Що таке турбонаддув
- Клуб Любителів Subaru Legacy Outback (Субару Легасі Аутбек)
- Новини-Статті
- Subaru Legacy Club Субару Легасі Клуб
- Статті
- Матеріал: Що таке турбонаддув
- Правила форуму
- Огляд нових повідомлень на форумі
| шукає захист приводних ременівЦіна:500 рублів |
Категорії Subaru Legacy Club
Пошук новин
Останні новини
- ' />Subaru натякнула на вигляд н.
- ' />Амортизатори двері багажник.
- ' />Subaru розповість у Женеві о.
- '/>Subaru запропонувала купе BRZ.
- ' />Subaru відкликає 630 тисяч м.
- ' />Звіт про тест-драйв Subaru .
Останні повідомлення з форуму
Клубні фото
Що таке турбонаддув
12 Грудня. 2011 20:18 AlexUnit у Статті
Автомобільні конструктори (з моменту появи на світі цієї професії) постійно переймаються проблемою підвищення потужності моторів. Закони фізики свідчать, що потужність двигуна безпосередньо залежить від кількості палива, що спалюється, за один робочий цикл. Чим більше палива ми спалюємо, тим більша потужність. І, скажімо, захотілося збільшити «поголів'я коней» під капотом — як це зробити? Тут нас і чекають проблеми.
Турбокомпресор складається з двох «равликів» — через одну проходять гази, що відпрацювали, а друга «качає» повітря в циліндри.
Справа в тому, що для горіння палива потрібен кисень. Тож у циліндрах згоряє не паливо, а паливно-повітряна суміш. Заважати паливо з повітрям потрібно не на вічко, а у певному співвідношенні. Наприклад, для бензинових двигунів одну частину палива належить 14–15 частин повітря — залежно від режиму роботи, складу пального та інших чинників.
Як бачимо, повітря потрібно дуже багато. Якщо ми збільшимо подачу палива (це не проблема), нам також доведеться значно збільшити подачу повітря. Звичайні двигуни засмоктують його самостійно через різницю тисків у циліндрі та в атмосфері. Залежність виходить пряма — що більше обсяг циліндра, то більше в нього кисню потрапить кожному циклі. Так і чинили американці, випускаючи величезні двигуни з дивовижною витратою пального. А чи є спосіб загнати в той самий об'єм більше повітря?
Вихлопні гази з двигуна обертають ротор турбіни, той, у свою чергу, надає руху компресору, який нагнітає стиснене повітря в циліндри. Перед тим як це станеться, повітря проходить через інтеркулер і охолоджується так можна підвищити його щільність.
Є, і впершепридумав його пан Готтліб Вільгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знайоме прізвище? Ще б пак, саме вона використовується в назві DaimlerChrysler. Так от, цей німець дуже непогано розумів у моторах і ще 1885 року придумав, як загнати в них більше повітря. Він здогадався закачувати повітря в циліндри за допомогою нагнітача, який був вентилятором (компресором), який отримував обертання безпосередньо від валу двигуна і заганяв у циліндри стиснене повітря.
Ідея розумного швейцарця проста, як усе геніальне. Як вітру обертають крила млина, також і гази, що відпрацювали, крутять колесо з лопатками. Різниця тільки в тому, що колесо дуже маленьке, а лопаток дуже багато. Колесо з лопатками називається ротором турбіни та посаджено на один вал із колесом компресора. Так що умовно турбонагнітач можна поділити на дві частини - ротор і компресор. Ротор отримує обертання від вихлопних газів, а з'єднаний з ним компресор, працюючи як «вентилятор», нагнітає додаткове повітря в циліндри. Вся ця складна конструкція і називається турбокомпресор (від латинських слів turbo - вихор і compressio - стиск) або турбонагнітач.
Аналог турбонаддува - приводний нагнітач - жорстко пов'язаний з двигуном і витрачає на свою роботу частину його потужності.
У турбомоторі повітря, яке потрапляє в циліндри, часто доводиться додатково охолоджувати - тоді його тиск можна буде зробити вищим, загнавши в циліндр більше кисню. Адже стиснути холодне повітря (вже в циліндрі ДВЗ) легше, ніж гаряче.
Повітря, що проходить через турбіну, нагрівається від стиску, а також від деталей турбонаддува, розігрітого вихлопними газами. Повітря, що подається в двигун, охолоджують за допомогою так званого інтеркулера (проміжний охолоджувач). Це радіатор,встановлений по дорозі повітря від компресора до циліндрів мотора. Проходячи через нього, він віддає своє тепло атмосфері. А холодне повітря щільніше — отже, його можна загнати в циліндр ще більше.
А ось так виглядає інтеркулер.
Чим більше вихлопних газів потрапляє в турбіну, тим швидше вона обертається і тим більше додаткового повітря надходить у циліндри, тим вища потужність. Ефективність цього рішення порівняно, наприклад, із приводним нагнітачем у тому, що на «самообслуговування» наддуву витрачається зовсім небагато енергії двигуна — лише 1,5%. Справа в тому, що ротор турбіни отримує енергію від вихлопних газів не за рахунок їх уповільнення, а за рахунок їх охолодження - після турбіни вихлопні гази йдуть, як і раніше, швидко, але холодніші. Крім того, дарова енергія, що витрачається на стиск повітря, підвищує ККД двигуна. Та й можливість зняти з меншого робочого об'єму більшу потужність означає менші втрати на тертя, меншу вагу двигуна (і машини загалом). Все це робить автомобілі з турбонаддувом економічнішими в порівнянні з їх атмосферними побратимами рівної потужності. Здавалося б, ось воно, щастя. Та ні, не все так просто. Проблеми лише почалися.
У Mitsubishi Lancer Evolution інтеркулер розташовується у передньому бампері перед радіатором. А у Subaru Impreza WRX STI над двигуном.
По-перше, швидкість обертання турбіни може досягати 200 тисяч обертів за хвилину, по-друге, температура розпечених газів досягає, тільки спробуйте уявити, 1000 ° C! Що це все означає? Те, що зробити турбонаддув, який зможе витримати такі неслабкі навантаження тривалий час, дуже дорого та непросто.
Вихлопні гази розігрівають і випускну систему, і турбонаддув дуже високих температур.
З цих причин турбонаддувнабув широкого поширення лише під час Другої світової війни, та й то лише в авіації. У 50-х роках американська компанія Caterpillar зуміла пристосувати його до своїх тракторів, а умільці із Cummins сконструювали перші турбодизелі для своїх вантажівок. На серійних легкових машинах турбомотори з'явилися ще пізніше. Сталося це у 1962 році, коли майже одночасно побачили світ Oldsmobile Jetfire та Chevrolet Corvair Monza.
Але складність та дорожнеча конструкції – не єдині недоліки. Справа в тому, що ефективність роботи турбіни сильно залежить від оборотів двигуна. На малих оборотах вихлопних газів небагато, ротор розкрутився слабко, і компресор майже задуває в циліндри додаткове повітря. Тому буває, що до трьох тисяч обертів за хвилину мотор зовсім не тягне, і лише потім, тисяч після чотирьох-п'яти, «вистрілює». Ця ложка дьогтю називається турбоямою. Причому що більше турбіна, то вона довше розкручуватиметься. Тому мотори з дуже високою питомою потужністю та турбінами високого тиску, як правило, страждають турбоямою в першу чергу. А ось у турбін, що створюють низький тиск, жодних провалів тяги майже немає, але й потужність вони піднімають не дуже сильно.
Майже позбавитися турбоями допомагає схема з послідовним наддувом, коли на малих оборотах двигуна працює невеликий малоінерційний турбокомпресор, збільшуючи тягу на «низах», а другий, побільше, включається на високих оборотах зі зростанням тиску на випуску. У минулому столітті послідовний наддув використовувався на суперкарі Porsche 959, а сьогодні за такою схемою влаштовані, наприклад, турбодизелі фірм BMW та Land Rover. У бензинових двигунах Volkswagen роль маленького заводила грає приводний нагнітач.
На рядних двигунах найчастіше використовуєтьсяодиночний турбокомпресор twin-scroll (пара «равликів») з подвійним робочим апаратом. Кожен із «равликів» наповнюється вихлопними газами від різних груп циліндрів. Але при цьому обидві подають гази на одну турбіну, ефективно розкручуючи її і на малих, і великих обертах
Але частіше, як і раніше, зустрічається пара однакових турбокомпресорів, що паралельно обслуговують окремі групи циліндрів. Типова схема для V-подібних турбомоторів, де кожен блок має свій нагнітач. Хоча двигун V8 фірми M GmbH, що дебютував на автомобілях BMW X5 M та X6 M, оснащений перехресним випускним колектором, який дозволяє компресору twin-scroll отримувати вихлопні гази з циліндрів різних блоків, що працюють у протифазі.
Турбіна twin-scroll має подвійний "равлик" турбіни - одна ефективно працює на високих оборотах двигуна, друга - на низьких
Змусити турбокомпресор працювати ефективніше у всьому діапазоні оборотів, можна змінюючи геометрію робочої частини. Залежно від оборотів усередині «равлики» повертаються спеціальні лопатки і варіюється форма сопла. В результаті виходить "супертурбіна", що добре працює у всьому діапазоні оборотів. Ці ідеї лунали в повітрі не один десяток років, але реалізувати їх вдалося відносно недавно. Причому спочатку турбіни із змінною геометрією з'явилися на дизельних двигунах, благо, температура газів там значно менша. А із бензинових автомобілів перший приміряв таку турбіну Porsche 911 Turbo.
Турбіна зі змінною геометрією.
Конструкцію турбомоторів довели до ладу вже давно, а останнім часом їх популярність різко зросла. Причому турбокомпресори виявилося перспективним у сенсі форсування моторів, а й з погляду підвищення економічності і чистоти вихлопу. Особливо актуально цедля дизельних двигунів Рідкісний дизель сьогодні не несе приставки «турбо». Ну а установка турбіни на бензинові мотори дозволяє перетворити звичайний на вигляд автомобіль у справжню «запальничку». Тієї самої, з маленьким, ледь помітним шильдиком «turbo».