Дизельний двигун

Установка турбіни на двигун дизельний, бензиновий, принцип роботи

26.12.2015

Установка турбіни на двигун дизельний, бензиновий, принцип роботи турбіни, експлуатація

Сучасні турбонаддувні двигуни

Автопромисловість розвивається семимильними кроками, і для сучасних автовласників знання про різних нових автомобільних технологіях виявляються досить корисними. Двигуни з турбінами, роботизовані коробки передач і варіатори, системи захисту автомобіля, навігація та багато іншого — стають новою реальністю. В даній статті поговоримо про те, що дає установка турбіни на бензиновий і дизельний двигун, які відгуки і несправності, особливості експлуатації та ремонту турбін, розберемо плюси і мінуси, принципи роботи турбонаддуву.

Справді, навряд чи можна зустріти людину, якій ні разу в своєму житті не помітив би машину, принаймні зовні нічим не відрізняється від звичайних, з невеликим шильдиком «turbo». І тільки присвяченому в можливості турбонаддува відомо, скільки цікавого і захоплюючого приховано під цією скромним написом.

Принцип роботи турбонаддува

Трохи фізики. Перед автомобільними конструкторами варто одвічна проблема підвищення потужності двигуна. Ще зі шкільної лави ми пам’ятаємо, що потужність мотора знаходиться в прямій залежності від обсягу спалюваного за робочий цикл палива. Інакше кажучи, ніж більше палива спалюється, тим більшу потужність отримують. Але не все так просто на шляху збільшення кількості кінських сил під капотом – як правило, тут конструкторів-мотористів чекає чимало проблем.

Як відомо, процес горіння палива проходить в присутності кисню, тому

в циліндрах фактично не згорає паливо, а змішані в певному співвідношенні паливо і повітря. Особливості процесу горіння паливного залежать, наприклад, від складу пального або режиму роботи мотора, та деяких інших факторів. Наприклад, у разі бензинових двигунів паливо і повітря знаходяться в співвідношенні один до 14-15, тобто повітря потрібно досить багато. Збільшити подачу палива – не проблема, чого не скажеш про таке значне збільшення подачі повітря.

В основі роботи звичайного ДВС лежить різниця між тиском безпосередньо в циліндрах і атмосферних стовпом, завдяки чому необхідний повітря потрапляє в двигун самостійно. В цьому випадку виходить пряма залежність між об’ємом циліндра і киснем, який потрапляє в нього на кожному циклі. По цьому шляху пішли американці – випущені ними величезні двигуни мають запаморочливий витрата пального.

Як загнати в циліндр більше повітря? Перший спосіб збільшити в певному обсязі кількість повітря придумав німецький інженер-конструктор Вільгельм Готліб Даймлер. Це та сама світла голова, чиє ім’я стало частиною назви відомої автомобільної марки Daimler Benz AG. 1885 рік був ознаменований народженням нового мотора, який при своєму незначній вазі і невеликих розмірах забезпечував велику потужність. Повітря в нього закачувався допомогою спеціального нагнітача, що представляє собою вентилятор (компресор). Отримавши напряму обертання від валу двигуна, він заганяв стиснене повітря в циліндри.

На початку XX століття швейцарського інженера-винахідника Альфреда Бюхі вдалося піти ще далі. Під його керівництвом у виробничій фірмі Sulzer Brothers проходили роботи з розробки дизельних двигунів. З одного боку йому категорично не подобалися великі і важкі, до того ж малопотужні двигуни, з іншого – не хотілося використовувати і ідею обертання приводного компресора за рахунок енергії движка. Це і призвело до пошуків нового рішення нагнітання повітря. Так, у 1905 році вперше у світі було запатентовано новий пристрій нагнітання, засноване на використанні енергії вихлопних газів в якості рушія.

Ідея турбонаддува – проста, як, втім, і все геніальне. Аналогічно роботі вітру по обертанню крил млини, колесо з лопатками тут крутять відпрацьовані гази. Ротор турбіни, як називають маленьке колесо з великою кількістю лопаток, і колесо компресора посаджені на один вал. Отриману конструкцію, турбонагнітач або турбокомпресор (лат. turbo – вихор, compressio – стиснення) можна умовно розділити на:

  • ротор – обертається під дією вихлопних газів
  • і компресор – будучи з’єднаний з ротором, він виступає в ролі вентилятора, що нагнітає додатковий повітря в циліндри.

Повітря, що потрапляє в циліндри турбомотора, часто потребує додатковому охолодженні. У цьому випадку, загнавши туди більше кисню, можна буде підвищити його тиск, оскільки вже в циліндрі ДВЗ стиснути холодне повітря значно легше, ніж гарячий. При проходженні через турбіну повітря за рахунок стиснення і розігрітих вихлопними газами деталей турбонаддува нагрівається. Його охолоджують з допомогою проміжного охолоджувача, інтеркулера. Це радіатор, який встановлений по ходу руху повітря між компресором і циліндрами двигуна. При проходженні через інтеркулер повітря віддає тепло атмосфері і охолоджується. А вже холодний, більш щільний повітря можна заганяти в циліндр в більшому обсязі.

Виходить певна ланцюжок – більша кількість вихлопних газів, що потрапили в турбіну, змушує її швидше обертатися, а більший обсяг додаткового повітря, що поступає в циліндри, підвищує потужність.

Рішення це – досить ефективне, оскільки порівняно, скажімо, з приводним нагнітачем потрібно значно менше витрат енергії двигуна (близько 1,5%) на самообслуговування наддуву. Це легко пояснюється тим, що джерелом енергії ротора турбіни є не уповільнення вихлопних газів, а їх охолодження – вихлопні гази після турбіни йдуть так швидко, але вони більш холодні.

Більш того, на стиснення повітря витрачається дармова енергія, що сприяє підвищенню ККД двигуна. До того ж, можливість отримати велику потужність з робочого об’єму поменше призводить до менших втрат на тертя, меншій масі мотора (слідчо та машини в цілому).

Плюси і мінуси турбонаддува

Таким чином, автомобіль з турбонаддувом виявився значно економічніше своїх атмосферних побратимів рівної потужності. Тим не менш, оптимальним таке рішення не назвеш з кількох причин. Почнемо, наприклад, зі швидкості обертання турбіни, яка може досягати близько 200 тисяч оборот/хв або температури розжарених газів, що досягає, важко навіть уявити, 1000°C. Очевидно, що створення і встановлення турбонаддува, здатного протягом тривалого часу витримувати настільки сильні навантаження — це досить дорого і складно.

Саме тому установка турбіни на двигун спочатку отримала досить широке поширення виключно в роки Другої світової війни, причому тільки в авіації. У подальшому, В 50-ті роки ХХ століття, турбонаддув стали використовувати в тракторах американської компанії Caterpillar і перших турбодизелях для вантажівок компанії Cummins. І тільки в 1962 році вони з’явилися на серійних легкових автомобілях, причому майже одночасно на Chevrolet Corvair Monza (Шевроле Корвэйр Монца) і Oldsmobile Jetfire (Олдсмобиле Джетфайер).

Однак складність конструкції і її дорожнеча виявилися не єдиними недоліками турбонаддуву. Наскільки ефективно буде проходити експлуатація двигуна з турбіною багато в чому визначається оборотами двигуна. Дійсно, на малих обертах і, відповідно, невеликому обсязі вихлопних газів ротор розкручується слабо, і компресор, у свою чергу, майже не задуває додатковий повітря в циліндри. Часом навіть до 3000 оборот/хв мотор взагалі не тягне, і «вистрілює» тільки десь після чотирьох-п’яти тисяч. Подібна ситуація називається турбоями.

Ще один момент — складний і дорогий ремонт турбіни у разі виникнення несправностей турбірованного двигуна, оскільки обслуговування таких агрегатів залишається прерогативою сертифікованих станцій фірмового техосблуживания.

Експлуатація двигуна з турбіною

Оскільки для більшої турбіни необхідно більше часу на розкрутку, то турбоями, як правило, загрожують в першу чергу моторів, що має дуже високу питому потужність і турбіни високого тиску. Що ж стосується турбін з низьким тиском, то у них провалів тяги, можна сказати, немає, проте потужність вони здатні підняти не дуже сильно.

Від турбоями вдається майже позбутися при використанні схеми з послідовним турбонаддувом, суть якої в наступному: на малих обертах мотора працює малоінерційний невеликий турбокомпресор, який збільшує тягу на низах, а на високих оборотах по мірі зростання тиску на випуск включається другий, побільше.

У минулому столітті цей принцип був використаний на суперкарі Порше 959. Сьогодні ж ця схема використовується, наприклад, на турбодизелях фірм Land Rover і BMW. У бензинових двигунах з турбінами Volkswagen в якості маленького турбокомпресора виступає приводний нагнітач.

У разі рядних двигунів частіше використовують одиночний турбокомпресор типу twin-scroll з подвійним робочим апаратом. Кожну з «равликів» наповнюють вихлопні гази від різних груп циліндрів, але вони обидві подають гази при цьому на одну турбіну, досить ефективно розкручуючи її і на малих обертах, і на великих.

Але найчастіше можна зустріти пару однакових турбокомпресорів, обслуговуючих паралельно різні групи циліндрів. Типовою схемою для V-образних турбомоторів є наступна: кожному блоку – свій нагнітач, хоча і не без винятків. Наприклад, двигун V8 від Motorsport Gmbh (дочірня компанія BMW AG), який вперше був використаний на автомобілях BMW серії X5 M і X6 M, має перехресний випускний колектор, що дозволяє отримувати компресора twin-scroll вихлопні гази, які працюють в протифазі циліндрів різних блоків.

Ефективність двигуна з турбіною

Ще один варіант підвищення ефективності роботи турбокомпресора з охопленням всього діапазону оборотів – це зміна геометрії робочої частини. Спеціальні лопатки, повертаючись всередині «равлики», в залежності від оборотів, варіюють форму сопла. У підсумку виходить «супертурбіна», яка добре працює при будь-яких оборотах. Хоча ідея ця – не з нових, але реалізувати її вдалося не так вже давно. Установка подібних турбін почалася з дизельних двигунів, а з бензинових першим приміряв турбіну із змінною геометрією Porsche 911 Turbo.

останнім часом популярність турбомоторів різко зросла, оскільки крім форсування силових агрегатів вони підвищують економічність та чистоту вихлопу. Це особливо важливо для дизельних двигунів. Сьогодні рідко який дизель обходиться без приставки «турбо», а за відгуками, якщо поставити турбіну на бензиновий двигун звичайного автомобіля, це перетворить його в справжню «запальничку». Та й просто пересічні, але сучасні седани, універсали і хетчбеки приховують під капотом бензинові і дизельні двигуни, що оснащуються турбінами, що дозволяють зменшити кількість циліндрів, робочий об’єм мотора, а відповідно не тільки масу, але і витрата постійно збільшується в ціні палива.

Короткий опис статті: дизельний двигун Оглядово-інформаційна стаття про принципи роботи двигунів з турбонаддувом. Трохи історії та сучасні мірки ефективності роботи моторів при установці турбін. Турбонаддув плюси і мінуси, відгуки, принцип роботи, бензин, установка, турбонаддувних двигун, турбіна на двигун, установка, експлуатація двигуна з турбіною, ремонт турбіни, несправності, поставити, турбіна, дизельний, бензиновий, двигун

Джерело:
Установка турбіни на двигун дизельний, бензиновий, принцип роботи турбіни, експлуатація

Також ви можете прочитати