Как работает турбина в автомобиле: Как работает турбина в авто

Содержание

Автомобильные турбокомпрессоры: Все самые важные факты

Автомобильные турбины — их функции, и как увеличить срок службы.

Автотурбокомпрессоры являются сегодня основным ключевым компонентом для увеличения мощности любого автомобиля. За последние годы все больше новых автомашин стали оснащаться турбинами. Благодаря этим турбокомпрессорам автопроизводители не только сумели повысить мощность автомобилей, но и сделали их выхлоп в экологической части намного чище. Правда и к нашему сожалению, помимо положительных плюсов при использовании автотурбин , имеются также и минусы. Главным минусом здесь является непосредственный ресурс самого турбокомпрессора. К нашему счастью, на сегодня существуют некоторые рекомендации, которые позволяют увеличить срок службы компонентов турбонаддува. Уважаемые читатели, предлагаем вам познакомиться с работой таких турбокомпрессоров устанавливаемых в современных автомобилях, а заодно узнать и о том, как можно заранее предотвратить преждевременный выход из строя этой самой турбины.

Турбонаддув- принцип действия, достоинства и недостатки

Приобретенный в наши дни новый автомобиль скорее всего будет оснащен турбированным двигателем, благодаря чему данное транспортное средство будет иметь неплохую мощность, низкий расход топлива и более чистый выхлоп. Давайте друзья вместе подробнее узнаем, что же такое турбокомпрессор, а заодно узнаем и о самых важных фактах связанных с ним. В том числе, в этой сегодняшней статье мы расскажем вам о самых частых дефектах и о поломках многих автомобильных турбин от разных проиводителей.

На сегодняшнем мировом авторынке не все пока автомобили оснащаются турбинами. Но уже через каких-то несколько лет купить машину без турбированного мотора вряд ли у кого получится. Причем это касается не только бензиновых моделей автомобилей. Дело вот в чем, что турбиной оснащаются сегодня и дизельные агрегаты.

Таким образом турбокомпрессоры в наши дни стали просто неотъемлемой частью большинства современных машин. Но несмотря даже на то, что турбированные двигатели стали очень популярны всего каких-то несколько лет назад, то сама технология двигателей оснащаемых турбокомпрессорами, появилась на свет уже более 100 лет тому назад.

В 1905 году Швейцарский изобретатель Альфред Бучи изобрел систему так называемого нагнетания, которая работала в двигателе внутреннего сгорания от выхлопных газов. Смысл этого изобретения достаточно прост и был основан на принципе работы лопастей ветряной мельницы, которые вращаются самим потоком ветра. Только вместо этого ветра в изобретении Альфреда использовался выхлоп отработанных газов поступающих от силового агрегата, который как-раз и вращает лопасти.

К большому сожалению, в те давние годы Альфреду удалось получить лишь только патент на данное изобретение. А вот построить партию опытных образцов у изобретателя увы, не было ни какой возможности.

В 1913 году Французский профессор Огюст Рато впервые в мире оснастил самолет турбокомпрессором, который был основан и построен на принципе изобретения Бучи.

В 1915 году Альфред Бучи построил прототип корабля, который был оснащен дизельным двигателем с турбиной.

Позднее турбокомпрессоры пришли и в мир автоспорта, где полностью перевернули представление о мощности автомобилей.

Недавно автопроизводители вспомнили о технологиях турбированных моторов, которые намного эффективнее обычных двигателей. В первую очередь автомобильные компании стали оснащать турбокомпрессорами свои дизельные маломощные двигатели. В конечном итоге, благодаря турбонаддуву многие современные дизельные моторы по своей мощности приблизились к аналогам бензиновых силовых агрегатов.

Это интересно: Как начать самостоятельно обслуживать автомобиль?

В итоге в сегодняшнее время турбомоторы стали просто незаменимыми для автопроизводителей автотехники, которые вынуждены подстраиваться под новые экологические нормы действующие в США и в Европе. Благодаря использованию турбокомпрессоров современные автомобили стали намного экономичнее, мощнее, а вместе с этим стали иметь низкий уровень выбросов вредных веществ в выхлопе.

В конечном итоге все современные автомобили выпускаемые в автопромышленности в наши дни являются самыми экологическими и чистыми за всю историю создания автомира.

Функция турбины,- настройка и ее дефекты

Функция турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличивать выходную мощность и крутящий момент у двигателя. Благодаря турбине производители могут уменьшать количество рабочих цилиндров в двигателе без какого-либо снижения мощности и крутящего момента.

Например, только трехцилиндровый 1.0 литровый турбомотор может выдавать мощность в 90 л.с. Добиться такой же производительности обычный бензиновый трехцилиндровый мотор без дорогостоящих модификаций не сможет.

Также этот 1.0 литровый турбированный трехцилиндровый двигатель имеет более низкий расход топлива и небольшой уровень выброса выхлопных газов СО2 в атмосферу.

Обкатка двигателя: Что нужно знать?

Именно по этой причине турбированные моторы стали очень распространенными при установке их в малолитражные бензиновые автомобили за последние несколько лет.

Также, все чаще стали выпускаться в свет дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомашин, но и снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордно низких значений.

В большинстве случаев работа современных турбокомпрессоров основана на тех же самых принципах, что когда-то создал Швейцарский изобретатель Альфред Бучи. То есть большинство турбин в современных автомобилях работают от давления образующегося от выхлопных газов в камере сгорания двигателя.

Недавно на свет стали появляться турбины которые могут работать как от электричества, так и от отработанного газа поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились от двигателя максимальной мощности и крутящего момента при его небольших оборотах. Например, подобная турбо-технология используется в дизельном 4,0 литровом моторе на Audi V8 TDI, который устанавливается также и на кроссовер SQ7.

Эксплуатация и техническое обслуживание автомобильных турбин

С каждым годом в мире все больше ужесточаются экологические требования к выхлопу вредных веществ в современных автомобилях. В результате этого все больше новых автомобилей оснащаются турбинами. Таким образом автопроизводители пытаются выпускать такие автомобили, которые будут полностью соответствовать жёстким экологическим нормам и правилам. Увы, без использования турбин в современных автомобилях добиться сокращения необходимого уровня вредных веществ в выхлопе у машин и без миллиардных инвестиций просто невозможно.

Уважаемые друзья, наше интернет-издание 1GAI.RU в связи с массовой распространенностью в мировой автопромышленности турбированных двигателей, решило собрать для вас в один единый блок все самые важные вопросы с ответами, в которых речь идет об автомобильных турбокомпрессорах, об их техническом обслуживании и естественно о многом чего другом.

Как работает турбина в автомобиле?

Работа любого турбокомпрессора основана на принципе увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания за счет большого количества воздуха (кислорода), который необходим для воспламенения топлива в камере сгорания. То есть автомобильная турбина не делает больше ничего, как кроме поставки двигателю большой массы (объема) кислорода.

Воздух из турбины подается непосредственно во впускное отверстие цилиндра двигателя.

Чтобы привести лопасти турбины в движение компрессор турбо-нагнетателя использует для этого выхлопные газы двигателя. Для этого необходимы (применяются) законы той же физики, то есть: преобразование тепловой энергии в кинетическую (когда горячие выхлопные газы начинают вращать лопатки турбины которые и направляют большие потоки кислорода в двигатель, за счет чего и увеличивается мощность).

Что такое турбо-лаг (турбо-яма)?

Количества выхлопных газов на низких скоростях автомобиля (низкие обороты двигателя) не достаточно для приведения в действие работы турбины турбо-компрессора. Именно по этой причине турбина может создавать достаточное давление воздуха для подачи в двигатель только при движении машины на средней скорости (средние обороты двигателя).

Смотрите также: По каким принципам работает двигатель на авто Инфинити с изменяемой степенью сжатия, подробная информация

Давление топлива в турбированных автомобилях регулируется в зависимости от давления турбонагнетателя. То есть, если обороты двигателя маленькие, то давление топлива будет небольшое и топливная смесь будет не такой богатой кислородом, и все из-за того, что турбокомпрессор не будет давать достаточного давления кислорода. То же самое будет происходить не только на малых оборотах двигателя, но также и при резком нажатии на педаль газа когда трогаешься с места. В этот момент машина не сможет начать максимально динамичный разгон, так как крыльчатке турбокомпрессора будет не хватать необходимого давления выхлопных газов для создания сжатого потока кислорода и подачи его в камеру сгорания двигателя. В итоге на короткое время в двигателе будет наблюдаться дефицит топливной смеси для ее эффективного воспламенения (кислород+топливо). Это как-раз и приводит к кратковременной задержке разгона которая и называется «турбо-лаг» или «турбо яма». Вот почему многие владельцы турбированных автомобилей часто жалуются на то, что при резком разгоне с малых оборотов двигателя после нажатия на педаль газа, автомобиль с опозданием в 1 — 2 секунды не сразу реагирует на увеличение оборотов двигателя.

В некоторых премиальных автомобилях за последние годы стали появляться по две или даже сразу по три турбины, которые как-раз и решают проблему с «турбо-ямой» (т.е. одна турбина работает при маленьких оборотах двигателя, другая включается на более высокой скорости работы мотора). Также недавно стали появляться турбокомпрессоры с адаптивными крыльчатками (это саморегулируемые лопатки в турбине), которые умеют адаптироваться к любому диапазону оборотов двигателя. Таким образом достигается высокий крутящий момент автомобиля на низких скоростях.

В чем разница между турбо-компрессором и турбо-нагнетателем (турбонаддув)?

Турбо-компрессоры и турбо-нагнетатели работают аналогичным образом. Функция их достаточно проста, то есть: происходит сжатие всасываемого воздуха и подача его в камеру сгорания двигателя. Но, несмотря на одинаковый смысл работы между двумя видами турбин, существуют все-же отличия.

Главное отличие двух видов турбин — это система их питания.

Турбо-компрессор получает питание от ременного привода, который передает крутящий момент двигателя непосредственно на турбину, точно также, как силовой агрегат передает с помощью ремней и роликов крутящий момент на электрический генератор автомобиля, который заряжает аккумуляторную батарею. То есть, по своей сути турбо-компрессор питается от электричества.

Что же касаемо турбо-нагнетателя или турбонаддува, то этот вид турбин работает уже от выхлопных газов. Как мы выше уже сказали, после нагнетания кислорода он подается под давлением в камеру сгорания увеличивая тем самым крутящий момент двигателя и заодно его мощность.

Срок службы турбо-компрессора

Еще недавно турбо-компрессоры были ненадежны и часто выходили из строя и даже при надлежащем за ними уходе. Современные компрессоры стали более надежными, а некоторые из них имеют срок службы сравнимым даже с ресурсом самого двигателя. Тем не менее, для того чтобы турбина проработала как можно дольше, она естественно нуждается в обслуживании и в регулярном техническом осмотре по выявлению в ней на начальном этапе каких-либо неисправностей.

Смотрите также: История развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания

Во-первых, владельцы турбированных автомобилей ни в коем случае не должны затягивать с плановой заменой моторного масла и воздушного фильтра, поскольку даже малейшее загрязнение фильтра и масла могут негативно сказаться на работоспособности турбины и на ее сроках службы. То есть, если в автомобиле с обычным двигателем можно без особого вреда запаздывать с плановой заменой масла и воздушного фильтра, то в турбированных силовых агрегатах плановое ТО должно быть проведено даже немного раньше, чем рекомендовано автопроизводителем. Особенно это касается нашей страны, где качество топлива оставляет желать лучшего.

Также, все турбины требуют постоянной диагностики, чтобы вовремя заметить возможные неисправности. Главная задача заключается в том, чтобы не допустить увеличения давления наддува, которое может не только вывести из строя турбокомпрессор, но и серьезно повредить двигатель.

Можно ли с помощью тюнинга оснастить автомобиль с обычным двигателем турбо-компрессором?

Благодаря современным турбосистемам, любая фактически машина сегодня может быть оборудована турбонаддувом. В большинстве случаев для этого необходимо обратиться в специализированное тюнинг-ателье или в надежную автомастерскую. Перед установкой турбины специалисты мастерской проверят, выдержит ли ваш двигатель повышение мощности за счет турбонаддува. Также они проведут диагностику топливной системы, которая играет важное значение в турбированных двигателях.

Смотрите также: Новый дизельный шестицилиндровый двигатель BMW имеет четыре турбины

Затем, если установка турбины возможна, специалисты проведут ряд модернизаций вашего автомобиля, а именно: установку турбокомпрессора, изменение программного обеспечения блока управления двигателем, который отвечает за впрыск топлива, изменят работу системы выхлопа (изменение системы выпуска отработанных газов) вместе с системой подачи топлива, ну и т. д. и т.п.

При тюнинге автомобиля, во время которого устанавливается турбина, главная задача специалистов найти компромисс между производительностью двигателя и долговечностью работы силового агрегата и турбины.

Главный враг любого двигателя — это отработанные газы. Чем быстрее газы удаляются из двигателя, тем лучше.

Также вы должны помнить о том, что любая турбина за счет подачи кислорода под давлением увеличивает температуру воспламенения топлива в камере сгорания, что естественным образом сказывается на ресурсе самого двигателя.

Поэтому в процессе тюнинга специалисты тщательно настраивают оптимальное давление турбины для каждого отдельного автомобиля.

Дело по сути в том, что даже с небольшого двигателя можно выжать огромное количество мощности и все за счет подачи кислорода под высоким давлением в двигатель. Но в этом случае ресурс силового агрегата может сократиться более чем в 2 — 3 раза из-за повышенной температуры воспламенения топлива в камере сгорания.

Тем самым в процессе выбора марки и модели турбины специалисты стараются настроить давление турбины таким образом, чтобы оно не очень сильно повлияло на ресурс двигателя.

К нашему сожалению, данная проблема относится не только к автомобилям на которые с помощью тюнинг-работ были установлены турбокомпрессоры. Даже заводские турбированные двигатели в наши дни имеют не очень большой ресурс. Особенно это касается недорогих автомобилей, которые в последние годы стали оснащаться малолитражными двигателями оснащенными турбинами. Производители таких автомобилей в погоне за потребителем стараются сделать транспортные средства самыми экономичными на рынке и все без потери их мощности. Согласно тем же законам физики, это возможно только за счет увеличения давления кислорода, который поступает в двигатель. Естественно, что в этом случае производитель настраивает турбину на максимально высокое давление, что неизбежно ведет к существенному уменьшению срока службы двигателя.

Как увеличить срок службы турбокомпрессора?

Турбокомпрессор нуждается в постоянной масляной смазке. Когда вы запускаете автомобиль, то как правило, первые секунды турбокомпрессор работает в режиме нехватки масляной смазки. Поэтому не советуем владельцам турбированных автомобилей трогаться с места сразу после запуска двигателя. После того как вы запустили мотор, необходимо подождать около 30 секунд, пока турбина равномерно не смажется маслом.

В крайнем случае водитель все-же может тронуться с места сразу после запуска двигателя, но в таком случае надо двигаться на небольшой скорости (на низких оборотах двигателя) и вы избежите преждевременного износа внутренних компонентов турбины.

Также не советуем вам выключать двигатель после движения на высокой скорости. Дело в следующем, если после движения на больших оборотах двигателя вы сразу же заглушите мотор, то сама турбина по инерции будет по-прежнему крутиться еще около 20 секунд и будет делать это фактически без смазки, поскольку система масляной смазки работает только при включенном двигателе.

Кроме того, чтобы турбина преждевременно не вышла из строя вам необходимо использовать моторное масло только рекомендованное автопроизводителем. Желательно, если вы будете приобретать это масло у официальных дилеров. Так вы снизите риск купить поддельное некачественное моторное масло, которое может не только в короткий срок вывести турбокомпрессор из строя, но и существенно снизить ресурс двигателя.

Что может сломаться в турбокомпрессоре автомобиля?

Большинство дефектов турбины происходят из-за недостаточной смазки. В случае недостаточной или не эффективной смазки (старое или поддельное моторное масло) внутренние компоненты турбины могут быстро выйти из строя из-за повышенного трения друг с другом.

Еще одной частой причиной выхода из строя турбины является несвоевременная замена воздушного фильтра. Дело в том, что из-за грязного воздушного фильтра масло может быстро становится загрязненным, что в итоге и приводит к неэффективной смазке турбокомпрессора. В этом случае в первую очередь может быстро выйти из строя подшипник турбины.

Так что друзья запомните, если вы заметили, что турбина автомобиля стала работать громче чем обычно, или в ней появились вибрации, ну и если вы обнаружили утечку масла с турбокомпрессора, то необходимо как можно скорее отправиться в технический центр для комплексной диагностики турбины и всех связанных с нею систем, чтобы вовремя обнаружить и устранить проблему и чтобы не допустить выхода из строя не только самой турбины, но и двигателя тоже.

Возможно ли в автомобиле отремонтировать турбину?

На первых этапах развития турбированных двигателей в случае выхода турбокомпрессоров из строя, водителям приходилось приобретать новую турбину, так как ремонту они не подлежали. Но благодаря развитию технологий автопроизводители все-же научились производить турбокомпрессоры, которые в наши дни подлежат частичному ремонту с помощью специальных для этого ремкомпектов.

К большому сожалению друзья, произвести ремонт турбины самостоятельно у вас не получится. Помните о том, что ремонт турбокомпрессоров должен выполняться только квалифицированным персоналом, которые должны помимо своего опыта иметь еще и специальные инструменты с оборудованием.

При ремонте турбин всегда должны использоваться только оригинальные сертифицированные детали турбокомпрессоров. В противном случае некачественные детали турбины могут не только полностью вывести турбокомпрессор из строя, но и серьезнейшим образом повредить сам двигатель вашего автомобиля.

Супертурбо: все продвинутые системы наддува

Главная
Статьи
Супертурбо: все продвинутые системы наддува

Автор:
Борис Игнашин

Битурбо, твинтурбо, твинскролл… Наверняка вы давно хотели разложить для себя по полочкам, что как работает и чем отличается. Мы подготовили для вас подробный рассказ о плюсах, минусах и надежности каждой из технологий.

Я предельно упростил формулировки, чтобы текст был доступен для понимания широкому кругу читателей. Но для лучшего понимания вопроса рекомендую прочитать мои прошлые публикации о видах наддува и надежности турбомоторов.

Прогресс не стоит на месте, и каждое новое поколение автомобилей должно быть быстрее, экономичнее и мощнее. Часто для повышения мощности используются комбинированные системы наддува, да и «обычные» турбины вовсе не так просты, как кажется на первый взгляд. Каким же образом инженеры научили турбомоторы быть одновременно мощными, эластичными и экономичными? Какие технологии позволяют создавать массовые двигатели с удельной мощностью в 150 л.с. на литр и отличной тягой на низах, и тысячесильных монстров?

«Обычная» турбина

Как я уже писал, турбокомпрессор прост на первый взгляд, но является высокотехнологичным устройством, которое работает в очень жестких условиях. И любое его усложнение сильно сказывается на надежности. Для примера я постараюсь подробнее описать устройство типичного турбокомпрессора без особых усложнений.

Фото: depositphotos.com

Основной частью турбокомпрессора является средний корпус, в нем расположены подшипники скольжения, упорный подшипник и седло уплотнения с кольцами. В самом корпусе есть каналы для прохождения через него масла и охлаждающей жидкости. На совсем старых конструкциях обходились только маслом и для смазки и для охлаждения, но такие турбины не применяются на серийных машинах уже давно. Для предохранения среднего корпуса от воздействия горячих выхлопных газов служит жароотражатель.

В средний корпус устанавливается турбинный вал. Эта деталь не просто вал, конструктивно он соединен с турбинным колесом неразъемным соединением, чаще всего сваркой трением или выполнен из цельного куска металла. Иногда для создания крыльчатки используется керамика-прочности и коррозийной устойчивости лучших конструкционных сталей может не хватать. Сам вал имеет сложную форму, на нем есть утолщение для уплотнения и упорный выступ, а форма цилиндрической части рассчитана с учетом теплового расширения во время работы.

На турбинный вал надевается компрессорное колесо. Оно изготовлено обычно их алюминия и фиксируется на валу гайкой.

Конструкция из среднего корпуса, установленного в него турбинного вала и компрессорного колеса называется картриджем. После сборки этот узел тщательно балансируется, ведь работает он при очень высоких оборотах и малейший дисбаланс быстро выведет его из строя.

Еще турбине нужны две «улитки» — турбинная и компрессорная. Часто они индивидуальны для каждого производителя машин, тогда как центральная часть — картридж и размеры турбинного и компрессорного колеса являются признаками конкретной модели турбины и ее модификации.

Фото: depositphotos.com

Для предохранения от слишком высокого давления наддува используется клапан сброса давления газов, он же вастегейт. Обычно он является частью турбинной улитки и управляется вакуумом. Он закрыт при обычном режиме работы турбины и открывается в случае слишком высокого давления наддува или других проблем в работе мотора, сбрасывая скорость вращения турбины.

А теперь о том, как используют турбины и какие технологии применяют, чтобы достичь самых высоких показателей моторов.

Twin-turbo и Bi-turbo

Чем больше и мощнее мотор, тем больше воздуха нужно подавать в цилиндры. Для этого нужно сделать турбину больше или быстрее. А чем больше размер турбины, тем тяжелее ее крыльчатки и тем инерционнее она получается. При нажатии на педаль газа открывается дроссельная заслонка и больше горючей смеси попадает в цилиндры. Образуется больше выхлопных газов и они раскручивают турбину до более высокой частоты вращения, что, в свою очередь, увеличивает количество подаваемой горючей смеси в цилиндры. Чтобы сократить время раскрутки турбин и сопутствующую им «турбояму», изначально испробовали способы, которые называются твин-турбо и би-турбо.

Это две разные технологии, но маркетологи компаний-производителей внесли немало путаницы. Например, на Maserati Biturbo и Mercedes AMG Biturbo на самом деле используют технологию твин-турбо. Так в чем же разница? Изначально Twin Turbo («турбины-близнецы») называлась технология, при которой выхлопные газы разделялись на два равных потока и распределялись на две одинаковые турбины малого размера. Это позволяло получить лучшее время отклика, а иногда и упростить конструкцию мотора, используя недорогие турбокомпрессоры, что очень актуально для V образных двигателей с выхлопными коллекторами «вниз».

Фото:twin turbo Nissan

Обозначение Biturbo («двойная турбина») же относят к конструкциям, в которых применяются последовательно подключенные ко впуску две турбины-маленькую и большую. Маленькая хорошо работает на малой нагрузке, быстро раскручивается и обеспечивает тягу «на низах», а потом в действие вступает большая турбина, более эффективная на большой нагрузке. Маленькая турбина в этот момент отключается системой дроссельных заслонок.

Преимуществом такой схемы является большая эффективность одной большой турбины на большой нагрузке: она обеспечивает лучшее давление и меньший нагрев воздуха при большом ресурсе. А еще вместо маленького турбокомпрессора можно использовать механический или электронагнетатель. Они нагревают воздух меньше, чем турбокомпрессор, и не инерционны.

Но как же потери мощности, которые нужны для их раскрутки? Потери на их привод при малой нагрузке не так существенны. Но расплатой за улучшение характеристик турбин является усложнение впускной системы, приходится использовать много труб и дроссельные заслонки, переключающие потоки воздуха.

Обе технологии используются до сих пор всеми производителями, но все они значительно удорожают мотор, ведь дорогих турбокомпрессоров становится в два раза больше, а система управления ими — сложнее. Для сильно форсированных моторов альтернативы этим технологиям нет или почти нет. Но иногда можно просто улучшить конструкцию стандартной турбины.

Тонкое управление вастегейтом

Wastegate – это, дословно, «ворота для сброса», то есть перепускной клапан. На первых турбинах вастегейт работает очень просто: когда давление на впуске преодолевало натяжение пружины, он открывался, стравливал газы и давление падало. Позже систему усложнили: теперь его открытием руководила не только разница давлений, но и электроника, учитывающая множество параметров — обогащение смеси, режим движения, температуру, детонацию и умеющую избегать нежелательных режимов работы самой турбины. Но управлялся он точно так же — пневматикой. Когда нужно было сбросить давление, клапан просто открывался.

Получить качественный скачок характеристик позволяла плавная регулировка степени открытия перепускного клапана. В этом случае турбина может чаще работать с максимальной отдачей, даже при малых оборотах, а на средних нагрузках уже вступает в действие регулирование и в опасные режимы турбина не переходит.

К сожалению, такой способ сложнее. Для его реализации потребовалось разместить электропривод регулировки рядом с турбиной, что понизило ее надежность: электронике приходится работать в очень жестких условиях, при высокой температуре и высокой вибрации. Но улучшение характеристик стоит того и почти все современные турбины высокофорсированных небольших моторов имеют такую конструкцию.

Более эффективное турбинное колесо. Twinscroll

В поисках повышения эффективности одиночной турбины конструкторская мысль придумала способ, который позволял увеличить эффективность работы турбины и на малых и на больших нагрузках. Турбинное колесо, на которое воздействуют выхлопные газы, разделили на две части, отсюда и название технологии – twin scroll (“двойная улитка”), одна часть турбины более эффективна на большой нагрузке, а другая — на малой, но раскручивают они одно и то же компрессорное колесо на общем валу. Турбина получается не намного сложнее, но несколько эффективнее.

В сочетании с подводом выхлопных газов к разным частям «улитки» от разных групп цилиндров и точной настройки это позволяет получить неплохую прибавку производительности без ухудшения характеристик в зоне малых оборотов. Конечно, такая турбина не даст максимальной возможной мощности, но зато такой мотор будет тяговитее и на практике удобнее и быстрее.

Более эффективное турбинное колесо – турбины с изменяемой геометрией

В твин-скролл турбине выхлопные газы разделяются на два потока и один всегда работает с меньшей эффективностью, чем возможно. Но есть и другой способ! Можно регулировать направляющий аппарат турбинного колеса, и выхлопные газы будут работать всегда с максимальной эффективностью. Все это требует весьма сложной механической системы, расположенной в самой горячей части турбины-на выхлопной «улитке». И сложного механизма управления.

Геометрию впускного канала турбины изменяют с помощью направляющих лопаток. На малых оборотах, когда давление выхлопных газов малое, лопатки, поворачиваясь, сужают канал. Через узкое отверстие газы проходят с более высокой скоростью, обеспечивая быструю раскрутку турбины. Когда обороты мотора растут, лопатки пропорционально растущему давлению газов расширяют отверстие, и скорость вращения турбины остается стабильной.

Сначала такие устройства стали применять на турбинах для дизельных моторов — у них ниже температура выхлопных газов, а значит и условие работы тонкой механики лучше. Постепенно технология появилась на в турбинах для бензиновых моторов. Усложнилась и система управления. Вместо изначальной пневматики (как и в случае с вастгейтом), управлять направляющими лопатками стал шаговый электромоторчик.

Резкое усложнение турбины сказывается и на ее стоимости и на ее надежности. Но в высокофорсированных дизельных моторах отказаться от такого эффективного способа сложно, а простое умножение числа турбин не позволяет добиться такого же эффекта. А в мире бензиновых моторов эта технология все еще используется не так уж часто.

Улучшение механики турбин

Подшипники качения (с шариками) имеют намного лучшие характеристики, чем подшипники скольжения (с маслом) — это практически аксиома. Они позволяют уменьшить трение, а значит сделать вращение турбины легким, уменьшить массу вала, снизить зависимость от давления масла. Но высокоточные и очень «выносливые» подшипники качения для огромных скоростей вращения и температур массово стали применять сравнительно недавно.

Турбины на керамических (а не металлических) подшипниках качения надежнее и долговечнее, они не боятся потери давления масла и остановок, менее чувствительны к вибрациям и перегреву. Разумеется, они дороже турбин прошлого поколения, и серийные модели машин с ними появились только недавно, но в автоспорте их возможности оценили уже давно. Например турбины IHI VF серии или Garrett GTxxR/RS применяются на тюнинговых машинах уже много лет.

В заключение

Постепенно новые технологии дешевеют и внедряются на все более массовых машинах. Для последнего поколения моторов почти обязательным атрибутом стало электронное регулирование работы турбины. Все чаще применяются twinscroll-варианты. На больших V образных моторах почти всегда используют технологию twin-turbo, но и турбины при этом не простые, а использующие весь необходимый арсенал новых технологий изготовления.

В сочетании с прямым впрыском топлива это позволяет создавать моторы, характеристики которых еще лет десять назад сочли бы фантастическими — при мощности в 400-500 лошадиных сил они довольствуются 95-м бензином, да и его «едят» не сильно больше, чем малолитражки недавнего прошлого. Что же до надежности современных моторов, то об этом я уже рассказывал в другой статье, ведь в технике ничто не дается просто так.

&amp;amp;amp;amp;lt;a href=»http://polldaddy.com/poll/8537901/»&amp;amp;amp;amp;gt;Считаете ли Вы системы Twin и Bi турбонаддува достаточно отлаженной для установки в массовые машины?&amp;amp;amp;amp;lt;/a&amp;amp;amp;amp;gt;

Новые статьи

Статьи / Практика

Всё дело в сантиметрах: как ездить по заснеженному зимнему двору

Почему именно по двору, спросите вы? Потому что чаще всего неопытные водители зимой застревают как раз во дворе, а не на расчищенной дороге. И повредить свою машину им тоже проще во дворе. П…

701

09.01.2023

Статьи / Интересно

Быстрее, чем кажутся: 15 лучших слиперов 2023 года

Мы подробно рассказывали о том, что такое слиперы – это неприметные внешне автомобили, которые на самом деле могут дать фору многим в светофорных гонках. А представленное недавно пятое поко…

2703

03.01.2023

Статьи / Практика

Вечная молодость: как не дать постареть кузову автомобиля

Те, кто хотя бы раз в жизни покупал новый автомобиль, испытал чувство, которое можно описать расхожей фразой «лишь бы с ласточкой ничего не случилось». Но жизнь так погано устроена, что с ла…

3810

27.12.2022

Автомобиль с турбинным двигателем разгоняется как реактивный

Новости науки

Компания Jaguar совместно с Bladon Jets недавно представила гибридный концептуальный автомобиль C-X75, способный разгоняться от 0 до 62 миль в час за невероятные 3,4 секунды.

10 декабря 2010 г., 17:48 UTC / Источник: Discovery Channel от 0 до 62 миль в час за блистательные 3,4 секунды.

Автомобиль питается от двух новых микроразмерных газотурбинных двигателей, которые немного больше и длиннее человеческого предплечья. Реактивные двигатели питают четыре электродвигателя, что дает автомобилю запас хода 560 миль.

«Установить газовые турбины в автомобилях было давно мечтой; автомобильная промышленность пытается это сделать уже более 50 лет», — сказал Гэри Лэмб, директор Bladon Jets. «Только сейчас у нас есть жизнеспособное предложение».

Для большинства людей газотурбинный двигатель представляет собой огромный цилиндр, закрепленный болтами под крылом коммерческого авиалайнера, хотя они также широко используются в стационарных силовых установках.

ЗЕЛЕНАЯ ПЛАНЕТА: электромобили будущего

Газовая турбина в движении или на месте работает одинаково. Лопасти вращаются, всасывая воздух и сжимая его. Впрысните и зажгите топливо, и в результате выброс горячего газа может привести в движение самолет или выработать электричество для энергосистемы.

Каким бы ни было применение, турбины наиболее эффективно превращают топливо в энергию, когда они работают с высокой скоростью, высоким давлением и высокой температурой, сказал Фредик Эрих, эксперт по турбинам из Массачусетского технологического института. Это одна из причин, почему газовые турбины так хорошо работают в самолетах; кроме руления, посадки или взлета, двигатель работает при высоком давлении, высокой мощности и высокой температуре.

Однако автомобили не ездят постоянно. Они начинают, они останавливаются. Они ползут в многокилометровых пробках на межштатной автомагистрали. По словам Эриха, автомобиль, оснащенный газотурбинным двигателем, который должен включаться и выключаться каждый раз, когда водитель нажимает или отпускает педаль газа, снижает эффективность использования топлива.

Так как же они создали газотурбинный двигатель, который экономит топливо, но при этом может разогнаться до 62 миль в час за 3,4 секунды?

Независимо от того, сидите ли вы на знаке остановки или уходите от него, двигатель Bladon постоянно вращается с поразительной скоростью 80 000 оборотов в минуту. Обычный автомобиль, напротив, может развивать только несколько тысяч оборотов в минуту.

Но в отличие от реактивного двигателя, в котором выхлопные газы физически толкают самолет, горячие газы, выбрасываемые из двигателя Бладона, не толкают машину вперед. Вместо этого выхлопные газы от этих 80 000 оборотов в минуту используются для выработки электроэнергии, которая хранится в литий-ионной батарее.

Затем это электричество поступает в четыре электродвигателя, по одному на каждое колесо, которые продвигают автомобиль вперед на 100 миль только за счет электрического заряда или до 560 миль с включенными турбинами. Турбины также могут сжигать различные виды топлива.

Jaguar — не единственная компания, стремящаяся коммерциализировать газотурбинные двигатели в автомобилях, — сказал Джорджио Риццони, директор Центра автомобильных исследований Университета штата Огайо. Калифорнийская компания Capstone Turbine Corporation размещает свои микротурбинные двигатели в автобусах и автомобилях.

Турбины, как правило, не очень хорошо масштабируются, сказал Риццони, это еще одна причина, по которой они не прижились в автомобилях, но если Capstone и Bladon придумали способ сделать это, это может привести в действие микротурбины нового поколения… оборудованные электрические гибридные автомобили.

«Они должны быть недорогими, надежными и воспроизводимыми», — сказал Риццони. «Но если они смогут сделать это с помощью микротурбин, тогда у них появится конкурент на автомобильном рынке».

Эрик Блэнд

Beyond Piston Engines: Газотурбинные автомобили

Перейти к основному содержанию

Архив Seeker

Газотурбинные двигатели имеют многочисленные преимущества перед поршневыми двигателями, которые используются в большинстве наших автомобилей. Благодаря высокому соотношению мощности и веса они лучше подходят для крупных работ и хорошо работают на больших высотах. Они не зависят от нефтяного топлива, но могут работать на природном газе, керосине, реактивном топливе и биотопливе. Они […]

Автор: DNews

Опубликовано 21.12.2011, 19:35

Газотурбинные двигатели имеют многочисленные преимущества перед поршневыми двигателями, которые используются в большинстве наших автомобилей. Благодаря высокому соотношению мощности и веса они лучше подходят для крупных работ и хорошо работают на больших высотах. Они не зависят от нефтяного топлива, но могут работать на природном газе, керосине, реактивном топливе и биотопливе.

У них есть и недостатки. Тот факт, что они работают на высоких скоростях и имеют высокие рабочие температуры, делает их более дорогими в производстве и обслуживании. Они неэффективны на холостом ходу или при ускорении. Поэтому вполне логично, что они чаще всего используются для питания крупной техники, такой как коммерческие самолеты, вертолеты, танки и небольшие электростанции.

В своей базовой форме газотурбинные двигатели механически проще, чем поршневые (хотя двигатели, используемые для 747-х, неизбежно усложняются). How Stuff Works объясняет основы:

В газовой турбине сжатый газ вращает турбину. Во всех современных газотурбинных двигателях двигатель производит собственный сжатый газ, и он делает это, сжигая что-то вроде пропана, природного газа, керосина или реактивного топлива. Тепло, выделяемое при сгорании топлива, расширяет воздух, и высокоскоростной поток этого горячего воздуха раскручивает турбину.

Газотурбинный двигатель был впервые запатентован в 1791 году Джоном Барбером, но только в 1939 году он стал использоваться в коммерческих целях. В том же году был создан первый промышленный газотурбинный двигатель в Швейцарии, а также первое успешное использование этой конструкции в самолете: Heinkel He 178, первый самолет, который летал только на турбореактивном двигателе.

За последние несколько десятилетий многие автопроизводители пытались воспользоваться преимуществами мощности двигателя и гибкого использования топлива, но ни одному из них не удалось преодолеть его недостатки, чтобы вывести на рынок автомобиль с газотурбинным двигателем. Начинающий автогонщик Кейси Путч действительно построил разрешенный для использования на дорогах Бэтмобиль с газотурбинным двигателем, но это не тот тип массовых автомобилей, которые имеют в виду большинство автомобильных компаний.

Поскольку гибридные электромобили, такие как Toyota Prius, занимают большую долю рынка, газотурбинные двигатели могут использоваться для расширения их запаса хода. Суть в том, чтобы сделать их достаточно маленькими и недорогими, чтобы их можно было использовать в личных автомобилях.

Пока Jaguar Land Rover лидирует. В сотрудничестве с SR Drives и Bladon Jets в январе 2010 года компания получила грант от Британского совета по технологической стратегии на разработку газовой микротурбины для использования в мощном автомобиле с низким уровнем выбросов.

Jaguar C-X75, концепт, дебютировавший на Парижском автосалоне в 2010 году, представляет собой электрический гибрид, использующий две небольшие газовые турбины для выработки электроэнергии при низком уровне заряда батареи. Глядя на статистику, это впечатляющая поездка: расчетная экономия топлива 41,1 миль на галлон, 778 лошадиных сил, разгон от 0 до 62 миль в час за 3,4 секунды и максимальная скорость 205 миль в час.

Если Jaguar сможет вывести его на рынок, нет никаких сомнений в том, что больше автопроизводителей последуют его примеру и что газотурбинные двигатели будут играть более важную роль в повышении скорости и чистоты обычного автомобиля.