Турбонаддув: принцип действия, достоинства, недостатки
Преимущества и недочёты турбонаддува на автомобиле
Дабы отвечать запросам современности, классический двигатель внутреннего сгорания обязан владеть внушительным комплектом выдающихся показателей, каковые классическим конструктивным путём достигнуть всё сложнее. Как раз исходя из этого кроме того в домашних машинах всё чаще используется совокупность принудительного нагнетания, либо турбонаддув.
Передовые конструкторские разработки уже направлены не только на совершенствование наддува совокупности питания двигателя, которая была изобретена более ста лет назад, но и на оснащение подобной совокупностью автомобильного выброса. Всё это должно вывести характеристики скромных по рабочему количеству моторов на невиданный уровень.
Для того чтобы выяснить, для чего нужен турбонаддув, и как он действует, нужно знать, что для полноценной работы двигателю внутреннего сгорания необходимо не только горючее, но и воздушное пространство, что обеспечит его горение. Практически, в камеру сгорания обязана поступать топливовоздушная смесь в определённой пропорции.
Затем происходит сгорание смеси и по завершении рабочего цикла – удаление выхлопных газов.
Хороший турбонагнетатель разрешает добиться повышения мощности двигателя за счёт создания избыточного давления воздуха в камере сгорания, так повышая воспламеняемость смеси. Турбонаддув практически создаёт давление, достаточное чтобы сжать воздушное пространство и закачать в двигатель большее его количество, чем при атмосферном давлении.
Главный рабочий элемент нагнетателя – лопастная крыльчатка, которая делает двойную функцию: засасывает воздушное пространство в камеру турбины, а после этого, благодаря огромной скорости вращения в 150-200 тысяч оборотов в 60 секунд, создаёт давление, талантливое уменьшить количество, занимаемый этим воздухом. Как мы знаем из курса физики, в ходе сжатия происходит нагревание воздуха, что возможно уже отнести к недочётам данной совокупности.
Как раз необходимость ответа данной неприятности заставила конструкторов прибегнуть к применению промежуточного охлаждения воздуха, перекачиваемого из турбины в мотор.
Разнос дизельного двигателя. Сущность явления, как его избежать и как его остановить?
Устройство для для того чтобы охлаждения стало называться «интеркулер» и применяет принцип теплообменника, понижающего температуру воздуха посредством охлаждающей жидкости.
Кардинальных отличий между совокупностями турбонаддува, устанавливаемыми на бензиновых и дизельных двигателях, нет, всё зависит лишь от степени наддува. В большинстве случаев, дизельные моторы оснащаются более производительными конструкциями, а бензиновые – создающими маленькое давление наддува.
Это обусловлено тем, что при значительном увеличении оборотов, происходящем при наличии турбокомпрессора, бензиновые моторы склонны к происхождению детонации, исходя из этого их совокупности не столь действенны.
Преимущества турбонаддува:
Дополнительная «бесплатная» мощность
Принято вычислять, что установка дополнительной турбины на выпускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания даст дополнительную энергию для вращения подобного устройства на впуске, что разрешит вместо несложного выброса выхлопных газов взять дополнительный источник энергии для турбонаддува.
Утверждение это достаточно спорное, потому, что в течении десятилетий автомобильные инженеры боролись за понижение сопротивления выпуска, что со своей стороны снижает внутренние утраты и повышает мощность мотора. В случае если вмонтировать в эту совокупность генерирующее устройство, то мы возьмём значительный рост сопротивления на выходе из мотора.
Так, турбонаддув – это не бесплатная дополнительная энергия, уместнее применять понятие «недорогая дополнительная энергия».
Смотрите кроме этого: История развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания
Механика этого процесса предельно несложна. Турбокомпрессор, создающий избыточное давление на впуске, складывается из двух главных элементов – турбинное и компрессорное колесо.
Турбинное колесо применяет энергию выхлопных газов чтобы создавать крутящий момент для компрессорного, которое и сжимает воздушное пространство. Сам компрессор встраивается в контур совокупности охлаждения двигателя, потому, что в ходе работы его температура достигает высоких размеров.
Для регулирования степени наддува употребляется перепускной клапан, что при необходимости может пускать часть выхлопных газов в обход турбины, дабы снизить давление в совокупности.
Оптимизация его массы веса и соотношения двигателя
Переход на разработку турбонаддува разрешил отказаться от необходимости количества рабочего и увеличения объёма цилиндров для увеличения мощности двигателя. Это дает возможность приобрести хорошие показатели от маленьких и лёгких моторов, в следствии чего значительно уменьшается и снаряженная масса автомобиля, и, как следствие, возрастает динамика разгона и уменьшается тормозной путь.
Экономичность
В случае если сравнивать показатели удельного расхода горючего турбированного атмосферного двигателя и мотора подобной мощности, то отличие в пользу первого будет очевидна. Это обусловлено тем, что на один рабочий цикл затрачивается меньше топлива, за счёт увеличения полноты его сгорания.
Практически мы имеем обеднённую смесь, негативные факторы которой всецело компенсируются избыточным давлением воздуха.
Недочёты турбонаддува:
Провал в разгонной динамике либо «турбояма»
Сущность этого явления содержится в том, что при разгоне с малых оборотов, вместо интенсивного ускорения, мы приобретаем вялую динамику, обычно уступающую атмосферным аналогам. Дело в том, что работа турбонаддува напрямую связана с частотой вращения коленвала двигателя (наряду с этим механической связи между этими элементами нет), и в случае если эта величина мала, то и эффективности от наддува не будет.
Помимо этого, определённое влияние на данный процесс оказывает и громадная инертность совокупности надува, потому, что для нужного давления на впуске требуется определённое время. Для решения данной задачи проводится огромная работа, результаты которой уже разрешили минимизировать длительность для того чтобы провала в динамике.
Помимо этого, переход на автоматическую трансмиссию либо применение вариатора разрешает автомобилю машинально при разгоне переходить на пониженную передачу, что сводит негативное явление к нулю.
Конструктивное ответ вышеописанной неприятности инертности наддува сводится к внедрению одного из следующих механизмов:
— битурбонаддув (двойной наддув);
— турбина с адаптивной геометрией;
— комбинированный наддув.
Двойной турбонаддув (битурбонаддув) содержится в применении двух параллельных совокупностей наддува и базируется на том принципе, что две маленькие турбины владеют меньшей инерцией, чем одна полноразмерная. Количество цилиндров, для которых любая из этих турбин создаёт нужное давление, делится между ними поровну.
Разновидностью данной совокупности есть применение нескольких компрессоров, активируемых на различных оборотах двигателя (любой в собственном рабочем диапазоне).
Турбина с адаптивной геометрией разрешает повысить эффективность совокупности за счёт оптимизации потока выхлопных газов путём трансформации площади впускного канала.
Комбинированный наддув является системой , складывающуюся из механического нагнетателя, снабжающего нужное давление на малых оборотах, и турбокомпрессора, включающегося в работу по достижении определённой частоты вращения коленвала.
Повышенная температура
Как уже упоминалось выше, сжатие воздуха неразрывно связано с его нагревом, что очень плохо отражается на работе двигателя. Ввиду этого, нужно вводить дополнительную совокупность охлаждения, которая кроме этого есть потребителем вырабатываемой энергии.
Смотрите кроме этого: BMW представила новое поколение двигателей
Так, турбонаддув есть хорошим методом увеличения эффективности двигателя внутреннего сгорания за счёт оптимизации процесса сжигания горючего. Не обращая внимания на все недочёты, это действенный метод достижения высоких экономичности и показателей мощности.
Помимо этого, работы по совершенствованию данной совокупности наглядно демонстрируют, что не обращая внимания на её долгую историю, потенциал турбонаддува ещё не исчерпан.
Создатель: Сергей Василенков
