Нагнетание воздуха при помощи турбокомпрессора
Мощность, которую развивает мотор, собственно, зависит от объема воздуха и смешанного с ним топлива, что подается в двигатель. Если важно сделать упор на этом показателе, стоит увеличить как количество воздуха, так и топлива. Максимальный уровень топлива не способен дать эффект, пока не появится воздух для его сгорания, иначе просто образуется избыток дизеля или бензина, перегреется двигатель, система задымится. Увеличить мощность атмосферного мотора реально благодаря увеличению рабочего объема и как вариант оборотов. Объем, естественно, скажется на весе, размере двигателя и его ценовой политике. Что касается оборотов, это проблематично, есть технические особенности, в частности если двигатель уже со значительным рабочим объемом.
Действительно приемлемым решением в таком случае можно считать применение нагнетателя, то есть компрессора. По сути, подающийся в двигатель воздух будет сжиматься еще до проникновения в камеру сгорания. Проще говоря, компрессор гарантирует подачу определенного объема воздуха, достаточного для полного сгорания дозы топлива. В итоге при прежнем рабочем объеме и идентичных оборотах образуется максимальная мощность.
На данный момент существует 2 разновидности компрессоров – с механическим приводом, а также турбо, что задействуют энергию отработанных газов. Более того, не исключены комбинированные системы, к примеру, турбокомпаундные. Когда компрессор с механическим приводом необходимый воздух получает за счет механической связи между коленвалом мотора и компрессором, то турбо аналог берет давление воздуха за счет вращения турбины потоком отработавших газов.
Турбокомпрессор впервые сконструировал швейцарский инженер Бюши в далеком 1905 году, но только спустя время его доработала группа специалистов, после устройство было задействовано в выпуске серийных моторов с большим рабочим объемом. По сути, каждый турбокомпрессор предполагает наличие центробежного воздушного насоса, а еще турбины, что связаны за счет общей жесткой оси. Такие детали вращаются в идентичном направлении с одинаковой скоростью. Энергия потоков отработавших газов, актуальная для классических двигателей, здесь интерпретируется в крутящий момент, который приводит в действие турбокомпрессор. Все происходит по простой схеме – отработавшие газы, которые выходят из цилиндров мотора, располагают высокой температурой и давлением. Они набирают большую скорость, а также контактируют с лопатками турбины, что преобразуют кинетическую энергию в механическую.
Такое положение вещей сопровождается снижением температуры газов, также их давления. Турбокомпрессор засасывает воздух через соответствующий фильтр, сжимает его, подает в цилиндры мотора. Количество топлива, смешиваемое с воздухом, возможно увеличить, таким образом, мотор станет развивать большую мощность. Более того, удается улучшить процесс сгорания, поэтому меняются характеристики двигателя в широком диапазоне чисел оборотов.
Между мотором, а также турбокомпрессором есть связь, но только через поток отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора связана с числом оборотов мотора и характеризуется своеобразной инерционностью. Проще говоря, сначала увеличивается объем топлива, затем энергия потоков отработавших газов, и только потом обороты турбины и давление нагнетания. В соответствующие цилиндры поступает максимум воздуха, поэтому увеличение топлива не вредит мотору.
Следует знать, что подача, а также давление воздуха в турбокомпрессоре без регулировки давления наддува прямо пропорциональны энергии отработавших газов, в целом ‒ числу оборотов турбины. Для моторов, что функционируют в широком диапазоне оборотов, к примеру, в легковушке, высокое давление наддува оправдано даже на низких оборотах. По такой причине будущее за турбокомпрессорами с регулируемым давлением. Минимальный диаметр современных турбин плюс уникальные сечения газовых каналов дают возможность снизить инерционность, турбина быстро разгоняется, а вот давление воздуха в предельно краткие сроки получает необходимое значение. Регулировочный клапан отслеживает, чтобы давление наддува не поднималось выше определенного значения, иначе двигатель может повредиться.