Турбокомпрессор выполняет ту же работу, что и обычный нагнетатель, с небольшой оговоркой.
Турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами двигателя, а не непосредственно двигателем через ремень или цепь.
Следовательно, мы можем использовать энергию этих паров для выработки большей мощности, а не просто выбрасывать их в атмосферу. Подобно нагнетателям, турбокомпрессоры также имеют множество нюансов.
Без лишних слов, вот шесть типов турбокомпрессоров, которым дам не большую характеристику и доступных на рынке.
1. Уникальный турбокомпрессор.
Принцип работы турбокомпрессора прост и эффективен. Когда выхлопные газы выходят из двигателя, они проходят мимо компонента, известного как турбина.
Эта турбина представляет собой сложный на вид вентилятор, созданный специально для того, чтобы вращаться с максимально возможной скоростью под действием жидкости, в данном случае выхлопных газов. После того, как эти газы попадают в турбину, они замедляются и могут свободно выйти из выхлопной трубы.
Эта турбина встроена в вал с рабочим колесом на противоположном конце. Крыльчатка выполняет операцию, противоположную турбине и связана со впускным отверстием двигателя. Следовательно, когда воздух достигает крыльчатки, он быстро выбрасывает его внутрь двигателя на большей скорости, тем самым увеличивая воздушный поток и давление.
При этом прямо в передней части крыльчатки образуется область низкого давления, которую наружный воздух захочет заполнить, позволяя этому компрессору собирать как можно больше воздуха, пока он не достигнет равновесия. В результате в двигатель попадает больше воздуха!
Однако у такого простого механизма есть проблемы. Основная ошибка заключается в том, что мощность этого турбокомпрессора достигает пика при определенных оборотах, а все, что выше, не так эффективно. Более того, сбалансировать такой турбокомпрессор сложно, поскольку его проектирование для низких оборотов позволяет избежать турбо-задержки, но заставляет двигатель чувствовать себя беспомощным на более высоких оборотах.
С другой стороны, разработка турбокомпрессора для поддержания адекватной производительности на красной линии приводит к обильному турбо-лагу, а также к тому, что автомобиль становится невосприимчивым и практически неуправляемым.
Несмотря на это, один турбонаддув является предпочтительной альтернативой с точки зрения мощности и эффективности при одновременном снижении затрат. Именно поэтому безнаддувные двигатели в настоящее время встречаются редко, особенно учитывая, что повышение эффективности также приводит к более экологичному двигателю.
2. Двойной турбокомпрессор.
Как следует из названия, вместо одного простого турбонаддува устанавливается два. Однако это не так просто, как установить два из них. Вы можете установить эти турбины определенными способами в зависимости от компоновки двигателя и желаемого диапазона использования производителя. Кроме этого, любое другое название, кроме «твин-турбо», — это маркетинг.
Вы можете устанавливать эти турбокомпрессоры один за другим: один для низких оборотов, другой для высоких. То, как каждый производитель настраивает эту систему, сильно различается. В одном случае турбокомпрессор с низкими оборотами может работать до тех пор, пока не будет достигнут определенный порог, и начать подавать выхлопные газы во вторую турбину.
На более высоких оборотах клапан может полностью закрыться и позволить двигателю работать только с турбонагнетателем большего размера. Это называется двухступенчатой последовательной последовательной системой, которая используется в основном в дизельных двигателях с двойным турбонаддувом.
У вас может быть аналогичная система, но при высоких оборотах всегда будут работать оба турбокомпрессора. Эта система называется последовательно-параллельной системой и снова используется в дизельных двигателях. Вы можете установить турбонагнетатель на каждый ряд цилиндров двигателя V-образного типа, и каждый из них будет работать независимо друг от друга.
Варианты бесконечны, и каждый производитель может настроить их так, чтобы получить от турбокомпрессоров желаемый эффект. Как правило, такая система уменьшает турбо-лаг за счет использования турбины с низкими оборотами или установки двух турбонагнетателей меньшего размера вместо одного, который значительно больше.
Более того, два турбонагнетателя позволяют большему количеству воздуха попадать в двигатель, что приводит к большей мощности, независимо от того, как настроена система. Знаменитая Toyota Supra Mk IV со знаменитым двигателем 2 JZ-GTE использовала последовательную систему двойного турбонаддува.
3. Турбокомпрессор Twin-Scroll
Турбокомпрессор с двойной спиралью похож на одинарный турбокомпрессор. Есть еще одна турбина, однако есть существенная разница в корпусе турбины, называемом улиткой. Камера разделена на две, казалось бы, две отдельные трубы, каждая из которых предназначена для специально выбранной пары цилиндров.
Для простоты предположим, что мы устанавливаем такую турбину на обычную рядную четверку с порядком зажигания 1-3-4-2. Турбокомпрессор с двойной спиралью имеет две разные трубки: одну для первого и четвертого цилиндров (трубка А), другую для второго и третьего цилиндров (трубка В).
Если мы будем следовать порядку зажигания, мы увидим, что каждый цикл зажигания будет чередовать трубы, посылая импульс выхлопа сначала на трубу А, затем на трубу Б, затем снова на А и так далее. Благодаря такой конструкции мы можем лучше использовать скорость выхлопных газов, что позволяет компрессору всасывать больше воздуха, что приводит к большей мощности и лучшей реакции двигателя.
Самая большая проблема этой конструкции — сложность выпускного коллектора и улитки турбины. Разделение выпускного коллектора на две части с использованием одного и того же коллектора и разделение улитки на две, корпус, который и без того довольно сложен в изготовлении, ни в коем случае не является легкой задачей.
Более того, это преимущество начинает уменьшаться на высоких оборотах двигателя, что приводит к большому крутящему моменту на низких и средних оборотах, но к снижению производительности вблизи красной линии. В Mitsubishi Lancer Evolution X использовалась такая конструкция турбокомпрессора.
4. Турбокомпрессор с изменяемой геометрией.
Турбокомпрессор с изменяемой геометрией — сложная конструкция, очень чувствительная к внешним факторам. Этот турбокомпрессор работает с использованием системы, которая позволяет полностью изменять улитку турбины путем установки подвижных лопаток. Следовательно, поэтому это называется «изменяемой геометрией».
Турбина меняет свою форму благодаря сборке, в которой каждая лопатка крепится к ступице с помощью раскосов и заклепок. Эти скобы можно слегка поворачивать благодаря небольшому рычагу с электронным управлением, установленному на ступице и перемещающемуся вверх и вниз. При вращении раскосов меняется их угол, в результате чего выхлопные газы попадают на лопасти под разными углами.
В качестве аналогии вы можете представить себе мачту корабля при встречном ветре и то, как моряки вращают паруса в зависимости от направления ветра. Аналогичный процесс происходит внутри турбины, но направление не меняется, меняется скорость. Благодаря использованию такой системы турбокомпрессор с изменяемой геометрией становится более эффективным в более широком диапазоне оборотов, работая как в режиме маленькой турбины, так и в роли большой турбины.
В дизельных двигателях широко используются турбокомпрессоры этого типа из-за их низкой рабочей температуры. Более низкие температуры указывают на меньшее механическое напряжение, чего нелегко достичь при 7000 об/мин.
Тем не менее, мы также видели их внедрение в бензиновых двигателях, таких как старая школа Honda Legend 1988 года с ее 2,0-литровым двигателем V6 или более новый Koenigsegg One:1 с компоновкой твин-турбо.
5. Двухспиральный турбокомпрессор.
Турбокомпрессор с двойной спиралью — это более оптимизированный турбокомпрессор с двойной спиралью, использующий тот же принцип, что и последний. BorgWarner разработала его вскоре после другого прототипа турбокомпрессора с двойной спиралью в 2014 году.
Его концепция очень похожа на турбокомпрессор с двойной спиралью, но оптимизирована лучше.
Проще говоря, турбина турбонагнетателя с двойной спиралью имеет улитку, разделенную, так сказать, стенкой, чтобы выхлопные газы могли поступать в разное время и перемещать турбину импульсами. BorgWarner оптимизировал эту конструкцию, полностью удалив эту спиральную стенку и выбрав, как вы уже догадались, конструкцию с двойной спиралью.
Вместо разделения улитки стенкой у вас есть одна маленькая улитка внутри большей улитки, каждая для пары цилиндров. Таким образом, это приводит к созданию двух турбокомпрессоров внутри друг друга, которые используют одну и ту же турбину и рабочее колесо.
Результатом является высокопроизводительный турбокомпрессор с двойной спиралью и улучшенной оптимизацией по всем направлениям. Он был представлен недавно на рядной четверке, установленной на Chevrolet Silverado и Cadillac CT4-V.
6. Электрический турбокомпрессор.
Вот где будущее турбонаддува. Электрические турбокомпрессоры — это простые механизмы, но до недавнего времени мы не могли их разработать из-за технологических ограничений. Они работают, соединяя электродвигатель с валом турбины и крыльчатки и помогая турбине, когда двигатель работает на низких оборотах.
Это аккуратно и просто решает все проблемы, связанные с турболагом. Вместо того, чтобы массово оптимизировать поток выхлопных газов, чтобы уменьшить турбо-лаг или создавать сложные спиральные конструкции, мы просто устанавливаем электродвигатель на турбонаддув и заканчиваем.
Всякий раз, когда двигатель работает слишком медленно, включается электродвигатель и вращает компрессор, одновременно способствуя потоку выхлопных газов.
Как только турбина достигает своих параметров, двигатель останавливается, и турбина работает как любая другая турбина, что обеспечивает аккуратную работу. До недавнего времени это было невозможно, поскольку этот двигатель требует значительной мощности и мы не могли связать его только с обычным автомобильным аккумулятором.
Эта система широко использовалась на автомобилях Формулы-1, и крупные компании, такие как Audi и Mercedes-Benz, хотели внедрить такую систему. Это считается будущим турбонаддува благодаря новым европейским стандартам загрязнения, которые требуют поддержания постоянного стехиометрического соотношения воздух-топливо.
Широкое использование турбокомпрессоров.
Турбокомпрессоры произвели революцию в автомобильном дизайне с момента их разработки. В настоящее время в большинстве автомобилей используется такая система благодаря появлению даунсайзинга. Несмотря на это, турбокомпрессоры популярны среди энтузиастов, поскольку являются доступной модификацией их любимых автомобилей.
Подписывайтесь на канал и ставьте нравится, чтобы не пропустить новые статьи. Спасибо!