Turbodúchadlo: srdce systému zvyšovania tlaku vzduchu

Turbodúchadlo slúži na zvýšenie výkonu spaľovacieho motora bez radikálneho zásahu do jeho konštrukcie.Táto jednotka zvyšuje tlak v sacom trakte motora a poskytuje zvýšené množstvo zmesi paliva a vzduchu do spaľovacích komôr.V tomto prípade dochádza k horeniu pri vyššej teplote s tvorbou väčšieho objemu plynov, čo vedie k zvýšeniu tlaku na piest a v dôsledku toho k zvýšeniu krútiaceho momentu a výkonovej charakteristiky motora.

Použitie turbodúchadla vám umožňuje zvýšiť výkon motora o 20-50% s minimálnym zvýšením jeho nákladov (a pri výraznejších úpravách môže rast výkonu dosiahnuť 100-120%).Vďaka svojej jednoduchosti, spoľahlivosti a účinnosti sú systémy pretlakovania na báze turbodúchadiel široko používané na všetkých typoch vozidiel so spaľovacím motorom.

Typy a vlastnosti turbodúchadiel

Dnes existuje široká škála turbodúchadiel, ktoré sa však dajú rozdeliť do skupín podľa účelu a použiteľnosti, typu použitej turbíny a doplnkovej funkčnosti.

Podľa účelu možno turbodúchadlá rozdeliť do niekoľkých typov:

• Pre jednostupňové pretlakové systémy – jedno turbodúchadlo na motor alebo dve alebo viac jednotiek pracujúcich na viacerých valcoch;
•Pre sériové a sériovo-paralelné nafukovacie systémy (rôzne varianty Twin Turbo) - dve rovnaké alebo rôzne jednotky pracujúce na spoločnej skupine valcov;
• Pre dvojstupňové pretlakové systémy existujú dve turbodúchadlá s rôznymi charakteristikami, ktoré pracujú v pároch (postupne za sebou) pre jednu skupinu valcov.

Najpoužívanejšie sú jednostupňové tlakovacie systémy postavené na báze jedného turbodúchadla.Takýto systém však môže mať dve alebo štyri rovnaké jednotky - napríklad v motoroch v tvare V sa používajú samostatné turbodúchadlá pre každý rad valcov, vo viacvalcových motoroch (viac ako 8) možno použiť štyri turbodúchadlá, každé z ktorý pracuje na 2, 4 alebo viacerých valcoch.Menej časté sú dvojstupňové systémy pretlakovania a rôzne variácie Twin-Turbo, využívajú dve turbodúchadlá s rôznymi charakteristikami, ktoré môžu fungovať len vo dvojici.

Podľa použiteľnosti možno turbodúchadlá rozdeliť do niekoľkých skupín:

• Podľa typu motora - pre benzínové, naftové a plynové pohonné jednotky;
• Z hľadiska objemu a výkonu motora - pre pohonné jednotky malého, stredného a vysokého výkonu;pre vysokootáčkové motory atď.

Turbodúchadlá môžu byť vybavené jedným z dvoch typov turbín:

• Radiálne (radiálne-axiálne, dostredivé) - prúd výfukových plynov je privádzaný na obvod obežného kolesa turbíny, pohybuje sa do jeho stredu a je odvádzaný v axiálnom smere;
• Axiálny - prúd výfukových plynov je privádzaný pozdĺž osi (do stredu) obežného kolesa turbíny a je odvádzaný z jeho obvodu.

Dnes sa používajú obe schémy, ale na malých motoroch často nájdete turbodúchadlá s radiálno-axiálnou turbínou a na výkonných pohonných jednotkách sú preferované axiálne turbíny (aj keď to nie je pravidlom).Bez ohľadu na typ turbíny sú všetky turbodúchadlá vybavené odstredivým kompresorom - v ňom je vzduch privádzaný do stredu obežného kolesa a odvádzaný z jeho obvodu.

Moderné turbodúchadlá môžu mať rôzne funkcie:

• Dvojitý vstup - turbína má dva vstupy, každý z nich prijíma výfukové plyny z jednej skupiny valcov, toto riešenie znižuje tlakové straty v systéme a zlepšuje stabilitu náplne;
• Variabilná geometria - turbína má pohyblivé lopatky alebo klzný krúžok, cez ktorý môžete meniť prúdenie výfukových plynov k obežnému kolesu, čo umožňuje meniť charakteristiku turbodúchadla v závislosti od prevádzkového režimu motora.

Napokon, turbodúchadlá sa líšia svojimi základnými výkonnostnými charakteristikami a schopnosťami.Z hlavných charakteristík týchto jednotiek je potrebné zdôrazniť:

• Stupeň zvýšenia tlaku - pomer tlaku vzduchu na výstupe z kompresora k tlaku vzduchu na vstupe, leží v rozmedzí 1,5-3;
• Prívod kompresora (prietok vzduchu kompresorom) - množstvo vzduchu prechádzajúceho kompresorom za jednotku času (sekundu) leží v rozmedzí 0,5-2 kg/s;
• Rozsah prevádzkových otáčok sa pohybuje od niekoľkých stoviek (pre výkonné dieselové lokomotívy, priemyselné a iné dieselové motory) až po desiatky tisíc (pre moderné nútené motory) otáčok za sekundu. Maximálna rýchlosť je obmedzená silou obežného kolesa turbíny a kompresora, ak je rýchlosť otáčania príliš vysoká v dôsledku odstredivých síl, koleso sa môže zrútiť.V moderných turbodúchadlách sa obvodové body kolies môžu otáčať rýchlosťou 500-600 alebo viac m / s, to znamená 1,5-2 krát rýchlejšie ako rýchlosť zvuku, čo spôsobuje výskyt charakteristického pískania turbíny;

• Prevádzková / maximálna teplota výfukových plynov na vstupe do turbíny leží v rozmedzí 650-700 °C, v niektorých prípadoch dosahuje 1000 °C;
• Účinnosť turbíny / kompresora je zvyčajne 0,7-0,8, v jednej jednotke je účinnosť turbíny zvyčajne nižšia ako účinnosť kompresora.