Полезная информация

Турбокомпрессоры

Итоговая мощность, которую в состоянии развить двигатель внутреннего сгорания, находится в прямой зависимости от того, какой общий объем топливно-воздушной смеси попадает туда. В результате получается, что увеличивать уровень мощности можно благодаря повышению доступа в мотор данных компонентов. При этом следует помнить, что увеличивать массу поступающего топлива нет смысла, когда прямо пропорционально не будет возрастать общий объем, необходимый для его абсолютного сгорания.

В связи с этим, повысить итоговый показатель мощности мотора требуется сжечь максимально большое количество горючего, находящегося в цилиндрах. Это поможет добиться выделения большего объема энергии. Согласно технологическому процессу, перед непосредственным сгоранием горючего объем топливно-воздушной смеси дополнительно сжимают.

Конструкция, предусматривающая принудительную подачу или нагнетание воздуха, бывает двух основных разновидностей:

  • с использованием механического привода;
  • функционирующие благодаря энергии газообразных веществ, образовавшихся в результате сгорания топлива.

Как производится увеличение объема воздуха путем использования турбокомпрессора?

Как уже было сказано ранее, общая мощность, получаемая в результате работы мотора, находится в прямой зависимости от количества воздуха, поступающего в мотор, так и от объема горючего. Если требуется увеличить мощность двигателя, то поднимают не только массу идущего в цилиндры топлива, но и общий объем сжимаемой топливно-воздушной смеси. При подаче чрезмерного количества воздуха без наличия требуемой массы топлива получится только перегрев двигателя, который начнет выпускать слишком большое количество дыма.

Поднятия мощности двигателя внутреннего сгорания можно добиться благодаря повышению оборотов двигателя или же его рабочего объема. Последнего момента можно добиться при повышении массы двигателя, его размеров, ну и, соответственно, его общей стоимости. Увеличивать обороты бывает весьма проблематично вследствие того, что это может быть связано с рядом технических трудностей, особенно, если двигатель оснащен серьезным рабочим объемом.

Одним из наиболее приемлемых решений относительно повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является дополнительная установка нагнетателя или компрессора. За счет его использования воздух, направляемый в двигатель внутреннего сгорания, предварительно сжимается. Если говорить более простым языком, то благодаря такому компрессору производится подача нужного количества обогащенной кислородом смеси. Ее в итоге хватает для полного сгорания горючего, находящегося в камерах двигателя.

Какие бывают разновидности компрессорных установок?

В принципе, все компрессоры можно разделить на два типа: работающие по механическому принципу и с применением энергии отработанных газов (иначе их называют турбокомпрессоры). Стоит отметить, что в продаже можно найти и комбинированные конструкции, однако они стоят довольно дорого, поэтому и встречаются не слишком часто.

За счет использования турбокомпрессора необходимое давление воздуха возникает за счет вращения турбины, получаемого в результате выхода газов, возникающих в процессе сгорания топлива. Впервые турбокомпрессор был разработан инженером из Швейцарии по фамилии Бюши в далеком 1905 году. Однако ввести его в эксплуатацию удалось лишь много лет спустя. Установить его на двигатели серийного производства стало возможным еще через некоторое количество времени.

За счет чего работают турбокомпрессоры?

Основной принцип работы данной конструкции заключается в том, что в ней имеются два ключевых элемента – турбины и центробежного воздушного насоса. Они объединены в единое устройство за счет особой жесткой оси. Эти детали вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении. Отработанные газы в этом случае создают особый крутящий момент, благодаря которому приводится в действие компрессорная установка.

Данный переход энергии происходит за счет того, что температура выхлопных газов понижается вместе с давлением. Компрессор закачивает в себя воздух через специальный фильтр, далее происходит его сжатие и направление в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.

Стоит отметить, что турбокомпрессор и двигатель соединены между собой в единую конструкцию лишь за счет одного общего потока отработанных газов. То, насколько часто вращается турбокомпрессор, совершенно не зависит от количества оборотов двигателя внутреннего сгорания. У него есть определенная инерционность. Получается, что первоначально происходит повышение подачи горючего, практически сразу повышается энергия потока выхлопных газов. Только после этого возрастают обороты турбины, следовательно, повышается давление нагнетания, что позволяет подавать в цилиндры двигателя большее количество воздуха.

Если эти два момента производятся без настройки регулирования давления наддува, то давление воздуха в двигателе будут находиться в прямой зависимости от того, какое количество отработанных газов было выделено в предыдущем цикле сгорания горючего.

В случае, если двигатели будут функционировать в режиме широкого диапазона оборотов, то создание высокого давления наддува потребуется даже на оборотах низкого плана. Именно по этой причине инженеры считают, что в дальнейшем двигатели будут оснащены турбокомпрессорами с регулируемым давлением. Современные устройства обладают турбинами с маленьким диаметром, что позволяет понизить инерционность: турбина разгоняется практически моментально, за счет этого необходимый уровень давления в скором времени достигает требуемого значения.

Разновидности двигателей с турбокомпрессором

Всего было разработано два ключевых вида систем выпуска, оснащенных турбокомпрессором: имеющих постоянное давление в районе входа в данную турбину, и оснащенных импульсным давлением в той же самой точке. При изготовлении двигателей внутреннего сгорания используются обе разновидности. Выбор конструкции определяют при разработке, исходя из типа двигателя, общего количества цилиндров, спецификой применения двигателя и целого ряда факторов иного рода.

В системах, где на входе применяют постоянное давление, первоначально выхлопные газы собираются в особом коллекторе и только после этого подходят к турбокомпрессору. Там же, где есть импульсное давление, газы идут к компрессору по системе специально сконструированных патрубков, каждый из которых идет от отдельного цилиндра. В результате в выпускном коллекторе образуются резонансные явлении – за счет этого получают максимальный уровень производительности на отдельно взятом диапазоне оборотов.

Положительные характеристики двигателя, оснащенного турбокомпрессором

Если двигатель имеет турбокомпрессор, то у него есть целый набор положительных характеристик, особенно если сравнивать его с атмосферным двигателем, имеющим безнаддувное давление. В частности, можно отметить следующие его преимущества:

  • Такие показатели, как масса и мощность, в подобных двигателях находятся в идеальном соотношении;
  • Вес такого двигателя гораздо меньше по сравнению с атмосферным двигателем, обладающим равной с ним мощностью;
  • Крутящий момент данного мотора намного лучше подстраивается к особым условиям использования.

Стоит отметить, что положительные характеристики двигателя внутреннего сгорания еще больше проявляются на высоте. Атмосферный двигатель, находящийся на высоте, вследствие разреженного воздуха, будет не слишком мощно работать. Турбокомпрессор помогает добиться требуемого количества воздуха в двигателе. Несмотря на то, что воздух на подобной высоте разрежен, мощность мотора остается приблизительно на том же уровне.

Помимо этого, турбокомпрессор позволяет обеспечить практически полное сгорание горючего в цилиндрах, а также снижается общий уровень токсичности выхлопных газов. Стабильность работы двигателя, имеющего в своей конструкции турбокомпрессор, значительно выше по сравнению с его аналогом атмосферного типа. В результате своей работы данный агрегат издает значительно меньше шума. Еще одной функцией турбокомпрессора является его роль в виде своеобразного глушителя.

Где могут применяться турбокомпрессоры?

Согласно мнению инженеров и конструкторов, турбокомпрессор может быть установлен на любой двигатель внутреннего сгорания – бензиновый, дизельный, газовый, с системой воздушного или жидкостного охлаждения. Турбокомпрессоры применяются в том числе и на двигателях внутреннего сгорания, которые обладают значительным рабочим объемом. Стоит отметить, что подобные моторы устанавливаются на судовых, тепловых и стационарных машинах. При этом данная разработка ставится на двигатели грузовых и легковых транспортных средств. Кроме того, не играет никакой роли, какой это тип двигателя – двухтактный или четырехтактный.

Сегодня большая часть дизельных двигателей внутреннего сгорания, мощность которых превышает 150 килоВатт. Их могут использовать в промышленности, производстве кораблей, в работах, идущих при строительстве дорог. Обыкновенный автомобильный транспорт, который имеет мощность более 80 килоВатт, также имеет турбокомпрессоры.

Даже при изготовлении автомобилей с незначительным объемом двигателя сегодня зачастую используют турбокомпрессоры. Особым моментом в инженерных разработках стало то, что их удалось перевести на бензиновые двигатели. Несмотря на то, что подобные работы продолжались в течение многих лет, в конечном счете это удалось выполнить.

На сегодняшний день наиболее мощные установки подобного рода размещаются на автомобилях, принимающих активное участие в кольцевых гонках и на авторалли. На теперешний момент изготовление материалов, которые имеют прекрасные температурные свойства, вышло на промышленный масштаб. Кроме того, моторные масла также приобрели дополнительные характеристики. Корпус турбокомпрессора не так давно стал использовать жидкостное охлаждение, а клапаны двигателя стали регулироваться с помощью автомобильной электроники. За счет подобных нововведений турбокомпрессоры стали применяться даже на двигателях внутреннего сгорания, которые устанавливаются на двигателях бензинового типа.

Во многом за счет системы автоматического впрыска, которую дополнило электронное зажигание, конструкция двигателя внутреннего сгорания приобрела особую надежность и долговечность. Без турбокомпрессора двигатель будет нормально функционировать, но без нее в значительной степени повышается расход горючего, может сильно перегреться двигатель. При установке подобной системы общая мощность конструкции не слишком важна, если водитель не собирается принимать участие в профессиональных гонках.

Главная