Регистрация Войти
Вопрос

Почему турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя только при нагрузке?

Почему автомобиль с турбонаддувом развивает значительную мощность только при нагрузке на двигатель? Связано ли это с количеством выхлопных газов или с каким-то клапанным механизмом, который это контролирует?



То есть работа двигателя на 3000 оборотах в нейтральном положении не даст такого же эффекта, как работа двигателя на 3000 оборотах при движении автомобиля в гору на передаче.
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/2731/why-does-a-turbocharger-only-produce-boost-when-the-engine-is-under-load
4
+ Читать

14 Комментариев

  1. Двигатель вашего автомобиля расходует больше топлива, чтобы разогнаться до 3000 оборотов в минуту под нагрузкой, чем на нейтральной передаче. Это краткий ответ.



    Чем больше топлива, тем больше выхлопных газов, а значит, и больше наддува. И наоборот, когда вы едете на нейтральной передаче, расходуется гораздо меньше топлива и, следовательно, гораздо меньше выхлопных газов для вращения турбины. По этой же причине при движении в гору расход топлива увеличивается.



    Кроме того, система управления вашего автомобиля, скорее всего, отключит перепускной клапан/клапан продувки при отключении дроссельной заслонки. Это функция безопасности.

  1. Не совсем... Помните, что не во всех двигателях с турбонаддувом используется перепускной клапан.



    Допустим, ваш двигатель работает на 2000 оборотах в минуту без нагрузки. Теперь вы добавляете нагрузку, обороты падают, и, чтобы вернуть их к 2000, вам нужно добавить газа, то есть подать топливо в двигатель. По мере подачи топлива вы увеличиваете давление сгорания, и в конечном счёте более высокое давление выхлопных газов будет быстро вращать турбину и создавать дополнительную наддувку, которая ещё больше увеличит давление сгорания (теперь доступно больше кислорода). Видите ли, на двигателе без нагрузки даже без перепускного клапана турбокомпрессор мало что делает.



    Чтобы немного усложнить задачу, скажу, что в дизельном двигателе всё работает примерно так же, но по-другому. В дизельном двигателе нет регулировки подачи воздуха, подача всегда неограничена, а мощность определяется количеством впрыскиваемого топлива. Вот почему, когда дизельный двигатель набирает обороты, он выпускает много дыма, пока не разгонится. В дизельных двигателях с турбонаддувом в качестве регулятора подачи воздуха используется сам турбокомпрессор.

  1. Вы почти угадали, а если нет, то википедия вам в помощь.



    Таким образом, турбокомпрессор состоит из двух турбин, соединённых с одной вращающейся осью. Одна турбина приводится в движение выхлопными газами, которые заставляют вращаться другую турбину. Вторая турбина нагнетает воздух во впускной коллектор двигателя.



    На холостом ходу выхлопных газов практически нет, поэтому наддув не происходит. Откройте дроссельную заслонку => через двигатель проходит больше воздуха => больше выхлопных газов => больше наддува.
  1. Если быть технически корректным, открытие дроссельной заслонки в стандартном бензиновом двигателе позволяет большему количеству воздуха поступать в систему. Блок управления видит это и добавляет больше топлива для соответствия. Затем эта комбинация приводит к увеличению производительности, что означает больший поток и т.д... Но правильно в том смысле, что без большей массы воздуха двигатель без заслонки не получит никакого наддува (пример турбомотора, не оснащенного заслонкой, используется в Piper Turbo Arrow. Дроссельную заслонку постепенно продвигают вперед и следят за давлением в коллекторе. Перед взлётом необходимо отрегулировать дроссельную заслонку до достижения нужного общего давления).
  1. И, как отметил DXM, он прав. Открытая дроссельная заслонка => больше воздуха поступает в двигатель => больше выхлопных газов => больше наддува.
  1. @BrianKnoblauch, я переписал и ответ, и комментарий. Спасибо, что указали на то, что я выставил себя полным идиотом!
  1. @BrianKnoblauch, я перечитываю то, что написал, и согласен, что объединил достаточно моментов, которые сбивают с толку начинающего читателя. Например, я размышляю над аспектами своей машины (в заводской настройке), не уточняя, что это сложнее, чем просто наддув <-> вакуум. Я собираюсь переписать ответ.

  1. Позвольте мне начать с отличной книги на эту тему: «Максимальный наддув» Корки Белла. В ней подробно рассматриваются основы работы турбокомпрессора, а также некоторые устаревшие и малоизученные области применения, которые по-прежнему представляют интерес. Например, я считаю, что обсуждение турбонаддува для различных типов карбюраторов представляет интеллектуальный, если не практический, интерес.



    Подводя итог сказанному в вашем вопросе, отметим некоторые важные аспекты двигателя с турбонаддувом, которые представляют интерес:




    1. Воздушный поток: помните, что двигатель внутреннего сгорания фактически является воздушным насосом. Если мы говорим о двигателе, который работает "под нагрузкой", мы можем предположить, что вы открыли дроссельную заслонку. Например, при спуске с холма вам не нужно нажимать на дроссельную заслонку, поэтому через весь канал от впуска до выпуска подается меньшая масса воздуха. Однако при движении в гору потребуется открыть дроссельную заслонку (дать газу), добавляя воздух во впуск. Это заставляет компьютер двигателя добавлять топливо в смесь. Топливовоздушная смесь сжигается для получения энергии. Выхлопные газы от этого сгорания затем поступают в ...


    2. Турбина: это деталь, которая выглядит как передняя часть реактивного двигателя, расположенная на пути выпуска выхлопных газов. Турбина установлена на одном конце вращающегося вала. С другой стороны находится компрессор. Это часть, которая фактически обеспечивает наддув со стороны впуска двигателя. Чем больше выхлопных газов проходит мимо турбины, тем сильнее ей хочется вращаться и создавать наддув на стороне компрессора. Однако есть и другой вариант ...


    3. Перепускной клапан: это клапан, который также находится на пути выхлопных газов. Он обеспечивает обходной путь для выхлопных газов, если двигателю в данный момент не требуется наддув. Его можно использовать для контроля максимального наддува (слишком высокий наддув может физически повредить двигатель). Это может быть чисто механический подпружиненный клапан, который остаётся закрытым до определённого положительного давления на впуске, а затем постепенно открывается по мере увеличения наддува. Он также может находиться под прямым управлением ЭБУ двигателя. Например, моя машина (в заводской комплектации) очень раздражала тем, что отказывалась работать на максимальной мощности на третьей передаче. Она также отказывалась работать на максимальной мощности при частичном открытии дроссельной заслонки. По сути, бортовой компьютер говорил: «Нет, пока хватит».




    Например, если я еду под уклон на передаче и не нажимаю на педаль газа, дроссельная заслонка закрыта. Через впускной и выпускной каналы проходит недостаточно воздуха, чтобы турбокомпрессор вращался, независимо от того, открыт перепускной клапан или нет.



    Однако у подножия холма, когда мы поднимаемся на следующий склон, ситуация меняется. Чтобы подняться на холм, мне нужно открыть дроссельную заслонку. Если я буду ехать на пониженной передаче, обороты будут выше, энергия выхлопных газов будет выше, и турбина будет вращаться быстрее. Однако, поскольку для того же ускорения на пониженной передаче мне потребуется частично открыть дроссельную заслонку, мой бортовой компьютер может запретить повышение оборотов после определенного момента и открыть перепускной клапан.



    Если я буду ехать на высокой передаче, обороты будут ниже, и мне придётся полностью открыть дроссельную заслонку, чтобы подняться на холм. Однако объём и скорость выхлопных газов будут низкими, и, возможно, у меня не хватит энергии для того, чтобы турбокомпрессор создал какое-либо значительное положительное давление (например, около 64 км/ч на пятой передаче в моей машине). Хотя мне бы очень хотелось увеличить мощность в этой ситуации, я не смогу этого сделать.
  1. Итак, управление перепускным клапаном осуществляется с помощью электроники. А как обстоят дела в автомобилях, где перепускной клапан управляется с помощью вакуумного давления? Как автомобиль определяет, работает двигатель под нагрузкой или нет, чтобы открыть или закрыть перепускной клапан?
  1. Хм, у меня всё работает не так... Перепускной клапан на моей машине подпружинен на 8,5 фунтов на квадратный дюйм. В нормальном состоянии он закрыт и открывается только тогда, когда давление в управляющей линии заставляет его открыться. Выше по потоку находится перепускной клапан регулятора наддува, который сбрасывает давление, поэтому ЭБУ может допускать более высокое давление наддува (но никогда не более низкое), снижая давление, воспринимаемое перепускным клапаном. Единственная причина снижения наддува заключается в недостатке воздушной массы, необходимой для того, чтобы турбокомпрессор работал эффективно и создавал давление на впуске. При движении под уклон дроссельная заслонка закрыта, что приводит к разрежению, а отсутствие массы = отсутствие наддува.
  1. @generalexception, вы сами ответили на свой вопрос: если двигатель работает в условиях вакуума, нагрузка на него невелика. Дроссельная заслонка должна быть почти закрыта, чтобы уменьшить общую массу воздуха, проходящего через систему. По мере открытия дроссельной заслонки турбокомпрессор будет раскручиваться по мере увеличения энергии выхлопных газов. В чисто механической системе перепускной клапан начинает открываться только тогда, когда давление наддува превышает пороговое значение пружины перепускного клапана. В этом случае перепускной клапан действует только как регулятор максимального давления наддува. Обратите внимание на правки в исходном комментарии: слишком много предположений, которые на самом деле неверны.
  1. Просто, легко читается и правильно!
  1. @generalexception: я прочитал ваше дополнение, и да, я ответил на вопрос. Всё зависит от того, сколько воздуха проходит через двигатель. Если машина стоит на месте, то для того, чтобы двигатель набрал 3000 оборотов в минуту, нужно ОЧЕНЬ МАЛЕНЬКО приоткрыть дроссельную заслонку. С другой стороны, если нагрузить машину (например, двигаться в гору или ускоряться...), то для достижения тех же оборотов потребуется гораздо больше приоткрыть дроссельную заслонку. Больше приоткрыть дроссельную заслонку X оборотов в минуту ==> больше наддува.
  1. Вопрос был изменён, так как вы могли неправильно его понять.
Вы уже ответили на этот вопрос