Что такое турбокомпрессор?
Тест Драйв

Что такое турбокомпрессор?

Что такое турбокомпрессор?

Когда дело доходит до сочетания производительности с уменьшенным расходом топлива, инженеры почти вынуждены выбирать турбодвигатель.

За пределами разреженного воздуха мира суперкаров, где Lamborghini по-прежнему настаивает на том, что безнаддувные двигатели остаются самым чистым и итальянским способом производства мощности и шума, дни создания автомобилей без турбонагнетателей подходят к концу.

Невозможно, например, получить Volkswagen Golf с атмосферным двигателем. После «Дизельгейта», конечно, это вряд ли будет иметь значение, ведь играть в гольф уже никто не хочет.

Однако факт остается фактом: городские автомобили, семейные автомобили, гранд-туристы и даже некоторые суперкары покидают корабль в пользу будущего с аквалангом. От Ford Fiesta до Ferrari 488 будущее принадлежит принудительной индукции, отчасти из-за законов о выбросах, но также и потому, что технология развивалась не по дням, а по часам.

Это случай экономии топлива небольшого двигателя для плавного вождения и большой мощности двигателя, когда вы этого хотите.

Когда дело доходит до сочетания более высокой производительности с более низким расходом топлива, инженеры почти вынуждены проектировать свои новейшие двигатели с использованием технологии турбонаддува.

Как турбо может делать больше с меньшими затратами?

Все сводится к тому, как работают двигатели, так что давайте немного поговорим о технике. Для бензиновых двигателей соотношение воздух-топливо 14.7:1 обеспечивает полное сгорание всего, что находится в цилиндре. Любое большее количество сока, чем это, является пустой тратой топлива.

В безнаддувном двигателе частичный вакуум, создаваемый опускающимся поршнем, втягивает воздух в цилиндр, используя отрицательное давление внутри для всасывания воздуха через впускные клапаны. Это простой способ делать вещи, но он сильно ограничен с точки зрения подачи воздуха, как у человека с апноэ во сне.

В двигателе с турбонаддувом свод правил переписан. Вместо того, чтобы полагаться на вакуумный эффект поршня, двигатель с турбонаддувом использует воздушный насос, чтобы нагнетать воздух в цилиндр, точно так же, как маска от апноэ во сне нагнетает воздух в нос.

Хотя турбонагнетатели могут сжимать воздух при давлении до 5 бар (72.5 фунтов на квадратный дюйм) выше стандартного атмосферного давления, в дорожных автомобилях они, как правило, работают при более спокойном давлении от 0.5 до 1 бар (от 7 до 14 фунтов на квадратный дюйм).

Практический результат заключается в том, что при давлении наддува в 1 бар двигатель получает в два раза больше воздуха, чем если бы он был без наддува.

Это означает, что блок управления двигателем может впрыскивать в два раза больше топлива, сохраняя при этом идеальное соотношение воздух-топливо, создавая гораздо больший взрыв.

Но это только половина трюков турбокомпрессора. Давайте сравним 4.0-литровый безнаддувный двигатель и 2.0-литровый двигатель с турбонаддувом с давлением наддува 1 бар, предполагая, что в остальном они идентичны с точки зрения технологий.

4.0-литровый двигатель потребляет больше топлива даже на холостом ходу и при небольшой нагрузке на двигатель, тогда как 2.0-литровый двигатель потребляет гораздо меньше. Разница в том, что при полностью открытой дроссельной заслонке двигатель с турбонаддувом будет использовать максимально возможное количество воздуха и топлива — в два раза больше, чем безнаддувный двигатель того же объема, или ровно столько же, сколько атмосферный 4.0-литровый.

Это означает, что двигатель с турбонаддувом может работать на любом уровне от скудных 2.0 литров до мощных четырех литров благодаря принудительной индукции.

Так что это случай экономии топлива небольшого двигателя для бережного вождения и большой мощности двигателя, когда вы этого хотите.

Насколько это умно?

Как и положено инженерной серебряной пуле, сам турбокомпрессор гениален. Когда двигатель работает, выхлопные газы проходят через турбину, заставляя ее вращаться с невероятной скоростью — обычно от 75,000 150,000 до XNUMX XNUMX раз в минуту.

Турбина прикручена к воздушному компрессору, а это значит, что чем быстрее крутится турбина, тем быстрее крутится компрессор, всасывая свежий воздух и нагнетая его в двигатель.

Турбо работает по скользящей шкале, в зависимости от того, насколько сильно вы нажимаете на педаль газа. На холостом ходу выхлопных газов не хватает для того, чтобы турбина набрала сколько-нибудь значимую скорость, но когда вы разгоняетесь, турбина раскручивается и обеспечивает наддув.

Если вы упираетесь правой ногой, вырабатывается больше выхлопных газов, которые сжимают максимальное количество свежего воздуха в цилиндры.

Итак, какой улов?

Есть, конечно, несколько причин, по которым мы не все годами ездим на автомобилях с турбонаддувом, начиная со сложности.

Как вы понимаете, создать что-то, что может вращаться со скоростью 150,000 XNUMX об/мин день за днем ​​в течение многих лет, не взрываясь, непросто, и для этого требуются дорогие детали.

Турбины также нуждаются в специальной подаче масла и воды, что увеличивает нагрузку на системы смазки и охлаждения двигателя.

Поскольку воздух в турбонагнетателе нагревается, производителям также пришлось установить промежуточные охладители, чтобы снизить температуру воздуха, поступающего в цилиндр. Горячий воздух менее плотный, чем холодный, что сводит на нет преимущества турбокомпрессора, а также может вызвать повреждение и преждевременную детонацию топливно-воздушной смеси.

Самый печально известный недостаток турбонаддува, конечно же, известен как запаздывание. Как уже говорилось, вам нужно ускориться и создать выхлоп, чтобы заставить турбонагнетатель начать производить значимое давление наддува, а это означало, что ранние автомобили с турбонаддувом были подобны выключателю с задержкой — ничего, ничего, ничего, ВСЕ.

Различные усовершенствования в технологии турбонаддува позволили укротить худшую из медленных характеристик ранних Saab и Porsche с турбонаддувом, включая регулируемые лопатки в турбине, которые перемещаются в зависимости от давления выхлопных газов, а также легкие компоненты с низким коэффициентом трения для уменьшения инерции.

Самый захватывающий шаг вперед в области турбонаддува можно найти — по крайней мере, на данный момент — только на гонщиках F1, где небольшой электродвигатель поддерживает вращение турбонаддува, сокращая время, необходимое для его раскрутки.

Точно так же на чемпионате мира по ралли система, известная как антизапаздывание, сбрасывает топливно-воздушную смесь прямо в выхлоп перед турбонагнетателем. Тепло выпускного коллектора заставляет его взрываться даже без свечи зажигания, создавая выхлопные газы и поддерживая кипение турбонагнетателя.

А как же турбодизели?

Когда дело доходит до турбонаддува, дизели — особая порода. Это действительно случай рука об руку, потому что без принудительной индукции дизельные двигатели никогда не были бы такими распространенными, как они есть.

Безнаддувные дизели могут обеспечить неплохой крутящий момент на низких оборотах, но на этом их таланты заканчиваются. Однако с принудительной индукцией дизели могут извлечь выгоду из своего крутящего момента и пользоваться теми же преимуществами, что и их бензиновые собратья.

Дизельные двигатели построены Tonka Tough, чтобы справляться с огромными нагрузками и температурами, содержащимися внутри, а это означает, что они могут легко выдерживать дополнительное давление турбонаддува.

Все дизельные двигатели — без наддува и с наддувом — работают за счет сжигания топлива в избытке воздуха в так называемой системе обедненного горения.

Единственный раз, когда безнаддувные дизельные двигатели приближаются к «идеальной» воздушно-топливной смеси, это при полном ускорении, когда топливные форсунки широко открыты.

Поскольку дизельное топливо менее летучее, чем бензин, при его сжигании без большого количества воздуха образуется огромное количество сажи, также известной как дизельные частицы. Заполняя цилиндр воздухом, турбодизели могут избежать этой проблемы.

Таким образом, в то время как турбонаддув является удивительным улучшением для бензиновых двигателей, его настоящий переворот спасает дизельный двигатель от превращения в дымный реликт. Хотя «Дизельгейт» в любом случае может привести к тому, что это произойдет.

Как вы относитесь к тому, что турбокомпрессоры находят свое применение практически во всех четырехколесных автомобилях? Расскажите нам в комментариях ниже.

Добавить комментарий