Всем привет, вы когда-нибудь обращали внимание на то, что все современные дизельные двигатели стали оснащаться турбинами, да и бензиновые наступают на пятки. Давайте разбираться почему так получилось и зачем вообще нужна турбина, и что она дает. Самым мощным локомотивом прогресса всегда были войны и военная авиация, ведь это квинт эссенция инженерной мысли- быстрее выше сильнее, так и первые турбонагнетатели появились на бомбардировщиках и высотных истребителях Второй мировой войны. Дело понятное- самолет летит на большой высоте, воздух разряжен, а для работы двигателя вынь и положь стехиометрию, то есть точное отношение воздуха и топлива, вот и придумали турбины, которые бы обеспечивали необходимое количество воздуха для работы двигателя на большой высоте.
На высотных самолетах понятно зачем турбины, но зачем они нужны на современных дизелях? Давайте вспомним уроки физики и немного истории. Что представляет из себя классический дизельный двигатель? Это обычный поршневой двигатель внутреннего сгорания, но нюанс кроется в методе воспламенения. Воспламенение топливно-воздушной смеси в дизельном двигателе происходит самопроизвольно нагретым от сжатия воздухом. То есть воздух надо было резко сжать внутри цилиндра, воздух от сжатия нагревается и в этот момент форсунка впрыскивает топливо, которое и самовоспламеняется. Казалось бы хорошая надежная и простая система. Но давайте посмотрим на такой мотор. Чтобы воздух нагрелся при сжатии до температуры самовоспламенения его надо сжать много, а значит ход поршня должен быть большим, чтобы много воздуха всосать на такте всасывания. А это значит, что давление внутри цилиндра при сжатии намного больше чем у бензиновых двигателей (Отто). Если давление больше, то и детали двигателя надо делать более прочными и массивными, а это значит, что двигатель получается тяжелый, большой и дорогой. Так как большой ход поршня, то мощность двигателя тоже получается небольшой. Ведь мощность это скорость совершения работы, а работа это вращение коленчатого вала. Вот и выходит, что из-за большой массы и большого хода поршня мотор получался еще и маломощным. Правда с высоким крутящим моментом. Именно поэтому первые дизели использовали на тракторах, тепловозах и теплоходах, одним словом там, где не не нужны большие скорости и гораздо важнее крутящий момент.
Так всех и устраивали трактора с большим объемом и маленькой мощностью, пока не началось всемирная борьба за экологию. Дизельный двигатель в силу своего большего КПД порядка 40% оказался более экологически чистым, да и в бензин для повышения детонационной стойкости стали добавлять тетраэтилсвинец, который травил всё вокруг. Вот тогда и стали думать, как бы модернизировать дизельный двигатель. Жалко войны нет, чтобы быстро все развить, но есть спорт. Первые эксперименты стали проводить на спортивных машинах. Как вы понимаете, задача номер один это повышение мощности и уменьшение массы. Так как мотор должен много насасывать воздуха, то для уменьшения хода поршня и рабочего объема вспомнили, что есть нагнетатели.
Турбина представляет собой вал с двумя крыльчатками. Одна крыльчатка приводится во вращение от выхлопных газов, а вторая, так как она на валу, надувает в цилиндры больше воздуха, чем мотор может всосать, во впускном коллекторе создается избыточное давление до 3х атмосфер, то есть объем мотора как бы вырос в 3 раза, правда это на мощностном режиме, когда турбина раскручена. То есть представьте есть двигатель объемом 1 литр и мощностью 40 лошадиных сил, если поставить турбину, которая будет дуть 3 атмосферы, то этот литр будет давать уже 160 лошадей в мощностном режиме (это без потерь), но надо будет и топливо подавать конечно тоже как на 160. Отсюда имеем выход или увеличивать мощность существующих моторов, не выходя за пределы прочности, или уменьшать объем при сохранении мощности. Что мы и видим- уменьшение моторов. Сейчас все турбированные моторы малообъемники- с небольшого объема снимают приемлемую мощность, а это значит, что мотор можно сделать меньше, легче и дешевле, правда надо увеличить прочность деталей.
Подытожим- турбина позволила дизельным двигателям выйти в перед по показателям мощности, экономичности и стоимости, правда надежность немного пострадала, да и кому она нужна в эпоху массового потребления.
#авто #автомобиль #машина #двигатель #дизель #бензин #мощность #турбо #турбодизель #турбонаддув
