Статья раскрывает сущность турбокомпрессоров, преимущества и недостатки их применения, а также проводится схематичный анализ по выбору наиболее альтернативного турбокомпрессора.
Ключевые слова: турбокомпрессоры.
Сферой использования турбокомпрессоров в механических транспортных средствах началось в 1938 году. Первый турбокомпрессор был установлен на Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire (рис.1) на заводе «Swiss Machine Works Sauer». После чего турбодвигатели нашли свое применение на спортивных автомобилях, в частности Formula 1.
Рис. 1. Использование первых турбокомпрессоров на автомобилях Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire
В настоящее время на догах появляется все больше и больше машин, в частности это присуще к городской среде, где водитель в большинстве случаев значительную долю времени тратит на остановки, разгоны и торможения и всего лишь 1/5 приходится на равномерное движение. Однако каждая остановка, разгон или торможение приводит к тому, что энергия, которая появляется в ходе таких маневров безвозвратно теряется. Именно в этом заключается главная проблема, решения которой позволяет правильно распределить и направить данную энергию в необходимом количестве в камеру сгорания. Для решения данной проблемы, существуют огромное количество систем, принцип работы которых идентичен, но имеет характерные отличия.
Сущность новой системы заключается в подаче сжатого воздуха в гильзы цилиндра, но таких систем на данное время существует огромное количество: центробежный нагнетатель; система двухступенчатого регулируемого тубонаддува (Twin Turbo); механические нагнетатели; турбокомпрессор со вспомогательным электродвигателем;
Одной из систем, которая в свою очередь использует механическую мощность двигателя, а не выхлопных газов является центробежный нагнетатель (рис.2). Как в турбине, он использует крыльчатку для сжатия воздуха, поступающего извне, и принудительно направляет его в цилиндры двигателя. Главное конструктивное отличие, заключается в отказе от использования выхлопных газов для раскручивания крыльчатки, также обороты компрессора зависят от оборотов двигателя. В отрицательную сторону отмечается проблема, связанная с появлением «тубоям», помимо этого они очень сложны по своей конфигурации и тяжело эксплуатируемы [2].
Рис. 2. Центробежный нагнетатель
Наиболее усовершенствованной системой тубонаддува двигателей внутреннего сгорания является система Twin Turbo (рис.3). Данная система предполагает использование более одного компрессора для увеличения наполнения цилиндров на всех возможных режимах работы двигателей внутреннего сгорания.
Рис. 3. Двигатель внутреннего сгорания с системой двойного тубонаддува
Данная система предназначена для решения ключевой проблемы надувных двигателей, это ликвидация «турбоям» проявляющиеся при падении мощности на низких оборотах двигателя.
В Систему Twin Turbo входят три конструктивных подсистемы: параллельная; последовательная; ступенчатая.
Параллельная TwinTurbo (рис.4), включает в себя симметричную пару компрессоров, работающих одновременно и параллельно друг другу. Данная система применима на V-образных дизельных двигателях. Сущность турбокомпрессора заключается в подаче воздуха во впускной коллектор соответствующей группы цилиндров. Инертность в данных компрессорах значительно меньше, в связи с уменьшением массы ротора, вследствие чего ширина «тубоямы» существенно уменьшается, а следовательно, двигатель показывает неплохие характеристики во всем диапазоне оборотов.
Рис. 4. Параллельная TwinTurbo
Последовательная Twin Turbo (рис.5) включает в себя также два соизмеримых турбокомпрессора, но работа компрессоров имеет отличительные черты. Первый тубокомпрессор работает постоянно, а второй в свою очередь включается в работу на определенных режимах работы двигателя, то есть в зависимости от частоты оборотов и нагрузки приходящиеся на поршневую группу.
Переходный режим обеспечивает электронная система управления, которая служит регулятором потока отработавших газов ко второму турбокомпрессору с помощью специального клапана.
Рис. 5. Схема последовательного TwinTurbo: 1 — перепускной клапан наддува; 2 — клапан управления подачей воздуха; 3 — датчик разности давления; 4 — клапан управления подачей отработавших газов; 5 — вторичный тубокомпрессор; 6 — интеркуллер; 7 — первичный турбокомпрессор; 8 — перепускной клапан отработавших газов
Двухступенчатый Twin Turbo (рис.6) является самой совершенной в техническом плане системой двухступенчатого тубаноддува. Сущность данного тубокомпрессора заключается в том, что двигатель работая на низких оборотах захватывает в оборот только первую турбину, которая имеет минимальную инерцию, для приведение в действие второй турбины необходим рост оборотов ля открытия перепускного клапана, как только возникает соответствующее давление на вторую турбину, она начинает интенсивно раскручиваться пропуская через себя часть отработавших газов [3].
Рис. 6. Схема регулируемого двухступенчатого тубонаддува: 1 — охладить надувочного воздуха; 2 — перепускной клапан наддува; 3 — турбокомпрессор ступени высокого давления; 4 — турбокомпрессор ступени низкого давления; 5 перепускной клапан отработавших газов
Довольно простым способом поднятия мощности мотора является механический наддув (рис.7). Данный наддув приводится в действие от коленчатого вала двигателя, компрессор в свою очередь закачивает воздух в цилиндры без задержки. Недостатками данного наддува является в первую очередь это отбор мощности от двигателя внутреннего сгорания, что в значительней мере уменьшает его коэффициент полезного действия, системы механического наддува очень громоздкие и занимают больше места сравнительно с другими, необходимо периодически наблюдать за приводом будь он сделан из зубчатого ремня или шестеренчатого привода [4].
Рис. 7. Механический наддув
В силу последних технологий компанией BMW был выставлен патент, сущность которого заключалось в разработке турбины с электродвигателем. Данный патент был одобрен, название он получил электрическая турбина (рис.8), данный компрессор обладает довольно неплохими положительными чертами, одна из которых отсутствие инертности, которая является главным недостатком обычной турбины. Также производители отмечают, что при использовании электротурбины не тратиться лишнее время на разгон, а также отсутствует задержка при ее остановке, что позволяет заглушить двигатель быстрее [5].
Рис. 8. Электрическая турбина
Анализируя данные турбокомпрессоры, приоритет стоит в использовании электрической турбины, она решает одну единственную главную проблему, связанную с появлением «турбоям», инертность в данном случае полностью отсутствует, также положительным является тот момент, что время необходимое на разгон данной турбины минимально. Однако данная турбина ввиду своих конструктивных особенностей будет дорогостоящей, а для ремонта ее потребуется обратиться к профессиональному специалисту, цены которого значительно выше, чем при ремонте обычной турбины.
Литература:
- https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %A2 %D1 %83 %D1 %80 %D0 %B1 %D0 %BE %D0 %BD %D0 %B0 %D0 %B4 %D0 %B4 %D1 %83 %D0 %B2
- https://1gai.ru/autonews/519966-v-chem-otlichiya-privodnogo-centrobezhnogo-nagnetatelya-i-turbiny.html
- ПДД пункт 1.2
- http://www.autoscience.ru/blog/sistema_twin_turbo/2016–12–20–118
- https://avtonov.info/turbo-nadduv-dvigatelja
- https://brturbo.ru/vsyo-o-turbinah/elektricheskaya-turbina.html
