:
    • Wa = 59,2 фунт / мин, как было рассчитано ранее
    • Tm = 130 градусов F
    • VE = 98%
    • Н = 3300 об / мин
    • Vd = 6,6 литра * 61 = 400 CI

    = 34,5 фунтов на квадратный дюйм (помните, что это абсолютное давление; вычтите атмосферное давление, чтобы получить манометрическое давление, 34,5 фунтов на квадратный дюйм — 14,7 фунтов на квадратный дюйм (на уровне моря) = 19,8 фунтов на квадратный дюйм)

    Итак, теперь у нас есть Массовый расход и Давление в коллекторе .Мы почти готовы нанести данные на карту компрессора. Следующим шагом является определение того, какая потеря давления существует между компрессором и коллектором. Лучший способ сделать это — измерить падение давления с помощью системы сбора данных, но во многих случаях это непрактично. В зависимости от расхода и размера охладителя наддувочного воздуха, размера трубопровода и количества / качества изгибов, ограничения корпуса дроссельной заслонки и т. Д. Вы можете оценить от 1 фунта на квадратный дюйм (или меньше) до 4 фунтов на квадратный дюйм (или выше). Для наших примеров мы оценим, что имеется потеря в 2 фунта на квадратный дюйм.Поэтому нам нужно будет добавить 2 фунта на квадратный дюйм к давлению в коллекторе, чтобы определить давление нагнетания компрессора (P2c).

    • Где,
      • P2c = Давление нагнетания компрессора (фунт / кв. Дюйм)
      • MAP = абсолютное давление в коллекторе (psia)
      • = Потеря давления между компрессором и коллектором (фунт / кв. Дюйм)

    Чтобы получить правильное состояние впуска, теперь необходимо оценить воздушный фильтр или другие ограничения.Ранее при обсуждении коэффициента давления мы говорили, что типичное значение может составлять 1 фунт / кв. Дюйм, поэтому именно оно будет использоваться в этом расчете. Кроме того, мы предполагаем, что мы находимся на уровне моря, поэтому мы будем использовать атмосферное давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Нам нужно будет вычесть потерю давления в 1 фунт / кв. Дюйм из давления окружающей среды, чтобы определить давление на входе компрессора (P1) .

    • Где:
      • = Давление на входе компрессора (psia)
      • = Давление окружающего воздуха (фунт / кв. Дюйм)
      • = Потеря давления из-за воздушного фильтра / трубопровода (фунт / кв. Дюйм)

    Таким образом, мы можем рассчитать коэффициент давления (), используя уравнение.
    Для двигателя 2,0 л:
    
    = 2,7

    Что вызывает низкое давление наддува? — Ремонт европейских автомобилей в Далласе и Плано | European Auto Shop

    Находясь в дороге в автомобиле, будь то BMW, Audi, Mercedes или Porsche, вы ищите ту мощность, которая в первую очередь заставит вас влюбиться в свой автомобиль. Ваш двигатель с турбонаддувом обеспечивает дополнительную мощность для вашего привода за счет увеличения количества воздуха и топлива, которое он может сжечь в существующих цилиндрах.

    Но иногда эффективность турбонаддува недостаточна, что приводит к невысокой мощности привода. Что именно вызывает такое низкое давление турбонаддува? Читай дальше что бы узнать.

    Как работают турбокомпрессоры

    Чтобы сначала описать, как давление турбонаддува может быть ниже оптимального уровня, важно сначала продемонстрировать, как турбо влияет на вашу мощность в первую очередь.

    Турбокомпрессоры — это система принудительного впуска, которая сжимает воздух для повышения его давления перед подачей в двигатель.В результате этой системы давление воздуха в двигателе значительно выше, что приводит к увеличению мощности двигателя. Турбокомпрессор раскручивает турбину и, следовательно, раскручивает воздушный насос намного быстрее, чем обычный двигатель. Он подключается к вытяжному потоку, чтобы сработала функция вращения.

    Причина низкого давления наддува в турбонагнетателе

    Вы выбрали свой автомобиль из-за его высокопроизводительного двигателя, а это означает, что, когда он начинает работать хуже, важно выяснить причину и найти лучшее решение, чтобы вернуть ее. в рабочем порядке.Есть много причин, по которым ваш турбокомпрессор может показывать признаки неисправности — ниже приведены некоторые из наиболее распространенных причин низкой производительности турбонаддува:

    Турбина не бесплатна

    Причиной низкого давления турбонаддува может быть результат ограниченного выхлопа из-за подсоединенной турбины и засорения ее. Это приводит к тому, что двигателю необходимо отталкиваться от выхлопа с большей силой, уменьшая количество энергии, которое может передаваться от цилиндров для мощности двигателя при движении.

    Oil Starvation

    Как вы, наверное, знаете, масло является одной из основных жидкостей, необходимых в вашем двигателе для оптимальной работы вашего европейского автомобиля. Если вашему турбокомпрессору не хватает масла — будь то утечка масла или ограничение между турбонагнетателем и двигателем, это может не только привести к заметно плохой работе на дороге, но и может привести к долгосрочным и необратимым повреждениям.

    Air Leak

    Постоянное и сильное давление воздуха имеет решающее значение для работы двигателя вашего автомобиля.Если вы заметили разницу в том, как двигатель передает мощность на привод, проверьте шланги турбонагнетателя на предмет утечек или ослабленных соединений).

    Как определить низкое давление наддува турбонагнетателя

    Есть несколько разных способов определить, работает ли ваш турбокомпрессор недостаточно эффективно:

    1. Наблюдайте за индикатором вакуума / наддува или индикатором наддува. Если давление наддува показывает низкое или значительно высокое давление, это признак того, что необходимо более детально изучить и, скорее всего, отремонтировать.
    2. Проверьте свой перепускной клапан рабочий . Следующий способ проверить турбокомпрессор — понаблюдать за функциями перепускной заслонки. Признаками плохих новостей для вашего турбокомпрессора является то, что перепускная заслонка неподвижна или не закрывается полностью. На этом этапе одна вещь, которую вы можете попробовать на месте, — это попытаться отсоединить перепускную заслонку и поработать рычаг вручную, чтобы проверить заедание и надлежащее закрытие.
    3. Осмотрите сам турбокомпрессор. Если вы заметите шатание вала, это может привести к дополнительному трению, которое мешает нормальному функционированию турбокомпрессора. Другие вещи, на которые следует обратить внимание, включают сколы, трещины и эрозию в любой части турбокомпрессора.

    Как сложный элемент в вашем автомобиле, важно следить за признаками того, что ваш турбокомпрессор нуждается в ремонте или капитальном ремонте.

    У вас низкое турбо-давление — что теперь?

    Больной турбодвигатель, как и больной человек, требует внимания профессионала.Как только вы заметили признаки и симптомы, указывающие на то, что вашему европейскому автомобилю требуется некоторое внимание, вы можете попытаться диагностировать проблему самостоятельно или отвезти свой автомобиль к высококвалифицированному специалисту, который специализируется на конкретных проблемах в Европе и Германии. сделал автомобили.

    Восстановите здоровье вашего больного Turbo с AutoScope!

    Обеспечьте бесперебойную работу вашего BMW, Audi, Mercedes или Porsche на дороге с помощью специализированных услуг наших европейских экспертов по автомобилям.AutoScope обслуживает районы Даллас, Плано, Фриско, Флауэр-Маунд и Ирвинг, предлагая высококачественное обслуживание европейских автомобилей, таких как Audi, Porsche, BMW и Mercedes.

    Запишитесь на прием в AutoScope сегодня!

    Boosting Systems

    Boosting Systems

    Hannu Jääskeläinen

    Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
    Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

    Abstract : Использование турбонаддува в бензиновых двигателях, которое исторически ограничивалось высокопроизводительными автомобилями, стало стандартной практикой для двигателей уменьшенного размера, где наддув позволяет значительно увеличить удельный крутящий момент. Существуют значительные различия в требованиях к системе наддува для бензиновых и дизельных двигателей легковых автомобилей. В дизелях для заданного расхода топлива требуется больший воздушный поток и более высокое давление наддува, а для более низких плотностей крутящего момента по сравнению с бензиновыми двигателями требуются двухступенчатые системы наддува.

    Системы наддува бензиновых двигателей малой мощности

    Хотя турбокомпрессоры применялись в производственных бензиновых двигателях в течение многих десятилетий, они в основном использовались на автомобилях с высокими характеристиками, за которые заказчики были готовы платить дополнительные расходы. Объемы производства этих автомобилей обычно были относительно небольшими. С появлением бензиновых двигателей меньшего размера с прямым впрыском для соответствия различным нормативным требованиям по выбросам парниковых газов и экономии топлива ситуация изменилась.Объемы производства бензиновых двигателей с турбонаддувом быстро увеличивались, в то время как готовность клиентов платить за производительность, возможно, не так сильно изменилась. Эта комбинация увеличенных объемов, давления, направленного на снижение затрат, а также сочетание относительно новых технологий двигателей резко изменили подход к встраиванию турбонагнетателя в серийный бензиновый двигатель за относительно короткое время.

    Рисунок 1 . Кривые крутящего момента при полной нагрузке для нескольких бензиновых двигателей с прямым впрыском с турбонаддувом

    Чтобы лучше понять, как развивалась и развивается современная технология турбонаддува для бензиновых двигателей уменьшенного размера, полезно изучить несколько примеров кривых крутящего момента при полной нагрузке для некоторых бензиновых двигателей с наддувом в sub-2.Категория 0 L, рисунок 1.

    Рассмотрим сначала два примера двигателей с одним турбонагнетателем середины 2000-х годов: 2,0-литровый двигатель FSI от Volkswagen (280 Нм / 147 кВт) и 1,4-литровый двигатель FSI (200 Нм / 90 кВт). Эти двигатели имели максимальные значения BMEP около 1,8 МПа и удельную мощность менее 75 кВт / л. Также обратите внимание, что существует компромисс между удельной мощностью и минимальной частотой вращения двигателя, при которой достигается максимальный крутящий момент. Эти значения образуют удобную базовую линию, которая отражает технологию, доступную производителям двигателей для экономичного массового производства бензиновых двигателей с прямым впрыском на этот период.Для достижения более высокого BMEP 2,2 МПа, широкого диапазона частот вращения двигателя с максимальным крутящим моментом и более высокой удельной мощности 90 кВт / л в середине 2000-х годов потребовалось два компрессора, как показано на примере 1,4-литрового TSI Volkswagen (240 Нм / 125 кВт ) двигатель, который использовал комбинацию нагнетателя и турбокомпрессора.

    К началу второго десятилетия 21 века ситуация существенно изменилась. В 2011 году Ford анонсировал свой 1,0-литровый двигатель EcoBoost (170 Нм / 93 кВт), чьи установившиеся значения крутящего момента и мощности были очень близки к показателям Volkswagen 1.4 л TSI, но для этого требовался только один турбокомпрессор с перепускным клапаном (в переходном режиме этот 1,0 л EcoBoost выдавал 200 Нм крутящего момента). 1,0-литровый EcoBoost также показал значительное снижение минимальных оборотов двигателя, при которых мог быть достигнут максимальный крутящий момент — важное достижение, учитывая более высокий BMEP по сравнению с двигателями с одним турбонагнетателем всего несколькими годами ранее. Низкая частота вращения двигателя для достижения максимального крутящего момента является критическим требованием для сохранения низкого расхода топлива в двигателях меньшего размера.

    Чтобы реализовать это преимущество в производительности, 1.0 L EcoBoost вместе с рядом других его современников опирался на ряд доступных технологий двигателей, некоторые новые разработки, а также на подход к дизайну, который гораздо более тесно интегрировал двигатель и турбокомпрессор в единый пакет, чем это было в прошлом.

    ###

    Как работают турбокомпрессоры | HowStuffWorks

    Некоторые двигатели используют два турбокомпрессора разных размеров. Меньший из них очень быстро набирает скорость, уменьшая задержку, в то время как больший берет на себя при более высоких оборотах двигателя, чтобы обеспечить больший наддув.

    Когда воздух сжимается, он нагревается; а когда воздух нагревается, он расширяется. Таким образом, отчасти повышение давления от турбонагнетателя является результатом нагревания воздуха до того, как он попадет в двигатель. Чтобы увеличить мощность двигателя, цель состоит в том, чтобы в цилиндр попало больше молекул воздуха, а не обязательно большее давление воздуха.

    Интеркулер или охладитель наддувочного воздуха — это дополнительный компонент, который выглядит как радиатор, за исключением того, что воздух проходит как внутри, так и снаружи промежуточного охладителя.Всасываемый воздух проходит через герметичные проходы внутри охладителя, а более холодный воздух снаружи обдувается через ребра вентилятором охлаждения двигателя.

    Промежуточный охладитель дополнительно увеличивает мощность двигателя за счет охлаждения сжатого воздуха, выходящего из компрессора, прежде чем он попадет в двигатель. Это означает, что если турбокомпрессор работает с наддувом 7 фунтов на квадратный дюйм, система с промежуточным охлаждением будет подавать 7 фунтов на квадратный дюйм более холодного воздуха, который более плотный и содержит больше молекул воздуха, чем более теплый воздух.

    Турбокомпрессор также помогает на больших высотах , где воздух менее плотный. Обычные двигатели будут испытывать пониженную мощность на больших высотах, потому что с каждым ходом поршня двигатель будет получать меньшую массу воздуха. Двигатель с турбонаддувом также может иметь пониженную мощность, но это снижение будет менее значительным, поскольку более разреженный воздух турбонагнетателю легче перекачивать.

    Старые автомобили с карбюраторами автоматически увеличивают расход топлива, чтобы соответствовать увеличенному потоку воздуха, поступающего в цилиндры.Современные автомобили с впрыском топлива также сделают это в определенной степени. Система впрыска топлива полагается на кислородные датчики в выхлопе, чтобы определить правильность соотношения воздух-топливо, поэтому эти системы автоматически увеличивают поток топлива, если добавлен турбонаддув.

    Если турбонагнетатель со слишком большим наддувом добавляется к автомобилю с впрыском топлива, система может не обеспечивать достаточно топлива — либо программное обеспечение, запрограммированное в контроллере, не позволяет этого, либо насос и форсунки не могут его подавать .В этом случае придется внести другие изменения, чтобы получить от турбокомпрессора максимальную пользу.

    Для получения дополнительной информации о турбонагнетателях и связанных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

    Первоначально опубликовано: 4 декабря 2000 г.

    Инновационные исследования топливных двигателей Министерства энергетики США выявили потенциал сокращения выбросов и повышения эффективности легковых и грузовых автомобилей

    В отчете, выпущенном на этой неделе, освещаются наиболее значительные достижения прошлого года в США.S. Инициатива Министерства энергетики (DOE) по совместной оптимизации топлива и двигателей (Co-Optima) с подробным описанием выводов, которые могут привести к значительному сокращению выбросов парниковых газов (ПГ) и выхлопных газов. Это совместное исследование объединило ведущих ученых, инженеров и аналитиков со всей страны, чтобы изучить, как одновременные улучшения топлива и двигателей могут максимизировать энергоэффективность и использование возобновляемых видов топлива, одновременно снижая выбросы транспортного сектора для всего автопарка .

    Исследователи

    Co-Optima сосредоточены на выявлении и понимании компонентов топлива, известных как смеси, которые можно производить из широкого спектра общих внутренних ресурсов. К ним относятся возобновляемая бытовая биомасса, такая как отходы лесного хозяйства и сельского хозяйства, которые можно комбинировать с топливом на нефтяной основе для улучшения углеродного следа транспортных средств и производительности двигателей.

    Два направления недавних исследований Co-Optima для тяжелых и средних режимов работы были сосредоточены на увеличении содержания возобновляемых источников в дизельном топливе для использования в двигателях для тяжелых и средних режимов работы, которые обычно используются в современных грузовых автомобилях, и в революционно новых конструкциях двигателей грузовых автомобилей.Исследования в области двигателей малой мощности сосредоточены на многомодовых подходах, сочетающих в себе ряд стратегий сгорания. В прошлом году исследование Co-Optima насчитало:

    • Обнаружен сильный потенциал для многих возможных смесей для снижения выбросов загрязняющих веществ в соответствии с критериями и сокращения выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла более чем на 60% по сравнению с дизельным топливом, полученным из нефти.
    • Идентифицированные смеси на биологической основе, которые демонстрируют потенциал повышения эффективности и снижения выбросов парниковых газов при использовании в многомодовых двигателях.
    • Доказано, что усовершенствованные режимы сгорания могут повысить эффективность и сократить выбросы для транспортных средств в типичных условиях движения, сохраняя при этом удельную мощность и повышение эффективности.

    В рамках конкурентного процесса в прошлом году Министерство энергетики выбрало семь отраслевых проектов для ускорения разработки и внедрения коммерческого высокоэффективного биотоплива за счет использования уникальных экспериментальных и вычислительных возможностей национальных лабораторий. Победители присоединились к Аргонну, Айдахо, Лоуренсу Беркли, Лоуренсу Ливермору, Лос-Аламосу, Ок-Ридж, Тихоокеанскому северо-западу и национальным лабораториям Сандиа; Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии; и более 20 университетов и компаний в исследованиях инициативы Co-Optima.

    Инициатива Co-Optima, спонсируемая Управлением транспортных технологий Министерства энергетики США и Управлением биоэнергетических технологий, призвана предоставить американской промышленности научную основу, необходимую для повышения производительности и эффективности транспортных средств, использования внутренних топливных ресурсов и сокращения выбросов в течение жизненного цикла.

    Прочтите полный отчет , получите более подробную информацию о партнерах и проектах консорциума , и узнайте больше об инициативе Co-Optima .

    .