Einführung in Turbolader
Ein Turbolader ist eigentlich ein Luftkompressor, der Luft komprimiert, um den Lufteinlass zu erhöhen. Es nutzt den Trägheitsimpuls des vom Motor ausgestoßenen Abgases, um die Turbine in der Turbinenkammer anzutreiben. Die Turbine wiederum treibt das koaxiale Laufrad an. Das Laufrad setzt die vom Luftfilterrohr geförderte Luft unter Druck, um sie in den Zylinder zu leiten. Mit steigender Motordrehzahl erhöhen sich gleichzeitig auch die Abgasaustrittsgeschwindigkeit und die Turbinendrehzahl. Das Laufrad komprimiert mehr Luft in den Zylinder. Der erhöhte Druck und die erhöhte Dichte der Luft können mehr Kraftstoff verbrennen, wodurch sich die Kraftstoffmenge erhöht und die Motordrehzahl entsprechend anpasst. Sie können die Motorleistung erhöhen.
Strukturprinzipien
Lassen Sie uns zunächst über das allgemeine Strukturprinzip des Turboladers sprechen. Der Abgasturbolader besteht im Wesentlichen aus einem Pumpenrad und einer Turbine, dazu kommen natürlich noch weitere Steuerungskomponenten. Das Pumpenlaufrad und die Turbine sind durch eine Welle, den Rotor, verbunden. Das vom Motor ausgestoßene Abgas treibt das Pumpenlaufrad an, das die Turbine in Rotation versetzt. Nachdem sich die Turbine gedreht hat, setzt sie das Ansaugsystem unter Druck. Der Kompressor ist auf der Abgasseite des Motors installiert, sodass die Arbeitstemperatur des Kompressors sehr hoch ist und die Rotorgeschwindigkeit des Kompressors im Betrieb sehr hoch ist und Hunderttausende Umdrehungen pro Minute erreichen kann. Herkömmliche mechanische Nadelrollen oder Kugellager können bei so hoher Geschwindigkeit und Temperatur nicht für den Rotor eingesetzt werden, daher verwenden Turbolader im Allgemeinen vollständig schwimmende Lager, die durch Motoröl geschmiert werden, und Kühlmittel wird zur Kühlung des Laders verwendet. Früher wurden Turbolader meist bei Dieselmotoren eingesetzt. Da die Verbrennungsmethoden von Benzin und Diesel unterschiedlich sind, unterscheidet sich auch die Form des im Motor verwendeten Turboladers.
Ein Benzinmotor unterscheidet sich von einem Dieselmotor dadurch, dass nicht Luft in den Zylinder gelangt, sondern ein Gemisch aus Benzin und Luft. Wenn der Druck zu hoch ist, kann es leicht explodieren. Deshalb muss beim Einbau eines Turboladers Klopfen vermieden werden. Hier gibt es zwei zusammenhängende Probleme: zum einen die Hochtemperaturkontrolle und zum anderen die Zündzeitkontrolle.
Nach der forcierten Aufladung steigen Temperatur und Druck beim Verdichten und Verbrennen des Ottomotors und die Klopfneigung nimmt zu. Darüber hinaus ist die Abgastemperatur von Benzinmotoren höher als die von Dieselmotoren, und es ist nicht geeignet, den Ventilüberschneidungswinkel (die Zeit, in der Einlass- und Auslassventile gleichzeitig geöffnet werden) zu vergrößern, um die Kühlung des Abgases zu verbessern. Eine Verringerung des Verdichtungsverhältnisses führt zu einer unzureichenden Verbrennung. Darüber hinaus ist die Drehzahl des Benzinmotors höher als die des Dieselmotors und der Luftstrom ändert sich stark, was leicht zu einer verzögerten Reaktion des Turboladers führen kann. Als Reaktion auf eine Reihe von Problemen, die beim Einsatz von Turboladern in Ottomotoren auftreten, haben Ingenieure nach und nach gezielte Verbesserungen vorgenommen, sodass auch Ottomotoren Abgasturbolader nutzen können.
Ladeluftkühler
Die Temperatur steigt, was nicht nur die Inflationseffizienz beeinträchtigt, sondern auch leicht zu einer Verpuffung führt. Daher ist es notwendig, ein Gerät zu installieren, das die Ansauglufttemperatur senkt, bei dem es sich um einen Ladeluftkühler handelt. Es wird zwischen dem Turboladerauslass und dem Ansaugrohr installiert, um die in den Zylinder eintretende Luft zu kühlen. Der Ladeluftkühler ist wie ein Kühler, der durch Wind oder Wasser gekühlt wird. Die Wärme der Luft entweicht durch Abkühlung an die Atmosphäre. Tests zufolge kann ein Ladeluftkühler mit guter Leistung nicht nur das Verdichtungsverhältnis des Motors auf einem bestimmten Wert halten, ohne Klopfen zu verursachen, sondern auch die Temperatur senken und den Ansaugdruck erhöhen, wodurch die effektive Leistung des Motors weiter gesteigert wird.
Laufrad
Da der Drehzahlbereich des Benzinmotors groß ist und sich der Luftstrom stark ändert, ist die Kompressionslaufradform des Turboladers eine komplexe drei{0}}gekrümmte ultra-Laufradschaufel mit extrem dünner Wand. Im Allgemeinen sind 12 bis 30 Schaufeln in einer radialen Kurve angeordnet. Die Klingenstärke beträgt unter 0,5 mm, sie wird in einem speziellen Gussverfahren aus Aluminium hergestellt. Die Qualität der Schaufelform wirkt sich direkt auf die Leistung des Turbomotors aus. Je vernünftiger die Form und der Winkel des Laufrads sind, desto leichter ist die Masse, desto empfindlicher ist der Start des Laufrads und desto geringer ist die „Reaktionsverzögerung“, die den inhärenten Defekt des Turboladers darstellt.
Verpuffungssensor
Zusätzlich zur Temperaturabsenkung zur Reduzierung der Möglichkeit einer Verpuffung muss ein Verpuffungssensor eingesetzt werden. Seine Funktion besteht darin, dass der Sensor im Falle einer Verpuffung die Informationen sofort an das Steuersystem des Motor-ECU (elektronische Steuereinheit) zurückmeldet, wenn er abnormale Vibrationen erkennt, und den Motor zündet. Verzögern Sie den Zündzeitpunkt ein wenig und nehmen Sie dann den normalen Zündzeitpunkt wieder auf, wenn keine Verpuffung auftritt.
andere
Da die Drehzahl eines Pkw-Benzinmotors höher ist als die eines Dieselmotors, ist die Luftströmungsgeschwindigkeit hoch und der Änderungsbereich groß, sodass an den Turbolader höhere Anforderungen gestellt werden. Moderne Automotoren verfügen im Allgemeinen über elektronische Einspritzsysteme. Durch die Zusammenarbeit elektronischer Steuerungstechnik und neuer Materialien wird der Einsatz von Turboladern in Ottomotoren immer häufiger eingesetzt.
Abgasturbolader, die in Autos verwendet werden, verwenden alle ein einziges-Einlassturbinengehäuse, was bedeutet, dass nur die Druckenergie des Abgases genutzt wird, ohne dass andere Hilfsenergie benötigt wird. Da der Drehzahlbereich des Pkw-Motors groß ist, muss der Abgasturbolader über eine Verstelleinrichtung verfügen, damit der Motor innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs einen relativ konstanten Ladedruck erhalten kann. Darüber hinaus verwendet der Benzinmotor eine Fremdzündung und sein Verdichtungsverhältnis ist auf einen bestimmten Bereich begrenzt. Ist sie zu hoch, kommt es zur Verpuffung. Daher ist ein Deflagrationserkennungs- und Steuermechanismus erforderlich, um den Zündvorwinkel jederzeit anpassen zu können.
Der Abgasturbolader eines Autos ist in der Regel in der Nähe des Auspuffrohrs eingebaut. Die Turbine und das Laufrad sind in der Turbinenkammer bzw. im Kompressor eingebaut. Die beiden sind koaxial starr verbunden und drehen sich synchron.
Wenn keine Aufladung erforderlich ist, beispielsweise im Leerlauf oder bei Klopferscheinungen, entweicht ein Teil des Abgases durch das Bypassventil und gelangt nicht in den Turbolader. Wenn die Motordrehzahl 2.000 U/min erreicht, schließt das Magnetventil das Bypassventil, um den Abgasstrom zur Seite der Turbine zu leiten, wodurch die Turbine rotiert. Es gibt auch eine Konstruktion, die den Winkel der Turbinenschaufeln anpasst, um die Turbinengeschwindigkeit durch Widerstandsänderungen anzupassen und dadurch die Stärke des Boosts zu ändern.
Durch das Abkühlen der Luft kann die Luft schrumpfen und ihre Dichte erhöhen, sodass mehr Luft im gleichen Volumen untergebracht werden kann und eine Verpuffung verhindert wird. Daher sind die Turbolader von Autos mit einem Ladeluftkühler ausgestattet. Dieser Ladeluftkühler ist im Allgemeinen luftgekühlt und vor, neben oder an einer separaten Stelle des Motorkühlers installiert, wobei er den entgegenkommenden Luftstrom des Fahrzeugs oder seinen eigenen Lüfter zur Kühlung nutzt.
Der wichtigste Teil des Turboladers ist das Lager. Dieser Lagertyp, der nach seiner Schmierungsform benannt wird, wird als „Vollschwimmlager“ bezeichnet. Es verfügt über eine extrem hohe Betriebsgeschwindigkeit und eine raue Arbeitsumgebung. Daher ist die Sicherstellung der Schmierung sehr wichtig. Wenn die Ölversorgung aufgrund eines niedrigen Öldrucks langsam ist, kann dies zu Schäden an den Lagern und zum Ausfall des Turboladers führen. Diese Art von Fehler tritt beim normalen Starten des Motors nicht auf. Wenn der Motor jedoch zum ersten Mal nach dem Austausch des Öls und des Ölfilters gestartet wird, kommt es zu einer langsamen Ölzufuhr, was dazu führt, dass die Lager nicht mehr mit Öl geschmiert werden. In diesem Fall ist nach dem Start ein Leerlauf von ca. 3 Minuten erforderlich und die Drehzahl kann nicht direkt auf die Startdrehzahl des Turboladers erhöht werden. Stellen Sie den Motor auch nicht sofort ab, nachdem Sie mit hoher Geschwindigkeit gefahren sind oder bergauf gefahren sind. Lassen Sie den Motor etwa 1 Minute lang im Leerlauf laufen, damit es in den Turboladerlagern, die weiterhin im Leerlauf laufen, nicht zu Ölmangel kommt. Daher müssen Fahrer, die Fahrzeuge mit Turbolader nutzen, die Anweisungen des Herstellers befolgen und besonders auf die Qualität des Motoröls achten. Es ist nicht ratsam, Turbolader-Autos wie normale Autos zu betreiben.
Kompressor-Klassifizierung
Damit ein Auto schnell fährt, braucht es starke Kraft. Derzeit kann das Antriebssystem von Automobilen grob in zwei Kategorien unterteilt werden: natürliches Luftansaugsystem und aufgeladenes Luftansaugsystem. Unter den europäischen Sportwagen haben, mit Ausnahme von BMW, das immer noch auf die Verwendung von Saugmotoren besteht, andere Automobilhersteller Aufladesysteme eingeführt, um die Leistung ihrer Fahrzeuge zu verbessern. Beispielsweise verwenden Sportwagen von Mercedes-Benz Aufladesysteme und Shenbao Automobile verwendet Aufladesysteme. Der Erfinder der Turboaufladung. In den letzten Jahren haben auch japanische Autos begonnen, die Turboaufladungstechnologie in großem Umfang einzusetzen. Der Saugmotor verbaut keinen Kompressor, sondern nutzt lediglich den durch die Abwärtsbewegung des Kolbens erzeugten Unterdruck zum Ansaugen des Gemisches. Obwohl das Saugsystem durch das variable Ventilsteuerungssystem eine höhere Leistung erzielen kann, ist die Leistungsverbesserung sehr begrenzt. Um die Ausgangsleistung des Motors effektiv zu steigern, kann der Einsatz eines Aufladesystems als effektive Möglichkeit bezeichnet werden.
Zu den gängigen Aufladesystemen für Motoren gehören die mechanische Aufladung und die Abgasturboaufladung.
Aufgeladen
Der Motor treibt mechanisch einen Kompressor zum Aufladen an, was als Aufladung bezeichnet wird. Wenn ein Motor aufgeladen wird, treibt die Kurbelwelle des Motors normalerweise den Kompressor über ein Getriebe an. Kompressoren verwenden im Allgemeinen Radial- oder Roots-Kompressoren, einige verwenden auch Schraubenkompressoren. In den letzten Jahren werden neue mechanische Scroll-Kompressoren auch im Ausland eingesetzt. Da der Antrieb des Kompressors eine gewisse Motorleistung verbraucht, ist der thermische Wirkungsgrad eines aufgeladenen Motors nicht unbedingt besser und manchmal sogar niedriger als der eines nicht aufgeladenen Verbrennungsmotors. Bei der Wahl des Ladedrucks ist erstens darauf zu achten, dass der erforderliche mittlere Wirkdruck erreicht werden kann, und zweitens auf einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch. Diese beiden Anforderungen stehen bei der Aufladung oft im Widerspruch. Wenn der durchschnittliche effektive Druck angestrebt wird, führt dies zwangsläufig zu einer Verringerung des mechanischen Wirkungsgrads und einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs. Daher sollte bei der Wahl des Ladedruckwertes ein guter Kompromiss zwischen Leistung und Kraftstoffverbrauch angestrebt werden. Kompressorsysteme werden derzeit häufig in europäischen Autos verwendet. Da der Kompressor des Kompressors kontinuierlich läuft und von der Kurbelwelle angetrieben wird, verursacht er kein Turboloch wie ein Turbolader. Obwohl eine Aufladung die Leistung nur um etwa 10 bis 20 % steigern kann, sind Laufruhe und Kontinuität für Turbomotoren unerreichbar.
Abgasturboaufladung
Die Nutzung der Abgasenergie des Motors zum Antrieb eines Turboladers wird als Abgasturboaufladung (kurz Turboaufladung) bezeichnet. Wie in der Abbildung dargestellt, ist das Abgasturboladersystem dargestellt. Charakteristisch für die Abgasturboaufladung ist, dass keine mechanische Verbindung zwischen Turbolader und Motor besteht. Sie sind durch einen Luftweg verbunden. Da die vom Kompressor verbrauchte Arbeit Teil der von der Turbine aus dem Abgas zurückgewonnenen Energie ist, kann der Turbomotor nicht nur die Leistung des Motors steigern, sondern auch seinen thermischen Wirkungsgrad verbessern und den Kraftstoffverbrauch senken. Wenn Sie das Turbo- oder T-Logo auf dem Heck eines Autos sehen, bedeutet das, dass der Motor des Autos einen Turbolader hat. Ein Turbolader ist eigentlich ein Luftkompressor. Es nutzt die Trägheit der vom Motor ausgestoßenen Abgase, um eine Turbine anzutreiben. Die Turbine wiederum treibt ein koaxiales Laufrad an, um die vom Luftfilterrohr zugeführte Luft zu komprimieren, sodass die Luft unter Druck gesetzt wird und in den Zylinder gelangt. Mit steigender Motordrehzahl erhöhen sich gleichzeitig auch die Abgasaustrittsgeschwindigkeit und die Turbinendrehzahl. Das Laufrad komprimiert mehr Luft in den Zylinder. Der erhöhte Druck und die erhöhte Dichte der Luft können mehr Kraftstoff verbrennen. Erhöhen Sie entsprechend die Ölmenge und passen Sie die Motordrehzahl an. Dadurch kann die Motorleistung erhöht werden.
