Рішення використовувати енергію вихлопних газів для розкручування ротора стало геніальною ідеєю. Вона в майбутньому дозволила розробити турбо дизельний двигун і підвищити потужність мінімум на 50 відсотків. При тому що в процесі роботи двигуна в звичайному режимі процес викиду газів знижує ККД на 40 відсотків. Давайте розглянемо, як працює турбіна на дизельному двигуні, яке її пристрій.

З історії

Насправді ідея використовувати потужність вихлопних газів не давала спокою інженерам практично з самого початку винаходу ДВС. Німецькі інженери, які займалися будівництвом автомобілів і тракторів разом з Дизелем і Даймлером, стали займатися дослідами, під час яких намагалися підвищити потужність двигуна і знизити витрату пального за допомогою нагнітання стисненого повітря на базі енергії вихлопу.

Перший турбиностроитель

Однак перший чоловік, який побудував один з перших ефективних турбокомпресорів, це аж ніяк не Даймлер, і навіть не Дизель. Першим інженером, побудував турбіну, вважається Альфред Бюхі. Патент на даний винахід був отриманий в 1911 році. Перша турбіна мала таку конструкцію, що експлуатувати її можна було тільки на великих суднових двигунах. Застосування компресорів на дизельних авто сенсу не мало.

Потім турбіни стали застосовувати в авіації. З 30-х років у США регулярно серійно виробляли військові літаки, бензинові мотори яких комплектувалися турбінами. Перший в історії вантажівка, оснащений турбованим дизелем, був побудований в 38-му році.

У 60-х силами «Дженерал Моторс» були випущені перші моделі легкових «Шевроле» і «Олдсмобіль» з бензиновими карбюраторними двигунами з наддувом. Перші компресори, правда, не відрізнялися великою надійністю, тому з автомобільного ринку вони швидко зникли.

Загрузка...

Знову в моді

Мода на турбовані двигуни стала повертатися. В період з 70-х до 80-х років системи турбонаддува стали дуже популярними в спортивних і гоночних авто. У фільмах тієї епохи все супергерої натискали на кнопку «турбо», і автомобіль стрімко йшов на захід. Але кіно – це кіно, а в реальності ті перші турбокомпресори відставали в ефективності і технологічності, як і гальмувала їх швидкість реакції. І ці агрегати не тільки не економили паливо, але й істотно збільшували його витрата. Тоді ще не йшлося про актуаторе турбіни. Принцип роботи та налаштування ще не були до кінця зрозумілими.

Більш-менш успішні спроби запровадити наддув в автомобільні серійні мотори проводилися у 80-х компаніями «Мерседес» і SAAB. А вже потім, грунтуючись на цьому передовому досвіді, підключилися і інші світові автобренди.

У СРСР також розроблялися і впроваджувалися в серію турбовані мотори. Але тут турбіни застосовували у важких сільськогосподарських і промислових тракторах, на самоскидах та іншою потужною технікою.

Чому дизельна турбіна популярнішим?

Чому ж вона стала дуже поширена саме на дизелях, а не на бензинових ДВС? Все дуже просто. Досить зрозуміти, як працює турбіна на дизельному двигуні. Також потрібно пам’ятати, що дизель володіє більш високим ступенем стиснення. Вихлопні гази дизеля більш холодні. Тому до такої турбіні пред’являються набагато менші вимоги щодо жароміцності, а ефективність наддуву набагато вище в порівнянні з бензиновими двигунами.

Пристрій наддуву

Наддув складається з двох окремих частин. Це безпосередньо турбіну і компресор. Турбіна необхідна для перетворення енергії вихлопних газів. Компресор відповідає за подачу стисненого повітря в камери згоряння.

Чим більше стисненого повітря буде подано в циліндри дизельного мотора, тим більше палива двигун зможе спожити за одиницю часу. Як результат – значне підвищення потужності без збільшення обсягів. Звідси стає зрозуміло, як перевірити турбіну на дизельному двигуні – патрубок від колектора до компресора повинен роздуватися при підвищенні оборотів.

В основі системи лежить ротор, який кріпиться на осі. Вся ця конструкція укладена в корпус, здатний витримати високі температури. Ротор також виготовлений з жароміцних сплавів – він без перерв контактує з вихлопними газами високої температури.

Вісь і крильчатка турбіни або колесо з лопатями при роботі двигуна обертаються. Частота обертання дуже висока. При цьому крильчатка і вісь обертаються в різних напрямках. За рахунок цього здійснюється більш щільний притиск двох елементів один до одного. Потік газів потрапляє в випускний колектор, а потім у спеціальний канал – він є в корпусі компресора. Корпус має форму равлики. Коли гази пройдуть через цю равлика, то потім вони на великій швидкості подаються до ротора. Це і є принцип роботи турбіни на дизельному двигуні.

Вісь нагнітача обертається в спеціальних підшипниках ковзання. Мастило здійснюється від системи змащення двигуна. Щоб масло не втікала, турбіна оснащується ущільнювальними прокладками і кільцями. Ці прокладки захищають вузол від прориву повітря і газів, а також запобігають їх змішування. Природно, повністю виключити можливість потрапляння газів у повітря не виходить, але і велика необхідність в цьому відсутня.

Як це працює?

Ми познайомилися з пристроєм механізму. Тепер варто дізнатися, як працює турбіна на дизельному двигуні автомобіля.

Чим більше палива згорить за одну одиницю часу, тим більше повітря потрібно закачати в двигун. Сам мотор не здатний впоратися з отриманням надмірної кількості стисненого повітря. Це і є основна задача системи турбонаддува – потрібно нарощувати подачу повітря в камеру згоряння. Нагнітання здійснюється за рахунок перетворення енергії вихлопних газів в корисну роботу. Перш ніж гази вилетять в трубу, вони пройдуть через турбіну і компресор. Ось як працює турбіна. Принцип її дії простий для розуміння.

Процес проходження газів змушує розкручуватися крильчатку турбіни. Вона має лопаті. Середнє число оборотів складає понад 150 тисяч обертів у хвилину. На цьому ж валу, що і крильчатка, кріпиться і вал компресора. Сила, отримана в результаті перетворення енергії газів, що застосовується для значного підвищення тиску повітря. Це дозволяє подавати в циліндри набагато більше пального, що і дає значний приріст потужності і коефіцієнта корисної дії дизельного силового агрегату.

Ось як працює турбіна на дизельному двигуні автомобіля. Насправді за принципом і пристрою дані механізми дуже схожі на бензинові турбіни.

Актуатори

Багато десятків років знадобилося інженерам, щоб розробити і побудувати ефективний нагнітач. Це тільки теоретично виглядає дуже добре. Насправді все значно складніше.

При різкому натисканні на газ зростання оборотів двигуна потрібно почекати. Обороти починають зростати через деякий час. Підвищення тиску газів, розкручування крильчатки турбіни, закачування стисненого повітря проходить поступово. Це турбояма, і перемогти цю проблему не виходило. Але з проблемою все-таки впоралися впровадженням клапанів або актуаторов. Один потрібен для перепусканія зайвого повітря через трубопровід з колектора, другий – для вихлопних газів. Клапан дозволяє скидати зайве тиск, коли мотор працює на високих обертах. Давайте подивимося, як працює актуатор турбіни дизельного двигуна.

Принцип роботи

Головна задача, яку він повинен вирішити, – це зниження тиску на високих оборотах. Клапан встановлений у випускному колекторі. Працює він дуже просто. При зростанні оборотів і тиску вакуумний клапан пускає гази повз крильчатки турбіни. У цей момент актуатор відкривається, і гази виходять через нього. Через клапани всмоктується більше повітря, ніж потрібно, щоб максимально розігнати компресор.

Можливе регулювання актуатора турбіни. Способи та особливості полягати в заміні пружини, налаштування кінця клапана і в монтажі буст-контролер. Це дозволяє регулювати роботу турбіни.

Також цікаве: