Що таке турбокомпресор?

Коли справа доходить до поєднання продуктивності зі зменшеною витратою палива, інженери майже змушені обирати турбодвигун.

За межами розрідженого повітря світу суперкарів, де Lamborghini, як і раніше, наполягає на тому, що безнаддувні двигуни залишаються найчистішим та італійським способом виробництва потужності та шуму, дні створення автомобілів без турбонагнітачів добігають кінця.

Неможливо, наприклад, отримати Volkswagen Golf із атмосферним двигуном. Після «Дизельгейту», звичайно, це навряд чи матиме значення, адже грати у гольф уже ніхто не хоче.

Проте факт залишається фактом: міські автомобілі, сімейні автомобілі, гранд-туристи та навіть деякі суперкари залишають корабель на користь майбутнього з аквалангом. Від Ford Fiesta до Ferrari 488 майбутнє належить примусовій індукції, частково через закони про викиди, а також тому, що технологія розвивалася не щодня, а щогодини.

Це випадок економії палива невеликого двигуна для плавного водіння та великої потужності двигуна, коли ви цього хочете.

Коли справа доходить до поєднання вищої продуктивності з нижчою витратою палива, інженери майже змушені проектувати новітні двигуни з використанням технології турбонаддува.

Як може турбо робити більше з меншими витратами?

Все зводиться до того, як працюють двигуни, тому давайте трохи поговоримо про техніку. Для бензинових двигунів співвідношення повітря-паливо 14.7:1 забезпечує повне згоряння всього, що знаходиться в циліндрі. Будь-яка більша кількість соку, ніж це, є марною тратою палива.

У безнаддувному двигуні частковий вакуум, створюваний поршнем, що опускається, втягує повітря в циліндр, використовуючи негативний тиск всередині для всмоктування повітря через впускні клапани. Це простий спосіб робити речі, але він дуже обмежений з погляду подачі повітря, як у людини з апное уві сні.

У двигуні з турбонаддувом зведення правил переписано. Замість покладатися на вакуумний ефект поршня, двигун з турбонаддувом використовує повітряний насос, щоб нагнітати повітря в циліндр, так само, як маска від апное уві сні нагнітає повітря в ніс.

Хоча турбонагнітач може стискати повітря при тиску до 5 бар (72.5 фунтів на квадратний дюйм) вище стандартного атмосферного тиску, в дорожніх автомобілях вони, як правило, працюють при більш спокійному тиску від 0.5 до 1 бар (від 7 до 14 фунтів на квадратний дюйм) .

Практичний результат полягає в тому, що при тиску наддуву в 1 бар двигун отримує вдвічі більше повітря, ніж якби він був без наддуву.

Це означає, що блок управління двигуном може впорскувати вдвічі більше палива, зберігаючи при цьому ідеальне співвідношення повітря-паливо, створюючи набагато більший вибух.

Але це лише половина трюків турбокомпресора. Давайте порівняємо 4.0-літровий безнаддувний двигун і 2.0-літровий двигун із турбонаддувом із тиском наддуву 1 бар, припускаючи, що в іншому вони ідентичні з погляду технологій.

4.0-літровий двигун споживає більше палива навіть на неодруженому ходу і при невеликому навантаженні на двигун, тоді як 2.0-літровий двигун споживає набагато менше. Різниця в тому, що при повністю відкритій дросельній заслінці двигун з турбонаддувом використовуватиме максимально можливу кількість повітря і палива — вдвічі більше, ніж безнаддувний двигун того ж об'єму, або стільки ж, скільки атмосферний 4.0-літровий.

Це означає, що двигун з турбонаддувом може працювати на будь-якому рівні від убогих 2.0 літрів до потужних чотирьох літрів завдяки примусовій індукції.

Так що це випадок економії палива невеликого двигуна для дбайливого водіння та великої потужності двигуна, коли ви цього хочете.

Наскільки це розумно?

Як і належить інженерній срібній пулі, сам турбокомпресор геніальний. Коли двигун працює, вихлопні гази проходять через турбіну, змушуючи її обертатися з неймовірною швидкістю - зазвичай від 75,000 до 150,000 до XNUMX XNUMX разів на хвилину.

Турбіна прикручена до повітряного компресора, а це означає, що чим швидше крутиться турбіна, тим швидше крутиться компресор, всмоктуючи свіже повітря і нагнітаючи його в двигун.

Турбо працює за ковзною шкалою, залежно від того, наскільки сильно ви натискаєте на педаль газу. На холостому ходу вихлопних газів не вистачає для того, щоб турбіна набрала значну швидкість, але коли ви розганяєтеся, турбіна розкручується і забезпечує наддув.

Якщо ви упираєтеся правою ногою, виробляється більше вихлопних газів, які стискають максимальну кількість свіжого повітря на циліндри.

Отже, який улов?

Є, звичайно, кілька причин, через які ми не всі роками їздимо на автомобілях з турбонаддувом, починаючи зі складності.

Як ви розумієте, створити щось, що може обертатися зі швидкістю 150,000 XNUMX об/хв день за днем ​​протягом багатьох років, не вибухаючи, непросто, і для цього потрібні дорогі деталі.

Турбіни також потребують спеціальної подачі олії та води, що збільшує навантаження на системи мастила та охолодження двигуна.

Оскільки повітря в турбонагнітач нагрівається, виробникам також довелося встановити проміжні охолоджувачі, щоб знизити температуру повітря, що надходить в циліндр. Гаряче повітря менш щільне, ніж холодне, що зводить нанівець переваги турбокомпресора, а також може викликати пошкодження та передчасну детонацію паливно-повітряної суміші.

Найсумніше відомий недолік турбонаддува, звичайно ж, відомий як запізнення. Як уже говорилося, вам потрібно прискоритися і створити вихлоп, щоб змусити турбонагнітач почати робити значний тиск наддуву, а це означало, що ранні автомобілі з турбонаддувом були подібні до вимикача із затримкою - нічого, нічого, нічого, ВСІ.

Різні вдосконалення технології турбонаддува дозволили приборкати найгіршу з повільних характеристик ранніх Saab і Porsche з турбонаддувом, включаючи регульовані лопатки в турбіні, які переміщуються в залежності від тиску вихлопних газів, а також легкі компоненти з низьким коефіцієнтом тертя для зменшення інерції.

Найбільш захоплюючий крок уперед в області турбонаддува можна знайти - принаймні, на даний момент - тільки на гонщиках F1, де невеликий електродвигун підтримує обертання турбонаддуву, скорочуючи час, необхідний його розкручування.

Так само на чемпіонаті світу з ралі система, відома як антизапізнення, скидає паливно-повітряну суміш прямо у вихлоп перед турбонагнітачем. Тепло випускного колектора змушує його вибухати навіть без свічки запалювання, створюючи вихлопні гази та підтримуючи кипіння турбонагнітача.

А як же турбодизелі?

Коли доходить до турбонаддува, дизелі — особлива порода. Це дійсно випадок пліч-о-пліч, тому що без примусової індукції дизельні двигуни ніколи не були б такими поширеними, як вони є.

Безнаддувні дизелі можуть забезпечити непоганий момент, що крутить, на низьких оборотах, але на цьому їх таланти закінчуються. Однак з примусовою індукцією дизелі можуть отримати вигоду зі свого моменту, що крутить, і користуватися тими ж перевагами, що і їх бензинові побратими.

Двигуни побудовані Tonka Tough, щоб справлятися з величезними навантаженнями і температурами, що містяться всередині, а це означає, що вони можуть легко витримувати додатковий тиск турбонаддуву.

Всі дизельні двигуни - без наддуву і з наддувом - працюють за рахунок спалювання палива у надлишку повітря в так званій системі збідненого горіння.

Єдиний раз, коли безнаддувні дизельні двигуни наближаються до «ідеальної» повітряно-паливної суміші, це при повному прискоренні коли паливні форсунки широко відкриті.

Оскільки дизельне паливо менш летке, ніж бензин, при його спалюванні без великої кількості повітря утворюється величезна кількість сажі, також відома як дизельні частки. Заповнюючи циліндр повітрям, турбодизелі можуть уникнути цієї проблеми.

Таким чином, у той час як турбонаддув є дивовижним покращенням для бензинових двигунів, його справжній переворот рятує дизельний двигун від перетворення на димний релікт. Хоча «Дизельгейт» у будь-якому разі може призвести до того, що це станеться.

Як ви ставитеся до того, що турбокомпресори знаходять своє застосування практично у всіх чотириколісних автомобілях? Розкажіть нам у коментарях нижче.