Що таке турбонаддув: пристрій і принцип роботи турбіни

Напевно, ви хоч раз звертали увагу на автомобілі з шильдиками або наклейками «turbo». Зовні вони нічим не відрізняються від своїх «атмосферних» побратимів, різниця лише в наявності турбонаддува під капотом. Ми постараємося дати чітке пояснення що таке турбонаддув, для чого він потрібен і як працює.

Зміст

  • 1 Теоретичні аспекти
  • 2 Які бувають види турбонаддува
  • 3 Механічний наддув
  • 4 Газотурбінний наддув
  • 5 Плюси і мінуси турбонаддува

Теоретичні аспекти

Що таке турбонаддув: пристрій і принцип роботи турбіни

Приблизний вигляд газової турбіни

З самого своєї появи, автомобілі, стараннями своїх творців, зазнають модернізації і більш всього в питаннях потужності двигунів. Так як цей параметр безпосередньо пов’язаний з робочим об’ємом мотора а також з якістю подається повітряно-паливної суміші, для збільшення потужності є два шляхи — або збільшити обсяг агрегату (в сучасному масовому автомобілебудуванні цей спосіб не дуже популярний), або якимось чином нагнітати в циліндри більше повітря. Перший спосіб не популярний зі зрозумілих причин — разом із збільшенням об’єму циліндрів зросте і витрата пального, крім того, сам агрегат суттєво додасть в розмірах і масі, що теж не завжди прийнятно. Тому автомобільними інженерами був знайдений спосіб збільшити подачу повітря в циліндри.

Які бувають види турбонаддува

Є кілька способів нагнітання більшого кількість повітря в двигун:

  • резонансний наддув — реалізується без нагнітача за рахунок кінетичної енергії повітря у впускних колекторів;
  • механічний наддув — подача повітря збільшується завдяки застосуванню механічного компресора, який, у свою чергу, приводиться в рух двигуном автомобіля;
  • газотурбінний наддув — турбіна приводить в рух потік відпрацьованих газів.

У першому випадку наддув відбувається лише за рахунок особливої форми і розміру впускних колекторів без застосування яких-небудь нагнітачів. Тому ми не будемо описувати його в цьому матеріалі, а зупинимося докладніше на двох інших варіантах, які, на наш погляд, заслуговують особливої уваги.

Механічний наддув

Що таке турбонаддув: пристрій і принцип роботи турбіни

Деякі сучасні автомобілі досі оснащують компресорами

Механічний наддув — спосіб збільшення подачі повітря в двигун за допомогою компресора. Принцип роботи компресора виглядає наступним чином: коли двигун починає працювати, його колінвал приводить в дію весь механізм. Тобто механічний наддув працює з перших моментів запуску двигуна автомобіля.

Безсумнівним плюсом такої системи можна назвати, те що повітря примусово нагнітається в циліндри на будь-яких обертах двигуна (навіть самих низьких) і тиск, відповідно зростає зі збільшенням оборотів колінчастого валу. Тому автомобілів з механічними компресорами не знайоме таке поняття, як «турбояма». Але такий пристрій має і свої негативні сторони. Справа в тому, що на приведення в рух компресора мотор автомобіля витрачає деяку частину своєї потужності, що знижує в результаті його ККД. Крім того, для установки механічного наддуву потрібно більше місця в підкапотному просторі. Також такий пристрій створює підвищений рівень шуму.

Нагнітання повітря в мотор за допомогою компресора стало використовуватися в автомобілебудуванні набагато раніше, ніж застосування газотурбінного механізму. Тим не менш, незважаючи на певну застарілість, подібні пристрої все ще можна зустріти на сучасних автомобілях (яскравим прикладом виступає компанія Mercedes-Benz, на щойно випущених машинах якої досі красуються шильдики «Kompressor»).

Газотурбінний наддув

Здебільшого сучасні автомобілі оснащені газотурбінними системами турбонаддуву. Принцип роботи турбіни схожий з компресорним наддувом, різниця лише в тому, що турбіна приводиться в дію потоком відпрацьованих газів автомобіля, а не коленвалом двигуна. За відчуттями, включення турбіни деякі водії порівнюють з «стусаном». Газотурбінний механізм наддуву являє собою пристрій з двох крильчаток жорстко з’єднаних між собою валом. Кожна крильчатка поміщена в корпус, так звану равлика.

Що таке турбонаддув: пристрій і принцип роботи турбіни

Пристрій газової турбіни

Пристрій турбіни досить складна і складається з:

  • двох крильчаток;
  • двох равликів, всередині яких крутяться крильчатки;
  • вала, що з’єднує крильчатки;
  • підшипників ковзання — двох опорних і одного наполегливої;
  • перепускного клапана, який використовується для скидання надлишкового тиску.

Принцип роботи турбонаддува досить простий. Вихлопні гази з випускного колектора потрапляють в першу равлика і обертають її крильчатку. Через з’єднувальний вал обертання передається другий крильчатці, яка і нагнітає тиск у другій равлику.

Плюси і мінуси турбонаддува

Головною перевагою турбонаддува є збільшення потужності мотора без істотного збільшення витрати палива. Щоб пояснити це явище потрібно розібратися як працює турбонаддув: турбіна приводиться в рух тільки завдяки енергії відпрацьованих газів, а не за рахунок потужності мотора автомобіля. Але слід розрізняти такі поняття, як загальна і питома економічність мотора. Іншими словами — турбований двигун буде мати більший витрата пального, ніж аналогічний за обсягом атмосферний агрегат. Це відбувається тому що збільшився обсяг повітря, що потрапляє в циліндри, дозволяє згоряти більшій кількості палива. Однак у турбірованного агрегату на одиницю потужності приходиться менше витраченого палива. Наприклад, якщо взяти два мотора 1,4 літра з турбіною і атмосферне 1,8 літра, обидва з потужністю 130 л. с., то 1,4 буде більш економічний, за рахунок більшого ККД.

Що стосується екологічності турбомоторів: хоча серед вітчизняних автолюбителів ще не так розвинена «екологічна свідомість», не слід забувати і про те, що турбовані мотори завдають менше шкоди навколишньому середовищу. Все тому що в камері згоряння турбірованного двигуна температура дещо менше, тому знижується утворення оксиду азоту, до того ж паливо спалюється більш повно.

Що таке турбонаддув: пристрій і принцип роботи турбіни

Принцип роботи газової турбіни

Втім, не обійшлося і без недоліків. Перше, про що слід знати — турбіна вимагає до себе дбайливого ставлення. Поки двигун заведений на підшипники масло подається під тиском. Як тільки двигун заглушений масло до підшипників припиняє надходити. Якщо мотор експлуатувався під великими навантаженнями, система наддуву може перегрітися і вийти з ладу. Щоб не допустити перегріву, перш ніж глушити турбований двигун, йому слід дати попрацювати кілька хвилин на холостих обертах. Багато сучасні автомобілі оснащуються з заводу спеціально призначеними для цього пристроями — турботаймерами.

Є ще один важливий момент — на малих обертах мотора ефективність турбіни дуже мала. Також слід згадати про ефект турбоями — турбіна відгукується на натискання педалі акселератора з деякою затримкою. Турбонаддув може ефективно працювати лише у вузькому діапазоні оборотів мотора, крім того, велике значення має розмір самої турбіни. Для збільшення продуктивності цієї системи багато автовиробників встановлюють на свої автомобілі дві турбіни різного розміру або кілька однакових турбін. Турбіни різного розміру дозволяють істотно розширити діапазон ефективної роботи турбонаддува — після того як перша турбіна починає втрачати продуктивність в роботу вступає друга. Дві однакові турбіни дозволяють збільшити продуктивність, поліпшити розгінну динаміку і зменшити ефект турбоями. Для зниження цього ефекту автовиробники удаються до таких хитрощів, як зниження маси рухомих частин турбіни. Завдяки цьому турбіні потрібно менше часу, щоб розкрутитися.

Сподобалася стаття? Поділитися з друзями: