Úsáidtear turbochargers beagnach go huilíoch in innill díosail bóithre tollta meánmhéide agus mór i Meiriceá Thuaidh, agus tá an-tóir orthu freisin in innill tollaidh bheaga. Is é an sainmhíniú ar turbocharger ná caidéal lártheifeacha atá tiomáinte ag gás sceite, ar féidir leo cuid den teas dramhaíola a "ghnóthú" ó na sorcóirí inneall. In iarratais inneall rásaíochta ar leith, féadfaidh luas rothlach turbocharger níos mó ná 200,000 réabhlóid in aghaidh an nóiméid, ach in innill díosail, is gnách go bhfuil a luas rothlach uasta thart ar 30% níos ísle. Is é príomhfheidhm turbocharger aer iontógáil brú a sholáthar do na sorcóirí innill. I mbeagán focal, méadaíonn sé an dlús ocsaigine san aer iontógáil. Ina theannta sin, is féidir leis an tuirbín faoi thiomáint ag an ngás sceite an trealamh laghdaithe atá ceangailte le cromán an innill a thiomáint trí chúpláil sreabháin. Ag an bpointe seo, is féidir leis an turbocharger cuidiú leis an crankshaft a thiomáint. Tugtar teicneolaíocht ilchodach turbo ar an modh seo agus cuirtear i bhfeidhm é faoi láthair sa ghlúin is déanaí d'innill díosail Detroit. Tabharfar isteach tuilleadh é sa chuid dheireanach den chaibidil seo. Taispeánann Fíor 12-7 an radharc ceart ar inneall Cummins ISX 2010, ar a bhfuil seasamh an turbocharger marcáilte.
Fíor 12-7 Radharc ar dheis ar Inneall Cummins ISX (marcáilte le suíomh Turbocharger)
Prionsabal oibre
Is caidéal aeir é turbocharger atá tiomáinte ag gás sceite, comhdhéanta de thuirbín agus impeller suiteáilte ar an seafta céanna (féach Fíor 12-8). Tá an seafta ar fionraí ar an imthacaí frithchuimilte ag brú ola bhealaithe (fionraí hidrodinimiciúil). Tá an impeller tuirbín á thiomáint ag fuinneamh (teas) an gháis sceite inneall agus rothlaíonn sé laistigh den tithíocht tuirbín ina sreabhann an gás sceite. Tá an impeller suite i gcásáil comhbhrúiteora neamhspleách agus gníomhaíonn sé ar aer an chórais ionghabhála, agus é á phumpáil isteach sa taobh brú den chóras ionghabhála. Ní thagann an gás sceite atá ag tiomáint an tuirbín i dteagmháil leis an aer ionghabhála atá ag gníomhú ar an impeller. Taispeánann Fíor 12-9 na cosáin sreafa gáis agus ola bhealaithe i turbocharger simplí.
Fíor 12-8 An impeller den turbocharger (nó roth an chomhbhrúiteora)
Fíor 12-9 Radharc trasghearrtha ar an turbocharger (lena n-áirítear an sliocht ola bhealaithe agus treo an tsreafa gáis)
Prionsabal oibre an chomhbhrúiteora
Déantar an t-aer iontógáil scagtha a tharraingt isteach sa chásáil comhbhrúiteora agus a thiomáint ag an impeller ar thaobh an chomhbhrúiteora seafta tuirbín. Tiomáineann an tuirbín an impeller a rothlú ar an taobh eile den seafta tuirbín, agus mar sin braitheann luas rothlach iarbhír an impeller ar na coinníollacha oibre taobh istigh den tithíocht tuirbín. De réir mar a rothlaíonn an impeller, luasghéaraítear an t-aer sa chóras ionghabhála go luas ard. Téann -sreabhadh aeir ardluais isteach i diffuser go gathach amach. Is gléas sníomh é diffuser, a bhfuil sé mar chuspóir aige fuinneamh cinéiteach (fuinneamh gluaisne) an aeir isteach a thiontú ina bhrú nuair a théann an sruth aeir tríd. Is féidir leis an diffuser a bheith den chineál toirte (cruth seilide) nó den chineál lann (féach Fíor 12-9). Tá éifeachtacht an difuser lann níos airde.
Prionsabal oibre an tuirbín
Treoraítear an gás sceite chuig an tithíocht tuirbín. Dá mhéad luach teasa dramhaíola an innill (a mhéadaíonn de ghnáth le méadú ar chumhacht aschuir an innill), is airde fuinneamh teirmeach an gháis sceite. Téann an gás sceite isteach go gathach sa tithíocht tuirbín agus ansin téann sé isteach tríd an volute (struchtúr múnlaithe seilide a bhfuil trasghearradh ag laghdú de réir a chéile). Is ionann an toirt agus cineál smeartha. Ach nuair a shreabhann an gás sceite amach as an volute, leathnaíonn sé agus gníomhaíonn sé ar na lanna tuirbín, agus ansin téann sé isteach sa chóras sceite ar feadh an treo aiseach.
Braitheann an méid a mhéadaíonn an gás sa tithíocht tuirbín ar theas an gháis sceite. Faoi choinníoll aschuir ard an innill, méadóidh an teas dramhaíola ón inneall, agus ardóidh éifeacht leathnú an gháis sceite ar na lanna tuirbín luas an tuirbín. Ba chóir a mheabhrú go mbraitheann luas rothlach turbocharger go príomha ar theas an gháis sceite seachas a bhrú. Ba cheart tábhacht an toirt a thuiscint freisin: dá lú an méid toirte, is amhlaidh is láidre an éifeacht smeartha ar an sruth aeir, ach ciallaíonn toirte beag méid go leathnaíonn an gás sceite níos iomláine nuair a shreabhann sé amach. Is é an réiteach is fearr ná a bheith in ann achar sreafa an toirt a rialú, rud a phléifear tuilleadh thíos. Is léaráid scéimeach é Fíor 12-10 den sreabhadh gáis i turbocharger, a léiríonn príomhfheidhmeanna an volute agus an diffuser: Tabhair aird ar na treoracha ina sreabhann an gás isteach agus amach as an tithíocht tuirbín agus an tithíocht comhbhrúiteora.
Cosán sreafa aeir
Mar a thaispeántar i bhFíor 12-10, téann an sreabhadh aer isteach sa tithíocht tuirbín ar bhealach insreabhadh gathach agus eis-sreabhadh aiseach. Sreabhann an t-aer tríd an tithíocht impeller i dtreo aiseach agus amach go gathach. Sa dearadh turbocharger is simplí, níl an sliocht ionghabhála nó scornach na tithíochta tuirbín deighilte, is é sin, go bhfuil cainéal inlet amháin mar thoradh ar chalafoirt sceite na sorcóirí go léir. Mar sin féin, is féidir le turbochargers céimseata athraitheach an sreabhadh aeir isteach agus amach as an tithíocht tuirbín a rialáil. Déanfar é seo a phlé níos déanaí sa chuid seo.
Fíor 12-10 Léaráid scéimreach de phrionsabal an tsreafa aeir de turbocharger, a léiríonn feidhmeanna an volute agus an diffuser.
Cineál turbocharger
Ar an gcéad dul síos, tá sé tábhachtach idirdhealú a dhéanamh idir turbochargers céimseata fosaithe agus turbluchtairí céimseata inathraithe. Sainmhíníonn an t-alt seo é mar seo a leanas:
• Turbluchtaire céimseata-fosaithe: Sreabhann na gáis sceite go léir tríd an gcórás tuirbín beag beann ar choinníollacha oibriúcháin an innill.
• Turbocharger geoiméadracht athraitheach: Trí rialú seachtrach nó inmheánach, déantar an limistéar sreabhadh taobh istigh den tithíocht tuirbín a choigeartú, nó déantar cuid den ghás sceite chun an tithíocht tuirbín a sheachbhóthar.
Ó 2001, bhain na turbochargers a úsáidtear sa chuid is mó d'innill díosail tráchtála ar mhórbhealaí leis an gcineál céimseata seasta. Ach tá an scéal seo athraithe. Sa lá atá inniu ann, nuair a fheicimid turbocharger céimseata seasta ar inneall díosail trucaile, is gnách go mbíonn sé ina bhall de phéireáil turbluchtaithe sraithe nó mar chuid de chóras tuirbluchtaithe cumaisc. Faoi láthair, glacann beagnach gach turbocharger teicneolaíocht de chineál éigin chun sreabhadh an gháis sceite a rialáil (rialú) tríd an tithíocht tuirbín, cibé acu trí chomhla sheachbhóthar gáis sceite nó trí úsáid a bhaint as geoiméadracht athraitheach inmheánach.
Turbocharger céimseata-fostaithe
Déanaimis cur síos ar dtús ar phrionsabal oibre an -turbocharger céimseata sheasta. Tá turbochargers céimseata-fosaithe deartha chun an fheidhmíocht is fearr a bhaint amach ar luasanna sonracha agus ar ualaí teasa dramhaíola ar leith, rud a chiallaíonn nach bhfuil siad an-ilúsáideach. Ní mór d'innealtóirí an t-am oibriúcháin a roghnú nuair a bhíonn an éifeachtacht tuirbín is airde. Is gnách go n-éiríonn le formhór na n-innill bóthair a úsáideann turbluchtairí céimseata fosaithe an éifeachtacht is airde dá gcuid tuirbíní ag luasanna ualaigh iomlána agus buaic-chasmhóiminte. Má sháraítear an raon oibriúcháin, meathfaidh an fheidhmíocht. Tá struchtúr simplí ag an turbocharger céimseata seasta. Léiríonn Fíor 12-9 a struchtúr tipiciúil.
Má shocraítear buaic-éifeachtúlacht an tuirbín ag an mbuaicluas chasmhóiminte seachas an luas rátáilte, is féidir leis an -turbocharger céimseata seasta- tréithe féinrialaithe a bheith aige: nuair a mhéadaíonn luas an innill, giorraítear an t-am iarbhír atá ar fáil chun breosla a bhrú agus a instealladh isteach sa sorcóir. Má fheidhmítear turbocharger céimseata seasta lasmuigh den raon luais sonraithe, laghdóidh cuar chasmhóiminte an innill go tapa, rud a fhágann go mbeidh an t-inneall ag streachailt ar luasanna ísle agus ar ualaí arda. Nuair a bheidh sé luchtaithe ag luas ard, beidh an luas titim go tapa, agus beidh geilleagar breosla in olcas freisin.
Rabhadh:
D’fhéadfadh brú ró-ard sorcóra a bheith mar thoradh ar mheaitseáil mhíchuí na dturbluchtairí céimseata fosaithe, rud a d’fhágfadh go gclisfeadh an t-inneall, nó ar an taobh eile, d’fhéadfadh sé nach mbeadh dóthain cumhachta ann, astuithe deatach dubh agus astuithe díobhálacha méadaithe.
Leideanna teicniúla:
Cé go bhfuil innill díosail trucaile a bhfuil turbochargers céimseata seasta orthu deartha chun an éifeachtúlacht gáis is airde a bhaint amach ag buaic-chasmhóiminte, is gnách go n-úsáideann formhór na n-innill díosail eile a úsáideann turbluchtairí céimseata seasta (amhail trealamh trom neamhbhóthair nó tacair gineadóir) é seo ag an luas rátáilte (uaschumhacht). Sna feidhmchláir seo, fanann turbluchtairí céimseata fosaithe coitianta agus go hiondúil tá siad optamaithe le haghaidh coinníollacha oibriúcháin ardluais lánchumhachta.
Íosluchtaigh turbocharger céimseata athraitheach
Is féidir achoimre a dhéanamh ar chuspóir an turbocharger céimseata athraitheach mar:
• Nuair a bhíonn an t-ualach innill íseal, déan an tuirbín freagairt chomh tapa le turbocharger beag.
• Nuair a bhíonn ualach an innill ard, cuir an tuirbín treisiú leordhóthanach ar fáil mar a bheadh turbluchtaire mór.
Is féidir le turbochargers nua-aimseartha arna rialú ag ECM na spriocanna thuas go léir agus rialú beacht ar gach céim idirmheánach a bhaint amach, rud a thugann luasanna freagartha níos tapúla (laghdú hysteresis turbo) agus astuithe níos ísle. Chomhcheanglaíonn roinnt turbochargers reatha úsáid comhlaí seachbhóthar sceite seachtracha agus geoiméadracht athróg inmheánacha chun an brú treisithe a bhainistiú laistigh den raon luasanna agus ualaí is leithne.
• Cineál rialaithe comhla sheachbhóthar gáis sceite
Tá an turbocharger cineál comhla seachbhóthar gáis sceite in úsáid le blianta fada anuas. Is é a phrionsabal oibre ná: trí "chomhla", déantar an gás sceite go léir a rialú chun sreabhadh tríd an tithíocht tuirbín, nó déantar cuid den ghás sceite a sheachbhóthar go díreach chuig an gcóras sceite. Faoi láthair, tá dhá mhodh rialaithe den chuid is mó:
• Rialú aeroibrithe: Braitheann oibriú na comhla seachbhóthar ar bhrú an iomadúil iontógáil. De ghnáth, glactar le umar actuator le earrach. De réir réamhshocraithe, ceadaíonn an stát dúnta don ghás sceite sreabhadh go hiomlán tríd an tuirbín. Nuair a shroicheann an brú méadaithe iomadúil an luach socraithe, sáraíonn an brú fórsa an earraigh chun an slat gníomhaíochta a bhrú, ag oscailt na comhla chun cuid den ghás sceite a sheachbhóthar.
• Rialú leictreonach: Rialaithe ag an inneall ECM. Mar shampla, úsáideann roinnt inneall seach-thuirbíní sceite le calafoirt ionghabhála dé. Bainistíonn an ECM an brú atá ag gníomhú ar an actuator go beacht trí chomhlaí solanóideacha agus brú iomadúil, ag baint amach rialachán treisithe ilchéime. Is féidir achoimre a dhéanamh ar a phrionsabal rialaithe mar mheicníocht rialaithe cumaisc de "rialú leictreonach - leictreach - aeroibrithe".
• Tuirbín céimseata athróg faoi rialú toirte
Glacadh go forleathan le turbochargers céimseata inathraithe faoi rialú toirte in innill díosail an lae inniu. Tá innill rásaíochta ag baint úsáide as soic Cró inathraithe chun limistéar sreafa an toirte a rialú le blianta fada, agus tá an teicneolaíocht seo faighte ar iasacht ag innill díosail. Tháinig an chéad turbocharger rialaithe toirte a cuireadh i bhfeidhm ar innill díosail chun cinn go luath sna 1990í, le rath teoranta tosaigh. Ach sa lá atá inniu ann, b'fhearr le formhór mór na monaróirí inneall díosail teicneolaíocht toirte athraitheach a ghlacadh seachas an turbocharger comhla seachbhóthar sceite traidisiúnta. Mar shampla, is ionadaí tipiciúil é an tuirbín Geoiméadracht athraitheach (VGT) atá suiteáilte ar an inneall Paccar MX13 a thaispeántar i bhFíor 12-11. Chun prionsabal oibre an tuirbín céimseata athraitheach a léiriú, glacfaimid an turbocharger rialaithe toirte tipiciúil a thaispeántar i bhFíor 12-12 mar shampla le haghaidh léiriú.
Fíor 12-11 Tuirbín Céimseata Athraitheach (VGT) a Úsáidtear ar inneall Paccar MX13
Fíor 12-12 Radharc trasnánach ar an tuirbín céimseata inathraithe (VGT), le fócas ar a actuator
Turbocharger nozzle inathraithe
I bhFíor 12-12 taispeántar radharc trasghearrtha ar throbluchtaireoir soic inathraithe tipiciúil. Féach le do thoil ar Fhíor 12-13 chun na príomhchodanna a aithint mar an tuirbín, pinion, lann nozzle agus fáinne sioncrónach.
Fíor 12-13 Prionsabal Oibre Comhpháirteanna turbochargers VN.
Gineann an turbocharger nozzle athróg an brú treisithe riachtanach tríd an Uillinn lann a choigeartú chun an limistéar sreafa toirte a athrú. Baintear an próiseas seo amach trí bhrú ola ag gníomhú ar an loine, a meshes leis an trealamh CAM agus an seafta cromáin, rud a thiomáint an fáinne sioncrónach a rothlú. Tacaíonn an fáinne sioncrónach leis na tionóil lann go léir. Tá gach lann feistithe le groove helical. Nuair a athraíonn suíomh rothlaithe an fháinne sioncrónach, rothlaíonn an lann lena seafta bioráin mar an fulcrum, rud a bhaint amach coigeartú sioncrónach ar Uillinn claonta an lann. Tríd an meicníocht seo, is féidir limistéar sreafa an volute (taobh ionghabhála) a mhéadú nó a laghdú, rud a chuireann isteach go díreach ar éifeachtúlacht gáis taobh istigh den tithíocht tuirbín. I mbeagán focal, cinneann limistéar sreafa an toirte luas an tuirbín agus ar deireadh thiar an brú méadaithe a ghineann an comhbhrúiteoir tuirbín.
Rialú nozzle inathraithe
Tá an turbocharger nozzle athraitheach á rialú ag an gcomhla rialaithe nozzle athraitheach. Is actuator comhréireach é an comhla rialaithe seo arna bhainistiú ag an modúl rialaithe innill, atá in ann an comhartha reatha ionchuir a thiontú go suíomh fáinne loine ar leith. Nuair a bhíonn na lanna gar don suíomh dúnta (ní bheidh na lanna dúnta go hiomlán riamh), gineann an turbocharger an brú méadaithe uasta. Braitheann bainistíocht an aeir brú go hiomlán ar shuíomh na lanna, toisc go gcinnfidh Uillinn an lann go díreach an bealach a fheidhmíonn an gás sceite ar an tuirbín. Léiríonn Fíor 12-14 conas a thiomáineann brú ola an fáinne loine chun meicníocht CAM agus cromáin a ghníomhachtú, rud a fhágann go rothlaíonn an fáinne sioncrónach deiseal, rud a leathnaíonn na lanna agus laghdaítear éifeachtúlacht gáis an tuirbín.
Fíor 12-14 VN Turbocharger: Méadú ar oscailt an lann chun éifeachtúlacht tuirbín a laghdú.
Nuair a bhrúíonn an brú ola an loine chun bogadh ar chlé (Fíor 12-15), rothlaíonn an fáinne sioncrónach tuathalach, ag coigeartú na lanna go Uillinn gar don suíomh dúnta, ag cur le héifeachtacht an tuirbín chun an borradh is mó a sholáthar. Is féidir tagairt a dhéanamh don phróiseas gníomhaíochta seo i bhFíor 12-16.
Fíor 12-15 VN Turbocharger: Laghdaigh oscailt an lann chun an treisiú uasta a bhaint amach.
Fíor 12-16 Ról an fháinne sioncrónach maidir le hoscailt an lann a rialú.
Cuirtear luas rothlach an turbocharger nozzle inathraithe ar ais chuig an modúl rialaithe innill trí bhraiteoir luas aiseach bunaithe ar phrionsabal an ghineadóra bíog ionduchtúcháin. Tógtar a chomhartha truicear ón struchtúr plánach ag suíomh sonrach ar sheafta an tuirbín.
3. Tuirbín volute fáinne duillín
Struchtúr toirte athraitheach eile arna ghlacadh ag turbochargers Cummins Honicell: déantar an limistéar sreafa a choigeartú tríd an bhfáinne duillín a bhogadh tríd an actuator VG. Tá a sprioc mar an gcéanna le tuirbín VN Caterpillar, ach tá an bealach a mbaintear amach é beagán difriúil. Taispeánann Fíor 12-17 modúl actuator VG tipiciúil a úsáidtear ar innill tar éis 2010.
Fíor 12-17: Modúl actuator VG a úsáidtear ar inneall tipiciúil 10 mbliana ina dhiaidh sin.