Турбокомпрессор (турбина) дизельный и бензиновый

Турбокомпрессор (турбина) дизельный и бензиновый

Турбокомпрессор (турбина) дизельный и бензиновый

​Турбины появились в автомобильных двигателях как узел, позволяющий значительно повысить их характеристики — первым делом мощность и КПД. В начальной простейшей схеме подача воздуха в цилиндры происходила сама собой, лишь за счёт перепада давления между окружающей средой и разрежением в рабочем объеме. Эта разница могла составить максимум 1атм, что ограничивало скорость поступления воздуха. Чтобы помочь ему поступать в камеру сгорания с большим расходом в Германии был придуман способ, обеспечивающий его принудительное нагнетание. Это и была первая турбина (от латинского «турбо» - «вихрь»), а правильнее называть ее турбокомпрессором, так как собственно турбина — лишь часть механизма. Она приводилась в действиемеханически, от коленвала - он вращал вентилятор, увеличивающий поток воздуха в цилиндры. Не самый эффективный этот привод в последствии был практически полностью заменен на газодинамический — лопасти турбины вращались выхлопными газами из цилиндров, чья энергия до этого просто выбрасывалась. Принцип после этого уже не менялся, однако постоянно и существенно совершенствовался, турбины прижились и стали широко использоваться. Двигатели с турбинами стали именоваться двигателями с турбонаддувом, а дизельные еще и турбо-дизелями.

​Принцип работы современной турбины всегда сводится к простому механизму — энергия горячего потока выхлопных газов преобразуется в энергию холодного потока воздуха, подаваемого в цилиндры. Характерный вид турбины - «улитка» объясняется наиболее конструктивно эффективным  механизмом привода — центробежным (а не линейным), который можно встретить и во многих других привычных агрегатах — циклонах, вентиляционных системах в домах, на производствах. Перед тем, как попасть в улитку, отработанные газы разгоняются во входном канале, после чего, пройдя улитку и разогнавшись дополнительно, приводят во вращение ротор турбины и компрессора. Последний засасывает крыльчаткой и фильтрует воздух с улицы, сжимает его и направляет в магистраль, из которой он распределяется по цилиндрам под высоким давлением. Таким образом, два основных элемента турбины — это собственно турбина и компрессор, они имеют общую ось вращения. Среди дополнительных элементов можно выделить охладитель воздуха, подаваемого турбиной в цилиндры, который, как побочный эффект, еще и нагрет при ее работе — так называемый интеркулер.

​На дизельных двигателях турбины нашли большее применение, чем на бензиновых, в том числе и из-за более благоприятных условий для их работы. Температура дизельных выхлопов существенно ниже, поэтому и проблем гораздо меньше - материалы можно применять вполне обычные, помех для внедрения множества современных технологий не возникает, в отличии от бензиновых движков, где многие новшества не могут быть внедрены из-за низкой надежности. Дизельные турбины не могут быть использованы на бензиновых движках, так как не рассчитаны на высокие температуры газов. И наоборот, бензиновые турбины не подойдут дизелям, так как не смогут обеспечить более высокое давление воздуха, требуемое дизелем.

​Применение турбин даёт следующие преимущества  - снижение расхода топлива, габаритов и массы движка, повышение тяговых характеристик (на 30-40%), снижение шумности работы, надежная работа при изменении атмосферного давления, при езде в горной местности.   Основным недостатком турбин принято считать эффект «турбо-ямы» - задержка в наборе мощности при резком нажатии на педаль газа.

​Итак, бензо-турбины в силу своих особенностей применяются довольно редко, а их разнообразие весьма скудно — обычно используются простые лаконичные схемы их построения. Их основное отличие — применение жаропрочных материалов в конструкции.

​Дизельные турбокомпрессоры (турбины) в зависимости от применения меняются не только в размерах, но и конструктивно. Таким образом, на грузовых авто и стационарных мощных дизелях появляются двух- и трехканальные турбины. На легковых турбо-дизелях нашли постепенно использование многие новейшие технологии, устраняющие имеющиеся принципиальные недостатки, делающие возможным реализацию умной работы турбины, учитывающую нюансы эксплуатации. К основным таким новшествам относятся турбины с двумя раздельными каналами («twin-scroll»), VNT-турбины с регулируемым соплом, изменяющим геометрию потока вращающих ротор газов и технология «wastegate»  на основе регулировки потока с помощью перепускного клапана.

​Применение последних технологий добавляет турбо-дизелям следующие преимущества — более эффективное «торможение двигателем», устранение эффекта «турбо-ямы», прирост мощности и крутящего момента, увеличение эффективности использования топлива.

​Турбокомпрессоры зарекомендовали себя, особенно на дизелях, как надежные и долговечные системы с ресурсом до 250 тыс.км пробега. Конечно, такой срок службы реален только при условии соблюдения всех рекомендаций производителя и внимательном отношении к проявлению симптомов болезни турбины — появление сине-чёрных выхлопов, ощутимое падение мощности,  появление посторонних звуков из области ее расположения.