Турбокомпрессоры

Следует взять на заметку, что мощность, которую обычно развивает двигатель внутреннего сгорания, зависит от уровня топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Соответственно, достичь большей мощности реально, если увеличить количество обозначенных компонентов. Топливо не сыграет особой роли, если не будет достаточно воздуха для его сгорания.

Таким образом, лучшее решение проблемы – повысить мощность мотора благодаря увеличению уровня воздуха, поступающего в цилиндры, при этом будет сжигаться максимум топлива, в итоге удастся выработать дополнительную энергию. Понятно, что нужный воздух для сгорания топлива обязан сжиматься перед подачей в цилиндры.

Системы нагнетания воздуха обычно делятся на функционирующие благодаря энергии отработавших газов, а также на аналоги с механическим приводом. Важно изучить конструкции и методы работы разнообразных компрессоров для моторов бензинового и дизельного типа.

Как происходит нагнетание воздуха благодаря турбокомпрессору?

Ранее было сказано, что мощность, развиваемая мотором, колеблется в зависимости от объема воздуха и смешанного с ним топлива, все это подается в двигатель. При необходимости увеличить мощность агрегата важно поднять уровень воздуха и топлива. Если сделать упор исключительно на топливе, так и не достигнете необходимого эффекта, главное, предоставить достаточно воздуха для сгорания, иначе образуется переизбыток бензина либо дизеля, двигатель перегреется и просто задымится.

Когда увеличивается мощность атмосферного мотора, значит, поднялся рабочий объем или возросло количество оборотов, как вариант. Благодаря увеличению объема становятся больше вес, размеры мотора, в итоге и его цена. Увеличение объемов внедрить непросто, ведь может возникнуть ряд технических проблем, в частности если двигатель уже располагает большим рабочим объемом. Существует техническое решение проблемы ‒ реально задействовать нагнетатель. То есть воздух будет предварительно сжат еще перед тем, как он окажется в камере сгорания.

Проще говоря, компрессор гарантирует подачу нужного объема воздуха, которого будет достаточно для полного сгорания увеличенного объема топлива. В итоге при прежних показателях и идентичных оборотах образуется максимальная мощность. Есть основные типы компрессоров: турбоверсия и аналог с механическим приводом. Более того, существуют комбинированные системы, к примеру, турбокомпаундная. Говоря о компрессоре с механическим приводом, имеется в виду: уровень давления воздуха образуется за счет механической связи между коленвалом двигателя и самим компрессором. В турбокомпрессоре давление образуется за счет вращения турбины потоком отработавших газов.

Как известно, первый турбокомпрессор был сконструирован швейцарским инженером Бюши в 1905 году, спустя некоторое время он был доработан, после использован для выпуска серийных моторов с большим рабочим объемом. Каждая модель турбокомпрессора подразумевает наличие центробежного воздушного насоса, а еще турбины, детали связаны за счет общей жесткости оси между собой. Обозначенные детали вращаются в идентичном направлении на определенной скорости. Энергия потоков отработавших газов, присутствующая в классических моторах, здесь преобразуется в крутящий момент, который помогает задействовать компрессор. Все по отработанной схеме – отработавшие газы, что выходят из цилиндров двигателя, располагают высокой температурой и давлением. Они набирают высокую скорость, затем вступают в контакт с лопатками турбины. Соответственно, преобразуется кинетическая энергия в механическую, начинается вращение.

Такое преобразование сопровождается понижением температуры газов и их давления в целом. Компрессор способен засасывать воздух через воздушный фильтр, потом он его сжимает и перенаправляет в цилиндры двигателя. Количество топлива, что обычно смешивается с воздухом, можно увеличить, таким образом, мотор станет развивать максимальную мощность. Более того, улучшится процесс сгорания, это скажется на характеристиках мотора в широком диапазоне чисел оборотов. Совершенно не секрет, что между мотором и турбокомпрессором имеется связь через поток отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора колеблется от числа оборотов агрегата, плюс характеризуется своеобразной инерционностью, проще говоря, сначала увеличивается уровень подачи топлива, затем энергия потоков отработавших газов, далее обороты турбины и само давление нагнетания. В цилиндры мотора поступает максимум воздуха, тогда можно добавить топлива.

Если не регулировать давление наддува, то подача, а еще давление воздуха в турбокомпрессоре окажутся прямо пропорциональны энергии отработавших газов, то есть числу оборотов турбины. Для моторов, которые функционируют в широком диапазоне оборотов, в той же легковушке, высокое давление наддува оправдано даже на низких оборотах. По такой причине немало надежд возлагается на турбокомпрессоры с регуляцией давления. Минимальный диаметр современных турбин, а также уникальные сечения газовых каналов помогают снизить инерционность, в итоге турбина в предельно краткие сроки разгоняется, а давление воздуха оказывается на нужной отметке. Регулировочный клапан курирует тот факт, чтобы давление наддува не поднималось больше конкретного уровня, при его повышении мотор может повредиться.

Какие типы выпускных систем оптимальные для турбокомпрессора?

Есть два основных вида выпускных систем, которые внедряются в турбокомпрессоры. Речь идет о постоянном давлении на вход в турбину, а также импульсном давлении на идентичный участок. На пике популярности оба варианта, порой их даже комбинируют. Выбор исчисляется типом мотора, количеством цилиндров, спецификой применения, а также иными факторами. В выпускных системах со стабильным давлением на вход в турбину отработавшие газы от всех цилиндров сосредотачиваются в общем выпускном коллекторе, далее практически при постоянном давлении движутся к турбокомпрессору.

В выпускных системах с импульсным давлением на вход в турбину ставится коллектор по типу «спагетти», отработавшие газы проводятся по индивидуальным патрубкам, что тянутся от каждого цилиндра, таким образом, есть возможность задействовать резонансные явления в выпускном коллекторе, а еще достичь предельной производительности от турбокомпрессора с учетом узкого диапазона чисел оборотов.

Основные достоинства турбокомпрессорного мотора

Двигатель, дополненный турбокомпрессором, предполагает наличие технических и экономических особенностей, в частности, в сравнении с атмосферным давлением:

• соотношение массы и мощности у мотора с турбокомпрессором явно выше, нежели у атмосферного аналога;
• мотор с турбокомпрессором не такой громоздкий, нежели атмосферный агрегат с идентичной мощностью;
• кривая крутящего момента мотора с турбокомпрессором порой лучше адаптирована к необычным условиям эксплуатации. Более того, водитель тяжелого грузовика обычно реже переключает передачи на горной дороге, при этом не чувствует каждую ямку.

Не считая всего перечисленного, на основе атмосферного мотора вполне реально создавать версии, дополненные турбокомпрессором, а также отличающиеся мощностью. Максимально большое достоинство проявляется на высоте, атмосферный агрегат теряет собственную мощность в связи с разряжением воздуха, а вот турбокомпрессор гарантирует предельную подачу воздуха, при этом компенсируется снижение атмосферного давления, практически не сказываясь на характеристиках мотора. Уровень нагнетаемого воздуха будет лишь немного меньше, чем на низшем уровне, получается, мотор практически полностью сохраняет классическую мощность.

Также акцентируйте внимание на том, что:

• мотор с турбокомпрессором гарантирует отменное сгорание топлива, подтверждением тому служит минимальное потребление топлива грузовиками на дальних расстояниях;
• в связи с тем, что турбокомпрессор сказывается на сгорании, он помогает уменьшить токсичность отработавших газов;
• агрегат с турбокомпрессором функционирует стабильно, даже будучи меньше, нежели атмосферный аналог, он выдает и меньше шума. Плюс турбокомпрессору отведена роль уникального глушителя в системе выпуска.

Где обычно задействуется турбокомпрессор?

Такое приспособление актуально для любого мотора внутреннего сгорания, будь он дизельного или бензинового типа, как вариант на газу, с жидкостным или воздушным охлаждением. Турбокомпрессоры актуальны для двигателей с крупным рабочим объемом, что устанавливают на судах, тепловозах, и прочей технике, а также для моторов легковушек и грузовиков. Еще значения не имеет, какой это мотор – 2-тактный или 4-тактный.

На данный момент любой из крупных дизельных двигателей, мощность которого более 150 кВт, эксплуатируемый в промышленности или судостроении, на стройке и прочем объекте оснащают турбокомпрессором. В сфере автомобильного транспорта каждый дизельный мотор, мощность которого более 80 кВт, обязательно дополняют турбокомпрессором. Следует сказать о сегменте небольшого транспорта с дизельными моторами ‒ там турбокомпрессоры только набирают популярность. Их внедрение – непростая задача, но это актуально, когда авто эксплуатируется для гонок и авторалли.

Специалисты расширяют производство материалов с высокими температурными характеристиками, делают упор на качество моторных масел, задействуя жидкостное охлаждение корпуса турбокомпрессора, его электронное управление за счет регуляции клапанов. Все это помогает сделать так, чтобы турбокомпрессоры использовали на мелкосерийных бензиновых моторах. Соответственно, при сочетании с электронным зажиганием и впрыском удастся достичь отменного результата.