ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ

Что такое турбина и как она работает?

Практически каждый из нас обращал внимание на небольшой шильдик «турбо», который встречается даже на самых обычных, на первый взгляд, автомобилях. Он напоминает своего рода тайный знак - неприметный, размещенный в не самом броском месте, совсем незаметный для случайных прохожих. Но у тех, кто действительно разбирается в автомобилях, он неизбежно вызывает интерес. Почему же?
Эта небольшая "улитка" не так проста, как кажется. Она может увеличить мощность двигателя в несколько раз

Каждый автомобильный конструктор стремится повысить мощность двигателя. Согласно законам физики, она зависит от того, сколько топлива сожжено за рабочий цикл. Соответственно, чем больше топлива, тем мощнее двигатель. Но, когда мы хотим увеличить мощность мотора в нашем автомобиле, и начинаются проблемы.
Турбокомпрессор составляют две таких "улитки". Одна из них закачивает в цилиндры воздух, вторая - выводит отработанный

Сложности возникают, потому что для процесса сгорания нужен кислород - то есть, сгорает не одно только топливо, а его смесь с воздухом. При этом пропорции этой смеси должны быть весьма определенными. Так, для бензинового двигателя она составляет 1:14/15 - это определено режимом работы, составом горючего и другими факторами.

Как видно, воздуха нужно довольно много. При увеличении подачи топлива совершенно необходимо увеличить и подачу воздуха - стандартные двигатели сами засасывают его внутрь благодаря разному давлению в атмосфере и самом цилиндре. Из-за этого возникает прямая зависимость между объёмом цилиндра и мощностью двигателя. Ее использовали американцы, создавая машины с огромными двигателями для больших мощностей. Но возникает вопрос: нельзя ли увеличить объём поступающего воздуха, не создавая при этом двигатель, который едва ли не больше самого авто?
Турбина вращается благодаря выхлопным газам, из-за чего начинает движение компрессор, который подает свежий воздух. Последний, для этого, сначала должен охладиться благодаря прохождению через интеркулер, что повышает его плотность

Такой способ существует, и своим возникновением он обязан Готтлибу Вильгельму Даймлеру - именно его фамилия использована в названии известного бренда DaimlerChrysler. Этому немцу удалось загонять в моторы гораздо большее количество воздуха, чем это было возможным ранее. В 1885 году ему пришло в голову создать особый нагнетатель, который вращался бы от вала двигателя и помогал загнать в цилиндр сжатый воздух.

А швейцарец А. Бюхи пошел гораздо дальше. Когда он работал в Sulzer Brothers, то постоянно сталкивался с тем, что большие и тяжёлые моторы развивали малую мощность. Отнять энергию для вращения приводного компрессора также не казалось ему хорошей идеей. И в 1905 году им было запатентовано специальное устройство, движущее энергию выхлопного газа. Так был создан турбонаддув.

Говорят, что всё гениальное - просто, и разработанная швейцарцем модель только подтверждает это. Отработанные газы приводят в движение колесо со специальными лопатками - точно так же работает всем известная ветряная мельница. Существенная разница лишь в количестве лопаток, которых очень много, и в размере колеса. Его называют "ротор турбины" и насаживают на вал вместе с колесом компрессора. Он вращается благодаря движению выхлопных газов, а компрессор исполняет роль вентилятора, нагнетая в цилиндр больше воздуха. Все вместе и носит название турбокомпрессора, также известного как турбонагнетатель.
Приводной нагнетатель является аналогом турбонаддува и тратит часть мощности двигателя на свою работу

Скорость вращения турбины напрямую связана с количеством выхлопных газов, которые попадают в неё. Таким образом, на обслуживание наддува тратится 1,5%  энергии. Это объясняется тем, что ротор получает энергию за счет охлаждения выхлопных газов, а не за счет их замедления. Также стоит отметить, что энергия, которая тратится на сжатие воздуха, существенно повышает общее КПД двигателя. Автомобили с турбонаддувом куда более экономичны благодаря меньшим потерям на трение и меньшему весу двигателя. Но, если вы думаете, что на этом все проблемы решены, то вы заблуждаетесь. Они только начинаются.
Интеркулер
Интеркулер

Примите во внимание два фактора. Во-первых, турбина может вращаться со скоростью 200 000 оборот за минуту. Во-вторых, температура газа может достигнуть 1000 градусов. Это означает, что очень непросто создать такой трубнаддув, который будет в состоянии вынести подобные нагрузки.
Турбонаддув, как и выпускная система, разогреваются под воздействием выхлопных газов до очень высоких температур

Именно из-за этого турбонаддувом широко пользовались лишь во время Второй мировой - и то в основном в авиации. Лишь в 50-ых годах компания  Caterpillar приспособила этот инструмент для тракторов, а Cummins удалось сконструировать первые грузовые турбодизели. В легковых автомобилях их стали использовать несколько позже, в 1962 году.

Недостатки конструкции не ограничены ее сложностью и дороговизной. То, насколько эффективно работает турбина, напрямую зависит от того, как оборачивается двигатель. Для малых оборотов характерно малое количество выхлопных газов, из-за чего компрессор практически не нагоняет дополнительного воздуха. Это приводит к тому, что он практически бездействует на мощностях до 3 тысяч оборотов, а после 4-5 - выстреливает. Такая ситуация называется турбоямой. Характерно то, что чем большего размера турбина, тем больше времени уйдет на раскрутку. Из-за этого двигатель с турбиной высокого давления будет существенно страдать в этой ситуации.  Турбины с давлением пониже такой проблемой не страдают, но и мощности практически не поднимают.

Lancer Evolution содержит интеркулер в переднем бампере, а модель Subaru Impreza - непосредственно над двигателем

Решить проблему турбоямы можно при помощи последовательного наддува, при котором во время работы на малых оборотах запускают малоинерционные турбокомпрессоры, которые увеличивают тягу сначала. Вторые включаются со временем, когда давление на выпуске растёт. Рядные двигатели часто используют одиночные турбокомпрессоры в паре. При этом, каждую улитку наполняют выхлопные газы из разных цилиндров. Однако газы подаются на одну турбину, что позволяет эффективно раскручивать ее не только на больших, но и на малых оборотах.

Впрочем, чаще всего по-прежнему используют пару одинаковых компрессоров, которые обслуживают разные группы цилиндров, что является типичной схемой для V-моторов. Так становится возможным получать выхлопной газ из блоков, которые работают в противофазе.

Иллюстрация модели twin-scroll с двойной "улиткой", одна из которых эффективна на высоких оборотах, другая - на низких

Чтобы компрессор работал более эффективно на всех оборотах, необходимо изменить геометрию рабочих частей. Лопатки поворачиваются, как и изменяется форма сопла, в зависимости от того, каковы обороты. Таким образом, можно получить супертурбину, которая сможет работать во всём диапазоне. Несмотря на то, что эти идеи уже довольно давно витают в воздухе, их удалось воплотить в жизнь лишь недавно. Первым автомобилем, который реализовал ее, стал Porsche 911 Turbo.
Изменяемая геометрия турбины
Изменяемая геометрия турбины
Конструкция уже давным-давно усовершенствована, а ее популярность продолжает возрастать. Турбокомпрессоры стали эффективными не только с точки зрения форсирования мотора, а и для экономичности двигателя. Очень многие дизели сейчас снабжены приставкой "турбо", а это означает, что даже самый обычный, на первый взгляд, автомобиль, может оказаться настоящей "зажигалкой". Распознать её можно благодаря тому самому неприметному значку.

Новый Туарег 2014 года может стать полноценным конкурентом BMW X6. Как? А очень просто: немцы выпустят версию СС и в итоге получится внедорожник-купе. Однако, это всё ещё на стадии концепта. Больше - здесь MOZETON.RU.
Всего просмотров: 4739. Сегодня: 2


читайте также в рубрике ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ

Выбираем качественные шины для своего автомобиля

Почему выгодно покупать качественную резину б/у для авто от известных производителей?

Как правильно выбрать дворники для зимы?

Мало кто в нашей стране приобретает настоящие зимние дворники. Стоимость такого изделия достаточно высокая и найти его бывает непросто.

Почему украинские потребители предпочитают автомобили Ford?

Автомобили Ford пользуются большим спросом на первичном и вторичном украинском рынке из-за высокой долговечности и приемлемой цены для среднего класса потребителей.

Выбираем качественные и надежные гироскутеры

Интернет магазин гироскутеров и гиробордов, предлагает купить мини сигвей недорого, по выгодной цене в Киеве или же заказать онлайн с доставкой по Украине в место Вашего проживания. Сделайте подарок ребенку и близким людям.

Продлеваем жизнь лобовому стеклу

Повреждение лобового стекла может произойти как по вине водителя, так и по банальной случайности.