Несомненно, каждый из нас хоть однажды в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как будто нарочно, действуют данные шильдики небольшого размера также размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий никак не заметит также пройдёт мимо. А понимающий индивид безусловно остановится также заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.



Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) безостановочно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от числа сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. Плюс, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как будто это сделать? Тут-то нас также поджидают проблемы.

Турбокомпрессор состоит из пары «улиток» — чрез одну проходят отработавшие газы, однако другая «качает» атмосфера в цилиндры.



Дело в том, что ради горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает никак не топливо, однако топливно-воздушная мешанина. Препятствовать топливо с атмосферой нужно никак не на глазок, однако в определённом соотношении. К образцу, ради бензиновых двигателей на одну доля топлива полагается 14–15 элементов атмосферы — в зависимости от режима работы, состава горючего также прочих факторов.

Как мы наблюдаем, атмосферы требуется очень немало. Ежели мы увеличим подачу топлива (это никак не проблема), нам схоже придётся значительно увеличить также подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его своими силами из-за разности давлений в цилиндре также в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так также поступали американцы, выпуская огромные двигатели с умопомрачительным тратой горючего. А кушать ли средство загнать в тот бла бла объём больше воздуха?



Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в ход компрессор, какой нагнетает сжатый атмосфера в цилиндры. Пред тем как будто это произойдёт, атмосфера пробивается чрез интеркулер также охлаждается — так дозволено повысить его плотность.

Есть, также впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знакомая фамилия? Ещё бы, именно она используется в названии DaimlerChrysler. Так вот, сей немец очень неплохо соображал в моторах также ещё в 1885 году придумал, как будто загнать в них больше воздуха. Он догадался закачивать атмосфера в цилиндры с подмогой нагнетателя, представлявшего собой (компрессор), какой получал вращение непосредственно от вала двигателя также загонял в цилиндры сжатый воздух.

Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, также ему категорически никак не нравилось, что моторы были внушительными также тяжёлыми, однако мощности развивали немного. Отнимать энергию у «движка», дабы вращать приводной компрессор, ему схоже никак не хотелось. Поэтому в 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в вселенной уклад нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Проще говоря, он придумал турбонаддув.



Идея умного швейцарца проста, как будто всё гениальное. Как ветра вращают крылья мельницы, схоже также отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разность только в том, что колесо это весьма маленькое, однако лопаток весьма немало. Колесо с лопатками именуется ротором турбины также посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель дозволено разделить на две элементы — ротор также компрессор. Ротор приобретает вращение от выхлопных газов, однако соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный атмосфера в цилиндры. Вся эта мудрёная система также именуется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — ветер также compressio — сжатие) либо турбонагнетатель.



В турбомоторе воздух, какой угождает в цилиндры, зачастую приходится дополнительно охлаждать — в то время его давление дозволено станет сваять выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать прохладный атмосфера (уже в цилиндре ДВС) легче, чем жаркий.

Воздух, проходящий чрез турбину, нагревается от сжатия, однако схоже от деталей турбонаддува, разогретого выхлопными газами. Подаваемый в двигатель атмосфера охлаждают при подмоги так называемого интеркулера (промежуточный охладитель). Это радиатор, установленный на маршрута атмосферы от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя чрез него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А прохладный атмосфера более плотный — значит, его дозволено загнать в цилиндр ещё больше.

Чем больше выхлопных газов угождает в турбину, тем спешнее она вращается также тем больше дополнительного атмосферы поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем мало энергии двигателя — всего 1,5%. Занятие в том, что ротор турбины приобретает энергию от выхлопных газов никак не за счёт их замедления, однако за счёт их охлаждения — позже турбины выхлопные газы идут по-прежнему спешно, но более холодные. Помимо того, затрачиваемая на сжатие атмосферы даровая энергия повышает КПД двигателя. Да также возможность снять с меньшего рабочего объёма внушительную мощность означает меньшие лишения на трение, меньший авторитет двигателя (и машины в целом). Всё это действует автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, благополучие. Ан нет, никак не всё так просто. Проблемы только начались.




Во-первых, быстрота вращения турбины может добиваться 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов добивается, только попробуйте представить, 1000°C! Что всё это означает? То, что сваять турбонаддув, какой сможет выдержать такие неслабые нагрузки длительное время, очень дорого также непросто.



По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во пора Второй мировой борьбы, конечно также то только в авиации. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, однако умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели ради своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились также того позже. Случилось это в 1962 году, в какое время приблизительно сразу увидели свет Oldsmobile Jetfire также Chevrolet Corvair Monza.

Но сложность также дороговизна системы — никак не единственные недостатки. Занятие в том, что эффективность труда турбины здорово зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, также компрессор приблизительно никак не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что вплоть до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем никак не тянет, также только потом, тысяч позже четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя именуется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше станет раскручиваться. Поэтому моторы с весьма высокой удельной мощностью также турбинами высокого давления, как будто положение, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги приблизительно нет, но также мощность они поднимают никак не весьма сильно.

Бывают также более изощрённые системе. Например, инженеры придумали устанавливать на мотор никак не одну, однако две турбины. Одна трудится на маленьких оборотах двигателя, создавая тягу на «низах», однако другая включается позже. Такое решение получило название twin-turbo также позволило убить разом пары зайцев — также турбояму, также проблему нехватки мощности. В конце минувшего века автомобили с последовательной схемой подключения турбин имели некоторую популярность, их выпускали Nissan, Toyota, Mazda также даже Porsche. Но в силу сложности системы век таких аппаратов оказался недолог, также распространение получили другие идеи.

Например, параллельный турбонаддув, либо biturbo. То кушать взамен одной турбины ставят две маленькие одинаковые турбины, которые работают независимо приятель от приятеля. Идея такова: чем меньше турбина, тем спешнее она раскручивается, тем более «отзывчивым» получается двигатель. Как положение, две маленькие турбины ставили на V-образные двигатели, по одной на каждую «половинку».

Ещё один вариация — турбины с дублированными «улитками», либо twin-scroll. Одна из них (чуть большего размера) принимает выхлопные газы от одной половины цилиндров двигателя, другая (чуть меньшего размера) — от другой половины цилиндров. Обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её также на малых, также на внушительных оборотах.



Но также на этом конструкторы никак не успокоились. Естественно, чем городить две турбины, значительно проще обойтись одной. Надобно только сваять так, дабы турбина одинаково эффективно работала во всём диапазоне оборотов. Так появились турбины с изменяемой геометрией. Тут также начинается самое интересное. В зависимости от оборотов поворачиваются специальные лопатки также варьируется вид сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи данные витали в атмосфере никак не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно давеча. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, тем более, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей главный примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.



Систему турбомоторов довели вплоть до ума уже давным-давно, однако в последнее пора их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным никак не только в смысле форсирования моторов, но также с точки зрения повышения экономичности также чистоты выхлопа. Особенно актуально это ради дизельных двигателей. Диковинный дизель сегодня никак не несёт приставки «турбо». Ну однако установка турбины на бензиновые моторы позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую «зажигалку». Ту самую, с маленьким, едва-едва заметным шильдиком «turbo».