Как работает турбо двигатель

ЧТО ТАКОЕ ТУРБИНА И КАК РАБОТАЕТ ТУРБО МОТОР Часть 1. — DRIVE2

Основы турбо-наддува. Часть 1.

Основные принципы работы турбо двигателя.

Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливо-воздушной смеси попадающей в цилиндры. При прочих равных, двигатель большего объема пропустит через себя больше воздуха и, соответственно, выдаст больше мощности, чем двигатель меньшего объема. Если нам требуется что бы маленький двигатель выдавал мощности как большой или мы просто хотим что бы большой выдавал еще больше мощности, нашей основной задачей станет поместить больше воздуха в цилиндры этого двигателя. Естественно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, уеличив продувку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы даже можем оставить количество воздуха прежним, но поднять степень сжатия нашего мотора и перейти на более высокий октан топлива, тем самым подняв КПД системы. Все эти способы действенны и работают в случае когда требуемое увеличение мощности составляет 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность мотора — самым эффективным методом будет использование турбокомпрессора.

Каким же образом турбокомпрессор позволит нам получить больше воздуха в цилиндрах нашего мотора? Давайте взгянем на приведенную ниже диаграмму:

Рассмотрим основные этапы прохождения воздуха в двигателе с турбокомпрессором:

— воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и попадает на вход турбокомпрессора (1)
— внутри турбокомпрессора вошедший воздух сжимается и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, что несколько снижает его плотность.
— Из турбокомпрессора воздух поступает в интеркулер (3) где охлаждается и в основной мере восстанавливает свою температуру, что кроме увеличения плотности воздуха ведет еще и к меньшей склонности к детонации нашей будущей топливо-воздушной смеси.
— После прохождения интеркулера воздух проходит через дросеель, попадает во впускной коллектор (4) и дальше на такте впуска — в цилиндры нашего двигателя.
Объем цилиндра является фиксированной величиной, обусловленной его диаметром и ходом поршня, но так как теперь он заполняется сжатым турбокомпрессором воздухом, количество кислорода зашедшее в цилиндр становится значительно больше чем в случае с атмосферным мотором. Большее количество кислорода позволяет сжечь большее количество топлива за такт, а сгорание большего количества топлива ведет к увеличению мощности выдаваемой двигателем.
— После того как топливо-воздушная смесь сгорела в цилиндре, она на такте выпуска уходит в выпускной коллекторе (5) где этот поток горячего (500С-1100С) газа попадает в турбину (6)
— Проходя через турбину поток выхлопных газов вращает вал турбины на другой стороне которого находится компрессор и тем самым совершает работу по сжатию очередной порции воздуха. При этом происходит падение давления и температуры выхлопного газа, поскольку часть его энергии ушла на обеспечение работу компрессора через вал турбины.

Ниже приведена схема внутреннего устройства турбокомпрессора:

В зависимоти от конкретного мотора и его компоновки под капотом, турбокомпрессор может иметь дополнительные встроенные элементы, такие как Wastegate и Blow-Off. Рассмотрим их подробнее:

Blow-off
Блоуофф (перепускной клапан) это устройство установленное в воздушной системе между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой с целью недопустить выход компрессора на режим surge. В моменты когда дроссель резко закрывается, скорость потока и расход воздуха в системе резко падает, при этом турбина еще некоторое время продолжает вращаться по инерции со скоростью не соответствующей новому упавшему расходу воздуха. Это вызывает циклические скачки давления за компрессором и слышимый характерный звук прорывающегося через компрессор воздуха. Surge со временем приводит к выходу из строя опорных подшипников турбины, в виду значительной наргрузки на них в этих переходных режимах. БлоуОфф использует комбинацию давлений в коллекторе и установленной в нем пружины что бы определить момент закрытия дросселя. В случае резкого закрытия дросселя блоуофф сбрасывает в атмосферу, возникающий в воздушном тракте избыток давления и тем самым спасает турбокомпрессор от повреждения.

Wastegate:
Представляет собой механический клапан устанавленный на турбинной части или на выпускном коллекторе и обеспечивающий контроль за создаваемым турбокомпрессором давлением. Некоторые дизельние моторы используют турбины без вейстгейтов. Тем не менее подавляющее большинство бензиновых моторов обязательно требуют его наличия. Основной задачей вейстгейта является обеспечивать выхлопным газам возможность выхода из системы в обход турбины. Пуская ч

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 теперь все больше автомобилей 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 приводить к неисправностям.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 выхлопного газа, чтобы достаточно быстро вращать турбину впуска 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 .

,

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 6 января 2020 г.

Нет такого понятия, как совершенное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, более эффективный или более экологичный. Возьми внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приведенный в действие жидкостью может швырнуть Вас по шоссе или ускорить Вас через небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать.Но это всегда можно построить двигатель, который будет двигаться быстрее, дальше или использовать меньше топлива. Один из способов улучшить двигатель - это использовать турбокомпрессор -a. пара вентиляторов, которые используют отработанную выхлопную мощность в задней части двигателя, чтобы втиснуть воздух впереди, доставляя больше "ооо", чем вы в противном случае получить. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотрись!

Фото: типичный автомобильный турбонагнетатель использует пару вентиляторов в форме улитки, как это.Здесь вы видите Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делькора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбонагнетателя, разработанного НАСА. Фото предоставлено Исследовательский центр Гленна НАСА (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины с дымящимися выхлопными газами? Очевидно, что выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше Очевидно, что они тратят энергию в то же время.Выхлоп есть смесь горячих газов, откачивающихся со скоростью и всей энергии содержит - тепло и движение (кинетическая энергия) - исчезают бесполезно в атмосферу. Не было бы аккуратно, если бы двигатель Можно ли использовать эту затраченную энергию для ускорения движения машины? Это именно то, что делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают мощность, сжигая топливо в прочных металлических банках, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, поворачивая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается назад, он откачивает отработанный воздух и топливная смесь из цилиндра в качестве выхлопа. Количество силы автомобиль может производить напрямую связан с тем, насколько быстро он сжигает топливо. Чем больше у вас баллонов и чем они больше, тем больше топлива автомобиль может гореть каждую секунду и (теоретически, по крайней мере) быстрее можешь идти.

Один из способов сделать машину быстрее, это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спортивные автомобили как правило, имеют четыре и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычной семейной машине.Другой вариант заключается в использовании турбокомпрессор, который каждую секунду нагнетает больше воздуха в цилиндры, они могут сжигать топливо с большей скоростью. Турбокомпрессор простой, относительно дешевый, дополнительный немного комплекта, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбокомпрессора автомобиля. реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выбрасывает горячий воздух из спины.Так как горячий воздух уходит, он ревет мимо турбины (немного похоже на очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который выталкивает воздух в двигатель заставить топливо гореть правильно. Турбокомпрессор на автомобиль наносит очень Принцип, аналогичный поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это раскручивает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать "больше энергии в секунду").Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбонагнетатель, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он питается от вращающегося коленчатого вала автомобиля. Как правило, это недостаток: если турбонагнетатель работает от ненужной энергии в выхлопе, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника питания автомобиля (коленчатого вала), что, как правило, бесполезно.

Фото: сущность турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой поворачивается тоже. Фото любезно предоставлено NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как работает турбонаддув на практике? Турбокомпрессор - фактически два маленьких воздушных вентилятора (также названный рабочими колесами или газовые насосы) сидят на одном металлическом валу так, что оба вращаются вокруг все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в поток выхлопных газов из цилиндров. Как цилиндры дуют горячий газ мимо лопасти вентилятора, они вращаются и вал, к которому они подключены (технически называется вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) вращается также.Второй вентилятор называется компрессором и, поскольку он сидит на одном валу с турбиной, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, поэтому при вращении он притягивает воздух в машину и выталкивает его в цилиндры.

Теперь здесь есть небольшая проблема. Если вы сжимаете газ, вы делаете его горячее (вот почему велосипедный насос прогревается, когда вы начинаете накачивать шины). Hotter воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше помогает сжигать топливо, поэтому было бы гораздо лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, охлаждался до его поступления цилиндры.Чтобы охладить его, выход компрессора проходит через теплообменник, который удаляет дополнительный нагрев и каналы его в другом месте.

Как работает турбокомпрессор - внимательнее

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который направляет воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вот как это все работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова выдувает его.
4. Горячий сжатый воздух из компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре с большей скоростью.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он вырабатывает энергию быстрее и может передавать больше энергии колесам через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выпускное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, проходящие мимо вентилятора турбины, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показана здесь бледно-оранжевой линией). Таким образом, когда турбина вращается, компрессор тоже вращается.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, тратя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты могут быть подключены примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через воздухозаборник, приводя в действие компрессор (синяя слева), который забирает чистый наружный воздух и закачивает его в двигатель. Эта конкретная конструкция оснащена электрической системой охлаждения (зеленого цвета) между турбиной и компрессором.

Artwork: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США №7946118: охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением, выполненного Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выданным 24 мая 2011 года.Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная сила?

Турбокомпрессоры дают автомобилю большую мощность, но эта дополнительная мощность не поступают непосредственно из отработанного выхлопного газа - и это иногда смущает людей С турбокомпрессором, мы используем часть энергии в выхлопе для привода компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо, где автомобиль имеет дополнительную мощность происходит от. Все выхлопные газы питают турбокомпрессор и, потому что турбокомпрессор не связан с коленчатым валом или колесами автомобиля, это не непосредственно , добавляя к движущей силе автомобиля любым способом.Это просто позволяет Тот же двигатель для сжигания топлива с большей скоростью, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор даст двигателю большую мощность, больший и лучший турбокомпрессор даст это еще большая сила. Теоретически, вы можете продолжать улучшать турбокомпрессор сделать ваш двигатель все более и более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры очень большие, и они могут сжечь столько топлива. Там только столько воздуха, что вы можете нагнетать в них через впуск определенного размера, и только столько выхлопных газов, которые вы можете выбросить, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для управления турбонагнетателем.Другими словами, в игру вступают другие ограничивающие факторы, которые вы должны принять во внимание. счет также; Вы не можете просто турбировать свой путь в бесконечность!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и на более или менее любых тип транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус). Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете больше мощности для двигателя того же размера (каждый такт поршня в каждом цилиндре генерирует больше мощности, чем в противном случае).Однако, чем больше мощность, тем больше энергии вырабатывается в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что это означает, что вы должны также вкладывать больше энергии, поэтому вы должны сжигать соответственно больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него. Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, вырабатывающий ту же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении.Производители теперь часто могут сойтись с установкой гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом вместо V6). И здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: работая хорошо, они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива. Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они имеют тенденцию сжигать его более тщательно и чисто, производя меньше загрязнения воздуха.

« Большинство экспертов отрасли ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, продаваемых в Соединенных Штатах, будут оснащены одним. ”

Нью-Йорк Таймс, 2018

Больше мощности для двигателя того же размера звучит замечательно, так почему же не все двигатели с турбонаддувом? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как того требовали производители (стремящиеся использовать любые маркетинговые преимущества над своими конкурентами). В одном из исследований Consumer Reports 2013 года были обнаружены небольшие двигатели с турбонаддувом, обеспечивающие значительно более низкую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и сделан вывод: «Не принимайте эко-хвасту от двигателей с турбонаддувом по номинальной стоимости.Существуют более эффективные способы экономии топлива, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность также часто была проблемой: турбонагнетатели добавляют еще один уровень механической сложности обычному двигателю - короче говоря, есть еще немало вещей, которые можно Неправильно. Это может сделать обслуживание турбин значительно дороже. По определению, турбонаддув - это все, что нужно для получения большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к преждевременному выходу деталей из строя; поэтому, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом не работают так долго.Даже вождение может быть другим с турбинами: поскольку турбонагнетатель работает на выхлопных газах, часто существует значительная задержка («турбо-лаг») между тем, когда вы ставите ногу на акселератор, и когда включается турбина, и это может привести к турборежиму. автомобили очень разные (а иногда и очень сложные) для вождения. В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывали частично или полностью электрические турбонагнетатели для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Borg - eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кого мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), автомобильный инженер, работающий в компании Gebrüder Sulzer Engine Company, Винтертур, Швейцария. Как и турбокомпрессор, который я проиллюстрировал выше, его оригинальная конструкция использовала вал турбины с приводом от выхлопа для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя. Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Однако

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугальд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с использованием двух отдельных цилиндров. Это работало как наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндре, так и количество топлива, которое можно было сжечь. Другие инженеры, включая Луи Рено, Готлиба Даймлера и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Произведение искусства: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бучи, выпущенный в конце 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопной газ из цилиндра подается вокруг трубы (зеленого цвета), которая приводит в движение турбину. Это связано с оранжевым «нагнетателем» (компрессор) и охладителем (синяя коробка), который выталкивает воздух в цилиндр через синюю трубу.Существуют и другие сложные элементы, но я не буду вдаваться во все детали; если вам интересно, взгляните на патент США №1955620: двигатель внутреннего сгорания (подается через патенты Google). Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнайте больше

На этом сайте

Книги для пожилых читателей

Книги для младших читателей

• Car Science Ричардом Хаммондом. Дорлинг Киндерсли, 2007.Объясняет науку, которая заставляет ваш автомобиль работать (в возрасте 9–12).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает Aaron Turpen, New Atlas, большую мощность, лучшую эффективность и меньшую задержку. 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• Прыжки с турбонаддувом от ипподрома до Куль-де-Сак. Автор Stephen Williams. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью двигателя современного автомобиля.
• Небольшой вентилятор, который решает самую большую проблему турбокомпрессора. Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 года. Быстрый просмотр eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? Просто добавь воды от Ника Чапа. The New York Times, 29 сентября 2016 года. Bosch возрождает идею разбрызгивания воды в цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• автомобилестроители считают, что Turbo - это мощный путь к повышению топливной эффективности. Автор Lawrence Ulrich. The New York Times, 26 февраля 2015 года. Почему такие производители, как Ford и BMW, активно продвигают турбодвигатели.
• 50 лет назад турбокомпрессор был прорывной технологией Джима Кошка. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как рано турбокомпрессоры в конце концов преодолели свои проблемы с зубами?
• Если вы не водите турбо, вы скоро станете Чаком Скватриглием. Wired, 24 сентября 2010 года. Ожидается, что к 2015 году число автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы получения более высоких характеристик от небольших двигателей.
• Turbo приветствует свои зеленые верительные грамоты от Jorn Madslien.BBC News, 11 октября 2009 года. Турбины заставляют машины двигаться быстрее; они также могут сделать их «более зелеными», улучшив расход топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты - это хорошее начало. Вот Вот некоторые недавние патенты на турбонагнетатели, которые стоит проверить:

• Патент США №1955620: двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выданный 17 апреля 1934 года. Ранний турбодвигатель, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
• Патент США № 2,309,968: Управление и способ управления турбокомпрессором, Ричард Дж. Ллойд, Garrett Corporation, выданный 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4 083 188: Система турбонагнетателя двигателя от Emerson Kumm, корпорация Garrett, выдана 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низким сжатием.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением, выполненное Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 года.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

.

Как работает турбовентиляторный двигатель?

Когда вы садитесь на рейс авиакомпании, вы можете не тратить много времени на размышления о двигателях. Но это единственная причина, по которой 700 000 фунтов алюминия и пассажиров могут пролететь по воздуху со скоростью звука 80%. Так как они работают? Давайте взглянем.

Основы

Реактивные двигатели, которые также называют газовыми турбинами, работают, всасывая воздух в переднюю часть двигателя с помощью вентилятора. Оттуда двигатель сжимает воздух, смешивает с ним топливо, воспламеняет топливно-воздушную смесь и выпускает его из задней части двигателя, создавая тягу.

Это довольно простое объяснение того, как это работает, поэтому давайте посмотрим на каждую часть реактивного двигателя, чтобы увидеть, что на самом деле происходит.

Части реактивного двигателя

Существует 4 основных типа турбинных двигателей, но для этого примера мы будем использовать турбовентилятор, который является наиболее распространенным типом турбинного двигателя, встречающимся на современных самолетах.

Вентилятор

Первая часть турбовентилятора это вентилятор. Это также та часть, которую вы можете увидеть, глядя на переднюю часть самолета.

Вентилятор, который почти всегда состоит из титановых лопаток, всасывает в двигатель огромных единиц воздуха.

Воздух проходит через две части двигателя. Часть воздуха направляется в ядро ​​двигателя, где происходит сгорание. Остальной воздух, называемый «обводным воздухом», перемещается вокруг внешней части сердечника двигателя через воздуховод. Этот обводной воздух создает дополнительную тягу, охлаждает двигатель и делает двигатель тише, перекрывая отработанный воздух, выходящий из двигателя. В современных современных турбовентиляторах обводной воздух создает большую часть тяги двигателя.

Компрессор

Компрессор расположен в первой части активной зоны двигателя. И это, как вы, наверное, догадались, сжимает воздух .

Компрессор, который называется «компрессор с осевым потоком», использует ряд вращающихся лопастей в форме профиля для ускорения и сжатия воздуха. Это называется осевым потоком, потому что воздух проходит через двигатель в направлении, параллельном валу двигателя (в отличие от центробежного потока).

Когда воздух проходит через компрессор, каждый набор лопастей становится немного меньше, добавляя больше энергии и сжатия в воздух.

Между каждым набором лопастей компрессора находятся неподвижные лопасти в форме профиля, называемые «статорами». Эти статоры (которые также называют лопастями) увеличивают давление воздуха путем преобразования энергии вращения в статическое давление. Статоры также подготавливают воздух для ввода следующего набора вращающихся лопастей. Другими словами, они «выпрямляют» поток воздуха.

В сочетании пара вращающихся и неподвижных ножей называется ступенью.

The Combustor

В камере сгорания происходит пожар. Когда воздух выходит из компрессора и входит в камеру сгорания, он смешивается с топливом и воспламеняется.

Звучит просто, но на самом деле это очень сложный процесс. Это связано с тем, что камера сгорания должна поддерживать стабильное сгорание топливно-воздушной смеси, в то время как воздух движется через камеру сгорания с чрезвычайно высокой скоростью.

Корпус содержит все части камеры сгорания, а внутри него диффузор - первая часть, которая работает.

Диффузор замедляет воздух из компрессора, облегчая его воспламенение. Купол и завихритель создают турбулентность в воздухе, поэтому его легче смешивать с топливом. А топливный инжектор, как вы, наверное, догадались, распыляет топливо в воздух, создавая топливовоздушную смесь, которая может воспламениться.

Оттуда лайнер - это место, где происходит фактическое сгорание. Лайнер имеет несколько впускных отверстий, позволяющих воздуху поступать в нескольких точках зоны сгорания.

Последняя основная часть - это воспламенитель, который очень похож на свечи зажигания в вашем автомобиле или самолете с поршневым двигателем.Как только воспламенитель зажигает огонь, он самоподдерживается, и воспламенитель выключается (хотя он часто используется в качестве резервного в плохую погоду и обледенение).

Турбина

Когда воздух проходит через камеру сгорания, он проходит через турбину. Турбина представляет собой серию лопастей в форме профиля, которые очень похожи на лопасти в компрессоре. Когда горячий, высокоскоростной воздух проходит через лопатки турбины, они извлекают энергию из воздуха, вращая турбину по кругу и поворачивая вал двигателя, к которому он подключен.

Это тот же вал, к которому подключены вентилятор и компрессор, поэтому, вращая турбину, вентилятор и компрессор на передней части двигателя продолжают всасывать больше воздуха, который вскоре будет смешан с топливом и сожжен.

Насадка

Последний шаг процесса происходит в сопле. Сопло, по сути, является выхлопным каналом двигателя, и именно там высокоскоростной воздух стреляет в спину.

Это также та часть, где вступает в действие третий закон сэра Исаака Ньютона: для каждого действия есть равная и противоположная реакция.Проще говоря, вытесняя воздух из задней части двигателя на высокой скорости, самолет выдвигается вперед.

В некоторых двигателях в выпускном патрубке также есть смеситель. Это просто смешивает часть обводного воздуха, обтекающего двигатель, с горячим, сгоревшим воздухом, делая двигатель тише.

Собираем все вместе

Реактивные двигатели

производят невероятную силу тяги, втягивая воздух, сжимая его, зажигая и выпуская его сзади. И они делают все это очень экономичным способом.

Так что в следующий раз, когда вы поднимитесь на борт авиалайнера, будь вы пилот спереди или едете сзади, выделите секунду, чтобы поблагодарить инженеров, которые позволили вашему самолету лететь по небу на 80% скорости. звука.

Узнайте, что делает Республика, как лидер в отрасли здесь .

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь на электронную почту Boldmethod и получайте реальные советы и информацию о полетах прямо в свой почтовый ящик каждую неделю.

,

---

Смотрите также

• 
  Как избавиться от жора масла в двигателе
• 
  На каком масле лучше обкатывать двигатель после капремонта
• 
  Как снять поршня не снимая двигатель
• 
  Чем замазать трещину в блоке двигателя
• 
  Как заменить подушки двигателя на ваз 2110 8 клапанов
• 
  Какой двигатель лифан солано
• 
  Двигатель как работает мотоцикла
• 
  Как смазывается коленвал на 2 тактном двигателе
• 
  Как подключить тахометр на дизельный двигатель
• 
  Какое масло лучше заливать в двигатель 11186 лада гранта 8 клапанов
• 
  Какой двигатель на рав 4 2004г лучше