|
– Действительно, многие автомобилисты не знают, что
эксплуатация автомобиля с турбированным мотором должна отличаться от
эксплуатации авто с обычным, атмосферным мотором. Вернее, иным должно быть
отношение владельца к турбированному мотору. Что я имею в виду? Обо всем по
порядку. Начнем с истории турбонаддува и с того, что это вообще за зверь
такой…
Из истории
турбонаддува.
С момента возникновения двигателя внутреннего сгорания
инженеры, не прекращая, решали задачу –
как повысить его мощность. За сто с лишним лет родилось немало интересных идей
и конструкций. Наиболее, пожалуй, замечательной в этом ряду оказалась идея
наддува.
Выгоды, которые мог бы принести наддув, инженеры видели
давно. Еще в 1885 году Готлиб Даймлер (тот самый!) экспериментировал с наддувом
своего керосинового двигателя. В начале ХХ века швейцарский инженер Альфред
Бюши (Alfred Büchi) тоже решил нагнетать воздух в цилиндры. Делать это он
предполагал с помощью турбины, вращаемой отработавшими газами. Инженер
теоретически обосновал и в 1905 году застолбил свою идею, получив патент
№204630 на «машину, состоящую из последовательно расположенных компрессора, поршневого
двигателя и турбины». 1905 год и
считается годом рождения турбонаддува, а агрегат Бюши сегодня известен всем как
турбокомпрессор.
Для чего все-таки нужен
наддув?..
Для повышения мощности мотора. Наддув – средство
форсирования ДВС, состоящее в предварительном сжатии воздуха, используемого в
рабочем цикле мотора. Чем больше воздуха в цилиндре, тем, пропорционально,
больше туда можно впрыснуть топлива и качественно сжечь его. Азы. И что,
скажете вы? Мотор сам всосет, сколько надо. И да, и нет. Мотор во время такта
впуска действительно работает как всасывающий насос – втягивает из атмосферы
воздух, необходимый для сгорания топлива. Но на пути воздуха (горючей смеси)
«мешаются» воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, клапаны, а в бензиновых
моторах - еще и дроссельная заслонка. Все это, создавая сопротивление, снижает
наполнение цилиндра. Как его повысить? Закачать его (воздух) в цилиндры силой,
преодолевая все и вся. То есть – наддуть. Больше воздуха – больше можно сжечь топлива. Искомая мощность нашего двигателя
резко выросла. Задача выполнена, все свободны. Просто? «Да, Ватсон, как видите,
все просто – надо только увидеть последовательность рассуждений» (Холмс).
Наддув – средство форсирования двигателя. А вовсе не
средство повышения тонуса и упругости кожи. Турбокомпрессор – агрегат для
наддува, использующий для работы энергию
выхлопных газов мотора.
…и как он устроен?
Просто. Турбокомпрессор (ТКР, или ещё его называют
турбонагнетателем) состоит из объединённых в один узел центробежного
компрессора и приводящей его в действие газовой турбины. Рабочие колёса турбины
и компрессора жёстко закреплены на общем валу. И все: вырывающиеся из цилиндров
раскаленные газы крутят турбину (бешено крутят!), та через вал приводит в
работу компрессор, а тот своими лопастями нагнетает воздух в цилиндры. Ничего
сложного. Казалось бы. Вот только стоит этот небольшой агрегат как все навесное
оборудование мотора, вместе взятое… Почему так дорого? Читайте дальше.
Как это все работает?
Ух, как работает!
Говорят: «Турбина включилась, и мотор «попер»! Это выражение
некорректно, так как ТКР начинает свою работу вместе с первыми же оборотами вала
двигателя. При запуске двигателя выхлопные газы из коллектора, попадая в улитку
турбины, сразу же начинают вращать турбинное колесо. ТКР работает. Почему тогда
говорят, что «турбина включилась»? Потому, что пока обороты невелики, скорость
выхлопных газов мала; невелика и плотность наддуваемого воздуха. Прирост
мощности небольшой. Нажмем на педаль газа. Обороты растут, и внезапно вы чувствуете
ощутимый прилив сил: мотор, что называется, «попер»! Турбина «включилась»? Нет,
она просто вышла на свои рабочие обороты. Теперь компрессор не просто подает
воздух, а многократно сжимает его и посылает в двигатель. Там воздушный заряд
уже ждет форсунка, готовая впрыснуть в него
соответствующую порцию топлива, и свеча зажигания, готовая поджечь эту
ненормально уплотненную смесь. Эффект – адский!
Спокойно, все под
контролем!
Ну, хорошо – все работает, все крутится, обороты растут,
мощность тоже. Соответственно мощности растет количество и давление выхлопных
газов, они все сильнее давят на крыльчатку турбины, та все сильнее разгоняет
лопасти компрессора, тот все больше нагнетает воздуха в цилиндры, мощность
растет – читай фразу с начала… И что дальше? Взрыв? Кто остановит эту адскую
машинку?
Специальный клапан, перепускающий выхлопные газы, если
обороты турбины станут слишком велики. Он
не даст оборотам вала двигателя расти неконтролируемо: перепускной клапан
управляет давлением воздуха во впускном коллекторе – если оно выше допустимого,
клапан открывается, и часть отработавших газов идет, минуя турбину.
И таких клапанов, регуляторов и устройств, контролирующих
работу ТКР, много. Они учитывают не
только нагрузку на двигатель, но и множество других факторов – детонацию в цилиндрах, тепловой режим мотора,
токсичность выхлопных газов и т. д. Так что турбокомпрессор – это не только
ценный воздух, но спокойствие водителя (а также – экологов и технологов). Все под
контролем.
Достоинства двигателей
с турбонаддувом:
1. Турбонаддув позволяет улучшить мощностные показатели
двигателя, не увеличивая его рабочего объёма. Повышение удельной мощности
означает снижение удельного же по сравнению с атмосферным двигателем расхода
топлива.
2. По сравнению с атмосферным двигателем равной мощности
турбомотор имеет меньшие вес и габариты.
Недостатки двигателей
с турбонаддувом:
1. Высокая термическая и механическая нагруженность деталей
двигателя. Решение этой проблемы приводит к повышению стоимости мотора
(упрочение конструкции, применение
дорогих сплавов и технологий и т.д.)
2. Инерционность турбосистемы – наличие т.н. турбоямы. Выражается
в особенностях характеристик мотора и решается применением комбинированных
систем наддува, нагнетателями с механическим приводом и т.п.
3. Усложнение системы управления двигателем.
Трудности и проблемы
ТКР
Уж чего-чего, а проблем у конструкторов турбомоторов хватало
всегда! Назовем хотя бы одну: та самая турбояма. Это большая и все еще до конца
нерешенная проблема, порождающая неадекватность поведения мотора в различных
режимах. В основе существования этой проблемы – законы природы, а точнее –
инерционность всего, что имеет массу. Вращающиеся детали ТКР – рабочие колеса
турбины и компрессора – не могут раскрутиться до рабочих оборотов мгновенно, и
на малых оборотах практически у всех турбомоторов имеет место быть нехватка
мощности (воздуха-то в цилиндрах маловато!). Казалось бы, сделайте диаметр
турбины маленьким – уменьшится ее момент инерции и она раскрутится быстрее! Но количество
поступления воздуха зависит от окружной скорости лопаток, которая тем больше,
чем больше диаметр ротора! Вот и побалансируйте-ка между этими параметрами!.. Увеличивать
обороты? А нагрузка на материалы? Турбонаддув и так работает в экстремальных
условиях: высокая температура (не каждый металл выдержит!), очень высокие
скорости вращения рабочих колес (окружная скорость на концах лопаток выше, чем
начальная скорость ружейной пули – до 300м/сек!). Вечный дефицит охлаждения и
смазки (да еще безалаберный хозяин так и норовит подкинуть проблем – то охладиться
не даст турбине, глуша мотор сразу после нагрузки, то масло в него зальет абы
какое, то еще как проверяет турбину на прочность… Но об этом мы поговорим позже
и отдельно – обстоятельно и смакуя последствия этой безалаберности). Куда еще
повышать обороты? На керамику переходить? Не готовы еще технологически и массово. Так что, не все так
просто, как кажется, когда работу сложнейшего с инженерной точки зрения
устройства пытаешься объяснить упрощенно, на пальцах…
Виды наддува
Скажем сразу – их много. У каждого вида свои особенности,
преимущества и недостатки. Турбонаддув – лишь один, пусть и самый
распространенный вид устройства для увеличения плотности воздуха, подаваемого в
цилиндры. О видах наддува – отдельная песня, большая и долгая.
От редакции:
дополнительную информацию или
консультацию
по вопросам, связанным с турбонаддувом,
можно получить по телефону
8-912-998-47-00
Виноградов Е.А.
e-mail:
turbonadduv@bk.ru,
www.turbocenter.ru
*«ТурбоСлим»
- крем для похудения.
Это интересно:
из истории
турбонаддува:
- В 1920 году авиации турбонагнетатель был впервые
использован в авиации, позволив установить рекорд высоты для аэропланов того
времени – 11 тысяч метров.
- До 1950 года турбины использовались преимущественно в
промышленности, в судовых установках и в
дизельных двигателях железнодорожных локомотивов. К 1950 году в США в различных
двигателях работали более 20 тыс. турбонагнетателей.
- В 50-х годах прошлого века компания Caterpillar Tractor
Co. поручила компании Garrett, имеющей опыт в металлообработке, разработке
уплотнений и подшипников создание системы наддува для двигателей тракторов. В
1953 году прототип турбины Garrett прошел все тесты, проработав безостановочно
1800 часов. Caterpillar заказал 5 тысяч этих турбин для своего нового
гусеничного трактора D9. Garrett стал лидером не только американского, но
мирового турбостроения того периода.
- В 1963 году концерн General Motors впервые выпустил на
рынок США легковые автомобили, оснащённые турбонагнетателями – Chevrolet
Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire. Интересный момент: дилерская сеть
Oldsmobile предлагала желающим за $50 избавиться от турбины и установить взамен
нее обычный карбюратор. Желающих было немного…
- В 1969 году на гоночной трассе дебютирует BMW-2002 с
турбированным двигателем: 280 л.с. с двух литров рабочего объёма впечатляют
даже сегодня! Добыть медали помешала ненадежность ТКР того времени: агрегат часто
выходил из строя; тем не менее, потенциал идеи был продемонстрирован – в 1973
году на автосалоне во Франкфурте BMW представил уже дорожную версию 2002 turbo.
Porsche ответил дорожным 911Turbo и гоночным 911CanAm с двигателем мощностью 1200
л.с.!
- Массовое увлечение наддувом в Америке начинается в конце
70-х в связи с угрозой мирового топливного кризиса. Правительство ввело строгие
требования, обязывающие автопроизводителей разработать экономичные двигатели
небольшого объема и, чтобы придать этим двигателям резвость былых мощных
агрегатов, автопроизводители начали в массовом порядке устанавливать на моторы нагнетатели.
В начале 80-х каждая крупная компания имела в своем модельном ряду автомобиль с
наддувом.
- В середине 80-х началось массированное наступление
японских производителей на американский рынок. Под капотом автомобилей, даже
сделанных в США, все чаще можно было увидеть на турбинах логотипы Mitsubishi,
Hitachi, IHI...
|
.jpg)
