Принцип работы турбины двигателя
Турбина в двигателе представляет собой дополнительное устройство, предназначенное для увеличения давления в коллекторе впуска. За счет энергии отработавших газов можно приумножить количество подаваемого в камеру сгорания кислорода, что в итоге приведет к возрастанию показателей мощности мотора на 25-80%. Таким образом, двигатель с турбонаддувом мощнее, стремительнее и производительнее аналогов.
Как устроен и работает турбокомпрессор?
Выхлопные газы, которые поступают в выпускной коллектор, попадают на горячую часть турбины. В ней предусмотрено наличие крыльчатки. Она от воздействия повышенных температур начинает вращаться, приводя в движение вал. Другой его конец расположен в холодном отсеке турбокомпрессора. Там также имеется крыльчатка. Она вращается и создает повышенное давление, которое и способствует сжатию топливно-воздушной смеси. И в камеру сгорания она поступает уже в большем количестве, но при сохранении минимального объема. Потери при этом исключаются. Так работают дизельные двигатели.
В бензиновых моторах при принудительном нагнетании воздуха в систему он нагревается. Меняется его масса, увеличивается плотность. Чтобы охладить его, используется интеркулер, который установлен на выходе. Уже охлажденный воздух втягивается впускными клапанами в камеру сгорания. Одновременно с этим туда попадает топливо. Воспламенение происходит от искры. Как только топливно-воздушная смесь перерабатывается, остатки продуктов горения попадают через выпускной клапан на ротор. Тот начинает крутиться, создавая кинетическую энергию для двигателя. Таким образом, мотор с турбнонаддувом работает за счет высоких показателей потока отработавших газов.
Основные части турбины
Исходя из вышеописанного принципа действия, можно выделить следующие компоненты турбокомпрессора:
- Улитка, всасывающая воздух и нагнетающая его в коллектор;
- Крыльчатки, заставляющие турбину вращаться;
- Вращающийся вал;
- Выпускные клапаны, отводящие отработавшие газы;
- Подшипники или картриджи, отвечающие за движение устройства;
- Напорные шланги и соединительные патрубки;
- Интеркулер. Устанавливается не на всех турбокомпрессорах, но способствует эффективному охлаждению отработавших газов и системы в целом;
- Защитный корпус, необходимый для обеспечения герметичности турбокомпрессора.
Согласно описанию работы ДВС и турбины в частности, можно отметить, что каждая составляющая данного устройства подвергается значительным перепадам температур. Отработавшие газы могут выводиться из системы при их температуре в 900 градусов – для бензиновых двигателей, и в 600 градусов – в дизеле. А вал при этом будет вращаться при 200 тысячах оборотов в минуту. По данной причине для турбонаддува подбираются только высокоточные детали и современная смазка. В качестве таких материалов выбирается либо масло, либо антифриз. В первом случае снизятся стоимость обслуживания установки, во втором – повысится эффективность. Турбокомпрессор и все его составные части будут работать исправно на протяжении многих лет без образования коррозии и задирок на вращающихся элементах.
Особенности работы турбонагнетателя
Согласно техническому паспорту, система турбонаддува не имеет прямой связи с коленчатым валом ДВС. Она лишь подает топливно-воздушную смесь в камеру сгорания. А уже там от частоты вращения вала будет зависеть количество созданной кинетической энергии. Чем выше обороты двигателя, тем быстрее будет вращаться турбина, тем больше воздуха будет всасываться в камеру сгорания.
При этом, если мотор не успел набрать обороты, а водитель резко нажал на педаль газа, может образоваться «турбояма». То есть вал не успевает «подхватывать» нагнетаемую воздушную смесь. В этом случае понадобится чуть больше времени для развития скорости и выполнения маневра. Если такое явление случается в момент движения, это может привести к остановке машины или потере управляемости. Чтобы не допустить таких негативных последствий, используется турбина с изменяемой геометрией. Она способна оптимизировать поток подаваемых газов в камеру сгорания за счет планомерного изменения площади впускного клапана.
Альтернативой турбине с изменяемой геометрией может стать и система с параллельными турбокомпрессорами. Две небольшие по площади установки показывают большую производительность, чем одна. Они подстраиваются под манеру вождения, не допуская образования «турбоямы».
Вместе с тем, именно система турбонаддува способна увеличивать показатели мощности двигателя. При этом в нем не потребуется установка дополнительных цилиндров. Автовладельцу не понадобится увеличивать частоту вращения коленчатого вала, что станет гарантией длительной эксплуатации мотора и автомобиля в целом.
Преимущества двигателей с турбинами
Несмотря на всю сложность и дороговизну ДВС с установленной в них системой турбонаддува, эти установки увеличивают мощность автомобиля, что особенно важно при эксплуатации его за городом или при длительных путешествиях.
Кроме того, исследования показали, что турбины способствуют:
- Снижению расхода топлива. Для обеспечения нормальной работы машины будет использовано меньшее количество горючего при сохранении эффективности мотора.
- Улучшению крутящего момента. Использование энергии отработанных газов позволяет избежать частого и необоснованного переключения передач при поездках в пробках или по серпантинам в гористой местности.
- Продлению сроков эксплуатации двигателя. ДВС при этом демонстрирует оптимальное соотношение веса к развиваемой мощности. А значит, износ деталей идет планомерно, не допуская остановки авто.
Знание принципа работы двигателя с турбокомпрессором позволит автомобилистам своевременно менять расходные материалы и выбирать ту машину, что будет демонстрировать хорошие показатели мощности и надежности.