2025-02-11
Как турбокомпрессор повышает давление?
Турбокомпрессор обеспечивает наддув двигателя посредством следующих этапов, тем самым повышая выходную мощность и эффективность:
1. Выхлопные газы приводят в движение турбину.
• Использование энергии выхлопных газов: когда двигатель работает, он вырабатывает выхлопные газы высокой температуры и высокого давления, которые поступают в турбинный конец турбокомпрессора через выхлопную трубу.
• Вращение турбины: выхлопные газы воздействуют на лопатки турбины (обычно изготовленные из жаропрочных материалов, таких как никелевые сплавы), заставляя турбину вращаться с высокой скоростью (до десятков тысяч или сотен тысяч оборотов в минуту).
2. Компрессор
• Коаксиальная связь: турбина и рабочее колесо компрессора напрямую соединены через жесткий вал. Когда турбина вращается, рабочее колесо компрессора вращается синхронно.
• Сжатие воздуха: Крыльчатка компрессора всасывает внешний воздух из воздухозаборника. Высокоскоростная вращающаяся крыльчатка ускоряет и сжимает воздух, значительно увеличивая давление воздуха (наддув).
3. Промежуточное охлаждение (необязательный этап)
• Уменьшение температуры: температура сжатого воздуха увеличится (из-за тепла, выделяемого в процессе сжатия), а воздух с высокой температурой будет иметь более низкую плотность. Некоторые системы охлаждают сжатый воздух с помощью промежуточного охладителя, чтобы еще больше увеличить его плотность и тем самым повысить эффективность сгорания.
4. Воздух под высоким давлением подается в цилиндр.
• Оптимизация впуска: сжатый воздух высокой плотности поступает в цилиндры двигателя через впускной коллектор.
• Улучшенное сгорание: большее количество кислорода позволяет топливу сгорать более полно, выделяя больше энергии за единицу времени, повышая мощность двигателя (обычно на 30–50 %) и экономию топлива.
Основные преимущества • Рекуперация энергии: использует энергию выхлопных газов, сокращает отходы и повышает тепловую эффективность.
• Малый рабочий объем, высокая выходная мощность: позволяет двигателям с малым рабочим объемом достигать мощности, эквивалентной двигателям с большим рабочим объемом (т. е. «уменьшение размеров»).
• Защита окружающей среды: оптимизированное сгорание сокращает выбросы несгоревших углеводородов и твердых частиц.
Основные компоненты
• Турбина: устойчива к высоким температурам, преобразует кинетическую энергию выхлопных газов в механическую энергию.
• Компрессор: сжимает воздух и увеличивает плотность всасываемого воздуха.
• Система подшипников: поддерживает высокоскоростной вращающийся вал турбины. Распространенные типы включают плавающие подшипники или шариковые подшипники.
• Перепускной клапан: контролирует давление наддува и предотвращает избыточное давление (имеется в некоторых турбокомпрессорах).
Благодаря этому процессу турбокомпрессор значительно повышает производительность и эффективность без существенного увеличения рабочего объема двигателя и широко применяется в автомобилях, судах и промышленных двигателях.