Сегодня я расскажу вам о турбонаддуве, или «турбине». Что же это такое?
Как известно, мощность ДВС зависит от количества сжигаемого топлива в один рабочий цикл. Чем больше топлива будет сожжено, тем больше будет мощность. Но не все так просто. В камере сгорания сгорает не топливо в чистом виде, а топливо-воздушная смесь(смесь топлива с кислородом, для бензина это соотношение равно 1:15). И если просто увеличить подачу топлива, то проблему это не решит, так как кислород для смеси забирается через воздушный фильтр самостоятельно. Конечно американцы нашли способ, они производят свои огромные двигатели, в следствии чего кислорода в камеру сгорания поступает очень много, но и топлива при этом сжигается большое количество.
Но как же сделать так, что бы не производить огромные двигатели, а сделать это все в более компактном варианте?
Еще в 1885 году, конструктор Даймлер, догадался как это сделать. Он решил проблему просто, закачивал воздух в камеру сгорания с помощью компрессора, который вращался от вала двигателя и подавал воздух в камеры.
В 1905 году, конструктор Бюхи пошел ее дальше. Он запатентовал первый в мире нагнетатель, или как его называют турбокомпрессор. Он использовал в качестве элемента вращения отработанные газы ДВС. Выхлоп приводит в движение лопасти ротора, которые в свою очередь находятся на общем с компрессором валу, через шестерни с ротора на компрессор передается вращение и компрессор нагнетает воздух в камеры сгорания. Горячий воздух менее плотный, и соответственно такой воздух будет нагнетаться в камеры в меньшем объеме, чем холодный. Что бы воздух не был слишком горячим и менее плотным, в системе турбокомпрессора присутствует охлаждающий элемент, интеркулер. Нагнетаемый воздух проходит через радиатор (интеркулер), отдавая тепло и охлаждаясь, и уже из него идет в цилиндры.
Эффективность этого способа по сравнению с обычным компрессором, в том, что на привод турбины в движение тратиться меньше энергии, соответственно прирост мощности в несколько раз больше, чем затраты мощности на обслуживание турбины.
Но и здесь не обошлось без проблем.
Скорость вращение лепестков ротора очень высокая, порядка 200 тысяч оборотов в минуту. Плюс к этому, температура отработанных газов довольно высокая, около 1000 градусов Цельсия. Эти трудности повышают стоимость турбины, ведь производство турбины, которая бы выдержала такие нагрузки и температуры, довольно таки сложно и затратно.
Поэтому в самом начале их применяли в авиации, чуть позже в грузовом транспорте и спецтехнике, и только в 1962 году вышел первый легковой автомобиль с турбиной.
Дороговизна производства не единственная проблема на начальных этапах ее применения.
Турбина очень хорошо работает на оборотах свыше 3000, но на низких присутствует так называемая турбояма. Это происходит за счет того, что на малых ротор раскручивается очень слабо, потому что отработавших газов поступает в недостаточном количестве. Как правило такая проблема присутствует на моторах большой мощности, где ставят турбины высокого давления. На турбинах же низкого давления таких трудностей нет, но мощности они выдают мало.
Проблему турбоямы почти полностью смогли решить, за счет установки двойной турбины, малого и высокого давления. На низких оборотах работает малая турбина, при достижение больших оборотов включается в работу включается большая турбина. Впервые такая схема была использована на автомобиле Porshe.
Так же решение турбоямы решили и в Volkswagen, приводя в движение малую турбину через привод.
В заключении, изобретение турбины помогло очень сильно увеличить мощности двигателей, что сказывается и на экономичности расхода топлива, и так же сказывается на экологичности, за счет меньшего выхлопа в атмосферу.