Курс на надувательство Страница 1 из 2

Мечту автомобилиста ехать быстро, а топлива расходовать мало исполнят выхлопные газы.

На рубеже веков — настоящего и прошлого — технический прогресс в автомобильной индустрии заметно затормозился. Конечно, автомобили умнеют, обрастают средствами безопасности и учатся налаживать отношения с окружающей средой. А что касается двигателей, то от инженеров-мотористов никто не требует невозможного — всего лишь больше мощности и меньше расхода топлива. По отдельности это просто, но хотелось бы получить всё сразу и подешевле.

Прошлый век

В конце XIX века инженеры уже задумались, как повысить мощность автомобиля и сэкономить на топливе. Мощность двигателя тем больше, чем больше сгорит бензина за один цикл. Прибавить можно, к примеру, увеличив рабочий объём двигателя. Но можно увеличивать не объём, а плотность, но при этом одновременно вырастет и давление, и, значит, поршень уже не сможет сам засасывать горючую смесь, нужно её как-то туда доставить — например, стараниями разогретых выхлопных газов.
Немцы Готлиб Даймлер (Gottlieb Daimler, 1834–1900) и Рудольф Дизель (Rudolf Diesel, 1858–1913) экспериментировали с компрессией горючей смеси и обнаружили, что повышение давления воздуха перед смешиванием его с топливом значительно увеличивает степень сгорания последнего и приводит тем самым к росту мощности двигателя. Но патент на принцип турбонаддува впервые выдало патентное бюро США, и получил его швейцарский инженер Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) в 1911 году. Именно он первым успешно осуществил нагнетание давления в автомобильных двигателях при помощи выхлопных газов, увеличив при этом мощность мотора на 40%.

Бензиновые двигатели Ford EcoBoost оснащены прямым впрыском топлива и турбонаддувом. Технология Ford позволяет трёхлитровому V6 демонстрировать мощностные показатели уровня шестилитрового V8, а расход топлива при этом на 15% меньше. Фото: Dillon Bryden/FORD





Первыми «испытателями» турбонаддува стали грузовики, в 1938 году. Пионерами среди легковых автомобилей, оснащённых турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок только в 1962–1963 годах. Несмотря на очевидные технические преимущества турбонаддува, на легковых автомобилях ясно проявились главные его недостатки, о которых будет сказано ниже. Долгое время было непонятно, как с ними бороться.
Ещё одно знаменательное событие в истории развития турбонаддува произошло с появлением Mercedes-Benz 300 SD в 1977-м — первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбомотором. Позже за одним «немцем» последовал другой — Volkswagen Turbodiesel.

Основы надувательства
Метод турбонаддува основан на использовании энергии того, что уже было в употреблении — выхлопных газов. Покидая двигатель, они попадают на турбинное колесо, передающее затем энергию компрессорному колесу, которое сжимает воздух и загоняет его в двигатель. А для того чтобы воздуха в цилиндры поместилось ещё больше, используют интеркулер — своего рода радиатор, который охлаждает поступающий воздух, что опять же позволяет повысить его плотность при том же давлении.
Несмотря на то, что непосредственной связи между турбиной и коленчатым валом двигателя нет, эффективность работы системы во многом зависит от числа оборотов мотора. Чем выше частота вращения коленвала, тем больше выхлопных газов, и тем быстрее они движутся. Соответственно, турбина раскручивается сильнее, и сильнее сжимается воздух перед попаданием в цилиндры двигателя.

Автомобиль Mercedes-Benz 300 SD с дизельным турбомотором 1977 года выпуска создавался немцами исключительно для экспорта в США и Канаду — там как раз очень любили большие и мощные авто. Фото: Daimler AG



У турбонаддува есть недостатки, основной из которых, пожалуй, — заметное запаздывание увеличения мощности при нажатии на педаль газа. Этот эффект называют «турбоямой» или «турболагом». Он происходит именно из-за отсутствия непосредственной связи между турбиной и коленвалом. Водитель жмет на газ, но мощность двигателя вырастает только тогда, когда выхлопные газы в достаточной степени раскрутят колесо турбины. А потом усилие от него должно раскрутить колесо компрессора. Вообще-то, задержка в реакции на увеличение подачи топлива есть у любой машины. Но для легковой — это более критичный показатель. У грузовых с ним ещё можно мириться. Поэтому грузовики, оснащённые турбинами, делали уже в 30-е, а с легковыми тянули до 70-х.
Двигатель с турбонагнетателем может развивать на 40% большую мощность, чем без него. Естественно, что турбодвигатели оказываются ещё и более экономичными. И без того невысокий КПД двигателя внутреннего сгорания дополнительно падает у небольших двигателей из-за того, что на единицу объёма приходится слишком большая площадь внешней поверхности и происходит дополнительное рассеяние тепла. Поэтому на компактных двигателях турбирование оказывается особенно эффективным.

Переменчивая геометрия
Одним из первых серийных автомобилей, в котором удалось успешно справиться с турбоямой, стал спортивный Porsche 911 Turbo. В нём появилась система с переменной геометрией турбонаддува (VTG, Variable Turbine Geometry). Её конструктивной особенностью стало то, что специальными подвижными направляющими «дозировалось» давление выхлопных газов на крыльчатку в зависимости от степени нажатия педали газа. Благодаря этому колесо турбины начинает вращаться быстрее ещё до того, как вырастает количество и скорость выхлопных газов.

В 2006 году на автосалоне в Женеве компания Porsche представила новую топ-модель 911 ряда — Porsche Turbo 911. 480 лошадиных сил при 6 000 об/мин. Это примерно на 60 сил больше, чем у предшествующего варианта. Авто оснащается двигателем с нагнетателем с изменяемой геометрией. Иллюстрация: Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG

  • 420
  • 04/07/2015


Поделись



Подпишись



Смотрите также

Новое