Что такое турбонаддув?

Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?
Что такое турбонаддув?

Непременно, любой из нас хоть раз в жизни замечал на обыкновенном на вид автомобиле шильдик «turbo». Непосвящённый прохожий даже не увидит его и пройдёт мимо, а понимающий человек обязательно остановится и заинтересуется автомобилем.

Авто конструкторы с момента возникновения на свете этой профессии повсевременно озабочены неувязкой увеличения мощности моторов. Законы физики говорят: мощность мотора впрямую находится в зависимости от количества сжигаемого горючего за один рабочий цикл. Чем больше горючего мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам прирастить количество «лошадей» под капотом — как это сделать? Тут-то нас и поджидают трудности.

Турбокомпрессор состоит из 2-ух «улиток» — через одну проходят отработавшие газы, а 2-ая «качает» воздух в цилиндры.

Дело в том, что для горения горючего нужен кислород. Так что в цилиндрах сгорает не горючее, а топливно-воздушная смесь. Мешать горючее с воздухом необходимо не приблизительно, а в определённом соотношении. Например, для бензиновых агрегатов на одну часть горючего полагается 14–15 частей воздуха — зависимо от режима работы, состава горючего и иных причин.

Как мы лицезреем, воздуха требуется очень много. Если мы увеличим подачу горючего (это не неувязка), нам также придётся существенно прирастить и подачу воздуха. Обыденные движки засасывают его без помощи других из-за различия давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость выходит ровная — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и поступали америкосы, выпуская большие движки с удивительным расходом горючего. А есть ли метод загнать в тот же объём больше воздуха?

Выхлопные газы из мотора крутят ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры. Перед тем как это произойдёт, воздух проходит через интеркулер и охлаждается — так можно повысить его плотность.

Есть, и в первый раз выдумал его государь Готтлиб Вильгельм Даймлер. Этот германец очень хорошо соображал в моторах и ещё в 1885 году выдумал, как загнать в их больше воздуха. Он додумался закачивать воздух в цилиндры при помощи нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение конкретно от вала мотора и загонял в цилиндры сжатый воздух.

Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи пошёл ещё далее. Он управлял разработкой дизельных движков в компании Sulzer Brothers, и ему категорически не нравилось, что моторы были большенными и тяжёлыми, а мощности развивали не достаточно. Отымать энергию у «движка», чтоб крутить приводной компрессор, ему также не хотелось. Потому в 1905 году государь Бюхи запатентовал 1-ое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Проще говоря, он выдумал турбонаддув.

Мысль умного швейцарца ординарна, как всё превосходное. Как ветра крутят крылья мельницы, также и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница исключительно в том, что колесо это очень малюсенькое, а лопаток сильно много. Колесо с лопатками именуется ротором турбины и посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель можно поделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и именуется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) либо турбонагнетатель.

В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, нередко приходится дополнительно охлаждать — тогда его давление можно будет сделать выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать прохладный воздух (уже в цилиндре ДВС) легче, чем жаркий.

Воздух, проходящий через турбину, греется от сжатия, также от деталей турбонаддува, нагретого выхлопными газами. Подаваемый в движок воздух охлаждают с помощью так именуемого интеркулера (промежный охладитель). Это радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя через него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А прохладный воздух более плотный — означает, его можно загнать в цилиндр ещё больше.

Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем резвее она крутится и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сопоставлению, к примеру, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совершенно малость энергии мотора — всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их остывания — после турбины выхлопные газы идут как и раньше стремительно, но более прохладные. Не считая того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия увеличивает КПД мотора. Ну и возможность снять с наименьшего рабочего объёма огромную мощность значит наименьшие утраты на трение, наименьший вес мотора (и машины в целом). Всё это делает авто с турбонаддувом более экономными в сопоставлении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, счастье. А нет, не всё так просто. Трудности только начались.

Во-1-х, скорость вращения турбины может достигать 200 тыщ об/мин, во-2-х, температура раскалённых газов добивается, только попытайтесь представить, 1000°C! Что всё это значит? То, что сделать турбонаддув, который сумеет выдержать такие неслабые нагрузки долгое время, очень недешево и тяжело.

По этим причинам турбонаддув получил обширное распространение только во время 2-ой мировой войны, ну и то исключительно в авиации. В 50-х годах южноамериканская компания Caterpillar смогла приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали 1-ые турбодизели для собственных грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позднее. Случилось это в 1962 году, когда практически сразу узрели свет Oldsmobile Jetfire и Шевроле Corvair Monza.

Но сложность и накладность конструкции — не единственные недочеты. Дело в том, что эффективность работы турбины очень находится в зависимости от оборотов мотора. На малых оборотах выхлопных газов малость, ротор раскрутился слабо, и компрессор практически не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Потому бывает, что до трёх тыщ об/мин мотор совершенно не тянет, и только позже, тыщ после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя именуется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она подольше будет раскручиваться. Потому моторы с очень высочайшей удельной мощностью и турбинами высочайшего давления, обычно, мучаются турбоямой сначала. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги практически нет, да и мощность они поднимают не очень очень.

Практически избавиться от турбоямы помогает схема с поочередным наддувом, когда на малых оборотах мотора работает маленький малоинерционный турбокомпрессор, увеличивая тягу на «низах», а 2-ой, побольше, врубается на больших оборотах с ростом давления на выпуске. В прошедшем веке поочередный наддув употреблялся на суперкаре Porsche 959, а сейчас по таковой схеме устроены, к примеру, турбодизели компаний Бмв и Land Rover. В бензиновых движках Фольксваген роль малеханького «заводилы» играет приводной нагнетатель.

На рядных движках часто употребляется одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара «улиток») с двойным рабочим аппаратом. Любая из «улиток» заполняется выхлопными газами от различных групп цилиндров. Но при всем этом обе подают газы на одну турбину, отлично раскручивая её и на малых, и на огромных оборотах

Но почаще как и раньше встречается пара схожих турбокомпрессоров, параллельно обслуживающих отдельные группы цилиндров. Обычная схема для V-образных турбомоторов, где у каждого блока собственный нагнетатель. Хотя движок V8 компании M GmbH, дебютировавший на автомобилях Бмв X5 M и X6 M, оснащён перекрёстным выпускным коллектором, который позволяет компрессору twin-scroll получать выхлопные газы из цилиндров различных блоков, работающих в противофазе.

Вынудить турбокомпрессор работать эффективнее во всём спектре оборотов, можно ещё изменяя геометрию рабочей части. Зависимо от оборотов снутри «улитки» поворачиваются особые лопатки и варьируется форма сопла. В итоге выходит «супертурбина», отлично работающая во всём спектре оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но воплотить их удалось относительно не так давно. Причём поначалу турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных движках, благо, температура газов там существенно меньше. А из бензиновых автомобилей 1-ый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.

Конструкцию турбомоторов довели до разума уже издавна, а в ближайшее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось многообещающим не только лишь в смысле форсирования моторов, да и исходя из убеждений увеличения экономичности и чистоты выхлопа. В особенности животрепещуще это для дизельных движков. Редчайший дизель сейчас не несёт приставки «турбо». Ну а установка турбины на бензиновые моторы позволяет перевоплотить обыденный на вид автомобиль в реальную «зажигалку». Ту, с небольшим, чуть приметным шильдиком «turbo».