Как турбина влияет на мощность двигателя. Система турбонаддува и как она работает
Выбор правильного автомобиля как средства передвижения является важным решением. Здесь необходимо учитывать цену, потребление, комфорт, но есть и другие незаменимые факторы. Одним из таких факторов, который привлекает внимание к авто, является двигатель с турбонаддувом (турбина). Данная система помогает повысить мощность двигателя и предлагает экономию потребления топлива. Что такое турбонаддув, как турбина влияет мощность двигателя и общую производительность автомобиля – об этом расскажем в данном посте.
Содержание
Что такое турбонаддув
Тот, кто работает за рулем, даже если он не очень осведомлен в механике, имеет острое представление о том, как работает машина. Мощность, измеряемая в лошадиных силах, является способностью двигателя превращать топливо в движение и скорость. А это и есть тот значимый элемент, когда речь идет об эффективной, качественной и экономичной работе автомобиля.
На практике это выглядит так: каждая быстрая машина – мощная, но не всякая мощная – быстрая. Это связано с тем, что чем тяжелее транспортное средство, тем больше силы оно использует для движения.
Турбонаддув (система двигателя внутреннего сгорания на основе турбокомпрессора, или турбины) – это способ повысить мощность двигателя, используя компрессор для вытягивания и сжатия большего количества воздуха в камеру сгорания, увеличивая мощность сгорания топлива и, следовательно, увеличивая скорость передвижения авто, вне зависимости от его веса.
Как работает турбонаддув в машине
Двигатель с турбонаддувом состоит из двух частей – выпускного коллектора и турбокомпрессора. Первый отвечает за сбор газов из каждого цилиндра, которые будут поступать в выхлопную систему и выбрасываться в атмосферу.
Турбина собирает воздух, который, в свою очередь, приводит в движение винт, производя прохладный, чистый воздух. Этот воздух передается в компрессор, который уплотняет его и направляет в радиатор промежуточного охладителя, тем самым, охлаждая воздух. Таким образом, большее количество воздуха проходит через цилиндры и попадает в зону сгорания.
Схема работы турбонаддува
Двигатель работает на взрыве, а это значит, что ему нужен огонь, верно? То есть: тепло + топливо + кислород (газы, собираемые из выхлопных газов). Чем больше воздуха в системе, тем больше возможностей сжигать бензин и вырабатывать больше энергии. Прелесть в том, что он создает действенный круг, в котором тот самый газ, генерируемый двигателем (посредством взрывов), становится силой, приводящей в движение турбо систему.
Как турбина влияет на производительность автомобиля
После теоретической части следует объяснить, как турбина влияет на мощность двигателя и производительность автомобиля. Самым большим преимуществом турбины является экономный расход топлива. Но чтобы добиться такой экономии, водителю также необходимо внести свой вклад, научившись управлять своим транспортным средством безопасно, с наименьшим количеством тормозов и внезапным ускорением.
Помимо экономного расхода топлива, турбина помогает снизить выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду. И, конечно же, с турбиной производительность авто будет на высоте (из-за нехватки кислорода транспортные средства теряют около 25% своей мощности). Двигатели с турбонаддувом повторно используют выхлопные газы.
Турбонаддув сегодня признан самым действенным механизмом усиления мощности двигателя внутреннего сгорания без увеличения частоты оборота его коленчатого вала и рабочего объема цилиндров. Система с турбонаддувом используется на бензиновых и дизельных двигателях, однако её максимальная действенность доказана на дизельных двигателях за счет высокой степени сжатия в двигателе и относительно невысокой частоты оборота коленчатого вала. В бензиновом двигателе турбонаддув может вызвать эффект детонации по причине резкого увеличения частоты оборотов двигателя, а также высокой температуры отработанных газов и сильного нагрева турбины.
Турбина или суперчарджер?
Турбонаддув — это не что иное, как слово, обозначающее процесс работы центробежного нагнетателя с турбоприводом (который в России часто называют просто турбиной), имеющий своей целью увеличение объема вентиляции двигателя. Конечный результат сходен с результатом действия любого нагнетателя – увеличение массы потока воздуха к двигателю и связанный с ним прирост мощности. Мощность, как известно, напрямую зависит от того, сколько воздуха попадет в двигатель.
Принципиальная разница между турбонагнетателем и традиционным нагнетателем с механическим приводом (также, возможно, известным читателю под словом «суперчарджер») состоит в способе, которым он приводится в действие. Все нагнетатели по сути своей – насосы. Они качают воздух и все они, естественно, требуют какого-то источника энергии, чтобы выполнять эту свою функцию. Нагнетатели с механическим приводом (центробежные, винтового типа или объемные нагнетатели Рута) работают благодаря энергии, получаемой ими от коленвала через механическое соединение – ремень, зубчатую передачу и т.п. Турбонагнетатели же извлекают энергию для своей работы из того, что вообще-то предназначено для выброса наружу – из потока выхлопных газов. Забавно, но в итоге турбина, работающая на таком «отработанном материале», способна дать любому двигателю более высокий прирост мощности – просто потому, что она не требует дополнительных энергозатрат от этого самого двигателя.
Кстати, эти энергозатраты намного более высоки, чем многие думают. Возьмем, к примеру, механический нагнетатель, который теоретически добавляет к мощности двигателя 100 лошадиных сил. До этого он «скушает» 25-35 л.с. (если двигатель не очень объемный). Эта величина, кстати, зависит от КПД самого нагнетателя, но это уже тема для другой статьи 🙂 Так вот, «отъев» от поставляемой им самим мощности те самые 25-35 л.с., механический нагнетатель оставит двигателю соответственно только 65-75 «лошадей». В то же время турбина, которая раскручивается выхлопными газами, а никак не коленвалом, даст двигателю 90-95 л.с. дополнительной мощности. При этом, конечно, 5-10 «лошадей» тоже потеряются — из-за противодавления в выпускном тракте, — но масштаб все равно не тот, не правда ли? В итоге при прочих равных двигатель с турбонаддувом получит мощности на 30-40 процентов больше, чем тот же двигатель с механическим нагнетателем.
Однако многие считают работу турбонагнетателей некой «черной магией». Свою долю в восхищенное недоумение, которое кто-то наверняка испытывает перед турбинами, вносит распространенное заблуждение касательно того, что поток выхлопных газов от двигателя недостаточно силен для того, чтобы привести в действие нагнетатель (компрессор). Однако это не так. Энергетический потенциал выхлопа любого двигателя внутреннего сгорания огромен. Он почти равен тому, что передается через маховик. А все благодаря тому, что энергия горения в ДВС высвобождается почти в одинаковых долях тремя путями: вращение коленвала, выделение тепла и сила выхлопа. Эта последняя сила как раз и заставляет вращаться целые газотурбинные двигатели, что уж говорить о турбочарджерах (а они представляют собой те же ГТД, только маленькие, и используют двигатель внутреннего сгорания как топку). Хороший повод задуматься о том, сколько энергии мы тратим впустую, позволяя ей просто утекать в атмосферу, хотя она могла бы добавить нам немного дополнительных лошадей под капот 🙂
Теперь вспомним школьный курс математики и немного поупражняемся на гипотетическом драгстере, который, допустим, оснащен суперчарджером и имеет мощность в 1000 л.с. Предположим, 500 л.с. из этой тысячи получены как раз благодаря суперчарджеру. Немного отмотав текст назад и взяв оттуда соотношение 65/100, с которым механические нагнетатели выдают реальную прибавку к мощности, а потом разделив 500 на 0,65, мы получим 769 л.с. Именно такую мощность должен реально выдавать суперчарджер, чтобы двигатель получил в итоге 500 л.с. в плюс. А теперь посчитаем, сколько «лошадей» потребуется от турбины, чтобы получить такой же результат. Взяв выше соотношение 95/100, получим 526 л.с. Из этого следует, что двигатель с механическим нагнетателем должен вырабатывать мощность в 1269 л.с. (500 + 769), чтобы сравняться с турбированным двигателем мощностью в 1026 л.с. (500 + 526) – при прочих равных условиях, безусловно.
Впрочем, 35 л.с., которые теряет суперчарджер и 5 л.с., которые теряет турбонагнетатель – значения максимальные. Возьмем другое соотношение: 25 л.с. теряет суперчарджер и 10 л.с. – турбонагнетатель. Соотношение сил здесь все равно не в пользу механического привода. 1056 л.с. должен будет выдать турбодвигатель и 1167 л.с. – его собрат с суперчарджером. При этом турбодвигатель, к слову, намного меньше износится, что тоже порой имеет значение. (Примечание: все приведенные здесь соотношения, конечно, не идеально точны для двигателей внутреннего сгорания, но близки к реальности). Так что, подводя итог, можно сказать, что «черная магия» турбонаддува – не магия вовсе, а просто более эффективное использование энергии, которую выделяет двигатель. Однако пока изложенные выше вещи удалось донести до конструкторов и разработчиков моторов, прошли десятилетия – и это не преувеличение. Однако сейчас можно наблюдать огромную популярность турбонаддува. Значит, кто-то все-таки не побоялся «черной магии», что не может не радовать.
Сколько примерно лошадок добавляет турбина?
Вопрос некорректный. Турбина просто лежащая в машине лошадок не добавит потому как только добавит веса машине.
Какая машина, подготовлен ли двигатель к установке турбины, какое давление наддува предполагается создать.
Для примера мощности стандартных турбированных двигателей можно посмотреть на www.ks-test.ru
Пример, концерн VW/Audi, двигатель 2.0 FSI — 150 сил, двигатель 2.0 TFSI — 200 сил. Прибавка 30%.
Для другого примера — Lancia Delta S4, двигатель 1.8, дорожная версия развивала около 250 сил, раллийная около 450. Так что все очень и очень относительно.
Какая киска красивая) пригласи к себе я тебе скажи и да же покажу) 