Turbochargers yo prèske inivèsèl yo itilize nan motè dyezèl wout mwayen ak gwo nan Amerik di Nò, epi yo tou prèske totalman popilarize nan motè ti twou. Definisyon an nan yon turbocharger se yon ponp santrifujeur kondwi pa gaz echapman, ki ka "refè" yon pati nan chalè a fatra nan silenn motè yo. Nan aplikasyon espesifik motè kous, vitès wotasyon yon turbocharger ka depase 200,000 revolisyon pou chak minit, men nan motè dyezèl, vitès wotasyon maksimòm li yo anjeneral apeprè 30% pi ba. Fonksyon prensipal yon turbocharger se bay lè admisyon presyon pou silenn motè yo. Nan ti bout tan, li ogmante dansite oksijèn nan lè a konsomasyon. Anplis de sa, turbine gaz-kondwi ka kondwi tou rediksyon an ki konekte ak arbr motè a atravè yon kouple likid. Nan pwen sa a, turbocharger la ka ede nan kondwi arbr la. Metòd sa a rele teknoloji konpoze turbo epi kounye a aplike nan dènye jenerasyon motè dyezèl Detroit. Li pral plis prezante nan pati nan pita nan chapit sa a. Figi 12-7 montre dwa motè Cummins ISX 2010 la, kote yo make pozisyon turbocharger la.
Figi 12-7 View adwat motè Cummins ISX (ki make ak pozisyon Turbocharger)
Prensip travay
Yon turbocharger se yon ponp lè ki kondwi pa gaz echapman, ki gen ladan yon turbin ak yon roue ki enstale sou menm arbr a (gade Figi 12-8). Se arbr a sispann sou kote yo pote friksyon pa presyon lwil oliv lubrifyan (sispansyon idrodinamik). Impuls turbine a kondwi pa enèji (chalè) gaz echapman motè a epi li vire nan lojman turbine a kote gaz echapman an ap koule. Impuls a sitiye nan yon bwat COMPRESSOR endepandan epi li aji sou lè a nan sistèm nan konsomasyon, ponpe li nan bò a presyon nan sistèm nan konsomasyon. Gaz echapman kondwi turbine a pa antre an kontak ak lè admisyon aji sou roue a. Figi 12-9 montre chemen koule gaz ak lwil oliv lubrifyan nan yon senp turbocharger.
Figi 12-8 Impuls turbocharger la (oswa wou COMPRESSOR)
Figi 12-9 Seksyon transvèsal turbokonpreseur a (ki gen ladan pasaj lwil oliv lubrifyan ak direksyon koule gaz)
Prensip la k ap travay nan COMPRESSOR la
Se filtre lè admisyon an trase nan bwat la COMPRESSOR ak kondwi pa impeller la sou bò a COMPRESSOR arbr turbine. Turbine a kondwi roue a wotasyon sou lòt bò a nan arbr a turbine, kidonk vitès aktyèl la wotasyon nan roue a depann sou kondisyon yo k ap travay andedan kay la turbine. Kòm roue a wotasyon, lè a nan sistèm nan konsomasyon akselere nan yon gwo vitès. Flux lè gwo -vitès antre nan yon difize radial deyò. Yon difize se yon aparèy throttling, ki gen objektif konsepsyon se konvèti enèji sinetik (enèji mouvman) lè k ap rantre an presyon lè koule lè a pase. Difize a ka nan kalite volute (fòm kalmason) oswa kalite lam (gade Figi 12-9). Efikasite nan difize lam la pi wo.
Prensip la k ap travay nan turbine la
Se gaz la echapman gide nan lojman an turbine. Pi gwo valè chalè fatra motè a (ki anjeneral ogmante ak ogmantasyon nan pouvwa pwodiksyon motè a), se pi wo enèji tèmik gaz echapman an. Gaz echapman an antre radialman nan lojman turbine a epi answit antre nan volute a (yon estrikti ki gen fòm kalmason-ki gen yon seksyon k ap diminye piti piti). Volte a reprezante yon fòm throttling. Men, lè gaz la koule soti nan volute a, li elaji ak aji sou lam yo turbine, ak Lè sa a, antre nan sistèm echapman an nan direksyon axial la.
Nan ki pwen gaz la nan lojman turbine a elaji depann sou chalè gaz la echapman. Anba gwo -kondisyon pwodiksyon motè a, chalè fatra ki soti nan motè a ogmante, ak efè ekspansyon gaz echapman sou lam turbine yo ap ogmante vitès turbine a. Li ta dwe mete aksan sou ke vitès la wotasyon nan yon turbokonpreseur sitou depann sou chalè a nan gaz la echapman olye ke presyon li yo. Siyifikasyon nan volute a ta dwe konprann tou: pi piti gwosè a volute, se pi fò efè a throttling sou koule lè a, men yon ti -volute gwosè vle di ke gaz la echapman elaji plis konplètman lè li koule soti. Solisyon ki pi bon an se pou kapab kontwole zòn nan koule nan volute a, ki pral plis diskite anba a. Figi 12-10 se yon chema dyagram nan koule gaz la nan yon turbokonpreseur, ilistre fonksyon kle yo nan volute a ak difize: Tanpri peye atansyon sou direksyon yo nan ki gaz la ap koule nan ak soti nan lojman an turbine ak lojman an COMPRESSOR.
Chemen Airflow
Jan yo montre nan Figi 12-10, koule lè a antre nan lojman turbine a nan yon aflu radial ak ekoulman axial. Lè a ap koule nan kay la roue nan yon direksyon axial epi soti radial. Nan konsepsyon turbokonpreseur ki pi senp lan, pasaj la konsomasyon oswa gòj nan lojman an turbine pa segmenté, se sa ki, pò yo echapman nan tout silenn mennen nan yon kanal inlet sèl. Sepandan, turbokonpreseur jeyometri varyab ka kontwole koule lè a nan ak soti nan lojman an turbine. Sa a pral diskite pita nan seksyon sa a.
Figi 12-10 Dyagram chema prensip koule lè yon turbokonpreseur, ki montre fonksyon volute a ak difize a.
Kalite turbokonpreseur
Premyèman, li enpòtan pou fè distenksyon ant turbokonpreseur a-jeometri fiks ak turbokonpreseur a jeyometri varyab-. Atik sa a defini li jan sa a:
• Turbocharger -jeometri fiks: Tout gaz tiyo echapman ap koule nan kay turbine a kèlkeswa kondisyon fonksyònman motè a.
• Turbocharger jeyometri varyab: Pa kontwòl ekstèn oswa entèn, se zòn nan koule andedan kay la turbine ajiste, oswa yon pati nan gaz la echapman fè kontoune lojman an turbine.
Kòm nan 2001, turbokonpreseur yo te itilize nan pifò motè dyezèl komèsyal sou otowout yo toujou fè pati kalite jeyometri fiks yo. Men, sitiyasyon sa a te chanje. Sèjousi, lè nou wè yon turbocharger -jeometri fiks sou yon motè dyezèl kamyon, anjeneral li se yon manm nan yon seri turbocharger oswa yon pati nan yon sistèm turbocharger konpoze. Kounye a, prèske tout turbokonpreseur adopte kèk kalite teknoloji pou kontwole (kontwole) koule gaz echapman nan lojman turbine a, si wi ou non atravè yon tiyo kontoune gaz tiyo echapman oswa lè l sèvi avèk yon jeyometri varyab entèn.
Turbocharger -jeometri fiks
Ann premye dekri prensip k ap travay nan turbokonpreseur a -jeometri fiks. Fiks-turbokonpreseur jeyometri yo fèt pou reyalize pèfòmans optimal nan vitès espesifik ak chay chalè dechè espesifik, ki vle di yo pa trè versatile. Enjenyè yo dwe chwazi tan opere lè efikasite turbine a pi wo. Pifò motè wout ki sèvi ak turbokonpreseur a-jeometri fiks yo reyalize pi gwo efikasite turbin yo nan chaj plen ak vitès koupl maksimòm. Si ranje fonksyònman an depase, pèfòmans lan ap diminye. Turbocharger a -jeometri fiks gen yon estrikti senp. Figi 12-9 montre estrikti tipik li yo.
Mete pik efikasite turbine a nan vitès pik koupl olye ke vitès nominal la pèmèt turbokonpreseur a -jeyometri fiks yo gen karakteristik pwòp tèt ou -regleman: lè vitès motè a ogmante, tan aktyèl ki disponib pou presyon ak enjekte gaz nan silenn lan vin pi kout. Si yon turbokonpreseur jeyometri fiks -yo opere andeyò seri vitès espesifye a, koub koupl motè a ap desann rapidman, sa ki lakòz motè a lite nan vitès ki ba ak gwo chaj. Lè chaje nan gwo vitès, vitès la pral tonbe rapidman, epi ekonomi gaz la ap deteryore tou.
Avètisman:
Korespondans ki pa kòrèk nan turbokonpreseur -jeometri fiks yo ka mennen nan presyon silenn ki twò wo, sa ki lakòz echèk motè, oswa kontrèman, lakòz ensifizan pouvwa, emisyon lafimen nwa ak ogmante emisyon danjere.
Konsèy teknik:
Malgre ke motè dyezèl kamyon yo ak turbokonpreseur jeyometri fiks-yo fèt pou reyalize efikasite gaz ki pi wo nan koupl pik, pifò lòt motè dyezèl ki itilize turbokonpreseur jeyometri fiks-(tankou ekipman lou ki pa-route oswa ansanm dèlko) anjeneral reyalize sa a ak vitès nominal (pouvwa maksimòm). Nan aplikasyon sa yo, turbokonpreseur jeyometri fiks-yo rete komen epi yo anjeneral optimize pou kondisyon fonksyònman gwo-pouvwa gwo-.
Turbocharger jeyometri varyab
Objektif turbocharger jeyometri varyab la ka rezime kòm:
• Lè chaj motè a ba, fè turbine a reponn osi vit ke yon ti turbocharger.
• Lè chay motè a wo, fè turbine a bay ase ogmantasyon tankou yon gwo turbocharger.
Turbokonpreseur modèn ki kontwole pa ECM ka reyalize tout objektif ki anwo yo ak règleman egzak nan tout etap entèmedyè, kidonk pote vitès repons pi vit (diminye isterèz turbo) ak pi ba emisyon. Gen kèk turbokonpreseur aktyèl tou konbine itilizasyon tiyo ekstèn tiyo echapman ak jeyometri varyab entèn pou jere presyon ogmantasyon nan pi laj vitès ak chaj.
• Kalite kontwòl valv bypass gaz echapman
Echapman gaz bypass valv kalite turbokonpreseur ki te nan itilize pou anpil ane. Prensip k ap travay li se: atravè yon "valv", tout gaz echapman kontwole koule nan lojman turbine a, oswa yon pati nan gaz echapman an dirèkteman iyore nan sistèm tiyo echapman an. Kounye a, gen sitou de metòd kontwòl:
• Pneumatic kontwòl: operasyon an nan valv la kontoune depann sou presyon an nan manifoul la konsomasyon. Anjeneral, yo adopte yon tank actuator ak yon sezon prentan. Pa default, eta a fèmen pèmèt gaz la echapman koule antyèman nan turbine la. Lè presyon an ranfòse manifoul rive nan valè a mete, presyon an genyen batay la fòs prentan pouse baton an aksyon, louvri valv la kontoune yon pati nan gaz la tiyo echapman.
• Kontwòl elektwonik: Kontwole pa ECM motè a. Pou egzanp, gen kèk motè ki itilize turbin bypass tiyo echapman ak pò admisyon doub. ECM a jisteman jere presyon an ki aji sou actuator la atravè tiyo solenoid ak presyon manifoul, reyalize règleman pou ranfòse milti-etap. Prensip kontwòl li yo ka rezime kòm yon mekanis kontwòl konpoze nan "elektwonik - elektrik kontwòl - pneumatic".
• Volute kontwole jeyometri varyab turbine
Volute kontwole jeyometri varyab turbochargers yo te lajman adopte nan motè dyezèl jodi a. Motè kous yo te itilize ajutaj ouvèti varyab pou kontwole zòn koule nan volute a pandan plizyè ane, ak motè dyezèl te prete teknoloji sa a. Premye turbocharger volute kontwole te aplike pou motè dyezèl te parèt nan kòmansman ane 1990 yo, ak siksè inisyal limite. Men, sèjousi, a vas majorite de manifaktirè motè dyezèl yo te pito adopte teknoloji volute varyab olye ke tradisyonèl tiyo echapman bypass turbocharger la. Pou egzanp, varyab Jeyometri turbine (VGT) enstale sou motè Paccar MX13 yo montre nan Figi 12-11 se yon reprezantan tipik. Pou ilistre prensip k ap travay turbine jeyometri varyab la, nou pral pran turbokonpreseur tipik kontwòl volute yo montre nan Figi 12-12 kòm yon egzanp pou ilistrasyon.
Figi 12-11 Turbine jeyometri varyab (VGT) yo itilize sou motè Paccar MX13.
Figi 12-12 View seksyon turbine jeyometri varyab (VGT), ak yon konsantre sou actuator li yo.
Turbocharger bouch varyab
Figi 12-12 montre yon gade koup transvèsal yon turbokonpreseur tipik varyab. Tanpri gade nan Figi 12-13 pou idantifye eleman kle yo tankou turbine, pignon, lam bouch ak bag synchrone.
Figi 12-13 Prensip k ap travay nan eleman nan turbokonpreseur VN.
Turbocharger bouch varyab la jenere presyon ranfòsman ki nesesè yo pa ajiste Angle lam pou chanje zòn koule volute la. Pwosesis sa a reyalize pa presyon lwil oliv la aji sou piston an, ki may ak Kovèti pou CAM la ak arbr a manivèl, kidonk kondwi bag la synchrone vire. Bag synchrone a sipòte tout asanble lam yo. Chak lam ekipe ak yon renur helicoïdal. Lè pozisyon wotasyon bag la synchrone chanje, lam la wotasyon ak arbr PIN li yo kòm fulcrum la, kidonk reyalize ajisteman an synchrone nan Angle enklinasyon lam la. Atravè mekanis sa a, zòn nan koule nan volute (bò konsomasyon) ka ogmante oswa diminye, ki dirèkteman afekte efikasite gaz la andedan lojman an turbine. Nan ti bout tan, zòn nan koule nan volute a detèmine vitès la turbine ak finalman presyon an ranfòse ki te pwodwi pa COMPRESSOR a turbine.
Kontwòl bouch varyab
Se turbokonpreseur nan bouch varyab reglemante pa valv la kontwòl bouch varyab. Valv kontwòl sa a se yon actuator pwopòsyonèl jere pa modil kontwòl motè a, ki kapab konvèti siyal aktyèl la antre nan yon pozisyon bag piston espesifik. Lè lam yo fèmen nan pozisyon an fèmen (lam yo pa janm pral konplètman fèmen), turbokonpreseur la jenere presyon an ogmantasyon maksimòm. Jesyon lè presyon se antyèman depann sou pozisyon nan lam yo, kòm Ang lam la dirèkteman detèmine fason gaz la echapman aji sou turbine la. Figi 12-14 montre ki jan presyon lwil oliv kondui bag piston an pou aktue mekanis CAM ak manivèl la, sa ki lakòz bag synchrone a vire nan direksyon goch, kidonk elaji lam yo epi redwi efikasite gaz turbine a.
Figi 12-14 VN Turbocharger: Ogmante ouvèti lam pou redwi efikasite turbine.
Lè presyon lwil oliv la pouse piston an pou avanse pou pi sou bò gòch la (Figi 12-15), bag la synchrone wotasyon envers, ajiste lam yo nan yon Ang tou pre pozisyon fèmen nan, amelyore efikasite turbine a bay maksimòm ogmantasyon. Pwosesis aksyon sa a ka refere li nan Figi 12-16.
Figi 12-15 VN Turbocharger: Diminye ouvèti lam la pou reyalize maksimòm ogmantasyon.
Figi 12-16 Wòl bag synchrone a nan kontwole ouvèti lam la.
Vitès wotasyon turbokonpreseur varyab bouch la tounen nan modil kontwòl motè a atravè yon Capteur vitès axial ki baze sou prensip yon dèlko batman endiksyon. Siyal deklanche li yo pran nan estrikti planè a nan yon pozisyon espesifik sou arbr turbine a.
3. glise bag volute turbine
Yon lòt estrikti volute varyab adopte pa Cummins Honicell turbochargers: se zòn nan koule ajiste pa deplase bag la glise nan actuator la VG. Objektif li se menm jan ak turbine VN Caterpillar a, men fason li reyalize se yon ti kras diferan. Figi 12-17 montre yon modil aktè VG tipik yo itilize sou motè apre 2010.
Figi 12-17: Modil actuator VG yo itilize sou yon motè tipik 10 ane pita.