Inleiding tot turbocompressoren
Een turbocompressor is eigenlijk een luchtcompressor die lucht comprimeert om de luchtinlaat te vergroten. Het maakt gebruik van het traagheidsmomentum van het uitlaatgas dat uit de motor wordt afgevoerd om de turbine in de turbinekamer aan te drijven. De turbine drijft op zijn beurt de coaxiale waaier aan. De waaier zet de lucht die uit de luchtfilterpijp wordt gestuurd onder druk om deze onder druk in de cilinder te brengen. Wanneer het motortoerental toeneemt, nemen ook de uitlaatgasafvoersnelheid en de turbinesnelheid gelijktijdig toe. De waaier perst meer lucht in de cilinder. Door de verhoogde druk en dichtheid van de lucht kan meer brandstof worden verbrand, waardoor de hoeveelheid brandstof toeneemt en het motortoerental dienovereenkomstig wordt aangepast. U kunt het uitgangsvermogen van de motor verhogen.
Structurele principes
Laten we het eerst hebben over het algemene structurele principe van de turbocompressor. De uitlaatgasturbocompressor bestaat hoofdzakelijk uit een pompwiel en een turbine, en uiteraard zijn er nog andere besturingscomponenten. Het pompwaaier en de turbine zijn verbonden door een as, de rotor. Het uitlaatgas dat uit de motor wordt afgevoerd, drijft de pompwaaier aan, waardoor de turbine gaat draaien. Nadat de turbine draait, wordt het inlaatsysteem onder druk gezet. De supercharger is aan de uitlaatzijde van de motor geïnstalleerd, dus de werktemperatuur van de supercharger is erg hoog en de rotorsnelheid van de supercharger is erg hoog wanneer deze in werking is, wat honderdduizenden toeren per minuut kan bereiken. Dergelijke hoge snelheden en temperaturen. Gemeenschappelijke mechanische naaldrollen of kogellagers kunnen niet werken voor de rotor, daarom gebruiken turbocompressoren over het algemeen volledig zwevende lagers, die worden gesmeerd door motorolie, en wordt koelvloeistof gebruikt om de supercharger te koelen. Vroeger werden turbo’s vooral gebruikt op dieselmotoren. Omdat de verbrandingsmethoden van benzine en diesel verschillend zijn, is de vorm van de turbocompressor die in de motor wordt gebruikt ook anders.
Een benzinemotor verschilt van een dieselmotor doordat er geen lucht in de cilinder komt, maar een mengsel van benzine en lucht. Als de druk te hoog is, zal deze gemakkelijk ontploffen. Daarom moet de installatie van een turbocompressor kloppen voorkomen. Er zijn hier twee verwante kwesties aan de orde: de ene is de regeling van hoge temperaturen en de andere is de regeling van de ontstekingstijd.
Na geforceerd opladen zullen de temperatuur en druk tijdens compressie en verbranding van de benzinemotor toenemen, en zal de neiging tot kloppen toenemen. Bovendien is de uitlaattemperatuur van benzinemotoren hoger dan die van dieselmotoren, en is het niet geschikt om de klepoverlappingshoek (het tijdstip waarop de inlaat- en uitlaatkleppen tegelijkertijd worden geopend) te vergroten om de koeling van de uitlaat te verbeteren. Het verlagen van de compressieverhouding zal onvoldoende verbranding veroorzaken. Bovendien is het toerental van de benzinemotor hoger dan dat van de dieselmotor en verandert de luchtstroom sterk, waardoor de turbocompressor gemakkelijk met vertraging kan reageren. Als reactie op een reeks problemen die zich voordoen wanneer benzinemotoren turbocompressoren gebruiken, hebben ingenieurs één voor één gerichte verbeteringen aangebracht, zodat benzinemotoren ook uitlaatgasturbocompressoren kunnen gebruiken.
Interkoeler
De temperatuur stijgt, wat niet alleen de efficiëntie van het opblazen beïnvloedt, maar ook gemakkelijk deflagratie veroorzaakt. Daarom is het noodzakelijk om een apparaat te installeren dat de temperatuur van de inlaatlucht verlaagt, namelijk een intercooler. Het wordt geïnstalleerd tussen de uitlaat van de turbocompressor en de inlaatpijp om de lucht die de cilinder binnenkomt te koelen. De intercooler is als een radiator, gekoeld door wind of water. De warmte van de lucht ontsnapt door afkoeling naar de atmosfeer. Volgens tests kan een intercooler met goede prestaties niet alleen de compressieverhouding van de motor op een bepaalde waarde houden zonder kloppen te veroorzaken, maar ook de temperatuur verlagen en de inlaatdruk verhogen, waardoor het effectieve vermogen van de motor verder toeneemt.
waaier
Omdat het toerentalbereik van de benzinemotor breed is en de luchtstroom sterk verandert, is de vorm van de compressiewaaier van de turbocompressor een complex drie-gebogen, ultra-waaierblad met ultradunne wand. Er zijn doorgaans 12 tot 30 bladen gerangschikt in een radiale curve. De bladdikte ligt tussen de 0,5 mm en is gemaakt van aluminium met behulp van een speciale gietmethode. De kwaliteit van de bladvorm heeft rechtstreeks invloed op de prestaties van de turbomotor. Hoe redelijker de vorm en hoek van de waaier, hoe lichter de massa, hoe gevoeliger het opstarten van de waaier, en hoe kleiner de "reactievertraging" die het inherente defect van de turbocompressor is.
Deflagratiesensor
Naast het verlagen van de temperatuur om de kans op deflagratie te verminderen, moet een deflagratiesensor worden gebruikt. Zijn functie is dat wanneer er een deflagratie optreedt, de sensor de informatie onmiddellijk terugkoppelt naar het regelsysteem van de motor-ECU (elektronische regeleenheid) wanneer deze abnormale trillingen waarneemt, en de motor zal ontsteken. Vertraag de timing een beetje en hervat vervolgens het normale ontstekingstijdstip als er geen deflagratie optreedt.
ander
Omdat de snelheid van een autobenzinemotor hoger is dan die van een dieselmotor, is de luchtstroomsnelheid hoog en is het bereik van veranderingen groot, dus de turbocompressor stelt hogere eisen. Moderne automotoren hebben over het algemeen elektronische injectiesystemen gebruikt. Door de samenwerking van elektronische regeltechnologie en nieuwe materialen zal de toepassing van turbocompressoren op benzinemotoren steeds gebruikelijker worden.
Uitlaatgasturbocompressoren die in auto's worden gebruikt, gebruiken allemaal een turbinehuis met enkele-inlaat, wat betekent dat alleen de drukenergie van het uitlaatgas wordt gebruikt zonder andere hulpenergie te gebruiken. Omdat het toerentalbereik van de automotor groot is, moet de uitlaatgasturbocompressor over een instelinrichting beschikken, zodat de motor binnen een bepaald toerentalbereik een relatief constante vuldruk kan verkrijgen. Bovendien maakt de benzinemotor gebruik van vonkontsteking- en is de compressieverhouding beperkt tot een bepaald bereik. Als het te hoog is, zal het deflagratie veroorzaken. Daarom is een deflagratiedetectie- en controlemechanisme vereist om de ontstekingsvervroegingshoek op elk moment aan te passen.
De uitlaatgasturbocompressor van een auto wordt doorgaans in de buurt van de uitlaatpijp geïnstalleerd. De turbine en waaier worden respectievelijk in de turbinekamer en de supercharger geïnstalleerd. De twee zijn coaxiaal star verbonden en roteren synchroon.
Als er geen drukvulling nodig is, zoals bij stationair draaien of als er tekenen van kloppen zijn, zal een deel van het uitlaatgas via de omloopklep ontsnappen en niet in de turbocompressor terechtkomen. Wanneer het motortoerental 2.000 tpm bereikt, sluit de magneetklep de omloopklep om de uitlaatgasstroom naar de zijkant van de turbine te leiden, waardoor de turbine gaat draaien. Er is ook een ontwerp dat de hoek van de turbinebladen aanpast om de turbinesnelheid aan te passen door veranderingen in de weerstand, waardoor de hoeveelheid boost verandert.
Door de lucht af te koelen kan de lucht krimpen en de dichtheid ervan toenemen, waardoor meer lucht in hetzelfde volume kan worden gepropt en deflagratie wordt voorkomen. Daarom zijn de turbocompressoren van auto's uitgerust met een intercooler. Deze intercooler wordt over het algemeen lucht-gekoeld en geïnstalleerd voor, naast of in een aparte positie van de motorradiator, waarbij gebruik wordt gemaakt van de tegemoetkomende luchtstroom van de auto of een eigen ventilator voor koeling.
Het belangrijkste onderdeel van de turbocompressor is het lager. Dit type lager, genoemd naar de smeervorm, wordt een "volledig zwevend lager" genoemd. Het heeft een extreem hoge bedrijfssnelheid en een zware werkomgeving. Daarom is het garanderen van smering erg belangrijk. Als de olietoevoer traag is vanwege een lage oliedruk, kan dit de lagers beschadigen en ervoor zorgen dat de turbocompressor defect raakt. Dit type storing treedt niet op tijdens het normaal opstarten van de motor, maar als de motor voor de eerste keer wordt gestart na het vervangen van de olie en het oliefilter, zal er een langzame olietoevoer optreden, waardoor de lagers geen oliesmering hebben. In dit geval is het noodzakelijk om na het starten ongeveer 3 minuten stationair te draaien en kan de snelheid niet direct worden verhoogd tot de startsnelheid van de turbocompressor. Zet de motor ook niet onmiddellijk uit nadat u met hoge snelheid hebt gereden of een helling oprijdt. Laat de motor ongeveer 1 minuut stationair draaien, zodat de lagers van de turbocompressor die stationair blijven draaien geen olietekort krijgen. Daarom moeten bestuurders die auto's met turbocompressor gebruiken de instructies van de fabrikant volgen en veel aandacht besteden aan de kwaliteit van de motorolie. Het is niet raadzaam om auto's met turbocompressor als gewone auto's te gebruiken.
Classificatie van superchargers
Om een auto snel te laten rijden, heeft hij veel vermogen nodig. Momenteel kan het aandrijfsysteem van auto's grofweg in twee categorieën worden verdeeld: natuurlijk luchtinlaatsysteem en supercharged luchtinlaatsysteem. Onder de Europese sportwagens, met uitzondering van BMW, dat nog steeds aandringt op het gebruik van motoren met natuurlijke aanzuiging, hebben andere autobedrijven superchargersystemen ingevoerd om de vermogensprestaties van hun voertuigen te verbeteren. Mercedes-Benz-sportwagens maken bijvoorbeeld gebruik van drukoplaadsystemen, en Shenbao Automobile gebruikt drukoplaadsystemen. De grondlegger van turbocompressie. De afgelopen jaren zijn Japanse auto's ook op grote schaal gebruik gaan maken van turbotechnologie. Het systeem met natuurlijke aanzuiging installeert geen enkele vorm van supercharger, maar gebruikt alleen de negatieve druk die wordt gegenereerd door de neerwaartse beweging van de zuiger om het mengsel aan te zuigen. Hoewel het systeem met natuurlijke aanzuiging een groter vermogen kan verkrijgen via het variabele kleptimingsysteem, is de vermogensverbetering zeer beperkt. Om het uitgangsvermogen van de motor effectief te vergroten, kan worden gezegd dat het gebruik van een superchargersysteem een effectieve manier is.
Veel voorkomende aanjaagsystemen voor motoren zijn onder meer mechanische aanjagen en uitlaatgasturboladen.
Supercharged
De motor drijft mechanisch een supercharger aan om te superchargen, wat superchargen wordt genoemd. Wanneer een motor een supercharger heeft, drijft de krukas van de motor de supercharger doorgaans via een versnelling aan. Superchargers gebruiken over het algemeen centrifugaal- of Roots-compressoren, en sommige gebruiken schroefcompressoren. De afgelopen jaren worden ook in het buitenland nieuwe mechanische scroll-superchargers gebruikt. Omdat het aandrijven van de compressor een bepaalde hoeveelheid motorvermogen vergt, wordt de thermische efficiëntie van een motor met supercharger niet noodzakelijkerwijs verbeterd, en soms zelfs lager dan die van een interne verbrandingsmotor zonder -supercharger. Bij het selecteren van de vuldruk is het allereerst noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de vereiste gemiddelde effectieve druk kan worden bereikt, en ten tweede om een zo laag mogelijk brandstofverbruik te verkrijgen. Deze twee vereisten zijn vaak tegenstrijdig voor het aanjagen. Als de gemiddelde effectieve druk wordt nagestreefd, zal dit onvermijdelijk leiden tot een vermindering van de mechanische efficiëntie en een toename van het brandstofverbruik. Daarom moet bij de keuze van de laaddrukwaarde worden gestreefd naar een goed compromis tussen vermogen en brandstofverbruik. Superchargersystemen worden momenteel veel gebruikt in Europese auto's. Omdat de supercharger van de supercharger continu draait, aangedreven door de krukas, veroorzaakt deze geen turbovertraging zoals bij een turbocompressor. Hoewel superchargen het vermogen slechts met ongeveer 10% tot 20% kan verhogen, liggen de soepelheid en continuïteit buiten het bereik van turbomotoren.
uitlaatgas turbocompressor
Het gebruik van uitlaatenergie van de motor om een turbocompressor aan te drijven, wordt uitlaatgasturbolading genoemd (ook wel turbolading genoemd). Zoals weergegeven in de figuur, is het uitlaatgasturbocompressiesysteem weergegeven. Het kenmerk van uitlaatgasturbolading is dat er geen mechanische verbinding bestaat tussen de turbocompressor en de motor. Ze zijn verbonden via een luchtpad. Omdat het werk dat door de compressor wordt verbruikt deel uitmaakt van de energie die door de turbine uit het uitlaatgas wordt teruggewonnen, kan de turbomotor niet alleen het vermogen van de motor vergroten, maar ook de thermische efficiëntie ervan verbeteren en het brandstofverbruik verminderen. Als u het Turbo- of T-logo op de achterkant van een auto ziet, betekent dit dat de motor van de auto een turbocompressor heeft. Een turbocompressor is eigenlijk een luchtcompressor. Het gebruikt de traagheid van het uitlaatgas dat uit de motor komt om een turbine aan te drijven. De turbine drijft op zijn beurt een coaxiale waaier aan om de lucht die uit de luchtfilterbuis komt te comprimeren, zodat de lucht onder druk wordt gezet en de cilinder binnenkomt. Wanneer het motortoerental toeneemt, nemen ook de uitlaatgasafvoersnelheid en de turbinesnelheid gelijktijdig toe. De waaier perst meer lucht in de cilinder. De verhoogde druk en dichtheid van de lucht kunnen meer brandstof verbranden. Verhoog daarom het olievolume en pas het motortoerental aan. Het kan het uitgangsvermogen van de motor vergroten.
