Apakah komponen turbocharger?

Komponen turbocharger termasuk bahagian turbin, bahagian pemampat, dan sistem galas (CHRA) sebagai tiga elemen teras, bersama dengan bahagian sokongan seperti pembaziran, tamparan - off, dan perumahan yang membolehkan turbocharger untuk memampatkan udara pengambilan dan meningkatkan kuasa enjin.

Tiga bahagian turbocharger utama

Setiap sistem turbocharger membahagikan kepada tiga perhimpunan asas. Bahagian turbin menangkap tenaga ekzos, bahagian pemampat menekan udara pengambilan, dan pemasangan berputar perumahan pusat menghubungkannya melalui aci ketepatan dan sistem galas.

Senibina seksyen turbin

Perhimpunan turbin terdiri daripada roda turbin dan perumahan turbin yang bekerja bersama -sama untuk mengekstrak tenaga dari gas ekzos. Roda turbin menukar tekanan ekzos dan panas ke dalam daya putaran, berputar pada kelajuan yang boleh melebihi 250,000 rpm dalam aplikasi prestasi tinggi -. Roda ini dipasang pada satu hujung aci turbocharger dan menghubungkan terus ke roda pemampat pada hujung yang bertentangan.

Reka bentuk perumahan turbin memberi kesan kepada ciri -ciri prestasi. Panduan perumahan gas ekzos ke arah roda turbin melalui ruang volute spiral. Geometri volut ini, diukur sebagai nisbah A/R (kawasan yang dibahagikan dengan radius), menentukan berapa cepat turbo bertindak balas berbanding berapa banyak kuasa yang dapat disokong pada rpms tinggi. A/R yang lebih kecil seperti 0.82: 1 memberikan tindak balas yang lebih cepat tetapi menghadkan aliran akhir -, manakala A/R yang lebih besar seperti 1.32: 1 mengurangkan tekanan belakang pada kelajuan tinggi tetapi meningkatkan lag.

Turbocharger geometri berubah -ubah memperkenalkan bilah laras antara roda volut dan turbin. Bulan ini mengubah nisbah A/R yang berkesan secara dinamik, yang membolehkan turbo mengoptimumkan prestasi di seluruh julat RPM. Bijak ini dihasilkan menggunakan proses pembuatan suntikan logam maju (MIM) yang dapat menghasilkan geometri kompleks dengan toleransi yang ketat ± 0.015mm sambil menahan suhu berterusan sekitar 800 darjah.

Komponen seksyen pemampat

Perhimpunan pemampat memampatkan udara ambien sebelum memasuki enjin. Di jantung duduk roda pemampat, biasanya dimesin dari aloi aluminium untuk terus berputar rendah. Roda ini menarik udara melalui salur masuk pemampat dan mempercepatkannya - mengalihkan aliran udara 90 darjah di sepanjang permukaan bilah sebelum memaksa ia ke dalam perumahan pemampat.

Saiz roda pemampat secara langsung menentukan kapasiti aliran udara. Diameter induk (diukur pada petua bilah di mana udara masuk) biasanya berkisar antara 45mm hingga lebih dari 100mm bergantung kepada aplikasi. Pengeluar sering merujuk turbos dengan pengukuran ini - "Turbo 88mm" mempunyai induk pemampat 88mm. Roda yang lebih besar bergerak lebih banyak udara tetapi memerlukan lebih banyak tenaga ekzos untuk berputar, mewujudkan perdagangan asas - off antara tindak balas dan kuasa maksimum.

Perumahan pemampat mengumpul udara bertekanan keluar roda dan mengarahkannya ke arah pengambilan enjin. Di dalam perumahan, bahagian penyebar melambatkan udara halaju - tinggi, menukar tenaga kinetik ke dalam tekanan statik - rangsangan yang kita ukur. Perumahan pemampat juga mempunyai nisbah A/R sendiri yang mempengaruhi kecekapan pemampat dan ciri -ciri lonjakan.

Perhimpunan berputar perumahan pusat (CHRA)

Chra membentuk teras mekanikal mana -mana turbocharger. Perhimpunan ini termasuk perumahan pusat itu sendiri, aci turbin yang menghubungkan kedua -dua roda, dan sistem galas yang menyokong aci. Perumahan pusat biasanya menggunakan besi atau pembinaan aluminium dengan saluran bersepadu untuk aliran minyak dan penyejuk.

Di dalam CHRA, sistem galas menguruskan keadaan operasi yang melampau. Aci berputar pada kelajuan yang mencapai 230,000 rpm semasa beroperasi pada suhu menghampiri 800 darjah pada hujung turbin dan sub - suhu sifar pada bahagian pemampat semasa permulaan sejuk. Galas ini mesti meminimumkan geseran sementara tepat mengawal gerakan aci dalam kedua -dua arah radial dan paksi.

Dua teknologi galas menguasai turbocharger moden. Galas Jurnal Gunakan filem minyak hidrodinamik untuk menggantung aci tanpa logam - ke - hubungan logam. Aci secara harfiah terapung pada minyak enjin bertekanan dalam kelegaan galas. Reka bentuk terapung - ini memberikan redaman yang sangat baik tetapi memerlukan aliran minyak yang lebih tinggi dan menghasilkan lebih banyak geseran. Sistem galas bola menggantikan galas jurnal dengan galas bola hubungan sudut yang mengurangkan geseran sebanyak kira -kira 50% berbanding dengan galas jurnal. Pengurangan ini membolehkan turbos galas bola naik 15% lebih cepat, dengan ketara mengurangkan lag turbo.

CHRA juga mengandungi komponen pengedap kritikal. Piston Ring - Meterai jenis di setiap hujung perumahan pusat menghalang udara pengambilan dan gas ekzos daripada memasuki minyak - rongga beruang yang diisi. Meterai ini menghadapi tugas yang mencabar - mereka mesti mengelak dengan berkesan terhadap gas di bawah tekanan rangsangan sambil menampung pergerakan aci dan mengelakkan geseran yang berlebihan pada kelajuan putaran ultra -.

Komponen sokongan penting

Di luar tiga bahagian utama, beberapa komponen tambahan mengawal operasi turbocharger dan mencegah kerosakan di bawah keadaan yang melampau.

Sistem Wastegate

Sisa mengawal tekanan rangsangan maksimum dengan memintas gas ekzos di sekitar roda turbin. Tanpa kawalan ini, turbo akan terus mempercepatkan sehingga tekanan meningkatkan melebihi had enjin yang selamat atau sehingga sesuatu yang gagal secara bencana.

Pembaziran dalaman mengintegrasikan terus ke dalam perumahan turbin. Penggerak pneumatik yang disambungkan ke injap "flapper" membuka laluan pintasan apabila tekanan meningkatkan mencapai tahap sasaran, mengalihkan aliran ekzos dari roda turbin. Konfigurasi ini menjadikan sistem padat dan mengurangkan kerumitan paip. Lebih 70% kenderaan turbocharged kilang menggunakan pembaziran dalaman kerana kelebihan pembungkusan dan kos - keberkesanan.

Pembaziran luaran diletakkan secara berasingan pada manifold ekzos atau header. Unit -unit ini menawarkan kapasiti dan prestasi aliran unggul, terutamanya dalam aplikasi kuasa kuda yang tinggi - melebihi 600 kuasa kuda roda. Ekzos yang dipintas boleh dialihkan kembali ke sistem ekzos hiliran turbin atau dibebaskan terus ke atmosfera dalam aplikasi perlumbaan. Pembaziran luar memberikan kawalan rangsangan yang lebih tepat tetapi meningkatkan kerumitan dan kos pemasangan.

Injap pintasan pemampat

Pemampat Bypass Injap - biasanya dipanggil Blow - off injap atau injap peredaran - mencegah lonjakan pemampat apabila pendikit ditutup secara tiba -tiba. Semasa operasi tinggi -, penutup bilah pendikit mencipta lonjakan tekanan yang memaksa udara dimampatkan ke belakang melalui roda pemampat. Aliran terbalik ini menyebabkan pemampat untuk gerai dan lonjakan, menghasilkan bunyi yang tersendiri dan menundukkan galas tujah kepada beban yang merosakkan.

Injap pintasan dipasang di antara outlet pemampat dan badan pendikit. Ia menggunakan gabungan isyarat musim bunga dan isyarat tekanan untuk mengesan penutupan pendikit, kemudian dibuka untuk melepaskan atau mengitar semula tekanan rangsangan terperangkap. Pukulan atmosfera - off injap melepaskan ke atmosfera dengan ciri -ciri "Whoosh" bunyi, manakala injap peredaran semula laluan udara kembali ke masuk pemampat untuk mengekalkan udara yang betul - nisbah bahan api pada kenderaan dengan sensor aliran udara massa.

Integrasi Intercooler

Mampat udara menjana haba melalui hubungan termodinamik antara tekanan dan suhu. Bagi setiap 20 psi rangsangan, suhu udara termampat boleh melebihi 300 darjah F sebelum memasuki enjin. Udara panas ini mengurangkan ketumpatan dan menggalakkan letupan, mengehadkan kuasa dan kebolehpercayaan.

Intercoolers (lebih tepat disebut caj penyejuk udara) menyelesaikan masalah ini dengan menyejukkan udara termampat sebelum memasuki manifold pengambilan. Air - ke - intercoolers udara menggunakan aliran udara ambien, manakala udara - ke - reka bentuk air mengedarkan penyejuk melalui penukar haba. Intercooling yang berkesan dapat mengurangkan suhu udara pengambilan sebanyak 150-200 darjah F, meningkatkan ketumpatan udara sebanyak 15-25% dan meningkatkan output kuasa dan keselamatan enjin yang ketara.

Pengilangan lanjutan dalam pengeluaran turbocharger

Komponen turbocharger moden menuntut ketepatan dan bahan eksotik yang melampau. Bantal geometri yang berubah -ubah mesti mengekalkan profil airfoil dalam ± 0.015mm manakala terdedah kepada gas ekzos menghakis pada 800 darjah. Kaedah pemesinan dan pemutus tradisional berjuang untuk memenuhi keperluan ini secara ekonomi pada jumlah pengeluaran melebihi 100,000 unit setiap tahun.

Pencetakan suntikan logam telah merevolusikan pembuatan komponen turbocharger. MIM menggabungkan metalurgi serbuk dengan teknik pengacuan suntikan plastik untuk menghasilkan bahagian logam kompleks yang memerlukan lima pemesinan paksi - atau mustahil dengan pemutus mati konvensional. Proses ini mencampurkan serbuk logam halus dengan pengikat termoplastik, menyuntik campuran ke dalam acuan ketepatan, menghilangkan pengikat melalui debinding, kemudian menghirup bahagian pada suhu tinggi untuk mencapai sifat akhir.

Untuk aplikasi turbocharger, MIM membolehkan pengeluaran komponen dari superalloys seperti Inconel 713 dan 718 yang menawarkan kekuatan tinggi - yang luar biasa dan rintangan pengoksidaan. Lebih 180 juta bilah turbocharger dihasilkan setiap tahun menggunakanPembuatan MIMTeknologi, dengan pengeluar melaporkan penjimatan kos 20% berbanding pemutus ketepatan. Teknologi ini juga menghasilkan roda turbin dengan geometri bilah bersepadu, pendesak pemampat dengan permukaan melengkung yang kompleks, dan komponen membazir dengan permukaan pengedap yang tepat yang sebelum ini tidak praktikal untuk pembuatan.

Pemilihan bahan di seluruh komponen

Bahan komponen mencerminkan persekitaran operasi yang keras setiap bahagian mesti bertahan. Roda turbin biasanya menggunakan aloi Inconel atau superalloy berasaskan nikel - yang mengekalkan kekuatan melebihi 700 darjah. Sesetengah aplikasi prestasi tinggi - menggunakan roda turbin seramik yang mengurangkan inersia putaran sebanyak 30% melalui ketumpatan yang lebih rendah, membolehkan spool lebih cepat -, walaupun roda seramik tidak mempunyai rintangan kesan alternatif logam.

Roda pemampat memihak kepada aloi aluminium, khususnya 2000 atau 6000 - siri, yang menawarkan kekuatan yang sangat baik - ke - nisbah berat untuk persekitaran pemampat yang agak sejuk. Aplikasi prestasi tinggi - semakin menggunakan roda pemampat yang dimacu bilet dan bukannya roda cast. Roda Billet menyediakan aerodinamik bilah yang unggul dan kekuatan tetapi memerlukan masa pemesinan CNC yang luas.

Perumahan pusat mesti menahan kedua -dua belah spektrum suhu. Besi Cast tetap popular untuk kestabilan terma, kos rendah, dan kekuatan yang mencukupi. Air - Aplikasi yang disejukkan sering menggunakan aluminium untuk sifat pemindahan haba yang unggul, walaupun aluminium memerlukan bahagian dinding tebal untuk memadankan kekuatan besi tuang.

Bahan Bearing Bahagikan antara gangsa - aloi berasaskan untuk galas jurnal dan seramik atau keluli untuk galas bola. Tinggi - Kartrij galas bola prestasi semakin menggunakan bola seramik (biasanya silikon nitrida) yang beratnya 60% kurang daripada keluli sementara menawarkan keupayaan suhu yang lebih tinggi dan rintangan memakai unggul.

Sistem paip minyak dan air

Turbocharger bergantung kepada minyak enjin untuk pelinciran dan penyingkiran haba. Minyak memasuki salur masuk minyak perumahan pusat, mengalir melalui rongga galas untuk melincirkan dan menyejukkan galas, kemudian mengalir kembali ke kuali minyak melalui garisan pulangan minyak. Sistem ini menghadapi cabaran unik - minyak mesti mencapai galas dalam beberapa saat permulaan apabila turbo mula berputar, namun suhu minyak dalam rongga galas boleh melebihi 300 darjah F semasa operasi beban tinggi-.

Turbos galas bola memerlukan aliran minyak yang jauh lebih rendah daripada reka bentuk galas jurnal - biasanya 50% kurang. Keperluan aliran yang dikurangkan ini menjadikan penyekat masuk minyak diperlukan apabila tekanan minyak enjin melebihi 60 psi untuk mengelakkan kerosakan galas dari tekanan yang berlebihan. Garis longkang minyak mesti mengekalkan makanan graviti tanpa larian mendatar atau bahagian bukit yang akan menghalang saliran dan menyebabkan banjir rongga.

Alamat penyejukan air panas - kembali, fenomena di mana haba dari perumahan turbin berhijrah ke perumahan pusat selepas penutupan enjin. Tanpa peredaran penyejuk, minyak sisa dalam galas boleh mencapai suhu coking (melebihi 400 darjah F), meninggalkan deposit karbon keras yang mempercepat memakai galas. Air - perumahan pusat yang disejukkan menggunakan penyejuk enjin sebagai jisim termal yang terus menyerap haba melalui kesan siphon haba walaupun selepas penutupan, mengekalkan suhu rongga beruang di bawah ambang coking minyak.

Konfigurasi prestasi biasa

Pemilihan turbocharger melibatkan saiz pemampat dan turbin yang sepadan dengan anjakan enjin, pelbagai rpm yang dimaksudkan, dan tahap kuasa sasaran. A 2.0L Empat - Silinder mensasarkan 400 kuasa kuda memerlukan saiz turbo yang jauh berbeza daripada 5.0L V8 mengejar 1,000 kuasa kuda.

Prinsip asas tetap berterusan: kuasa enjin adalah berkadar dengan udara dan aliran bahan api. Enjin yang disedut secara semulajadi menarik udara ambien pada tekanan atmosfera (kira -kira 14.7 psi di paras laut). Enjin turbocharged dengan tekanan rangsangan 20 psi (34.7 psi mutlak) mengalir lebih daripada dua kali ganda jisim udara ke dalam anjakan yang sama, membolehkan pembakaran bahan api dan pengeluaran kuasa secara proporsional.

Konfigurasi Twin - Turbo Split Aliran Ekzos antara dua turbos yang lebih kecil dan bukannya menggunakan turbo besar tunggal. Twin - Reka bentuk tatal dalam satu perumahan turbo tunggal pulsa ekzos berasingan dari silinder berpasangan untuk meminimumkan gangguan dan meningkatkan kecekapan turbin. Twin Sequential - Sistem Turbo Gunakan turbo kecil untuk respons RPM - rendah dan tambah turbo yang lebih besar pada rpms yang lebih tinggi untuk kuasa maksimum. Setiap konfigurasi membentangkan perdagangan - antara tindak balas, kuasa puncak, kerumitan pembungkusan, dan kos.

Mod penyelenggaraan dan kegagalan biasa

Umur panjang turbocharger bergantung terutamanya pada kualiti minyak dan kebersihan. Minyak yang tercemar atau kelaparan minyak menyebabkan kerosakan dalam beberapa saat pada kelajuan operasi. Selang penyelenggaraan yang disyorkan mencadangkan membina semula atau menggantikan CHRA antara 100,000 dan 150,000 batu, walaupun penjagaan yang betul dapat memanjangkan hayat perkhidmatan dengan ketara.

Amalan penyelenggaraan kritikal termasuk membenarkan 30 - 60 saat di Idle sebelum memandu untuk memastikan minyak mencapai galas, pemalasan untuk 1 - 2 minit sebelum penutupan selepas memandu keras untuk membolehkan suhu menstabilkan, dan menggunakan selang perubahan minyak yang ditentukan oleh pengeluar. Keadaan penapis udara secara langsung mempengaruhi pemampat roda hayat pemampat memasuki pemampat menyebabkan hakisan bilah dan ketidakseimbangan.

Chra Balancing mewakili aspek yang paling kritikal untuk membina semula turbo. Pada kelajuan putaran melebihi 200,000 rpm, walaupun ketidakseimbangan mikroskopik menghasilkan getaran yang merosakkan. Pengimbangan yang betul memerlukan peralatan dan prosedur khusus, dengan spesifikasi keseimbangan yang dipegang pada seratus auns - inci. Chras yang tidak seimbang gagal dengan cepat - kadang -kadang dalam beberapa hari - melalui kerosakan galas yang disebabkan oleh getaran yang berlebihan memecah filem minyak.

Soalan yang sering ditanya

Apakah Chra dalam turbocharger?

Chra (pusat pemasangan berputar perumahan) adalah pemasangan teras yang mengandungi perumahan pusat, aci, kedua -dua roda (turbin dan pemampat), dan sistem galas. Ia membentuk jantung berputar dari turbocharger dan memerlukan pengimbangan yang tepat untuk beroperasi dengan pasti pada kelajuan putaran yang melampau.

Betapa panasnya komponen turbocharger?

Turbin - Komponen sampingan kerap mencapai 800 - 1000 darjah (1470 - 1830 darjah f) Semasa operasi. Sisi pemampat beroperasi lebih sejuk, walaupun suhu udara termampat biasanya melebihi 150 darjah (300 darjah F) sebelum intercooling. Suhu perumahan pusat bervariasi dari sub-sifar semasa sejuk bermula lebih dari 400 darjah selepas operasi beban tinggi yang berterusan.

Apa yang menyebabkan turbo lag?

Turbo lag hasil dari masa yang diperlukan untuk aliran gas ekzos untuk mempercepatkan perhimpunan berputar turbocharger untuk mempercepatkan di mana tekanan rangsangan berkembang. Turbos yang lebih besar dengan inersia putaran yang lebih besar mempamerkan lebih banyak lag. Sistem galas bola, roda turbin yang lebih kecil, dan reka bentuk tatal kembar - semua mengurangkan lag berbanding dengan konfigurasi tradisional.

Bolehkah anda mengganti komponen turbo individu?

Perumahan dan roda utama boleh diganti secara individu, walaupun CHRA lengkap biasanya memerlukan penggantian atau membina semula sebagai pemasangan yang sepadan, seimbang. Pencampuran komponen dari pengeluar yang berbeza atau cuba menggunakan semula galas yang dipakai sering membawa kepada keseimbangan isu dan kegagalan pramatang.

Evolusi Teknologi Turbocharger

Pembangunan turbocharger terus memajukan bahan, proses pembuatan, dan sistem kawalan. Turbochargers elektrik menambah motor - pemampat yang didorong untuk menghapuskan lag sepenuhnya, walaupun kos dan kerumitan kini mengehadkan penggunaan ke tinggi - aplikasi akhir. Sistem geometri berubah -ubah sekali terhad kepada aplikasi diesel kini muncul dalam enjin petrol sebagai bahan dan algoritma kawalan bertambah baik.

Pembuatan tambahan menunjukkan janji untuk menghasilkan turbin dan geometri pemampat yang dioptimumkan dengan kaedah konvensional. Teknologi ini membolehkan topologi - reka bentuk yang dioptimumkan yang mengurangkan berat badan sambil mengekalkan kekuatan, walaupun kos pengeluaran tetap terlalu tinggi untuk aplikasi pasaran massa -.

Peralihan ke arah powertrains elektrik mengurangkan permintaan turbocharger untuk kenderaan penumpang sambil memperluaskan peluang dalam pembakaran hidrogen dan aplikasi sel bahan bakar. Berat - Kenderaan komersil tugas, enjin marin, dan penjanaan kuasa perindustrian terus memerlukan enjin pembakaran dalaman turbocharged, memastikan permintaan yang berterusan untuk komponen turbocharger merentasi aplikasi khusus.