ما هو محرك السيارة التوربيني؟

محرك توربيني

محرك توربو. لطالما كانت مهمة زيادة قوة المحرك وعزم الدوران مهمة. ترتبط قوة المحرك ارتباطًا مباشرًا بإزاحة الأسطوانات وكمية خليط الهواء والوقود المقدم لها. أي أنه كلما زاد احتراق الوقود في الأسطوانات ، زادت الطاقة التي يتم تطويرها بواسطة وحدة الطاقة. ومع ذلك ، فإن أبسط حل هو زيادة قوة المحرك. تؤدي الزيادة في حجم عملها إلى زيادة أبعاد ووزن الهيكل. يمكن زيادة كمية خليط العمل الموفر عن طريق زيادة سرعة دوران العمود المرفقي. بمعنى آخر ، تنفيذ المزيد من دورات العمل بالأسطوانات لكل وحدة زمنية. ولكن ستكون هناك مشاكل خطيرة مرتبطة بزيادة قوى القصور الذاتي والزيادة الحادة في الأحمال الميكانيكية على أجزاء وحدة الطاقة ، مما سيؤدي إلى تقليل عمر المحرك.

كفاءة محرك توربو

الطريقة الأكثر فعالية في هذه الحالة هي السلطة. تخيل شوط شفط محرك الاحتراق الداخلي. يعمل المحرك في ذلك الوقت مثل المضخة ، كما أنه غير فعال للغاية. تحتوي القناة على فلتر هواء ، وتنحني في مشعب السحب ، وتحتوي محركات البنزين أيضًا على صمام فراشة. كل هذا يقلل بالطبع من حشو الأسطوانة. لزيادة الضغط أمام صمام المدخل ، سيتم وضع المزيد من الهواء في الأسطوانة. يعمل التزود بالوقود على تحسين تعبئة الأسطوانات بشحنة جديدة ، مما يسمح لها بحرق المزيد من الوقود في الأسطوانات وبالتالي الحصول على طاقة محرك أعلى. يتم استخدام ثلاثة أنواع من التضخيم في محرك الاحتراق الداخلي. الرنين الذي يستخدم الطاقة الحركية لحجم الهواء في مشعبات السحب. في هذه الحالة ، لا يلزم دفع رسوم إضافية / دفعة. ميكانيكي ، في هذا النموذج ، يتم تشغيل الضاغط بواسطة حزام محرك.

التوربين الغازي أو المحرك التوربيني

التوربين الغازي أو الشاحن التوربيني ، يتم تشغيل التوربين بواسطة تيار عادم. لكل طريقة مزاياه وعيوبه ، التي تحدد النطاق. مشعب السحب الشخصي. من أجل ملء أفضل للأسطوانة ، يجب زيادة الضغط أمام صمام المدخل. وفي الوقت نفسه ، فإن زيادة الضغط ليست ضرورية على الإطلاق. يكفي رفعه في لحظة إغلاق الصمام وتحميل جزء إضافي من الهواء في الأسطوانة. لزيادة الضغط على المدى القصير ، تكون موجة الضغط التي تعمل على طول مشعب السحب أثناء تشغيل المحرك مثالية. يكفي حساب طول خط الأنابيب نفسه بحيث تصل الموجة المنعكسة عدة مرات من نهاياتها إلى الصمام في الوقت المناسب. النظرية بسيطة ، لكن تنفيذها يتطلب براعة كبيرة. لا يفتح الصمام بسرعات مختلفة لعمود المرفق ، وبالتالي ، يستخدم تأثير تضخيم الرنين.

محرك توربو - قوة ديناميكية

مع مشعب السحب القصير ، يعمل المحرك بشكل أفضل بسرعات عالية. أثناء السرعات المنخفضة ، يكون مسار الشفط الطويل أكثر كفاءة. يمكن إنشاء طول أنبوب مدخل متغير بطريقتين. إما عن طريق توصيل غرفة الرنين ، أو عن طريق التبديل إلى قناة الإدخال المطلوبة أو توصيلها. يسمى الخيار الأخير أيضًا الطاقة الديناميكية. يمكن للضغط الرناني والديناميكي أن يسرع تدفق عمود السحب. تتراوح تأثيرات التضخيم الناتجة عن التقلبات في ضغط الهواء بين 5 إلى 20 ملي بار. للمقارنة ، باستخدام شاحن توربيني أو مكسب ميكانيكي ، يمكنك الحصول على قيم في النطاق من 750 إلى 1200 ملي بار. لإكمال الصورة ، نلاحظ أنه لا يزال هناك مكبر للصوت بالقصور الذاتي. حيث يكون العامل الرئيسي لخلق الضغط الزائد أمام الصمام هو الرأس ذو ضغط التدفق العالي في أنبوب المدخل.

زيادة قوة المحرك التوربيني

وهذا يعطي زيادة طفيفة في الطاقة بسرعات عالية تزيد عن 140 كيلومترًا في الساعة. تستخدم أساسا على الدراجات النارية. تسمح الحشوات الميكانيكية بطريقة بسيطة إلى حد ما لزيادة قوة المحرك بشكل ملحوظ. من خلال جلب المحرك مباشرة من العمود المرفقي للمحرك ، فإن الضاغط قادر على ضخ الهواء في الأسطوانات بأدنى سرعة دون تأخير ، مما يزيد من ضغط التعزيز بنسبة صارمة مع سرعة المحرك. ولكن لديهم أيضا عيوب. أنها تقلل من كفاءة محرك الاحتراق الداخلي. لأنه يتم استخدام جزء من الطاقة المولدة من مصدر الطاقة لدفعها. تستهلك أنظمة الضغط الميكانيكية مساحة أكبر وتتطلب محركًا خاصًا. يصدر حزام التوقيت أو علبة التروس ضوضاء عالية. الحشوات الميكانيكية. هناك نوعان من الشواحن الميكانيكية. الحجمي والطرد المركزي. الحشو السائب النموذجي هو مولدات الجذور الفائقة وضاغط Lysholm. يشبه تصميم الجذور مضخة تروس الزيت.

يتميز بمحرك توربو

خصوصية هذا التصميم هي أن الهواء لا ينضغط في الشاحن الفائق ، ولكن في الخارج في خط الأنابيب ، ويدخل في الفراغ بين الغلاف والدوارات. العيب الرئيسي هو مقدار الربح المحدود. بغض النظر عن مدى دقة ضبط أجزاء الحشو ، عند الوصول إلى ضغط معين ، يبدأ الهواء في التدفق مرة أخرى ، مما يقلل من كفاءة النظام. هناك عدة طرق للقتال. قم بزيادة سرعة الدوار أو اجعل الشاحن التوربيني الفائق مرحلتين أو حتى ثلاث مراحل. وبالتالي ، من الممكن زيادة القيم النهائية إلى مستوى مقبول ، لكن التصميمات متعددة المراحل لا تتمتع بميزتها الرئيسية - الاكتناز. عيب آخر هو التفريغ غير المتكافئ للمخرج ، حيث يتم توفير الهواء في أجزاء. تستخدم التصميمات الحديثة آليات دوارة مثلثة ، وتكون نوافذ الدخول والخروج مثلثة الشكل. بفضل هذه التقنيات ، تخلصت الشواحن الضخمة عمليا من التأثير النابض.

تركيب محرك توربو

أدت سرعات الدوار المنخفضة وبالتالي متانة الهيكل ، إلى جانب مستويات الضوضاء المنخفضة ، إلى قيام علامات تجارية مشهورة مثل DaimlerChrysler و Ford و General Motors بتجهيز منتجاتها بسخاء. تعمل شواحن الإزاحة الفائقة على زيادة منحنيات القوة والعزم دون تغيير شكلها. إنها فعالة بالفعل عند السرعات المنخفضة إلى المتوسطة وهذا يعكس ديناميكيات التسارع بشكل أفضل. المشكلة الوحيدة هي أن مثل هذه الأنظمة خيالية جدًا في التصنيع والتركيب ، مما يعني أنها باهظة الثمن. اقترح المهندس Lisholm طريقة أخرى لزيادة ضغط الهواء في وقت واحد في مشعب السحب. يشبه تصميم تركيبات Lysholm إلى حد ما مطحنة اللحم التقليدية. يتم تركيب مضختين لولبيتين إضافيتين داخل الهيكل. تدور في اتجاهات مختلفة ، تلتقط جزءًا من الهواء وتضغطه وتضعه في أسطوانات.

محرك توربو - ضبط

يتميز مثل هذا النظام بالضغط الداخلي والحد الأدنى من الخسارة بسبب الموافقات المعايرة بدقة. بالإضافة إلى ذلك ، يعمل ضغط البرغي في نطاق سرعات المحرك بالكامل تقريبًا. هادئ ومضغوط للغاية ولكنه مكلف للغاية بسبب صعوبات التصنيع. ومع ذلك ، لا يتم تجاهلها من قبل استوديوهات الضبط المعروفة مثل AMG أو Kleemann. حشوات الطرد المركزي تذكرنا بالشواحن التوربينية في التصميم. يؤدي الضغط المفرط في مشعب السحب إلى إنشاء عجلة ضاغط. تلتقط الشفرات الشعاعية الهواء وتدفعه حول النفق باستخدام قوة الطرد المركزي. الفرق من الشاحن التربيني هو فقط في محرك الأقراص. منفاخ الطرد المركزي له عيب بالقصور الذاتي ، وإن كان أقل وضوحًا. ولكن هناك ميزة مهمة أخرى. في الواقع ، يتناسب حجم الضغط المتولد مع السرعة المربعة لعجلة الضاغط.

محرك توربو

ببساطة ، يجب أن يدور بسرعة كبيرة من أجل ضخ الشحنة الضرورية للهواء في الأسطوانات. في بعض الأحيان عشرة أضعاف سرعة المحرك. مروحة طرد مركزي فعالة بسرعات عالية. أجهزة الطرد المركزي الميكانيكية أقل ملاءمة للاستخدام وأكثر متانة من أجهزة الطرد المركزي للغاز. لأنهم يعملون في درجات حرارة شديدة الانخفاض. اكتسبت البساطة ، وبالتالي رخص تصميمها ، شعبية في مجال ضبط الهواة. محرك المبرد. إن دائرة التحكم الميكانيكية في الحمل الزائد بسيطة للغاية. عند التحميل الكامل ، يتم إغلاق غطاء الالتفاف ويكون المحرِّض مفتوحًا. يدخل كل تدفق الهواء إلى المحرك. أثناء عملية التحميل الجزئي ، يتم إغلاق الصمام الخانق ويفتح مخمد الأنبوب. يتم إرجاع الهواء الزائد إلى مدخل الشاحن الفائق. يعتبر هواء التبريد للشحن المتضمن في دائرة المبرد مكونًا لا غنى عنه تقريبًا ليس فقط لأنظمة تضخيم التوربينات الغازية ولكن أيضًا.

محرك توربيني

يتم تبريد الهواء المضغوط مسبقًا في المبرد الداخلي قبل إدخاله في أسطوانات المحرك. من خلال تصميمه ، هو مشع تقليدي ، يتم تبريده إما عن طريق تدفق هواء السحب أو عن طريق سائل التبريد. يسمح لك خفض درجة حرارة الهواء المشحون بمقدار 10 درجات بزيادة كثافته بنحو 3٪. هذا ، بدوره ، يسمح لك بزيادة قوة المحرك بنحو نفس النسبة المئوية. محرك الشاحن التربيني. في محركات السيارات الحديثة ، يتم استخدام الشواحن التوربينية على نطاق أوسع. في الواقع ، هذا هو نفس ضاغط الطرد المركزي ، ولكن مع دائرة محرك مختلفة. هذا هو الأهم ، وربما الفرق الأساسي بين الشواحن الميكانيكية الفائقة والشحن التوربيني. هذه هي دائرة القيادة ، والتي تحدد إلى حد كبير خصائص وتطبيقات التصاميم المختلفة.

مزايا المحرك التوربيني

يحتوي الشاحن التوربيني على دافع موجود على نفس عمود دافع التوربين. وهو مدمج في مشعب العادم للمحرك ويتم تشغيله بغازات العادم. قد تتجاوز السرعة 200 دورة في الدقيقة. لا يوجد اتصال مباشر بعمود محرك العمود المرفقي ، ويتم التحكم في تزويد الهواء عن طريق ضغط العادم. تشمل مزايا الشاحن التوربيني. تحسين كفاءة المحرك والاقتصاد. يتلقى المحرك الميكانيكي الطاقة من المحرك ، ويستخدم نفس الطاقة العادم ، وبالتالي تزداد الكفاءة. لا تخلط بين أداء المحرك المحدد والشامل. بطبيعة الحال ، يتطلب تشغيل المحرك الذي زادت قوته بسبب استخدام الشاحن التوربيني وقودًا أكثر من المحرك المشابه ذو الطاقة الأقل مع الشفاط الطبيعي.

قوة محرك توربو

في الواقع ، يحسن ملء الأسطوانات بالهواء ، كما نتذكر ، لحرق المزيد من الوقود فيها. لكن الجزء الكتلي من الوقود لكل وحدة طاقة في الساعة للمحرك المجهز بخلية وقود يكون دائمًا أقل من تصميم مماثل لوحدة قوية بدون تضخيم. يتيح لك الشاحن التوربيني تحقيق الخصائص المحددة لوحدة الطاقة بأبعاد ووزن أصغر. مما في حالة استخدام محرك الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، يتمتع محرك التربو بأفضل أداء بيئي. يؤدي الضغط في غرفة الاحتراق إلى انخفاض في درجة الحرارة ، ونتيجة لذلك ، إلى انخفاض في تكوين أكاسيد النيتروجين. عند إعادة تزويد محركات البنزين بالوقود ، يتم تحقيق احتراق أكثر اكتمالاً للوقود ، خاصة في الظروف العابرة. في محركات الديزل ، يسمح لك مصدر هواء إضافي بدفع حدود الدخان ، أي التعامل مع انبعاثات جسيمات السناج.

محرك توربو ديزل

تعد محركات الديزل أكثر ملاءمة للتعزيز بشكل عام والشحن التوربيني بشكل خاص. على عكس محركات البنزين ، حيث يكون ضغط الدفع محدودًا بخطر التفجير ، فإنهم لا يدركون هذه الظاهرة. يمكن ضغط محرك الديزل إلى أقصى حد من الضغوط الميكانيكية في آلياته. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عدم وجود خنق هواء مدخول ومستوى مرتفع من الضغط يوفر ضغط عادم أعلى ودرجة حرارة أقل مقارنة بمحركات البنزين. الشواحن التوربينية أسهل في التصنيع ، والتي تؤتي ثمارها بعدد من العيوب الكامنة. عند سرعات المحرك المنخفضة ، تكون كمية غاز العادم صغيرة ، على التوالي ، وكفاءة الضاغط منخفضة. بالإضافة إلى ذلك ، عادةً ما يكون لمحرك الشحن التوربيني ما يسمى Turboyama.

الدوار المعدني السيراميك توربو

الصعوبة الرئيسية هي ارتفاع درجة حرارة غازات العادم. يكون الدوار التوربيني المعدني الخزفي أخف بنسبة 20٪ تقريبًا من تلك المصنوعة من السبائك المقاومة للحرارة. ولديها أيضًا لحظة أقل من القصور الذاتي. حتى وقت قريب ، اقتصرت حياة الجهاز بالكامل على حياة المعسكر. كانت في الأساس بطانات تشبه العمود المرفقي تم تشحيمها بزيت مضغوط. كان تآكل مثل هذه المحامل التقليدية ، بالطبع ، رائعًا ، لكن المحامل الكروية لم تستطع تحمل السرعات الهائلة ودرجات الحرارة المرتفعة. تم العثور على الحل عندما كان من الممكن تطوير محامل بكرات السيراميك. ومع ذلك ، فإن استخدام السيراميك ليس مفاجئًا ، فالمحامل مليئة بإمدادات ثابتة من مواد التشحيم. إن التخلص من عيوب الشاحن التوربيني لا يسمح فقط بتقليل القصور الذاتي للدوار. ولكن أيضًا استخدام دوائر التحكم في الضغط الإضافية ، والمعقدة جدًا في بعض الأحيان.

مبدأ تشغيل محرك توربو

المهام الرئيسية في هذه الحالة هي تقليل الضغط عند سرعات المحرك العالية وزيادته عند مستوى منخفض. يمكن حل جميع المشاكل بالكامل بمساعدة توربين لهندسة متغيرة ، وتوربين مع فوهة متغيرة. على سبيل المثال ، مع الشفرات المتحركة ، يمكن تغيير معلماتها على نطاق واسع. إن مبدأ تشغيل الشاحن التوربيني VNT هو تحسين تدفق غازات العادم الموجهة إلى عجلة التوربين. عند سرعات المحرك المنخفضة وأحجام العادم المنخفضة ، يوجه الشاحن التوربيني VNT تيار العادم بالكامل إلى عجلة التوربين. وبالتالي زيادة قوتها وزيادة الضغط. عند السرعات العالية ومعدلات تدفق الغاز العالية ، يضع الشاحن التوربيني VNT الشفرات المتحركة في وضع الفتح. زيادة مساحة المقطع العرضي وإزالة بعض غازات العادم من المكره.

حماية محرك توربو

حماية ضد السرعة المفرطة والحفاظ على ضغط تعزيز عند مستوى المحرك المطلوب ، مما يزيل الحمل الزائد. بالإضافة إلى أنظمة التضخيم الأحادية ، يعد التضخيم على مرحلتين أمرًا شائعًا. المرحلة الأولى ، التي تدفع الضاغط ، توفر تضخيمًا فعالًا بسرعات منخفضة للمحرك. والثاني ، وهو شاحن توربيني ، يستخدم طاقة غازات العادم. بمجرد وصول وحدة الطاقة إلى سرعة كافية للتشغيل العادي للتوربين ، يتم إيقاف تشغيل الضاغط تلقائيًا ، وعندما تسقط ، يبدأ تشغيله مرة أخرى. يقوم العديد من الشركات المصنعة بتثبيت شواحن توربينية على محركاتهم في وقت واحد. تسمى هذه الأنظمة biturbo أو twinturbo. لا يوجد فرق جوهري بينهما ، باستثناء واحد. يتضمن Biturbo استخدام توربينات بأقطار مختلفة ، وبالتالي الإنتاجية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون الخوارزمية لإدراجها متوازية ومتسلسلة.

أسئلة وأجوبة:

ما هو الشاحن التوربيني؟ يضمن ضغط الهواء النقي المتزايد في الأسطوانة احتراقًا أفضل لمزيج الوقود والهواء ، مما يزيد من قوة المحرك.

ماذا يعني محرك الشاحن التوربيني؟ في تصميم وحدة الطاقة هذه ، توجد آلية توفر تدفقًا محسنًا للهواء النقي إلى الأسطوانات. لهذا الغرض ، يتم استخدام شاحن توربيني أو توربين.

كيف يعمل الشحن التوربيني على السيارة؟ تقوم غازات العادم بتدوير مروحة التوربينات. في الطرف الآخر من العمود ، يوجد دافع ضغط مثبت في مشعب السحب.