Статьи о турбокомпрессорах.

 И в продолжение о турбокомпрессорах............

Для начала немного теории:

   Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор работает как насос, к тому же весьма неэффективный - на пути воздуха (горючей смеси) находится воздушный фильтр, извилины впускных каналов, в бензиновых моторах - еще и дроссельная заслонка. Все это снижает наполнение цилиндра. Что же сделать, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном - тогда горючей смеси (для дизелей - воздуха) в цилиндре будет больше. Энергия сгорания заряда с большим количеством топлива, само собой, повысится; вырастет и общая мощность двигателя.

Для этих целей существует много решений, но распространение получили не многие.

1. Роторный нагнетатель Roots. Создан Фрэнсисом Рутсом еще в 1860 году. Первоначально применялся как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Суть : две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые "шестерни", помещенные в общий кожух (напоминает современный маслонасос). Объемы воздуха в пространстве между зубьями шестерен и внутренней стенкой корпуса благополучно доставляются от впускного коллектора до выпускного. В 1949 году другой американский изобретатель - Итон - усовершенствовал конструкцию: прямозубые "шестерни" превратились в косозубые роторы, и воздух теперь перемещался не поперек их осей вращения, а вдоль. Принцип работы - воздух внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в другой объем, отсюда и название - объемный нагнетатель, а не компрессор.

2. Спиральный компрессор Lysholm. Автор идеи - немецкий инженер Кригар, время рождения - конец позапрошлого века, первоначальное назначение - промышленное, сейчас известен под именем Lysholm благодаря работам шведского инженера Алфа Лизхолма, который в конце 30-х годов прошлого века приспособил конструкцию для автомобильного применения. Внешне - если не снимать кожух - очень похож на нагнетатель Roots. Отличия внутри. Вроде бы те же два ротора, вертящиеся навстречу друг другу перекачивают объемы воздуха вдоль осей, но сильно лихо закручены. Сечения роторов намного сложнее, они разные. Самое главное: шаг закрутки роторов меняется по длине, и при перемещении вдоль осей объем перекачиваемого воздуха в каждой ячейке уменьшается - воздух сжимается. Поэтому Lysholm - не просто нагнетатель, а чистой воды компрессор.

3. Центробежный компрессор (устоявшегося "фирменного" названия не имеет). В корпусе-улитке вращается крыльчатка сложной формы. Воздух затягивается по центру и отбрасывается по периферии, при этом благодаря действию центробежных сил происходит его сжатие. По этому это не просто нагнетатель, а тоже компрессор.

4. Турбокомпрессор, оно же турбонагнетатель. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от "турбо", пусть даже и "би...", и "твин...". Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель находится на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов, так сказать, по второй производной. Для данной конструкции присуща замедленная реакция на быстрый "подхват".

   Механический нагнетатель/компрессор - роторный, спиральный или центробежный - имеет механический привод, который осуществляется ремнем от коленвала двигателя (иногда через промежуточные шкивы). Здесь главное, что бы обороты нагнетателя/компрессора жестко связаны с оборотами коленвала.  

  История создания турбокомпрессоров.

   Двигателестроители, начиная с Отто и Дизеля, всегда мечтали о максимально возможном наполнении цилиндров воздухом. Но двигатель должен был бы сам себя «надувать» сжатым воздухом, чтобы не было лишних затрат энергии. Чем больше в цилиндрах воздуха, тем больше энергии, что в итоге выливается в значительном приросте мощности и крутящего момента.

Естественно изобретатели ухватились за идею использовать энергию выхлопных газов для нагнетания воздуха. Хотя все это звучит просто, но прошло много лет до того как эту идею смогли реализовать – турбокомпрессоры появились спустя сто лет после изобретения двигателя внутреннего сгорания.
Первым кто описал и запатентовал принцип работы турбокомпрессора был Альфред Бюхли в 1905 году. Инженеры никогда не сталкивались с нехваткой воздуха, ведь даже совсем небольшой компрессор может передать большое количество воздуха. Проблема была в другом, а именно в том, как контролировать давление наддува между переключениями передач. Первоначально турбокомпрессоры устанавливались на самолеты и корабли. На этих транспортных средствах обороты двигателя изменяются плавно. Затем стали устанавливать турбокомпрессоры на дизельные двигатели. В 50 годы нашего столетия стали устанавливать турбины на гоночные автомобили, где скорость была примерно постоянна. В те же годы инженеры General Motors оснастили турбодвигателями и серийные модели, но тут же обнаружились «подводные камни». При разгоне с малых оборотов компрессор реагировал очень медленно. Это я вление назвали «Турболагом» или «Турбоямой». На больших оборотах турбонагнетатели давали слишком большое давление.
К концу 60-х годов инженер из Швейцарии Михаэль Мэй выдвинул идею, о том, что турбокомпрессоры нужно делать маленьких размеров, тогда они будут подавать меньшее количество воздуха с одной стороны, а с другой стороны маленький агрегат имел малый вес, и поэтому обладал меньшей инертностью и быстрее реагировал на изменение скорости.
В это же время фирма Porsche тоже заинтересовалась идеей турбокомпрессора. Они совместно с фирмой ККК в начале 70-х годов и положили начало эры турбокомпрессоров в автомобилестроении. В турбодвигателях при нажатии на педаль акселератора давление должно было резко возрастать, а при отпускании педели – резко падать. Поступили следующем образом: когда давление становилось большим выхлопные газы перепускались мимо турбины. Когда дроссельная заслонка закрывается, стравливаются выхлопные газы. При этом крыльчатка турбокомпрессора еще вращается, но не в полную силу. Когда же давление наддува снова будет необходимо, перепускной клапан закрывается, и турбина быстрее раскручивается.
Было еще много других проблем, например температура в турбокомпрессорах бензинового двигателя достигает 1000 градусов, но все эти проблемы были решены, и в наше время турбокомпрессоры честно служат на пользу человечества.

Есть ли тот кто ни когда не слышал волшебное слово "турбо"? Звенит в ушах, воображение рисует нечто мощное, стремительное. На этом фоне как-то скучно звучат термины "механический компрессор" или, хуже того - "объемный нагнетатель". На деле – совсем не так.

Какой водитель не мечтал о том что бы в его автомобиле жило намного больше лошадок под капотом чем есть.. Благо последнее время данную проблему довольно легко решить, вариантов увеличения мощности двигателя, да и комплектующих полно. В нашу жизнь плотно вошло слово "тюнинг" и многие тюнинговых ателье берутся сделать с вашим любимцем все, что угодно.

В русский язык с давних пор вошел термин "форсировка" (от английского force - сила), который означает "увеличение мощности". Стоит вспомнить, что мощность двигателя напрямую связана со следующими его основными параметрами:

рабочим объемом цилиндров;

количеством подаваемой топливо-воздушной смеси;

эффективностью ее сжигания;

энергетической "заряженностью" топлива.

Стоит заметить, что есть ещё несколько вариантов увеличения мощности - полировка впускного/выпускного каналов, применение фильтров нулегого сопротивления, применение прямоточной системы выхлопа, модификация параметров программного обеспечения (чип-тюнинг), расточка цилиндров или переходе с бензина на "нитру" (закись азота).

Такие решения позволяют увеличить мощность, но не существенно, разве что это не касается "нитроса". Главное решение одно - увеличение подачи топливо-воздушной смеси. Чем больше топлива сжигается в единицу времени, тем выше мощность мотора. Но бензин не горит "просто так", для этого нужен воздух (кислород) - во вполне определенных количествах. Чтобы увеличить подачу топлива, вначале придется соответствующим образом усилить подачу воздуха. Сам мотор с этой задачей не справится - его вероятности по всасыванию воздуха ограничены (даже при применении фильтров с нулевым сопротивлением). Поэтому и появились те самые "турбо", "компрессоры" и "нагнетатели". Они разные, и дают разнообразные результаты.