Чистое надувательство. Как работает турбокомпрессор

Компрессор — это всего лишь насос, подающий в цили­н­дры двигателя дополнительный воздух для лучшего сгорания смеси

501
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Оцените материал от 1 до 5)
Загрузка...

Существуют два основных типа компрессоров — с механическим приводом и «турбо». В первой конструкции необходимое давление воздуха получают за счет механической связи между коленвалом двигателя и компрессором. А в турбокомпрессоре давление воздуха обеспечивается благодаря вращению турбины потоком отработавших газов.
Наибольшего успеха в области создания приводных нагнетателей добилась американская компания Roots, созданная братьями Филандером и Френсисом Рутсами. Они запатентовали свой нагнетатель еще в 1860 году, а первым на свой бензиновый двигатель его установил Готлиб Даймлер в 1900 году. Однако в первые несколько десятилетий существования автомобиля, когда мощность моторов и скорость машин была сравнительно невысокой, необ­ходимости в компрессорах не было. Развитие этому направлению, как это часто бывает, дала война. Механические нагнетатели начали устанавливать на авиационных моторах, чтобы улучшить их скоростные характеристики. Полученный в ходе Первой мировой войны опыт использования приводных нагнетателей решили использовать в автомобилестроении.

Мировую известность компрессорам принесла компания Mercedes-Benz, которая начала устанавливать механические нагнетатели в конце 20-х годов сначала на гоночные, а начиная с 30-х — и на серийные машины. Успехи компрессорных машин привлекли к себе внимание автопроизводителей и за океаном. В 30-е годы компрессорные модели появились у таких американских компаний, как Auburn, Cord и Duesenberg, а среди европейских брендов помимо уже упомянутого Mercedes-Benz в этой области делали свои успехи Alfa Romeo, Bentley, Bugatti, Fiat, Lancia и ряд других компаний. В настоящее время наибольшее распространение получили роторные компрессоры типа Roots и винтовые Lysholm.

Но, как у любого механизма, у механических компрессоров есть свои недостатки. Поскольку на привод компрессора расходуется энергия двигателя, однажды наступает такой момент, когда мощность, которую дает компрессор, уравнивается с мощностью, которую мотор расходует на привод компрессора. Кроме того, системы механического наддува занимают много места, требуют наличия привода и сильно шумят.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ  Bosch не верит в смерть дизельных двигателей
Twin-turbo от AMG: турбины крепятся на выпускных коллекторах

Альтернативой механическому наддуву являются турбокомпрессоры.
В двигателе, оснащенном турбонаддувом, наполнение цилиндров воздухом осуществляется за счет энергии выхлопных газов. Турбокомпрессор состоит из насосного и турбинного колес, связанных при помощи оси между собой. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они давят на лопатки турбинного колеса, разгоняя его. Вращаясь, оно приводит во вращение насосное колесо, которое засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Частота вращения турбины не зависит напрямую от оборотов двигателя и имеет некоторую инерционность, то есть сначала растут обороты двигателя, увеличивается давление отработавших газов, а затем уже увеличиваются обороты турбины и давление на впуске. Это явление называется «турбоямой». Для устранения этой проблемы есть два конструктивно отличных решения. Первое — использование турбокомпрессора с изменяемой геометрией. В нем лопатки турбинного колеса поворачиваются под углом к набегающему потоку отработавших газов, чтобы максимально эффективно использовать их энергию. Но этот путь имеет и недостатки. Такое колесо сложнее и дороже в изготовлении и проектировании, кроме того, оно тяжелее, что увеличивает инерционность турбины, ведь, чтобы раскрутить более тяжелое колесо, требуется более высокое давление. Второй вариант — использование нескольких турбин.

В зависимости от того, каким образом в схеме подачи воздуха располагаются турбокомпрессоры, эти системы могут называться Twin-Turbo или Bi-Turbo. В первом случае воздух во все цилиндры одновременно могут подавать оба турбокомпрессора. Размещаются они в такой схеме параллельно или последовательно. Используемые турбокомпрессоры, как правило, имеют разный диаметр роторов турбины и, соответственно, различную производительность. Турбокомпрессоры с меньшими роторами менее инертны, поэтому обеспечивают наполнение цилиндров на малых оборотах двигателя. Турбина с большим диаметром роторов активно вступает в работу на средних оборотах и выше, когда давления отработавших газов в выпускном тракте оказывается достаточно для эффективной работы этого компрессора.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ  Свобода от провода. Какими будут дороги будущего?

Bi-Turbo — это две турбины, каждая из которых обеспечивает заполнение воздухом разных цилиндров. Обычно такая схема применяется в многоцилиндровых V-образных моторах, где каждая турбина отвечает за свой ряд цилиндров.

Кроме того, в настоящее время ради повышения эффективности работы двигателей ведущие автопроизводители применяют сложные комбинированные схемы, объединяя достоинства механических и турбонагнетателей, а также использование нескольких систем наддува.