Turboahdin: kuvaus, toimintaperiaate, pääelementit

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Ennen kuin ryhdyt tarkastelemaan itse turboahdinlaitetta, sinun tulee tietää, että polttomoottorin teho riippuu täysin siitä, kuinka paljon ilmaa ja polttoainetta siihen pääsee. Siksi, jos lisäät näitä indikaattoreita, lisäät myös polttomoottorin tehoa.

Turbiinin kuvaus

Turboahdin ja sen ulkonäkö ovat seurausta jatkuvasta ihmisten kilpailusta moottorin tehon lisäämiseksi. Tässä on tärkeää lisätä, että tällaisesta turbiinista on tullut tehokas ratkaisu paitsi bensiinimoottoreille myös dieselmalleille. Useimmiten tällaiset laitteet asennetaan moottoreihin, joissa on pieni määrä ilmaa. Tässä on tärkeää ymmärtää seuraava: mitä suurempi itse moottori, sitä enemmän ilmaa ja polttoainetta se kuluttaa ja sitä enemmän tehoa se on. Saman tehon saavuttamiseksi pienemmällä moottorilla on tarpeen lisätä sylintereihin mahtuvan ilman määrää.

Turboahdin on laite, joka on suunniteltupakottaa suuren määrän ilmaa moottoriin pakokaasujen avulla. Turboahtimessa on kaksi pääelementtiä - turbiini ja keskipakopumppu. Nämä kaksi osaa on yhdistetty keskenään jäykällä akselilla. Elementit pyörivät jopa 100 000 kierrosta minuutissa, ja ne käyttävät myös kompressoria.

Turbiinin osat

Turboahdin sisältää 8 osaa. Siinä on turbiinipyörä, joka pyörii erityismuotoisessa kotelossa. Päätarkoituksena on siirtää pakokaasujen energia kompressoriin. Näiden elementtien kokoonpanon lähtömateriaalina ovat lämmönkestävät materiaalit, kuten keramiikka.

Turboahdin sisältää myös kompressoripyörän, joka imee ilmaa. Se käsittelee myös sen puristamista ja ruiskuttamista moottorin sylintereihin. Pyörä sijaitsee erityisessä kotelossa, kuten turbiinissa. Molemmat pyörät on asennettu roottorin akseliin, jonka pyöriminen tapahtuu liukulaakereilla.

Turboahtimen suunnittelu ja toiminta, erityisesti bensiinimoottoreissa, vaatii lisäjäähdytystä. Yleensä tämä on nestejäähdytysjärjestelmä. Itse järjestelmän jäähdytyksen lisäksi myös paineilma jäähdytetään. Tätä varten turbiinissa on ilma- tai nestetyyppinen välijäähdytin. Ilman jäähdyttäminen on välttämätöntä, koska se lisää sen tiheyttä ja siten painetta.

Tätä järjestelmää ohjaa paineensäädin. Tämä ohitusventtiili pystyyrajoittaa pakokaasujen virtausta. Tällä tavalla jotkut ohittavat turbiinin pyörän.

Teoksen ydin

Turboahtimen laite ja sen toimintaperiaate perustuvat pakokaasujen käyttöön. Näiden kaasujen energia käyttää turbiinin pyörää. Tämän energian siirtämiseksi turbiinin pyörä kiinnitetään roottorin akseliin pyörittämällä sitä. Tällä tavalla energiaa siirretään kompressorin pyörään. Tämä elementti pakottaa ilmaa järjestelmään sekä puristaa sitä. Paineilma kulkee välijäähdyttimen läpi, joka jäähdyttää sitä. Sen jälkeen aine joutuu suoraan moottorin sylintereihin.

Lisätietoja

Turboahdin ja toimintaperiaate ovat jollain tavalla riippumattomia toisa alta polttomoottorista, koska moottorin akseliin ei ole jäykkää yhteyttä. Toisa alta pyörimisnopeus vaikuttaa edelleen jollain tavalla turbiinin hyötysuhteeseen. Se yhdistetään seuraavalla tavalla. Mitä enemmän kierroksia moottori tekee, sitä tehokkaampi pakokaasuvirtaus on. Tästä johtuen turbiinin akselin pyörimisnopeus kasvaa, mikä tarkoittaa, että sylintereihin tulevan ilman määrä kasvaa.

Turboahtimen suunnittelussa ja toiminnassa on useita negatiivisia puolia. Yksi haitoista on nimeltään "turbo lag". Kun kaasupoljinta painetaan jyrkästi, nopea tehon lisäys viivästyy jonkin verran. "Turbojamin" läpi kulkemisen jälkeen paine nousee jyrkästi,jota kutsutaan "turbonostimeksi".

Puutteiden korjaaminen

Ensimmäisen epäkohdan ilmaantuminen johtuu siitä, että järjestelmä on inertiaalinen. Tämän ilmiön vuoksi turbiinin suorituskyvyn ja moottorilta vaadittavan tehon välillä on ero. On kolme tapaa ratkaista tämä ongelma. Koska dieselturboahtimen laite on samanlainen kuin bensiini, ne sopivat myös siihen. Tässä on mitä voit tehdä:

1. Käytä muuttuvan geometrian turbiinia.
2. Käytä kahta rinnakkaista tai kahta kompressoria sarjassa.
3. Käytä yhdistettyä tehostusjärjestelmää.

Muuttuvan geometrian turbiinin os alta se pystyy ratkaisemaan ongelman muuttamalla imuventtiilin pinta-alaa. Tällaista järjestelmää käytetään hyvin usein dieselmoottoreissa.

Eri järjestelmien kuvaus

Tarkoitus, turboahtimen laite on sama kuin tavanomaisen turbiinin. Suurin ero on, että instrumentissa on vain 5 pääosaa, ei 8.

Käytetään rinnakkain kytkettyjen turbiinien järjestelmää. Tällainen järjestelmä soveltuu parhaiten riittävän tehokkaille V-moottoreille. Tässä tapauksessa jokaiselle sylinteririville on asennettu yksi pieni turboahdin. Etuna on, että useiden pienten laitteiden hitaus on pienempi kuin yhden suuren turbiinin.

Kompressorin laite ja toimintaperiaate eivät eroa toisistaan riippuentilavuudestaan tällä on kuitenkin tärkeä rooli esimerkiksi käytettäessä kahden turbiinin sarjaliitäntää. Tässä tapauksessa jokainen laite aktivoituu tietyllä nopeudella.

Käytössä on myös boost-järjestelmä, jossa käytetään sekä mekaanista että turboahdinta. Jos moottorin nopeus on alhainen, mekaaninen ilman pumppauslaite kytketään päälle. Jos tietty kynnys ylittyy, mekaaninen laite sammuu ja turboahdin alkaa toimia.

Mitä hyötyä turbiinista on

Seuraavat edut erottuvat kompressoria käytettäessä:

1. Tämän laitteen laaja käyttö on tullut mahdolliseksi sen suunnittelun yksinkertaisuuden ja luotettavuuden ansiosta. Lisäksi tämän laitteen lisääminen polttomoottorijärjestelmään lisää moottorin tehoa noin 20-35 %.
2. Kompressori itsessään ei voi aiheuttaa vikaa, koska sen suorituskyky riippuu suoraan muista järjestelmistä, esimerkiksi kaasun jakelusta.
3. Voit säästää 5-20 % polttoainetta. Jos asennat turbiinin pieneen moottoriin, polttoaineen palamisprosessi tehostuu, mikä tarkoittaa, että hyötysuhde kasvaa.
4. Tällaisten moottoreiden hyvä etu havaitaan esimerkiksi vuoristossa kulkevilla teillä. Tämä on erityisen havaittavissa ilmakehän vastaaviin verrattuna.
5. Turboahtimen suunnittelun ja toimintaperiaatteen ansiosta se voi toimia lisääänenvaimentimena pakojärjestelmässä.

Sovellusominaisuudet

Huolimatta siitä, että itse kompressori ei käytännössä vikoja, joskus tulee tilanteita, kun sen toiminta pysähtyy.

Tänään yleisin syy turboahtimen sammumiseen on se, että turbiinin keskipatruuna on tukkeutunut öljystä. Useimmiten tällainen ongelma johtuu siitä, että turboahtimen pitkittyneen ja vakavan kuormituksen jälkeen sen työ pysähtyy äkillisesti. Tästä ongelmasta pääsemiseksi eroon on asennettava vesijäähdytysjärjestelmä. Tämän järjestelmän linjat luovat lämmön absorptiovaikutuksen, joka laskee keskipatruunan lämpötilaa. On syytä huomata, että tämä vaikutus ilmenee jonkin aikaa sen jälkeen, kun moottori on täysin pysähtynyt, sekä sen jälkeen, kun jäähdytysnesteen kierto on lakannut kokonaan.

Erilaiset turbiinit

Turboahtimen tyypeistä löytyy holkkityyppi ja kuulalaakerityyppi.

Jos puhumme holkkityyppisistä turboahtimista, niitä on käytetty melko pitkään. Niissä oli kuitenkin useita puutteita, jotka liittyivät niiden suunnitteluominaisuuksiin. Tämä ei mahdollistanut tällaisen järjestelmän potentiaalin sataprosenttista käyttöä. Kuulalaakeriyksiköt ovat uudempia, ja niissä on huomioitu puutteet ja siksi ne ovat vähitellen korvaamassa holkkikompressoreita.

Näitä kahta turbiinityyppiä verrattaessa kuulalaakeri katsotaan taloudellisemmaksi, koska se kuluttaa huomattavastivähemmän öljyä kuin holkkityyppi. Kompressoreissa on myös ilmaisin, joka vastaa turbiinin vasteesta kaasupolkimen painallukseen. Kuulalaakeroiduissa turbiinityypeissä tämä indikaattori on parempi, mikä mahdollistaa noin 15 % paremman vasteen holkkiturbiiniin verrattuna.

Laitteen toimintahäiriöt

Tässä on sanottava, että turboahdin on moottorin ainoa kiinnitysosa, joka on käytön aikana tiiviisti yhteydessä lähes kaikkiin muihin ajoneuvojärjestelmiin. Tämän perusteella on ilmeistä, että minkä tahansa järjestelmän toiminnassa olevat minimaaliset poikkeamat johtavat siihen, että kompressorin kuluminen lisääntyy merkittävästi. Tähän mennessä on olemassa useita syitä, joista tulee useimmiten esteitä turbiinin toiminnassa:

• Mekanismiin voi päästä vieraita esineitä. Moottorin v altavan pyörimisnopeuden vuoksi tämä voi hyvinkin johtaa esimerkiksi siipipyörän vaurioitumiseen.
• Voiteluaineiden puute. Mitä korkeammat dynaamiset kuormat ovat, sitä suurempi on mahdollisuus, että öljy "kalvo" tuhoutuu. Tämä puolestaan johtaa "kuivaan" kitkaan, joka vaikuttaa järjestelmään negatiivisimmalla tavalla. Tämän toimintahäiriön syy voi olla mikä tahansa syy, jonka vuoksi öljy ei yletä kokonaan. Esimerkiksi tukkeutuneet öljysylinterit, suodattimet, öljypumpun kuluminen jne.