Турбокомпрессоры существуют уже довольно давно. Хотите верьте, хотите нет, но General Motors первой представила турбодвигатели для своих автомобилей в 1962 году, выпустив Oldsmobile Turbo Jetfire. Турбины добавляют тонны мощности, не требуя более крупного двигателя, и работают на тех же выхлопных газах, которые уже производит ваш автомобиль.
Турбины — это блестящие достижения инженерной мысли, которые быстро распространились по автомобильной промышленности. Это началось как редкое улучшение производительности, ограниченное роскошными и спортивными автомобилями высокого класса, но теперь это повсеместное дополнение, повышающее эффективность.
Читайте дальше, чтобы узнать больше о том, как работают турбины.
Почему современные автомобили используют турбокомпрессоры
Турбокомпрессоры появились в 1905 году, когда Альфред Бучи получил патент на первый турбокомпрессор. Удивительно, как эта технология насчитывает более века, особенно если учесть, какой бум сейчас переживают турбокомпрессоры.
Интересно, что ранние турбодвигатели разрабатывались с расчетом на характеристики самолета. Двигатели внутреннего сгорания используют воздух и топливо, воспламеняющиеся в камере сгорания двигателя и опускающиеся на поршень, что позволяет двигателю генерировать мощность.
До турбин единственным способом увеличить мощность двигателя было увеличение рабочего объема. Делая камеру сгорания физически больше и расширяя весь двигатель, или добавляя больше цилиндров, производители двигателей могут сжигать больше топлива и воздуха, тем самым увеличивая мощность двигателя выход. Вот почему известное изречение «нет замены рабочему объему» стало одним из основных продуктов в автомобильном мире.
Но есть более эффективный способ увеличить мощность без увеличения рабочего объема: турбокомпрессоры. Эти устройства позволяют двигателю генерировать больше мощности без физического увеличения рабочего объема, доказывая, что существует абсолютная замена рабочему объему.
Лучшие высокопроизводительные электромобили докажите, что поговорка неверна, а также. Один пример сверхбыстрый Lucid Air, который быстрее, чем классические маслкары V8, работая на электронах.
Что такое турбо?
Проще говоря, турбокомпрессор — это воздушный компрессор, работающий от выхлопных газов двигателя. Этот компрессор позволяет двигателю заглатывать больше воздуха, что позволяет двигателю подавать больше топлива в камеру сгорания без увеличения рабочего объема. В случае с самолетами очень удобным применением являются турбокомпрессоры.
По мере того, как самолет продолжает набор высоты, воздух становится менее плотным; таким образом, один и тот же двигатель будет производить меньшую мощность на больших высотах, чем ближе к уровню моря. Это огромная проблема, но турбокомпрессоры обеспечивают отличное решение.
Турбокомпрессоры, добавленные к авиационным двигателям, позволяют нагнетать в двигатель больше воздуха, чем это обычно возможно на больших высотах, что решает проблему потери мощности во время полета. Как и авиационные двигатели без наддува (NA), автомобили NA также страдают от потери производительности на больших высотах по сравнению с двигателями с турбонаддувом.
Как работают турбокомпрессоры?
Турбокомпрессоры — это воздушные компрессоры, поэтому, как следует из названия, турбокомпрессор выполняет одну работу: сжимает воздух и нагнетает его в двигатель. Способ, которым он выполняет эту задачу, относительно прост. Двигатель производит выхлопные газы из-за сгорания, приводящего в движение автомобиль, и турбины используют это. сгорание для питания турбины, что в конечном итоге приводит к сжатию воздуха, подаваемого в двигатель.
Самое замечательное в турбодвигателе то, что он перерабатывает выхлопные газы для питания механизма компрессора. Турбины делятся на две половины: горячую зону, контактирующую с выхлопными газами, и холодную зону.
Это означает, что одна из половин (горячая) соединена с выпускным коллектором. Когда горячий воздух вытесняется из двигателя, он вращает турбину, находящуюся в горячей половине турбонагнетателя, которая, в свою очередь, вращает вентилятор компрессора, расположенный в холодной части турбонагнетателя.
Эти два вращающихся элемента соединены валом, который позволяет турбине горячей стороны вращать компрессор холодной стороны по мере поступления выхлопных газов. Когда происходит этот процесс, горячая сторона турбонагнетателя начинает раскаляться докрасна, поэтому турбокомпрессоры часто видят с одной стороны полностью ржавой, а с другой нетронутой.
Это связано с экстремальными температурами, которые испытывает горячая область турбонаддува из-за выхлопных газов. Выхлопные газы позволяют компрессору холодной стороны вращаться и всасывать воздух, сжимая его и возвращая обратно в двигатель. Теоретически это дает больше мощности.
Однако при сжатии воздуха также выделяется тепло, что сводит на нет преимущества компрессора. Решение состоит в том, чтобы добавить промежуточный охладитель между турбокомпрессором и впускным коллектором. Это позволяет воздуху, поступающему в камеру сгорания, охлаждаться, повышая производительность. Вот почему вы видите некоторые автомобили с турбонаддувом и воздухозаборниками на капоте, которые используют проходящий воздух для охлаждения сжатого воздуха.
Турбокомпрессоры могут иметь некоторое отставание, когда турбина раскручивается. Это потому, что ему нужны выхлопные газы, чтобы разогнать его до скорости, прежде чем он сможет фактически обеспечить наддув двигателя. Некоторые компании, производящие запчасти для автомобилей, также производят системы предотвращения запаздывания, чтобы решить проблему запаздывания. Однако они дороги и обычно используются только профессиональными гоночными командами.
Вестгейты также являются важными компонентами, которые позволяют высвободить давление воздуха до того, как оно раскрутит турбину, предотвращая катастрофический отказ двигателя. Если бы в системах турбокомпрессора не было вестгейтов, двигатель потенциально мог бы перекрутить турбину и создать слишком большое давление в моторном отсеке. Это совершенно нежелательный сценарий, который может привести к катастрофическому отказу двигателя.
Производители внедрили турбонаддув во все свои модели автомобилей, в первую очередь для повышения эффективности. Тем не менее, энтузиасты по-прежнему считают турбины источником дополнительной мощности для вашего автомобиля.
Турбины позволяют создавать более эффективные автомобили
Благодаря турбонагнетателям современные четырехцилиндровые двигатели работают примерно так же, как V8 старой школы с точки зрения мощности, обеспечивая при этом лучший расход бензина. В последнее время многие производители стали оснащать свои автомобили турбонаддувом — даже Ford добавил в свои пикапы F-150 двигатели с турбонаддувом уменьшенного размера, чтобы сделать их более эффективными.
Вердикт о том, лучше ли эти двигатели или более долговечны, чем двигатели большего рабочего объема, все еще не вынесен. Но одно можно сказать наверняка: с натиском гибридных автомобилей и электромобилей даже турбины могут не спасти двигатель внутреннего сгорания.
