Типы систем турбонагнетателя

Турбонагнетатель может применяться различными способами. Предполагаемое использование транспортного средства, как правило, определяет, какой тип турбосистемы лучше всего применять к двигателю. Наиболее распространенной системой является одинарный турбонаддув, соответствующий определенной частоте вращения и мощности.

Компания Gale Banks Engineering производит морской комплект с двойным турбонаддувом для крупноблочного шевроле 454-ci мощностью почти 900 л. с. Обратите внимание на выпускные коллекторы с водяным охлаждением и расположение сквозного карбюратора.

Установка с двойным турбонаддувом – это узкоспециализированная система, в которой два турбонаддува одинакового размера соответствуют примерно половине потребности двигателя в воздушном потоке. Типичным применением является V-8, где 4 цилиндра питают каждый турбонаддув. Этот подход обычно используется для гонок, где требуется быстрое ускорение, а меньшие колеса внутри каждого турбокомпрессора вращаются быстрее, чем один более крупный агрегат. Он также используется на рынке уличных удилищ для красоты дизайна, которая исходит от более сложного, симметричного внешнего вида. Это обычно встречается в моторных отсеках под открытым небом, где строители демонстрируют двигатель так же, как и остальную часть автомобиля.

Мэнни Круз из Бронкса, штат Нью-Йорк, использует пару турбин Garrett GT42 на своем 3,0-литровом V-6 Mercury Cougar, который участвует в гонках в классе Pro Sport Compact с задним приводом. Выход компрессора из каждого турбонаддува направляется вперед, где они входят в охладитель воздуха (1) с водяным охлаждением в алюминиевом корпусе, а оттуда охладитель объединяет воздух из обоих турбин в одну наддувочную трубу (2), которая поступает в воздухозаборную камеру (3) двигателя.

Многоступенчатые (или составные) турбосистемы являются очень экзотическим методом турбонаддува и обычно предназначены для экстремальных применений, таких как тяга трактора или аналогичные высокопроизводительные приложения. Тем не менее, Caterpillar производит двигатель грузовика мощностью 550 л. с., в котором используются два турбонаддува, соединенных вместе, для достижения более высоких уровней наддува и плотности воздуха, чем можно было бы достичь с помощью только одного турбонаддува. Использование компрессора первой ступени и компрессора второй ступени обеспечивает более высокую плотность воздуха за счет более высокого давления наддува без условия превышения скорости, которое потребовалось бы для достижения того же соотношения общего давления от одного турбонаддува. Этот тип системы также содержит то, что разработчики приложений называют “всеми видами ширины карты”, концепцию, которая относится к отображенному потенциалу диапазона расхода компрессора, обсуждаемому в главе 3. Он имеет, по существу, запас перенапряжения турбонаддува малого турбонаддува и выходной поток дросселя большего турбонаддува.

Прочная конструкция дизельного двигателя выдерживает такой уровень выходной мощности, и коммерческие дизельные двигатели продаются и оцениваются по лошадиным силам. Независимые дальнобойщики любят более высокую мощность, потому что они никогда не знают, каким будет их следующий груз, или будут ли они тащить его через горы. В типичной ступенчатой турбонаддувной установке выхлоп выходит из первого турбонаддува и поступает во второй турбонаддув. Аналогично, выход компрессора первой ступени подается на впуск турбины второй ступени, подобно двухступенчатому воздушному компрессору в типичном цехе. Съемники тракторов использовали эти типы двух -, трех-и даже четырехступенчатых турбосистем для создания невероятно высоких давлений и достижения уровней мощности, которые двигатели не могли выдержать в рабочей среде. На самом деле, много раз они даже не выдерживают одной полной тяги! Давление, наблюдаемое в этих экстремальных приложениях, часто превышает 100 фунтов на квадратный дюйм, в то время как другие достигли уровней повышения до 200 фунтов на квадратный дюйм!

Этот двигатель Caterpillar C15 популярен среди многих линейных автопарков и владельцев-операторов, которым требуется высокая мощность. Этот 15-литровый двигатель использует сложную турбонаддувную установку, которую обычно, но неправильно, называют системой с двумя турбинами.

Близнецы – это две идентичные турбины, в которых каждая турбина соответствует расходу половины потребности двигателя в воздушной массе, и каждая турбина напрямую питает двигатель. В комбинированной турбосистеме один турбокомпрессор подает следующий для комбинированного эффекта для создания второй ступени сжатия. Мощность двигателя варьируется от 435 л. с. с крутящим моментом 1550 фут-фунтов до 625 л. с. с крутящим моментом 2050 фут-фунтов. Хотя эти оценки могут показаться не слишком впечатляющими для энтузиастов с высокой мощностью, инженерный подвиг заключается в том, что эти коммерческие двигатели могут производить такую мощность в течение всего дня и не требуют перестройки двигателя на протяжении от 500 000 до 1 000 000 миль!

Еще одна вариация системы с одним турбонаддувом использует мусорный бак. Сливной клапан расположен либо внутри корпуса турбины, либо в качестве дополнительного устройства, установленного в выпускном коллекторе перед турбиной. Система wastegate применяется в таких приложениях, как автомобиль, где требуется турбонаддув при более низких оборотах двигателя, поэтому используется небольшая турбина. Тем не менее, естественные рабочие обороты двигателя находятся в широком диапазоне и часто достигают объема потока выхлопных газов, который может привести к превышению скорости турбины и заглушить двигатель. Система отвода отходов обеспечивает простой байпас, при котором клапан открывается в заданной точке и позволяет отводить избыточную энергию выхлопных газов. Это позволяет увеличить поток выхлопных газов мимо турбины вместо того, чтобы заглушать двигатель, а также позволяет регулировать наддув, так как мощность, приводящая в действие компрессор, регулируется.

Модель Garrett GTP38, как показано на рисунке, использовалась на 7,3-литровом дизельном двигателе Ford Powerstroke в тяжелых пикапах. Этот турбонагнетатель использовал крепление на пьедестале и использовал сборку с отходами, которая позволила улучшить низкую производительность. 

Осушители являются жизненно важным компонентом любого бензинового двигателя благодаря широкому диапазону оборотов в минуту. В недавней истории были случаи, когда отходы также использовались на нескольких коммерческих и потребительских дизелях. Wastegate-самый простой форма переменной геометрии. Они широко используются и обладают хорошей приемлемостью и долговечностью в большинстве применений, но существует превосходная концепция.