Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Двигатель турбо что это такое


Турбированный двигатель: что это такое?

Начнем с того, что ситуация на современном рынке новых автомобилей заметно поменялась за последние 15-20 лет. Изменения в автоиндустрии коснулись как исполнения, уровня оснащения и решений в плане активной и пассивной безопасности, так и устройства силовых агрегатов. Привычные атмосферные моторы на бензине с тем или иным рабочим объемом, которые раньше фактически являлись показателем класса и престижности авто, сегодня активно вытесняются турбированным двигателем.

В случае с турбомоторами объем двигателя перестал выступать базовой характеристикой, определяющей мощность, крутящий момент, динамику разгона и т.д. В этой статье мы намерены сравнить двигатели с турбиной и атмосферные версии, а также ответить на вопрос, в чем состоит принципиальное отличие атмосферных ДВС от турбированных аналогов. Параллельно будут проанализированы основные преимущества и недостатки моторов с турбонаддувом. Также в итоге будет дана оценка, стоит ли покупать новые и подержанные бензиновые и дизельные машины с турбированным двигателем.

Содержание статьи

Турбированные двигатели и «атмосферники»: главные отличия

Для начала немного истории и теории. В основу работы любого ДВС положен принцип сгорания топливно-воздушной смеси в закрытой камере. Как известно, чем больше воздуха удается подать в цилиндры, тем больше горючего получается сжечь за один цикл. От количества сгоревшего топлива будет напрямую зависеть количество высвобождающейся энергии, которая толкает поршни. В атмосферных моторах забор воздуха происходит благодаря образованию разрежения во впускном коллекторе.

Другими словами, мотор буквально «засасывает» в себя наружный воздух на такте впуска самостоятельно, а объем поместившегося воздуха зависит от физического объема камеры сгорания. Получается, чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха он может уместить в цилиндрах и тем большее количество топлива получится сжечь. В результате мощность атмосферного ДВС и крутящий момент сильно зависят от объема мотора.

Рекомендуем также прочитать отдельную статью о том, что такое рабочий объем двигателя. Из этой статьи вы узнаете, какие параметры определяют данную характеристику, чем измеряется объем мотора и на что влияет данный показатель.

Принципиальной особенностью двигателей с нагнетателем является принудительная подача воздуха в цилиндры под определенным давлением. Данное решение позволяет силовому агрегату развивать больше мощности без необходимости физически увеличивать рабочий объем камеры сгорания. Добавим, что системами нагнетания воздуха может быть как турбина (турбокомпрессор), так и механический компрессор.

На практике это выглядит следующим образом. Для получения мощного мотора можно пойти двумя путями:

  • увеличить объем камеры сгорания и/или изготовить двигатель с большим количеством цилиндров;
  • подать в цилиндры воздух под давлением, что исключает необходимость увеличивать камеру сгорания и количество таких камер;
С учетом того, что на каждый литр топлива требуется около 1м3 воздуха для эффективного сжигания смеси в ДВС, автопроизводители по всему миру долгое время шли по пути совершенствования атмосферных двигателей. Атмомоторы представляли собой максимально надежный вид силовых агрегатов. Поэтапно происходило увеличение степени сжатия, при этом двигатели стали более стойкими к детонации. Благодаря появлению синтетических моторных масел минимизировались потери на трение, инженеры научились изменять фазы газораспределения, внедрение электронных систем управления двигателем позволило добиться высокоточного впрыска горючего и т.д.

В результате моторы от V6 до V12 с большим рабочим объемом долгое время являлись эталоном производительности.  Также не стоит забывать и о надежности, так как конструкция атмосферных двигателей всегда оставалась проверенным временем решением. Параллельно с этим главными минусами мощных атмосферных агрегатов справедливо считается большой вес и повышенный расход топлива, а также токсичность. Получается, на определенном этапе развития двигателестроения увеличение рабочего объема оказалось попросту нецелесообразным.

Теперь о турбомоторах. Еще одним типом агрегатов на фоне популярных «атмосферников» всегда оставались менее распространенные агрегаты с приставкой «турбо», а также компрессорные двигатели. Такие ДВС появились достаточно давно и изначально шли по другому пути развития, получив системы для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, механический компрессор или турбина. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках указанных систем нагнетания воздуха, а также о том, какой мотор выбрать, с компрессором или турбированный.

Стоит отметить, что значительной популяризации моторов с наддувом и быстрому внедрению подобных агрегатов в широкие массы долгое время препятствовала высокая стоимость автомобилей с нагнетателем. Другими словами, двигатели с наддувом были редким явлением. Объясняется это просто, так как на раннем этапе машины с турбодвигателем, механическим компрессором или одновременной комбинацией сразу двух решений зачастую ставились на дорогостоящие спортивные модели авто.

Немаловажным фактором оказалась и надежность агрегатов данного типа, которые требовали повышенного внимания в процессе обслуживания и уступали по показателям моторесурса атмосферным ДВС. Кстати, сегодня это утверждение также справедливо для двигателей с турбиной, которые конструктивно сложнее компрессорных аналогов и еще дальше ушли от атмосферных версий.

Преимущества и недостатки современного турбомотора

Перед тем, как мы приступим к анализу плюсов и минусов турбодвигателя, хотелось бы еще раз обратить ваше внимание на один нюанс. Как утверждают маркетологи, доля реализуемых новых автомобилей с турбонаддувом сегодня существенно увеличилась.

Более того, многочисленные источники делают акцент на том, что турбодвигатели все больше и больше теснят «атмосферники», автолюбители зачастую выбирают именно «турбо», так как считают атмосферные двигатели безнадежно устаревшим типом ДВС и т.п. Давайте разбираться, так ли хорош турбомотр на самом деле.

Плюсы турбодвигателя

  1. Начнем с явных плюсов. Действительно, турбодвигатель легче по весу, меньше по рабочему объему, но при этом выдает высокую максимальную мощность. Также моторы с турбиной обеспечивают высокий крутящий момент, который доступен на низких оборотах и является стабильным в широком диапазоне. Другими словами, турбомоторы имеют ровную полку крутящего момента, доступную с самых «низов» и до относительно высоких оборотов.
  2. В атмосферном двигателе такой ровной полки нет, так как тяга напрямую зависит от оборотов двигателя. На низки оборотах атмомотор  обычно выдает меньший крутящий момент, то есть его нужно раскручивать для получения приемлемой динамики.  На высоких оборотах мотор выходит на максимум мощности, но крутящий момент снижается в результате возникающих естественных потерь.
  3. Теперь несколько слов об экономичности турбодвигателей.  Такие моторы и правда расходуют меньше топлива по сравнению с атмосферными агрегатами в определенных условиях. Дело в том, что процесс наполнения цилиндров воздухом и топливом полностью контролируется электроникой. Получается, ЭБУ следит за тем, чтобы соотношение компонентов смеси было оптимальным на любых режимах работы турбированного ДВС, благодаря чему достигается полноценное сгорание заряда и происходит отдача максимума полезной энергии. В случае с атмосферными двигателями наполнение зависит как от оборотов коленвала, так и от температуры наружного воздуха, атмосферного давления и ряда других факторов.
  4. Если учесть небольшой вес самого агрегата с турбиной, доступную тягу на низких оборотах и отсутствие зависимости от внешних факторов, турбомотор закономерно расходует в штатных режимах эксплуатации меньше топлива. При этом следует помнить, что данное преимущество полностью исчезает в том случае, если постоянно ездить в режиме «газ в пол». Тогда расход топлива на турбодвигателе может оказаться даже большим, чем у атмосферных аналогов.

Минусы турбированного ДВС

Итак, с основными плюсами разобрались. Что касается минусов, они также присутствуют. Вполне очевидно, что турбомотор сложнее как в плане электроники и исполнительных устройств, так и в плане реализации самой схемы турбонаддува. Повышенные требования к качеству топлива и моторного масла тоже никуда не делись.

Дело в том, что небольшой по размерам и объему агрегат работает в условиях высоких механических и тепловых нагрузок. Давление наддува и температура в цилиндрах намного выше по сравнению с атмосферными двигателями, что означает ускоренный износ турбомотора.

Производители учитывают разные нюансы, закладывая больший запас прочности в агрегат, но во время ремонта турбодвигателя стоимость усиленных деталей получается ощутимо выше. Также двигатель с турбиной имеет большое количество датчиков и магистралей, а также дополнительных систем, что усложняет диагностику в случае возникновения неисправностей.

  1. Очень важным моментом является ресурс самой турбины. Турбонагнетатель повсеместно устанавливается на современные ДВС, окончательно вытеснив механический компрессор. При этом турбина на бензиновом двигателе обычно «ходит» всего около 150 тыс. км, на дизеле этот показатель в среднем составляет до 250 тыс. км. Затем турбокомпрессор нуждается в дорогом ремонте или полной замене.
  2. Что касается известной проблемы в виде «турбоямы» или «турболага», на современных двигателях этот недостаток практически устранен посредством установки турбин с изменяемой геометрией, путем использования технологий «би-турбо» и т.д. Почему практически, а не до конца? Дело в том, что идеальной остроты отклика во время дозирования тяги в процессе дросселирования, которая свойственна атмосферным моторам, все равно нет. Параллельно с этим более сложные системы турбонаддува требуют повышенных затрат, создают определенные затруднения, которые связаны с обслуживанием и ремонтом.

Что в итоге

Помните, в начале статьи мы говорили о том, что доля турбомоторов на рынке в последнее время заметно возросла. Да, это так, но исключительно благодаря турбодизельным агрегатам. Практически любой современный дизельный двигатель сегодня оборудован турбонаддувом. Дело в том, что именно турбина позволяет дизельному мотору обеспечить достойные эксплуатационные характеристики в сочетании с высокой топливной экономичностью. По этой причине турбодизели пользуются огромной популярностью.

Однако, ситуация с турбобензиновыми агрегатами несколько иная. Подавляющее большинство производителей продолжают выпускать модели в сегментах от «бюджет» до «премиум» с простым атмосферным двигателем. Только в отдельных случаях в линейку добавляются турбированные бензиновые версии. Что касается стран СНГ, авто с турбонаддувом на бензине продолжают заметно уступать машинам с атмосферными бензиновыми ДВС по общему количеству на дорогах. Причин для этого много, начиная от низкого спроса в результате высокой начальной стоимости «надувных» бензиновых авто и заканчивая политикой автодилеров. Последние стараются избавить себя от гарантийных обязательств перед потребителем в случае возникновения проблем с более сложной технически турбированной бензиновой машиной.

Другими словами, турбобензиновые версии завозятся намного реже, так как продавцы учитывают низкое качество горючего и недостаточное количество квалифицированных технических специалистов по ремонту и обслуживанию таких авто на территории СНГ. Добавим, что подавляющее большинство турбированных бензиновых автомобилей на отечественных дорогах представлены моделями немецкого концерна WAG (Audi, Volkswagen, Skoda и т.д.).

Подводя итоги, ответим на еще один важный вопрос. Многие автолюбители интересуются, стоит ли покупать бензиновый автомобиль с турбиной. Если вы присматриваете новую машину, планируете проездить на ней условные 3-5 лет или 100-150 тыс. км, тогда почему бы и нет. Только будьте готовы изначально переплатить за более «продвинутый» мотор и с самого начала приучите себя к мысли, что такому авто требуется частое плановое обслуживание. При этом крайне желательно выполнять регламентные работы и ремонтировать машину в официальном сервисе со всеми вытекающими допрасходами.

Если же вы хотите приобрести подержанный турбированный автомобиль, в таком случае нужно более чем основательно подумать. В случае с дизелем будет необходима глубокая диагностика состояние самого ДВС и готовность заменить изношенную турбину. Когда речь заходит о бензиновых версиях, тогда нашим ответом будет практически однозначное «нет». Дело в том, что актуальная ситуация на рынке турбобензиновых автомобилей б/у достаточно сложная.

  1. Всегда помните о небольшом ресурсе турбины. В том случае, если на конкретной модели их установлено сразу две или более, сумма ремонта заметно возрастает.
  2. Обращайте внимание на пробег и предыдущих владельцев. Зачастую турбоавтомобили берут «гонщики» или амбициозная молодежь. Если первые целенаправленно «укатывают» мощную машину, вторые, как правило, попросту не обслуживают такой автомобиль должным образом и достаточно небрежно его эксплуатируют.

В обоих случаях получается целесообразнее продать машину с пробегом 100-150 тыс. км. другому владельцу по бросовой цене, чем ремонтировать или менять высокотехнологичный турбированный двигатель. То же самое вполне справедливо и для турбированных малолитражек, например, с рабочим объемом 1.2 литра. Моторы данного типа и вовсе считаются «одноразовыми», так как имеют относительно небольшой ресурс около 150-200 тыс. км. и плохо поддаются серьезному ремонту.

Читайте также

Что такое турбодвигатель и как он работает?

Мы все слышали о турбодвигателях, но сколько вы знаете о том, как они работают? В этом руководстве мы рассмотрим все плюсы и минусы турбокомпрессоров, от их преимуществ и недостатков до того, как они отличаются от двигателей без наддува.

Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор - это компонент, состоящий из турбины и воздушного компрессора, который используется для сбора выхлопных газов, выбрасываемых из двигателя.Он нагнетает больше воздуха в цилиндры, помогая двигателю вырабатывать больше энергии.

Как они работают?

Турбины

состоят из вала с турбинным колесом на одном конце и компрессорного колеса на другом. Они закрыты корпусом в форме улитки с впускным отверстием, в которое отработавшие выхлопные газы попадают под высоким давлением. Когда воздух проходит через турбину, турбина вращается, и компрессор вращается вместе с ней, всасывая огромное количество воздуха, который сжимается и выходит из выпускного отверстия.

Труба подает этот сжатый воздух обратно в цилиндры через промежуточный охладитель, который охлаждает воздух до того, как он достигает цилиндров. Поскольку турбины работают на таких высоких скоростях (до 250 000 об / мин), они, как правило, имеют систему масляного охлаждения, чтобы они не работали слишком жарко. Большинство систем также содержат клапан, известный как «перепускной клапан», который используется для отвода избыточного газа из турбонагнетателя, когда двигатель создает слишком большую форсировку, предотвращая повреждение турбины путем ограничения ее скорости вращения.

Двигатели с турбонаддувом

отличаются от стандартных двигателей тем, что в них используется отработанный выхлопной газ для подачи большего количества воздуха во впускной клапан. В то время как двигатели без наддува полагаются на естественное давление воздуха для всасывания воздуха в двигатель, турбины ускоряют этот процесс, производя энергию более экономно.

Каковы преимущества турбо?

Турбокомпрессоры

обладают рядом преимуществ, поэтому они так популярны на современных автомобилях. Здесь мы перечислим основные плюсы двигателя с турбонаддувом.

Мощность

Turbos вырабатывают больше энергии в двигателе того же размера. Это потому, что каждый ход поршня генерирует больше мощности, чем в безнаддувных двигателях. Это означает, что больше автомобилей теперь оснащаются двигателями меньшего размера с турбонаддувом, заменяя более крупные и менее экономичные агрегаты. Хорошим примером этого является решение Ford заменить свой стандартный бензиновый двигатель объемом 1,6 л на 1-литровый турбированный агрегат, который он называет EcoBoost.

Экономия

Поскольку турбонагнетатели могут вырабатывать такую ​​же мощность, что и более крупные двигатели с наддувом, это открывает путь для использования более мелких, более легких и экономичных двигателей.Теперь все современные дизельные автомобили оснащены турбокомпрессором, что повышает экономию топлива и снижает выбросы.

Крутящий момент и производительность

Даже на самых маленьких двигателях турбокомпрессоры производят больший крутящий момент, особенно ниже диапазона оборотов. Это означает, что автомобили извлекают выгоду из сильной, быстрой работы, которая хороша в городе и помогает двигателю чувствовать себя более усовершенствованным на более высоких скоростях на автомагистралях и дорогах. На низких скоростях небольшие двигатели с турбонаддувом могут опережать автомобили, оснащенные большими, безнаддувными двигателями из-за крутящего момента, который они производят.

Тихие двигатели

Поскольку воздух в двигателе с турбонаддувом фильтруется через большее количество труб и компонентов, шум на впуске и выпуске уменьшается и улучшается, что делает его более тихим и плавным - возможно, это одно из самых неожиданных преимуществ двигателя с турбонаддувом.

А каковы недостатки?

Хотя турбины становятся все более популярными, у них есть некоторые подводные камни, которые мы перечислили ниже.

Дорогой ремонт стоит
Турбокомпрессоры

увеличивают сложность двигателя с целым рядом других компонентов под капотом, которые могут выходить из строя или вызывать неисправности.Эти проблемы могут быть дорогостоящими, чтобы решить их, и могут оказать влияние на другие компоненты, если они выходят из строя.

Turbo Lag

Turbo Lag - это кратковременная задержка реакции после нажатия дросселя, которая может возникнуть, когда двигатель не вырабатывает достаточно выхлопных газов для достаточно быстрого вращения турбины на впуске турбины. Это действительно происходит только тогда, когда автомобиль движется агрессивно или из закрытого положения дроссельной заслонки. В автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками производители предотвращают отставание от турбокомпрессора, добавляя два турбонагнетателя различной геометрии, а не один большой с одной турбиной.

Эффективность и стиль вождения

Достижение заявленных показателей эффективности двигателя с турбонаддувом требует тщательного управления дроссельной заслонкой, при котором акселератор не нажимается слишком сильно. Когда турбокомпрессор находится в режиме «наддува», цилиндры сжигают топливо быстрее, что приводит к снижению эффективности. Водителям, переезжающим из безнаддувного автомобиля на модель с турбонаддувом, может потребоваться изменить стиль вождения, чтобы сохранить хорошую эффективность, особенно при первом запуске.

Откуда берутся турбокомпрессоры?

Первый турбокомпрессор был изготовлен в конце 19 -го -го века немецким инженером Готлибом Даймлером, но он не получил известность до окончания Первой мировой войны, когда производители самолетов начали добавлять их в самолеты для обеспечения двигателями, работающими на больших высотах где воздух тоньше.

Турбокомпрессоры

не добавлялись в автомобильные двигатели до 1961 года, когда американский производитель Oldsmobile использовал простую турбину для повышения мощности 3.Двигатель V8 5л. В 1984 году Saab разработал новую, более эффективную турбо-систему, и эта конструкция, с некоторыми изменениями и модификациями, остается самой популярной конфигурацией турбокомпрессора сегодня.

В Redex наши присадки к топливной системе улучшают рабочие характеристики дизельных и бензиновых двигателей с турбонаддувом и безнаддувными. Используя Redex в каждом топливном баке, вы можете наслаждаться улучшенными характеристиками и здоровьем двигателя. Для получения дополнительной информации посетите домашнюю страницу Redex .

,

Turbojet - Wikipedia

Реактивный реактивный двигатель, обычно используемый в самолете

Схема типичного газотурбинного реактивного двигателя

Турбореактивный двигатель представляет собой воздушно-реактивный реактивный двигатель, обычно используемый в авиации. Он состоит из газовой турбины с выталкивающим соплом. Газовая турбина имеет воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину (которая приводит в действие компрессор). Сжатый воздух из компрессора нагревается путем сжигания топлива в камере сгорания, а затем ему позволяют расширяться через турбину.Затем выхлоп турбины расширяется в движущемся сопле, где он ускоряется до высокой скорости для обеспечения тяги. [1] Два инженера, Франк Уиттл в Соединенном Королевстве и Ханс фон Охайн в Германии, независимо друг от друга разработали концепцию в практические двигатели в конце 1930-х годов.

Хотя турбореактивный двигатель был первой формой газотурбинной силовой установки для авиации, он в значительной степени был заменен другими разработками оригинальной концепции. При работе турбореактивные двигатели обычно генерируют тягу за счет ускорения относительно небольшого количества воздуха до очень высоких сверхзвуковых скоростей, тогда как турбовентиляторы ускоряют большее количество воздуха до более низких трансзвуковых скоростей.Турбореактивные двигатели были заменены на более медленных самолетах турбовинтовыми двигателями, потому что они имеют лучший удельный расход топлива. На средних скоростях, где пропеллер уже не эффективен, турбовинтовые двигатели были заменены турбовентиляторными. Турбовентилятор тише и имеет больший удельный расход топлива, чем турбореактивный. Турбореактивные двигатели могут быть очень эффективными для сверхзвуковых самолетов.

Турбореактивные двигатели имеют низкую эффективность на низких скоростях транспортного средства, что ограничивает их полезность в транспортных средствах, кроме воздушных судов. Турбореактивные двигатели использовались в единичных случаях для питания транспортных средств, отличных от самолетов, как правило, для попыток регистрации скорости на земле.В тех случаях, когда транспортные средства питаются от турбины, это чаще всего происходит с использованием турбовального двигателя, разработки газотурбинного двигателя, в котором для привода вращающегося выходного вала используется дополнительная турбина. Они распространены в вертолетах и ​​на воздушной подушке. Турбореактивные двигатели использовались на Конкорде и более дальних версиях Ту-144, которые требовались для длительного путешествия в сверхзвуковом режиме. Турбореактивные двигатели все еще широко распространены в крылатых ракетах средней дальности из-за их высокой скорости выпуска, небольшой лобовой площади и относительной простоты.Они также до сих пор используются на некоторых сверхзвуковых истребителях, таких как МиГ-25, но большинство тратят мало времени на сверхзвуковые поездки, поэтому используют турбореактивные вентиляторы и используют форсажные камеры для повышения скорости выпуска для сверхзвуковых спринтов.

История [править]

Немецкий патент Альберта Фоно на реактивные двигатели (январь 1928 г.). Третья иллюстрация - турбореактивный. Heinkel He 178, первый в мире самолет, который будет летать исключительно на турбореактивном двигателе, используя двигатель HeS 3

Первый патент на использование газовой турбины для питания самолета был подан в 1921 году французом Максимом Гийомом. [2] Его двигатель должен был быть турбореактивным с осевым потоком, но он так и не был сконструирован, так как это потребовало бы значительных успехов по сравнению с современным уровнем техники в компрессорах. [3]

В 1928 году британский колледж RAF Cranwell курсант [4] Фрэнк Уиттл официально представил свои идеи для турбореактивного двигателя своим начальствам. В октябре 1929 года он развил свои идеи дальше. [5] 16 января 1930 года в Англии Уиттл представил свой первый патент (выданный в 1932 году). [6] Патент показал двухступенчатый осевой компрессор, питающий односторонний центробежный компрессор.Практические осевые компрессоры стали возможными благодаря идеям А.А.Грифита в оригинальной работе 1926 года («Аэродинамическая теория конструкции турбины»). Позднее Уиттл сконцентрируется только на более простом центробежном компрессоре по ряду практических соображений. 12 апреля 1937 года Уиттл запустил первый турбореактивный двигатель Power Jets WU. Он работал на жидком топливе и включал автономный топливный насос. Команда Уиттла испытывала почти панику, когда двигатель не останавливался, ускоряясь даже после выключения топлива.Оказалось, что топливо просочилось в двигатель и накапливалось в бассейнах, поэтому двигатель не остановился, пока не сгорело все вытекшее топливо. Уиттл не смог заинтересовать правительство своим изобретением, и развитие продолжалось медленными темпами.

В Германии Ханс фон Охайн запатентовал аналогичный двигатель в 1935 году. [7]

27 августа 1939 года Heinkel He 178 стал первым в мире самолетом, который будет летать на турбореактивном двигателе, с пилотом-испытателем Эрихом Варцицем у органов управления, [8] , став первым практическим реактивным самолетом.Gloster E.28 / 39 (также называемый «Gloster Whittle», «Gloster Pioneer» или «Gloster G.40») был первым британским самолетом с реактивным двигателем, который совершил полет. Он был разработан для тестирования реактивного двигателя Уиттла в полете, что привело к разработке Глостер Метеор. [9]

Первые два действующих турбореактивных самолета, Messerschmitt Me 262 и затем Gloster Meteor, поступили на вооружение в 1944 году, к концу Второй мировой войны. [10] [11]

Воздух всасывается во вращающийся компрессор через впускной канал и сжимается до более высокого давления перед входом в камеру сгорания.Топливо смешивается со сжатым воздухом и горит в камере сгорания. Продукты сгорания покидают камеру сгорания и распространяются через турбину, где энергия извлекается для привода компрессора. Выхлопные газы турбины все еще содержат значительную энергию, которая преобразуется в движущемся сопле в высокоскоростную струю.

Первыми реактивными двигателями были турбореактивные двигатели с центробежным компрессором (как в Heinkel HeS 3) или с осевыми компрессорами (как в Junkers Jumo 004), которые давали двигатель меньшего диаметра, хотя и более длинный.Заменив пропеллер, используемый в поршневых двигателях, на высокоскоростную струю выхлопных газов, были достигнуты более высокие скорости самолета.

Одним из последних применений турбореактивного двигателя был Concorde, в котором использовался двигатель Olympus 593. Во время разработки турбореактивный двигатель оказался оптимальным для крейсерского полета с удвоенной скоростью звука, несмотря на преимущество турбовентиляторов для более низких скоростей. Для Concorde потребовалось меньше топлива для создания заданной тяги на милю при скорости 2,0 Маха, чем у современного турбовентилятора с большим байпасом, такого как General Electric CF6, при его Маха 0.86 оптимальная скорость. [12]

Турбореактивные двигатели оказали значительное влияние на коммерческую авиацию. Помимо обеспечения более высоких скоростей полета, турбореактивные двигатели обладали большей надежностью, чем поршневые двигатели, при этом некоторые модели демонстрировали рейтинг надежности диспетчеризации, превышающий 99,9%. Предварительно реактивные коммерческие самолеты были разработаны с четырьмя двигателями частично из-за опасений по поводу сбоев в полете. Были проложены зарубежные траектории полета, чтобы самолеты оставались в пределах часа от посадочной площадки, удлиняя полеты.Повышение надежности, которое стало возможным благодаря турбореактивному двигателю, позволило создать трех- и двухдвигательные конструкции и более прямые полеты на дальние расстояния. [13]

Высокотемпературные сплавы были обратным явлением, ключевой технологией, которая привела к прогрессу в области реактивных двигателей. Не британские реактивные двигатели, построенные в 1930-х и 1940-х годах, должны были подвергаться капитальному ремонту каждые 10 или 20 часов из-за отказа ползучести и других типов повреждений лопастей. Однако в британских двигателях использовались сплавы Nimonic, которые позволяли длительное использование без капитального ремонта. Такие двигатели, как Rolls-Royce Welland и Rolls-Royce Derwent, [14] и к 1949 году de Havilland Goblin, прошли типовые испытания в течение 500 часов без технического обслуживания. , [15] Только в 1950-х годах технология суперсплава позволила другим странам производить экономически практичные двигатели. [16]

Ранние проекты [править]

Ранние немецкие турбореактивные двигатели имели серьезные ограничения по скорости работы, которые они могли выполнять из-за отсутствия подходящих высокотемпературных материалов для турбин. Британские двигатели, такие как Rolls-Royce Welland, использовали более качественные материалы, обеспечивающие повышенную долговечность. Первоначально Welland был сертифицирован по типу на 80 часов, а затем между капитальными ремонтами был продлен до 150 часов, в результате чего в ходе испытаний был достигнут увеличенный 500-часовой пробег. [17] Несмотря на высокое техническое обслуживание, некоторые из ранних реактивных истребителей все еще работают со своими оригинальными двигателями.

Турбореактивный двигатель J85-GE-17A от General Electric (1970)

General Electric в Соединенных Штатах была в хорошем положении, чтобы войти в бизнес реактивных двигателей благодаря своему опыту работы с высокотемпературными материалами, использованными в их турбонагнетателях во время Второй мировой войны. [18]

Впрыск воды был распространенным методом, используемым для увеличения тяги, обычно во время взлета, в ранних турбореактивных двигателях, которые были ограничены по тяге из-за допустимой температуры на входе в турбину.Вода увеличивала тягу на пределе температуры, но препятствовала полному сгоранию, часто оставляя очень видимый след дыма.

Допустимые температуры на входе в турбину со временем неуклонно увеличивались как при внедрении превосходных сплавов и покрытий, так и при внедрении и прогрессивной эффективности конструкций охлаждения лопаток. На ранних двигателях ограничение температуры турбины должно было контролироваться и избегаться пилотом, как правило, во время запуска и при максимальных установках тяги.Было введено автоматическое ограничение температуры, чтобы уменьшить нагрузку на пилота и снизить вероятность повреждения турбины из-за перегрева.

Анимация осевого компрессора. Стационарные лезвия являются статорами. Принципиальная схема, показывающая работу турбореактивного двигателя центробежного потока. Компрессор приводится в действие ступенью турбины и выбрасывает воздух наружу, что требует его перенаправления параллельно оси тяги. Принципиальная схема, показывающая работу турбореактивного двигателя с осевым потоком.Здесь компрессор снова приводится в движение турбиной, но воздушный поток остается параллельным оси тяги

Воздухозаборник [править]

Впуск, или трубка, необходим перед компрессором, чтобы помочь плавно направить поступающий воздух в движущиеся лопасти компрессора. Старые двигатели имели неподвижные лопасти перед движущимися лопастями. Эти лопасти также помогли направить воздух на лопасти. Воздух, поступающий в турбореактивный двигатель, всегда дозвуковой, независимо от скорости самого самолета.

Воздухозаборник должен подавать воздух в двигатель с приемлемо небольшим изменением давления (известным как искажение) и теряя при этом как можно меньше энергии (известный как восстановление давления). Повышение давления плунжера на впуске является вкладом впуска в общий коэффициент давления и тепловой КПД двигательной установки.

Воздухозаборник становится заметным на высоких скоростях, когда он передает больше тяги на планер, чем двигатель. Хорошо известными примерами являются двигательные установки Concorde и Lockheed SR-71 Blackbird, в которых потребление и вклад двигателя в общую силовую установку составляли 63% / 8% [19] на Маха 2 и 54% / 17% [20] на мах 3+.Потребление варьировалось от «нулевой длины» [21] на турбовентиляторной установке Pratt & Whitney TF33 в Starheifter Lockheed C-141 до двойного потребления длиной 65 футов на североамериканской валькирии XB-70, каждая питание трех двигателей с расходом воздуха на впуске около 800 фунтов / сек.

компрессор [править]

Компрессор приводится в действие турбиной. Он вращается с высокой скоростью, добавляя энергию к воздушному потоку и одновременно сжимая (сжимая) его в меньшем пространстве.Сжатие воздуха увеличивает его давление и температуру. Чем меньше компрессор, тем быстрее он вращается. На большом конце диапазона вентилятор GE-90-115 вращается со скоростью около 2500 об / мин, а небольшой компрессор двигателя вертолета вращается со скоростью около 50 000 об / мин.

Турбореактивные двигатели подают воздух от компрессора на борт самолета, например, для системы экологического контроля, защиты от обледенения и повышения давления в топливном баке. Самому двигателю необходим воздух при различных давлениях и расходах, чтобы поддерживать его работу.Этот воздух поступает из компрессора, и без него турбины будут перегреваться, смазочное масло будет вытекать из полостей подшипников, упорные подшипники ротора будут скользить или перегружаться, и на носовом конусе будет образовываться лед. Воздух из компрессора, называемый вторичным воздухом, используется для охлаждения турбины, уплотнения полости подшипника, защиты от обледенения и обеспечения того, что осевая нагрузка ротора на упорный подшипник не изнашивает его преждевременно. Подача стравливаемого воздуха на летательный аппарат снижает эффективность двигателя, поскольку он был сжат, но не способствует созданию тяги.Стравливание воздуха для обслуживания самолетов больше не требуется на турбовентиляторном Boeing 787.

Типы компрессоров, используемые в турбореактивных двигателях, обычно были осевыми или центробежными. Ранние турбореактивные компрессоры имели низкое соотношение давления примерно до 5: 1. Аэродинамические усовершенствования, в том числе разделение компрессора на две отдельно вращающиеся части, включение изменяемых углов лопастей для направляющих лопаток и статоров, и отвод воздуха из компрессора позволили более поздним турбореактивным двигателям иметь общее отношение давления 15: 1 или более.Для сравнения, современные гражданские турбовентиляторные двигатели имеют общее соотношение давления 44: 1 или более. После выхода из компрессора воздух поступает в камеру сгорания.

Камера сгорания [править]

Процесс горения в камере сгорания значительно отличается от процесса в поршневом двигателе. В поршневом двигателе горючие газы ограничены небольшим объемом, и, когда топливо сгорает, давление увеличивается. В турбореактивном топливе воздушно-топливная смесь сгорает в камере сгорания и проходит через турбину в непрерывном процессе без повышения давления.Вместо этого в камере сгорания происходит небольшая потеря давления.

Топливно-воздушная смесь может гореть только в медленно движущемся воздухе, поэтому топливные форсунки поддерживают зону обратного потока для приблизительно стехиометрического горения в первичной зоне. Далее вводится сжатый воздух, который завершает процесс сгорания и снижает температуру продуктов сгорания до уровня, который может принять турбина. Менее 25% воздуха обычно используется для сжигания, так как общая обедненная смесь требуется для поддержания температурных пределов турбины.

Турбина [править]

Различные лопасти используются в турбинных колесах.

Горячие газы, выходящие из камеры сгорания, расширяются через турбину. Типичные материалы для турбин включают Инконель и Нимоник. [22] У самых горячих лопаток турбины и лопаток в двигателе есть внутренние каналы охлаждения. Воздух из компрессора пропускается через них, чтобы поддерживать температуру металла в определенных пределах. Остальные этапы не нуждаются в охлаждении.

На первом этапе турбина в значительной степени представляет собой импульсную турбину (похожую на колесо Пелтона) и вращается из-за воздействия потока горячего газа.Более поздние стадии - сходящиеся каналы, которые ускоряют газ. Энергия передается в вал посредством обмена импульсами, противоположным передаче энергии в компрессоре. Мощность, развиваемая турбиной, приводит в действие компрессор и вспомогательные устройства, такие как топливный, масляный и гидравлический насосы, которые приводятся в действие вспомогательной коробкой передач.

Сопло

[править]

После турбины газы расширяются через выпускное сопло, создавая высокоскоростную струю. В сходящемся сопле воздуховод постепенно сужается к горлу.Отношение давления сопла на турбореактивном двигателе является достаточно высоким при более высоких установках тяги, чтобы вызвать удушение сопла.

Если, однако, установлено сходящееся-расходящееся сопло Лаваля, расширяющаяся секция (увеличивая площадь потока) позволяет газам достигать сверхзвуковой скорости внутри расширяющейся секции. Дополнительная тяга создается за счет более высокой скорости выхлопа.

Увеличение тяги [править]

Тяга чаще всего увеличивалась в турбореактивных двигателях с впрыском воды / метанола или дожиганием.Некоторые двигатели используются одновременно.

Впрыск жидкости был испытан на Power Jets W.1 в 1941 году, сначала с использованием аммиака, а затем переходом на воду, а затем воду-метанол. Система для испытания техники в Gloster E.28 / 39 была разработана, но так и не была установлена. [23]

Дожигатель [править]

Дожигатель или «труба повторного нагрева» представляет собой камеру сгорания, добавленную для нагрева выхлопных газов турбины. Расход топлива очень высокий, обычно в четыре раза больше, чем у основного двигателя.Дожигатели используются почти исключительно на сверхзвуковых самолетах, большинство из которых - военные самолеты. Два сверхзвуковых авиалайнера, Concorde и Tu-144, также использовали форсажные камеры, как и Scaled Composites White Knight, самолет-носитель для экспериментального суборбитального космического корабля SpaceShipOne.

Reheat был испытан в полете в 1944 году на двигателях W.2 / 700 в Gloster Meteor I. [24]

Чистая тяга [править]

Чистая тяга FN {\ displaystyle F_ {N} \;} турбореактивного двигателя определяется как: [25] [26]

FN = (m˙air + m˙f) Vj − m˙airV {\ displaystyle F_ {N} = ({\ dot {m}} _ {air} + {\ dot {m}} _ {f}) V_ {j} - {\ dot {m}} _ {air} V }

где:

Если скорость струи равна скорости звука, говорят, что сопло «задушено».Если форсунка заклинило, давление на плоскости выхода форсунки превышает атмосферное давление, и к приведенному выше уравнению необходимо добавить дополнительные условия, чтобы учесть давление. [27]

Скорость потока топлива, поступающего в двигатель, очень мала по сравнению со скоростью потока воздуха. [25] Если вклад топлива в общую тягу форсунки игнорируется, чистая тяга равна:

FN = m˙air (Vj − V) {\ displaystyle F_ {N} = {\ dot {m}} _ {air} (V_ {j} -V)}

Скорость струи Vj {\ displaystyle V_ {j} \;} должна превышать истинную воздушную скорость самолета V {\ displaystyle V \;}, если на планере должна быть чистая прямая тяга.Скорость Vj {\ displaystyle V_ {j} \;} может быть рассчитана термодинамически на основе адиабатического расширения. [28]

Улучшения цикла [править]

Работа турбореактивного двигателя моделируется приблизительно циклом Брайтона. .Он также увеличивается за счет уменьшения потерь по мере продвижения потока от впускного патрубка к движущемуся соплу. Эти потери количественно определяются эффективностью компрессора и турбины и потерями давления в воздуховоде. При использовании в турбореактивном двигателе, где выход газовой турбины используется в движущемся сопле, повышение температуры турбины увеличивает скорость струи. На обычных дозвуковых скоростях это снижает эффективность движителя, давая общие потери, что отражается в более высоком расходе топлива или SFC. [29] Однако для сверхзвуковых самолетов это может быть выгодно, и это одна из причин, по которой Конкорд использовал турбореактивные двигатели. Турбореактивные системы представляют собой сложные системы, поэтому для обеспечения оптимального функционирования такой системы требуется разработка более новых моделей для усовершенствования ее систем управления для внедрения новейших знаний в области автоматизации, что повышает ее безопасность и эффективность. [30]

См. Также [править]

Список литературы [править]

  1. ^ "Турбореактивный двигатель". SAMI 2010 • 8-й Международный симпозиум IEEE по прикладному искусственному интеллекту и информатике • 28–30 января 2010 г. • Herl'any, Словакия (Современные методы управления турбореактивными двигателями) (Р. Андога *, ***, Л. Фезу *, **, Л. Мадараш * и Ю. Юдичак ****
    • Кошицкий технический университет, кафедра кибернетики и искусственного интеллекта, Кошице, Словакия ** Технический университет Кошице, факультет экологических исследований и инженерной информации, Кошице,))

Дополнительное чтение [править]

  • Springer, Edwin H.(2001). Построение турбокомпрессора Турбореактивный двигатель . Турбореактивные технологии.

Внешние ссылки [редактировать]

,

бензиновых двигателей с турбонаддувом - Википедия

Турбокомпрессоры используются на различных бензиновых двигателях с 1962 года, чтобы получить большую мощность или крутящий момент для данного объема двигателя.

Большинство бензиновых двигателей с турбонаддувом используют один турбонагнетатель, однако часто используются конфигурации с двумя турбинами.

В автоспорте турбокомпрессоры использовались в различных видах автоспорта в 1970-х и 1980-х годах. С середины 2010-х турбонаддув вернулся в несколько категорий автоспорта, таких как Формула-1 и Чемпионат мира по ралли.

В конце 1970-х и начале 1980-х годов было выпущено несколько мотоциклов с двигателями с турбонаддувом.

История [править]

  • 1962: Первым двигателем серийного производства с турбонаддувом был Oldsmobile Turbo Jetfire, использовавшийся в Oldsmobile Jetfire [1] (модифицированная версия турбокомпрессора также использовалась в Chevrolet Corvair Monza Spyder, выпущенном месяцем позже). [2] Использовался турбокомпрессор Garrett AiResearch со встроенным перепускным клапаном. [3] [4] [5] Мощность значительно увеличилась по сравнению с безнаддувным двигателем (без турбонаддува), однако надежность этих двигателей была низкой, и производство двигателя прекратилось в 1963 году. [2 ] [6]
  • 1965: Начиная с этого года, версия International Covester Scout с турбонаддувом и четырехцилиндровым наклонным четырехцилиндровым двигателем "Comanche" мощностью 154 кубических дюйма была опцией. Этот двигатель развил 83 кВт (111 л.с.) при 4000 об / мин и 225 Нм (166 фунт-футов) при 3200 об / мин и был доступен до 1967 года. [7] [8]
  • 1973: Следующим серийно выпускаемым автомобилем с турбонаддувом был BMW 2002 Turbo, представленный на автосалоне во Франкфурте 1973 года, с четырехцилиндровым двигателем объемом 2,0 л (120 куб. Дюймов). [9] Из-за чрезмерной турбо-задержки, проблем безопасности и нефтяного кризиса 1973/1974 гг., Turbo 2002 был прекращен в 1974 г. [9]
  • 1974: В разгар нефтяного кризиса был представлен Porsche 911 Turbo, ставший самым быстрым серийным автомобилем того времени. [10] [11] Porsche 911 выпускается с двигателем с турбонаддувом в течение большинства лет с 1974 года. [12]
  • 1977: Модель Saab 99 начинает долгий пробег автомобилей Saab с турбонаддувом.
  • 1978: Версия двигателя Buick V6 "LD5" знаменует собой возвращение турбонаддува к автомобилям, произведенным в Соединенных Штатах. [13]
  • 1978-настоящее время: Многие производители выпускают автомобили с турбонаддувом.С начала 2010-х годов многие европейские автомобили перешли на меньшие турбированные двигатели. Эта тенденция с тех пор распространилась на производителей из других регионов.

Несколько турбокомпрессоров [править]

Параллельная конфигурация [править]

Распределение двухдвигателей с турбонаддувом, особенно на V-образных двигателях, является параллельной конфигурацией. [14] В этом устройстве используются две турбины одинакового размера, каждая из которых питается отдельным набором потоков выхлопных газов из двигателя. Наличие двух меньших турбоагрегатов дает одинаковую суммарную величину наддува, так как более крупные одиночные турбины позволяют им быстрее достигать оптимальных оборотов, тем самым улучшая подачу наддува.

Последовательная конфигурация [править]

Еще одна сдвоенная турбина, обычно используемая в автомобильных двигателях, представляет собой последовательную конфигурацию, когда одна турбина активна во всем диапазоне оборотов двигателя, а другая активируется при более высоких оборотах. [15] Ниже этого числа оборотов и выпуск, и впуск воздуха вторичной турбины закрыты. По отдельности они имеют меньшую задержку [15] , а наличие второго турбонагнетателя, работающего на более высоком диапазоне оборотов, позволяет ему достичь полной скорости вращения, прежде чем это потребуется.Такие комбинации называются последовательными твин-турбо. Последовательные двухтурбинные системы обычно более сложны, чем параллельные двухтурбинные системы, потому что они требуют дополнительных труб и клапанов перепускных клапанов для контроля направления выхлопных газов.

Другие конфигурации [править]

Производители автомобилей редко используют более двух турбонагнетателей. Некоторыми исключениями являются система с тремя турбокомпрессорами, используемая в дизельном двигателе BMW N57S 2012-2017 годов, система с четырьмя турбокомпрессорами, используемая в двигателе V12 в Bugatti EB110 1991-1995 годов, и система с четырьмя турбокомпрессорами, используемая в двигателе W16 в 2005-2015 Bugatti Veyron и 2016-настоящее время Bugatti Chiron.

Автоспорт [редактировать]

1970 Toyota 7, гоночный автомобиль с двойным турбонаддувом

Indy car racing [редактировать]

Первым двигателем с турбонаддувом в автоспорте был дизель Kurtis Kraft-Cummins, которым управлял Фред Агабашян. В 1952 году он участвовал в 500 турнирах в Индианаполисе. [16] Однако турбо не удалось на круге 71 из 200. [ нужно цитирование ]

Еще одним из первых применений турбонаддува в автоспорте была турбированная версия двигателя Offenhauser V8, которая впервые участвовала в соревнованиях. в 1966 году в Индианаполисе 500 использовался турбокомпрессор Garrett AiResearch.Этот двигатель выиграл в 1968 году Индианаполис 500 [17] [18] , а в 1973 году была достигнута мощность более 750 кВт (1000 л.с.).

Гоночный спортивный автомобиль [править]

В 1972 году Porsche 917 / 10K стал первым автомобилем с турбонаддувом, выигравшим серию Can-Am. Модель 917/10К была оснащена двигателем с турбонаддувом и плоским двенадцатью двигателями мощностью до 820 кВт (1100 л.с.).

Формула 1 [редактировать]

В Формуле-1 оригинальная «Турбо-эра» продолжалась с сезона 1977 года до сезона 1988 года.В эту эпоху Renault, Honda, BMW и Ferrari производили двигатели мощностью 1500 куб. См (92 куб. Дюйма), способные вырабатывать от 750 до 1120 кВт (от 1000 до 1500 л.с.). Первым автомобилем Формулы-1 с турбонаддувом был Renault RS01, [19] , однако ранние двигатели часто страдали от проблем с надежностью. К середине 1980-х годов в Формуле-1 доминировали двигатели с турбонаддувом, пока они не были запрещены после сезона 1988 года.

Турбонаддув вернулся в Формулу-1 в сезоне 2014 года с турбонаддувом 1.Двигатели V6 объемом 6 л (98 куб. Дюймов) заменяют безнаддувные двигатели V8 объемом 2,4 л (146 куб. Дюймов), которые использовались ранее. Турбонаддув в сочетании с более мощными системами рекуперации энергии поддерживал уровень мощности, аналогичный предыдущим двигателям V8, несмотря на меньшую мощность и более низкие обороты. [20]

Гоночный автомобиль для гастролей [править]

В немецкой гоночной серии Deutsche Tourenwagen Meisterschaft (DTM) "Турбо-эра" 1985 и 1989 годов показала, что Volvo, Alfa Romeo и Ford стали первыми производителями, использующими двигатели с турбонаддувом.В 1985 году Volvo 240 Turbo выиграл чемпионат Европы среди туристических автомобилей, прежде чем турбонагнетатели были запрещены в начале сезона 1990 года по причинам стоимости.

С сезона 2019 года турбонаддув вернулся к DTM с рядными четырьмя двигателями объемом 2,0 л (122 куб. Дюйма) с турбонаддувом (согласно японским правилам Super GT "Class One"), заменившими предыдущий атмосферный 4,0 л (244 куб. ) Двигатели V8.

Ралли [править]

В эпоху группы В 1982-1986 годов на чемпионате мира по ралли доминировали двигатели с турбонаддувом мощностью до 450 кВт (600 л.с.). [21]

Турбокомпрессор возвращен для сезона 2012 года и используется с тех пор. В раллийных автомобилях WRC используется рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 1,6 л (98 куб. Дюймов) с ограничителем 34 мм в системе впуска воздуха. [22]

Мотоциклы [править]

Турбокомпрессор редко используется производителями мотоциклов, при этом единственными примерами заводских мотоциклов с турбонаддувом являются следующие: [23] [25]

Список литературы [править]

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.