Турбированный бензиновый двигатель
История изобретения турбированного бензинового двигателя
Возможность увеличения мощности, не увеличивая бесконечно рабочий объем, интересовала инженеров с момента появления двигателя внутреннего сгорания. Решение, казалось бы, лежало на поверхности: необходимо сделать «дыхание» двигателя более эффективным, т.е. добиться лучшей сгораемости топливовоздушной смеси. Это может обеспечить дополнительная подача воздуха, а значит, он должен поступать в цилиндры не вследствие разряжения, а принудительно, под давлением. Дополнительный объем воздуха даст более полное сгорание топлива, соответственно, увеличится и мощность, получаемая в результате «мини-взрыва» смеси в цилиндре.
Однако развитие и внедрение турботехнологий происходило достаточно медленно. Изначально турбокомпрессоры использовались для крупных корабельных и авиационных силовых установок, а первыми автомобилями с турбированными двигателями закономерно стали грузовики.
Завод Swiss Machine Works Sauer начал выпускать для них такие установки с 1938 года. В начале 60-х годов на американском рынке появились и первые легковые автомобили, оснащенные турбинами. Это были Oldmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza. Однако, эти модели не отличались ни надежностью, ни выносливостью.
Популярными турбокомпрессоры стали в 70-е годы XX столетия, когда их начали массово устанавливать на спортивные автомобили. Тем не менее, широкого распространения в "гражданской" автомобильной промышленности они не получили - этому препятствовал слишком большой расход топлива, отличавший турбированные бензиновые двигатели тех времен. На фоне нефтяного кризиса 70-х годов этот параметр оказывался важнее всех прочих.
Устройство и принцип работы турбированного бензинового двигателя
Принцип работы турбированной бензиновой силовой установки заключается в использовании специального компрессора, нагнетающего в цилиндры двигателя дополнительный воздух.
Благодаря улучшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью, повышается среднее эффективное давление цикла и возрастает мощность мотора. Приводом турбонаддува служит отработанный газ, энергия которого используется для полезной работы.
Современный турбокомпрессор включает в себя: - корпус подшипников; - турбинное колесо; - перепускной клапан; - корпус турбины; - масляные каналы; - вал ротора; - подшипник скольжения; - компрессорное колесо; - корпус компрессора; - пневмопривод перепускного клапана.
В корпусе подшипников расположен ротор: вал с жестко закрепленными турбинным и компрессорным колесами, имеющими лопасти. Вращается ротор на подшипниках скольжения. Их смазку и охлаждение осуществляет моторное масло из системы смазки двигателя. Для дополнительного охлаждения корпуса подшипников могут использоваться каналы с охлаждающей жидкостью.
Корпус турбины, как и корпус всего компрессора, выполнен в форме улитки. Турбинный патрубок - соединяется с выпускным трубопроводом, а компрессорный – с впускным.
Отработанные газы поступают в турбину и раскручивают ротор турбокомпрессора, отдавая свою энергию. Затем через приемную трубу они поступают в глушитель. Колесо компрессора и лопаточное колесо турбины располагаются на одном валу. Получая вращение от турбины, колесо компрессора засасывает воздух из воздушного фильтра и, нагнетая его, подает в двигатель. При этом, компрессор, в зависимости от степени наддува, способен повышать давление воздуха на 30%-80%. С помощью турбонаддува, один и тот же объем двигателя может принять рабочую смесь в большем количестве. Поэтому при ее сгорании мощность увеличивается на 20%-50%! Использование энергии выхлопных газов позволяет значительно повысить КПД мотора.
Достоинства и недостатки турбированного бензинового двигателя
Основным преимуществом турбированного бензинового двигателя является его сравнительная мощность. Имеется в виду, что, при одинаковом объеме, турбированный двигатель выдает мощности на 40% больше, чем «атмосферный». Несомненным достоинством такого типа силовых установок считается и пониженный выброс в атмосферу вредных веществ.
Однако, турбированные бензиновые двигатели имеют и ряд недостатков. Чтобы уменьшить возникающую при их работе детонацию, пришлось понизить степень сжатия в цилиндрах моторов. Также возросли требования к качеству топлива - для этого типа силовых установок подходят только высокооктановые марки.
В конструкцию пришлось добавить интеркулер – промежуточный охладитель нагнетаемого воздуха, чтобы после нагрева в турбине его плотность не снижалась. Высокая температура, возникающая в ходе рабочего цикла, диктует строгий выбор материалов изготовления деталей выпускной системы, корпусных элементов компрессора и лопаток турбины. Но все эти проблемы не мешают турбированным бензиновым двигателям приобретать в последнее время все большую популярность среди автолюбителей всего мира.
