เทอร์โบชาร์จเจอร์: หัวใจสำคัญของระบบเพิ่มแรงดันอากาศ

เทอร์โบคอมเพรสเซอร์_6

เพื่อเพิ่มพลังของเครื่องยนต์สันดาปภายในจึงมีการใช้หน่วยพิเศษ - เทอร์โบชาร์จเจอร์อย่างกว้างขวางอ่านเกี่ยวกับว่าเทอร์โบชาร์จเจอร์คืออะไร หน่วยเหล่านี้คืออะไร วิธีการจัดเรียง และหลักการทำงานของพวกเขา รวมถึงเกี่ยวกับการบำรุงรักษาและการซ่อมแซมในบทความ

 

เทอร์โบชาร์จเจอร์คืออะไร?

เทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นส่วนประกอบหลักของระบบแรงดันรวมของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งเป็นหน่วยสำหรับเพิ่มแรงดันในช่องไอดีของเครื่องยนต์เนื่องจากพลังงานของก๊าซไอเสีย

เทอร์โบชาร์จเจอร์ใช้เพื่อเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยไม่มีการรบกวนอย่างรุนแรงในการออกแบบหน่วยนี้จะเพิ่มแรงดันในช่องไอดีของเครื่องยนต์ ทำให้ปริมาณเชื้อเพลิงและอากาศผสมไปยังห้องเผาไหม้เพิ่มขึ้นในกรณีนี้การเผาไหม้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของก๊าซในปริมาณที่มากขึ้นซึ่งนำไปสู่แรงกดดันต่อลูกสูบที่เพิ่มขึ้นและส่งผลให้ลักษณะแรงบิดและกำลังของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น

การใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์ช่วยให้คุณเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ได้ 20-50% โดยมีต้นทุนเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย (และด้วยการดัดแปลงที่สำคัญยิ่งขึ้น การเติบโตของกำลังสามารถเข้าถึง 100-120%)เนื่องจากความเรียบง่าย ความน่าเชื่อถือ และมีประสิทธิภาพ ระบบเพิ่มแรงดันแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในทุกประเภท

 

ประเภทและลักษณะของเทอร์โบชาร์จเจอร์

ปัจจุบันมีเทอร์โบชาร์จเจอร์หลายประเภท แต่สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มตามวัตถุประสงค์และการนำไปใช้ ประเภทของกังหันที่ใช้ และฟังก์ชันเพิ่มเติม

ตามวัตถุประสงค์เทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท:

• สำหรับระบบเพิ่มแรงดันแบบขั้นตอนเดียว - หนึ่งเทอร์โบต่อเครื่องยนต์ หรือสองยูนิตขึ้นไปที่ทำงานบนหลายกระบอกสูบ
•สำหรับระบบสูบลมแบบอนุกรมและแบบขนาน (Twin Turbo หลายรุ่น) - สองยูนิตที่เหมือนกันหรือต่างกันที่ทำงานบนกลุ่มกระบอกสูบทั่วไป
• สำหรับระบบเพิ่มแรงดันแบบสองขั้น จะมีเทอร์โบชาร์จเจอร์สองตัวที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ซึ่งทำงานเป็นคู่ (เรียงกันตามลำดับ) สำหรับกระบอกสูบกลุ่มหนึ่ง

ระบบแรงดันขั้นตอนเดียวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของเทอร์โบชาร์จเจอร์เดี่ยวอย่างไรก็ตาม ระบบดังกล่าวอาจมีหน่วยที่เหมือนกันสองหรือสี่หน่วย ตัวอย่างเช่น ในเครื่องยนต์รูปตัว V จะใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์แยกกันสำหรับกระบอกสูบแต่ละแถว ในเครื่องยนต์หลายสูบ (มากกว่า 8) สามารถใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์ได้สี่ตัว แต่ละ ซึ่งใช้งานได้กับ 2, 4 กระบอกสูบขึ้นไปที่พบได้น้อยกว่าคือระบบแรงดันสองขั้นตอนและ Twin-Turbo รูปแบบต่างๆ โดยจะใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์สองตัวที่มีลักษณะแตกต่างกันซึ่งสามารถทำงานได้เป็นคู่เท่านั้น

ตามความเหมาะสม เทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม:

• ตามประเภทเครื่องยนต์ - สำหรับหน่วยพลังงานเบนซิน ดีเซล และก๊าซ
• ในแง่ของปริมาตรและกำลังของเครื่องยนต์ - สำหรับหน่วยกำลังที่มีกำลังขนาดเล็ก ปานกลาง และสูงสำหรับเครื่องยนต์ความเร็วสูง ฯลฯ

เทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถติดตั้งกังหันได้สองประเภท:

• รัศมี (แนวรัศมี - แกน, สู่ศูนย์กลาง) - การไหลของก๊าซไอเสียจะถูกป้อนไปที่ขอบของใบพัดกังหัน, เคลื่อนไปที่ศูนย์กลางและปล่อยออกในทิศทางตามแนวแกน;
• ตามแนวแกน - การไหลของก๊าซไอเสียจะถูกส่งไปตามแกน (สู่ศูนย์กลาง) ของใบพัดกังหันและระบายออกจากรอบนอก

ปัจจุบันมีการใช้ทั้งสองรูปแบบ แต่สำหรับเครื่องยนต์ขนาดเล็กคุณมักจะพบเทอร์โบชาร์จเจอร์ที่มีกังหันแนวรัศมีและในหน่วยกำลังอันทรงพลังก็แนะนำให้ใช้กังหันตามแนวแกน (แม้ว่าจะไม่ใช่กฎก็ตาม)ไม่ว่ากังหันประเภทใดเทอร์โบชาร์จเจอร์ทั้งหมดจะติดตั้งคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงโดยอากาศจะถูกส่งไปยังศูนย์กลางของใบพัดและนำออกจากขอบของมัน

เทอร์โบชาร์จเจอร์สมัยใหม่อาจมีฟังก์ชันการทำงานที่แตกต่างกัน:

• ทางเข้าคู่ - กังหันมีอินพุต 2 ช่อง โดยแต่ละช่องรับก๊าซไอเสียจากกระบอกสูบกลุ่มเดียว โซลูชันนี้จะช่วยลดแรงดันตกในระบบและปรับปรุงเสถียรภาพในการบูสต์
• รูปทรงที่แปรผันได้ - กังหันมีใบพัดที่เคลื่อนที่ได้หรือวงแหวนเลื่อน ซึ่งคุณสามารถเปลี่ยนการไหลของก๊าซไอเสียไปยังใบพัดได้ ซึ่งช่วยให้คุณเปลี่ยนลักษณะของเทอร์โบชาร์จเจอร์ได้ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์

สุดท้ายแล้ว เทอร์โบชาร์จเจอร์จะมีลักษณะการทำงานและความสามารถพื้นฐานที่แตกต่างกันควรเน้นถึงลักษณะสำคัญของหน่วยเหล่านี้:

• ระดับความดันที่เพิ่มขึ้น - อัตราส่วนของความดันอากาศที่ทางออกของคอมเพรสเซอร์ต่อความดันอากาศที่ทางเข้าอยู่ในช่วง 1.5-3;
• การจ่ายคอมเพรสเซอร์ (การไหลของอากาศผ่านคอมเพรสเซอร์) - มวลของอากาศที่ผ่านคอมเพรสเซอร์ต่อหน่วยเวลา (วินาที) อยู่ในช่วง 0.5-2 กิโลกรัมต่อวินาที
• ช่วงความเร็วในการทำงานมีตั้งแต่หลายร้อย (สำหรับหัวรถจักรดีเซลกำลังสูง เครื่องยนต์ดีเซลอุตสาหกรรม และเครื่องยนต์ดีเซลอื่นๆ) ไปจนถึงหลายหมื่นรอบ (สำหรับเครื่องยนต์บังคับสมัยใหม่) รอบต่อวินาที ความเร็วสูงสุดถูกจำกัดด้วยความแข็งแกร่งของกังหันและใบพัดคอมเพรสเซอร์ หากความเร็วในการหมุนสูงเกินไปเนื่องจากแรงเหวี่ยง ล้ออาจพังได้ในเทอร์โบชาร์จเจอร์สมัยใหม่ จุดต่อพ่วงของล้อสามารถหมุนได้ด้วยความเร็ว 500-600 หรือมากกว่า m / s นั่นคือเร็วกว่าความเร็วเสียง 1.5-2 เท่า ซึ่งทำให้เกิดเสียงนกหวีดลักษณะเฉพาะของกังหัน

• อุณหภูมิการทำงาน/สูงสุดของก๊าซไอเสียที่ทางเข้ากังหันอยู่ในช่วง 650-700 ° C ในบางกรณีอาจสูงถึง 1,000 ° C;
• ประสิทธิภาพของกังหัน/คอมเพรสเซอร์มักจะอยู่ที่ 0.7-0.8 โดยในหนึ่งหน่วยประสิทธิภาพของกังหันมักจะน้อยกว่าประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์

นอกจากนี้ ตัวเครื่องยังมีขนาด ประเภทของการติดตั้ง ความจำเป็นในการใช้ส่วนประกอบเสริมที่แตกต่างกัน เป็นต้น

 

การออกแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์

โดยทั่วไปแล้วเทอร์โบชาร์จเจอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสามส่วน:

1.กังหัน;
2.คอมเพรสเซอร์;
3.ตัวเรือนแบริ่ง (ตัวเรือนกลาง)

เทอร์โบคอมเพรสเซอร์_5

แผนภาพทั่วไปของระบบเพิ่มแรงดันอากาศรวมของเครื่องยนต์สันดาปภายใน

กังหันเป็นหน่วยที่แปลงพลังงานจลน์ของก๊าซไอเสียเป็นพลังงานกล (ในรูปของแรงบิดของล้อ) ซึ่งช่วยให้มั่นใจในการทำงานของคอมเพรสเซอร์คอมเพรสเซอร์เป็นหน่วยสำหรับสูบลมโครงสร้างแบริ่งเชื่อมต่อทั้งสองยูนิตเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างเดียว และเพลาโรเตอร์ที่อยู่ในนั้นช่วยให้แน่ใจว่ามีการถ่ายเทแรงบิดจากล้อกังหันไปยังล้อคอมเพรสเซอร์

เทอร์โบคอมเพรสเซอร์_3

ส่วนเทอร์โบชาร์จเจอร์

กังหันและคอมเพรสเซอร์มีการออกแบบคล้ายกันพื้นฐานของแต่ละหน่วยเหล่านี้คือตัวประสาทหูเทียมในส่วนต่อพ่วงและส่วนกลางซึ่งมีท่อสำหรับเชื่อมต่อกับระบบแรงดันในคอมเพรสเซอร์ ท่อทางเข้าจะอยู่ตรงกลางเสมอ ไอเสีย (ทางระบาย) อยู่ที่ขอบด้านนอกการจัดเรียงท่อแบบเดียวกันสำหรับกังหันตามแนวแกนสำหรับกังหันแนวรัศมีตำแหน่งของท่อจะตรงกันข้าม (ที่ขอบ - ไอดีตรงกลาง - ไอเสีย)

ภายในเคสมีล้อพร้อมใบมีดรูปทรงพิเศษล้อทั้งสอง - กังหันและคอมเพรสเซอร์ - ถูกยึดโดยเพลาทั่วไปที่ผ่านตัวเรือนแบริ่งล้อเป็นแบบหล่อแข็งหรือแบบประกอบ รูปร่างของใบพัดล้อกังหันช่วยให้แน่ใจว่าการใช้พลังงานก๊าซไอเสียมีประสิทธิภาพสูงสุด รูปทรงของใบพัดล้อคอมเพรสเซอร์ให้แรงเหวี่ยงสูงสุดกังหันระดับไฮเอนด์สมัยใหม่สามารถใช้ล้อคอมโพสิตที่มีใบมีดเซรามิก ซึ่งมีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพดีกว่าขนาดของล้อเทอร์โบชาร์จเจอร์ของเครื่องยนต์รถยนต์คือ 50-180 มม. หัวรถจักรทรงพลัง, เครื่องยนต์อุตสาหกรรมและเครื่องยนต์ดีเซลอื่น ๆ คือ 220-500 มม. ขึ้นไป

ตัวเรือนทั้งสองจะติดตั้งอยู่บนตัวเรือนแบริ่งโดยใช้สลักเกลียวผ่านซีลตลับลูกปืนธรรมดา (ตลับลูกปืนแบบพิเศษมักไม่ค่อยมีการหมุน) และโอริงอยู่ที่นี่นอกจากนี้ในตัวเรือนส่วนกลางยังมีช่องน้ำมันสำหรับหล่อลื่นแบริ่งและเพลาและในเทอร์โบชาร์จเจอร์บางตัวและช่องของแจ็คเก็ตระบายความร้อนด้วยน้ำระหว่างการติดตั้ง เครื่องจะเชื่อมต่อกับระบบหล่อลื่นและระบบทำความเย็นของเครื่องยนต์

การออกแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ยังสามารถจัดเตรียมส่วนประกอบเสริมต่างๆ ได้อีกด้วย รวมถึงชิ้นส่วนของระบบหมุนเวียนก๊าซไอเสีย วาล์วน้ำมัน องค์ประกอบสำหรับการปรับปรุงการหล่อลื่นของชิ้นส่วนและการระบายความร้อน วาล์วควบคุม ฯลฯ

ชิ้นส่วนเทอร์โบชาร์จเจอร์ทำจากเหล็กเกรดพิเศษใช้เหล็กทนความร้อนสำหรับล้อกังหันวัสดุได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวังตามค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนซึ่งทำให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของการออกแบบในโหมดการทำงานต่างๆ

เทอร์โบชาร์จเจอร์นั้นรวมอยู่ในระบบแรงดันอากาศซึ่งรวมถึงท่อร่วมไอดีและไอเสียและในระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น - อินเตอร์คูลเลอร์ (หม้อน้ำทำความเย็นแบบชาร์จอากาศ), วาล์ว, เซ็นเซอร์, แดมเปอร์และท่อต่างๆ

 

หลักการทำงานของเทอร์โบชาร์จเจอร์

การทำงานของเทอร์โบชาร์จเจอร์มีหลักการง่ายๆกังหันของตัวเครื่องถูกนำเข้าสู่ระบบไอเสียของเครื่องยนต์ คอมเพรสเซอร์ เข้าไปในทางเดินไอดีในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ ก๊าซไอเสียจะเข้าสู่กังหัน กระแทกใบพัดล้อ ทำให้มีพลังงานจลน์บางส่วนและทำให้กังหันหมุนได้แรงบิดจากกังหันจะถูกส่งไปยังล้อคอมเพรสเซอร์โดยตรงผ่านทางเพลาเมื่อหมุนล้อคอมเพรสเซอร์จะพ่นอากาศไปที่ขอบเพิ่มแรงดัน - อากาศนี้จะถูกส่งไปยังท่อร่วมไอดี

เทอร์โบชาร์จเจอร์เดี่ยวมีข้อเสียหลายประการ โดยสาเหตุหลักคือเทอร์โบดีเลย์หรือเทอร์โบพิทล้อของยูนิตมีมวลและแรงเฉื่อยอยู่บ้าง ดังนั้นจึงไม่สามารถหมุนขึ้นได้ทันทีเมื่อความเร็วของยูนิตกำลังเพิ่มขึ้นดังนั้นเมื่อคุณเหยียบคันเร่งแรง ๆ เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จจะไม่เร่งความเร็วทันที - มีการหยุดชั่วคราวสั้น ๆ ไฟฟ้าขัดข้องวิธีแก้ปัญหานี้คือระบบควบคุมกังหันแบบพิเศษ เทอร์โบชาร์จเจอร์ที่มีรูปทรงแปรผัน ระบบแรงดันแบบอนุกรม-ขนานและแบบสองขั้นตอน และอื่นๆ

เทอร์โบคอมเพรสเซอร์_2

หลักการทำงานของเทอร์โบชาร์จเจอร์

ปัญหาการบำรุงรักษาและซ่อมแซมเทอร์โบชาร์จเจอร์

เทอร์โบชาร์จเจอร์ต้องการการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อยสิ่งสำคัญคือต้องเปลี่ยนน้ำมันเครื่องและไส้กรองน้ำมันเครื่องให้ทันเวลาหากเครื่องยนต์ยังคงใช้น้ำมันเก่าได้สักระยะหนึ่งก็อาจเป็นอันตรายต่อเทอร์โบชาร์จเจอร์ได้ - แม้ว่าคุณภาพของน้ำมันหล่อลื่นจะลดลงเล็กน้อยที่ภาระงานสูงก็อาจทำให้เครื่องติดขัดและถูกทำลายได้ขอแนะนำให้ทำความสะอาดชิ้นส่วนกังหันจากการสะสมของคาร์บอนเป็นระยะซึ่งต้องมีการถอดชิ้นส่วน แต่งานนี้ควรทำโดยใช้เครื่องมือและอุปกรณ์พิเศษเท่านั้น

เทอร์โบชาร์จเจอร์ที่ชำรุดนั้นโดยส่วนใหญ่แล้วจะเปลี่ยนได้ง่ายกว่าการซ่อมแซมในการเปลี่ยนจำเป็นต้องใช้ยูนิตประเภทและรุ่นเดียวกันกับที่ติดตั้งในเครื่องยนต์ก่อนหน้านี้การติดตั้งเทอร์โบชาร์จเจอร์ที่มีคุณสมบัติอื่นอาจขัดขวางการทำงานของชุดจ่ายไฟเป็นการดีกว่าที่จะไว้วางใจการเลือกการติดตั้งและการปรับแต่งเครื่องกับผู้เชี่ยวชาญซึ่งรับประกันการทำงานที่ถูกต้องและการทำงานปกติของเครื่องยนต์ด้วยการเปลี่ยนเทอร์โบชาร์จเจอร์อย่างถูกต้อง เครื่องยนต์จะได้รับกำลังสูงและจะสามารถแก้ไขงานที่ยากที่สุดได้


เวลาโพสต์: 21 ส.ค.-2023