Як працює турбіна в автомобілі, для чого вона потрібна, її переваги і недоліки

1. Автомобільна турбіна - що це таке
2. Конструктивні особливості
3. Як працює турбонаддув в машині
4. Принцип роботи автомобільної турбіни
5. Плюси і мінуси турбонаддува

Слово «турбонаддув» хоч раз в житті чув, мабуть, кожен автомобіліст. Ще в старі радянські часи серед гаражних майстрів ходило безліч неймовірних чуток про колосальний приріст потужності, даваемом турбонаддувом, однак реально з моторами такого типу в легкових авто ніхто тоді не стикався.

Сьогодні ж наддувні двигуни міцно увійшли в нашу дійсність, проте в реальності далеко не кожен може сказати про те, як працює турбіна в автомобілі, і яка існує реальна користь або шкоду від використання турбіни.

Що ж, спробуємо розібратися в цьому питанні і дізнатися, який принцип роботи турбонаддува, а також про те, які він має переваги і недоліки.

Автомобільна турбіна - що це таке

Говорячи простою мовою, автомобільна турбіна являє собою механічний пристрій, що подає в циліндри повітря під тиском. Завданням турбонаддува є збільшення потужності силового агрегату при збереженні робочого об'єму двигуна на колишньому рівні.

Тобто, за фактом, використовуючи турбонаддув, можна домогтися п'ятдесятивідсотковою (і навіть більше) приросту потужності в порівнянні з безнаддувних мотором аналогічного обсягу. Забезпечується підвищення потужності тим, що турбіна подає в циліндри повітря під тиском, що сприяє кращому горінню паливної суміші і, як результат, мощностной віддачі.

Чисто конструктивно турбіна являє собою механічну крильчатку, що приводиться в дію вихлопними газами двигуна. По суті, використовуючи енергію вихлопу, турбонаддув сприяє захопленню і подачі «життєво важливого» для мотора кисню з навколишнього повітря.

Сьогодні турбонаддув виступає найефективнішою в технічному плані системою для підвищення потужності мотора, а також досягнення малого витрати палива і токсичності відпрацьованих газів.

Відео - як працює автомобільна турбіна:

Турбіна однаково широко застосовується як на бензинових силових агрегатах, так і на дизелях. При цьому в останньому випадку турбонаддув виявляється найбільш ефективним з огляду на високий ступінь стиснення і малої (щодо бензинових моторів) частоти обертання коленвала.

Крім того, ефективність застосування турбонаддува на бензинових двигунах обмежена можливістю прояву детонації, яка може виникати при різкому збільшенні оборотів мотора, а також температура вихлопних газів, яка становить близько однієї тисячі градусів за Цельсієм проти шестисот у дизеля. Само собою, що подібний температурний режим здатний привести до руйнування елементів турбіни.

Конструктивні особливості

Незважаючи на те, що турбонаддувних системи у різних виробників мають свої відмінності, існує і ряд загальних для всіх конструкцій вузлів і агрегатів.

Зокрема, будь-яка турбіна має повітрозабірник, встановлений безпосередньо за ним повітряний фільтр, заслінку дроселя, сам турбокомпресор, інтеркулер, а також впускний колектор. Елементи системи з'єднуються між собою шлангами і патрубками, виконаними з міцних зносостійких матеріалів.

Як напевно помітили читачі, знайомі з конструкцією автомобіля, істотною відмінністю турбонаддува від традиційної системи впуску є наявність інтеркулера, турбокомпресора, а також конструктивних елементів, призначених для управління наддувом.

Турбокомпресор або, як його ще називають, турбонагнетатель, являє собою основний елемент турбонаддува. Саме він відповідає за збільшення тиску повітря у впускному тракті двигуна.

Конструктивно турбокомпресор складається з пари коліс - турбінного і компресорного, які розміщуються на роторному валу. При цьому кожне з цих коліс має власні підшипники і укладено в окремий міцний корпус.

Як працює турбонаддув в машині

Енергія відпрацьованих вихлопних газів в двигуні направляється на турбінне колесо нагнітача, яке під впливом газів обертається в своєму корпусі, що має особливу форму для поліпшення кінематики проходження вихлопних газів.

Температура тут дуже висока, а тому корпус і сам ротор турбіни разом з її крильчаткою виконуються з жароміцних сплавів, здатних витримувати тривалий високотемпературне вплив. Також останнім часом для цих цілей використовуються керамічні композити.

Компресорне колесо, що обертається за рахунок енергії турбіни, здійснює забір повітря, його стиснення і подальше нагнітання в циліндри силового агрегату. При цьому обертання компресорного колеса також проводиться в окремій камері, куди потрапляє повітря після проходження через повітрозабірник і фільтр.

Відео - для чого потрібен турбокомпресор і як він працює:

Як турбінне, так і компресорні колеса, як уже говорилося вище, жорстко закріплюються на роторному валу. При цьому обертання валу виробляється за допомогою підшипників ковзання, які змащуються моторним маслом з основної системи змащення двигуна.

Подача масла до підшипників проводиться по каналах, які розташовуються безпосередньо в корпусі кожного підшипника. Для того, щоб герметизувати вал від попадання масла всередину системи, використовуються спеціальні кільця ущільнювачів з жаростійкої гуми.

Безумовно, основною конструктивною складністю для інженерів при проектуванні турбонагнетателей є організація їх ефективного охолодження. Для цього в деяких бензинових моторах, де теплові навантаження найбільш високі, нерідко застосовується рідинної охолодження нагнітача. При цьому корпус, в якому розташовані підшипники, включається в двоконтурну систему охолодження всього силового агрегату.

Ще одним важливим елементом системи турбонаддува є інтеркулер. Його призначенням виступає охолодження повітря, що поступає. Напевно, багато хто з читачів цього матеріалу виникає питання про те, навіщо охолоджувати «забортний» повітря, якщо його температура і так невелика?

Відповідь криється в фізиці газів. Охолоджене повітря збільшує свою щільність і, як результат, зростає його тиск. При цьому конструктивно інтеркулер є повітряний або рідинний радіатор. Проходячи через нього, повітря знижує температуру і збільшує свою щільність.

Важливою деталлю системи турбонаддува автомобіля виступає регулятор тиску наддуву, що представляє собою перепускний клапан. Він застосовується з метою обмежити енергію відпрацьованих газів двигуна і направляє їх частина в сторону від колеса турбіни, що дозволяє регулювати тиск наддуву.

Привід клапана може бути пневматичним або електричним, а його спрацьовування здійснюється за рахунок сигналів, які надходять від датчика тиску наддуву, які обробляються блоком управління двигуном автомобіля. Саме електронний блок управління (ЕБУ) подає сигнали на відкриття або закриття клапана в залежності від даних, одержуваних датчиком тиску.

Крім клапана, що регулює тиск наддуву, в повітряному тракті безпосередньо після компресора (де тиск максимально) може монтуватися запобіжний клапан. Метою його використання є захист системи від стрибків тиску повітря, які можуть бути в разі різкого перекриття дросельної заслінки двигуна.

Надмірний тиск, що виникає в системі, стравливается в атмосферу за допомогою так званого блуофф-клапана, або направляється на вхід в компресор клапаном типу bypass.

Принцип роботи автомобільної турбіни

Як уже писалося вище, принцип дії турбонаддува в автомобілі грунтується на використанні енергії, що виділяється відпрацьованими газами двигуна. Гази обертають колесо турбіни, яке, в свою чергу, через вал передає крутний момент колесу компресора.

Відео - принцип роботи двигуна з турбонаддувом:

Той, в свою чергу, стискає повітря і здійснює його нагнітання в систему. Охолоджуючись в інтеркулере, стиснене повітря потрапляє в циліндри двигуна і збагачує суміш киснем, забезпечуючи ефективну «віддачу» мотора.

Власне, саме в принципі дії турбіни в автомобілі криються її переваги і недоліки, усунути які інженерам досить непросто.

Плюси і мінуси турбонаддува

Як уже відомо читачеві, турбіна в автомобілі не має жорсткого зв'язку з колінчастим валом двигуна. За логікою, подібне рішення повинне нівелювати залежність оборотів турбіни від частоти обертання останнього.

Проте, в реальності ефективність роботи турбіни знаходиться в прямій залежності від оборотів мотора. Чим сильніше відкрита дросельна заслінка , Чим більше обертів мотора, тим вище енергія вихлопних газів, що обертають турбіну і, як результат, більший об'єм повітря, що нагнітається компресором в циліндри силового агрегату.

Власне кажучи, «опосередкована» зв'язок між оборотами і частотою обертання турбіни НЕ через колінвал, а через вихлопні гази, призводить до «хронічним» недоліків турбонаддувов.

Серед них - затримка росту потужності мотора при різкому натисканні на педаль «газу», адже турбіні потрібно розкрутитися, а компресора - дати циліндрах достатню порцію стисненого повітря. Подібне явище називають «турбоями», тобто моментом, коли віддача мотора мінімальна.

Виходячи з цього недоліку відразу виходить і другий - різкий стрибок тиску після того, як двигун долає «турбояму». Це явище отримало назву «турбоподхвата».

І головним завданням інженерів-мотористів, що створюють наддувні двигуни, є «вирівнювання» цих явищ для забезпечення рівномірної тяги. Адже «турбояма», по своїй суті, обумовлюється високою інерційністю системи турбонаддува, адже для приведення наддуву «в повну готовність» потрібен певний час.

В результаті потреба в потужності з боку водія в конкретній ситуації призводить до того, що мотор не здатний «видати» всі свої характеристики одномоментно. У реальному житті це, наприклад, втрачені секунди при складному обгоні ...

Безумовно, сьогодні існує ряд інженерних хитрувань, що дозволяють мінімізувати і навіть повністю виключити неприємний ефект. Серед них:

• використання турбіни зі змінною геометрією;
• використання пари турбокомпресорів, розташованих послідовно або паралельно (так звані схеми twin-turdo або bi-turdo);
• застосування комбінованої схеми наддуву.

Турбіна, що має змінну геометрію, здійснює оптимізацію потоку вихлопних газів силового агрегату за рахунок зміни в режимі реального часу площі вхідного каналу, через який вони надходять. Подібна схема турбін дуже поширена в турбонаддувом дизельних моторів. Зокрема, саме за цим принципом функціонують турбодизелі Volkswagen серії TDI.

Схема з парою паралельних турбокомпресорів використовується, як правило, в потужних силових агрегатах, побудованих за V-подібною схемою, коли кожен ряд циліндрів оснащений власною турбіною. Мінімізація ефекту «турбоями» досягається за рахунок того, що дві малі турбіни мають набагато меншу інерцію, ніж одна велика.

Система з парою послідовних турбін використовується не так часто двох перерахованих, але вона ж забезпечує найбільшу ефективність за рахунок того, що двигун оснащується двома турбінами, що володіють різною продуктивністю.

Тобто при натисканні на педаль «газу» в дію вступає мала турбіна, а при зростанні швидкості і оборотів підключається друга, і вони працюють сумарно. При цьому ефект «турбоями» практично зникає, а потужність наростає планомірно згідно прискоренню і зростання оборотів.

При цьому багато автовиробників використовують навіть не два, а три турбокомпресора, як наприклад компанія BMW в своїй схемі triple-turbo. А ось інженери, які проектували суперкар Bugatti, взагалі оснастили силовий агрегат відразу чотирма послідовними компресорами, що дозволило досягти унікальних потужних характеристик при цілком «цивільному» поведінці мотора в рядових режимах їзди.

Схема так званого комбінованого наддуву або, як її називають автовиробники, twincharger, має на увазі спільне використання механічного і турбонаддува. При малих обертах двигуна наддув забезпечується механічним нагнітачем, а турбіна вступає в дію при збільшенні числа обертів. При цьому механічний нагнітач відключається. За такою схемою працюють наддувні мотори TSI компанії Volkswagen .

Як бачимо, принципи роботи турбонаддува досить прості і зрозумілі. При цьому сьогодні автовиробники всіляко роблять ставку на турбовані агрегати малого робочого об'єму, які забезпечують достатню потужність при відносній екологічну чистоту вихлопу.

Але не слід забувати і ще про один серйозний недолік - турбований мотор відчуває набагато більші навантаження і, що цілком закономірно, має менший моторесурс, ніж безнаддувний агрегат. Відповідно, зваживши всі переваги і недоліки, і слід вибирати той чи інший силовий агрегат.

подивіться принцип роботи гидрокомпенсатора клапанів двигуна автомобіля.

прочитайте статтю , Що розповідає про передпусковому підігрівачі двигуна Бинар.

Що таке тосол і антифриз https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/obsluzhivanie/avtoximiya/antifriz/ili-tosol-raznica.html яка між ними різниця.

Відео - що таке турбіна:

Додати свою рекламу

Додати свою рекламу

Додати свою рекламу

Додати свою рекламу