Принцип работы турбины – как она работает

Турбокомпрессор или попросту турбина – это дополнительное устройство двигателя, которое для своей работы использует энергию отработавших газов. Что позволяет увеличить мощность двигателя на величину от 25% до 100%. Прежде чем понять, как работает турбокомпрессор, стоит рассмотреть функционирование двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы ДВС

Любой двигатель внутреннего сгорания, дизельный или бензиновый, работает на принципе получения энергии, образующейся от воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. Через впускные клапаны в цилиндр подается отфильтрованный внешний воздух и впрыскивается топливо, причем при пассивной подаче воздуха, в цилиндр подается дозированное количество топлива. Именно эта смесь сгорает в цилиндре и заставляет двигаться поршень, который передает свою кинетическую энергию на ходовую систему автомобиля. Чем больше такой смеси подается и сгорает в цилиндрах, тем больше выходной крутящий момент и соответственно выше общая мощность мотора.

Принцип работы турбины

Для увеличения подачи воздуха в цилиндр, без изменения объема самого цилиндра, используют турбокомпрессор. При работе турбины используются продукты сгорания топливной смеси, которые приводят в действие роторный механизм турбокомпрессора, с помощью которого атмосферный воздух принудительно нагнетается в цилиндры (турбонаддув). И, благодаря этому, в цилиндр подается и большая дозировка топлива. Во время нагнетания, воздух может нагреваться, из-за чего уменьшается его плотность и масса в цилиндрах. Для подачи большего количества воздуха, его необходимо охладить. Для лучшего охлаждения используется радиаторное устройство, называемое интеркулером, который устанавливается на выходе из холодной части турбокомпрессора и через который проходит воздух перед попаданием в цилиндры. На следующем этапе поршень всасывает этот охлажденный воздух через впускные клапаны и одновременно в камеру сгорания подается топливо, образуется топливовоздушная смесь. Возгорание топливной смеси происходит от искры (бензиновые двигатели), либо от сжатия (дизельные двигатели). После того, как произошло сгорание порции смеси, продукты горения выбрасываются через выпускной клапан и попадают снова в турбину, на ее ротор. Таким образом, она работает без участия движущих частей двигателя, используя энергию потока выхлопных газов.

Для каждого двигателя турбокомпрессор подбирается индивидуально, исходя из его собственной мощности и объема. Причем величина наддува зависит от геометрических параметров (размеров) улиток, компрессорного колеса, ротора турбины. Некоторые конструкции двигателей оборудуют не одной турбиной, а двумя: одинакового размера – би-турбо, разного размера – твин-турбо. В последнее время широкое распространение получили турбокомпрессоры с механизмом изменяемой геометрии. Стоит отметить, что сложность, а соответственно и стоимость ремонта турбины зависит от ее конструктивных особенностей и модификации.

Механизм изменяемой геометрии

Такой механизм позволяет дозировать подачу отработавших газов на колесо в турбине (ротор). Тем самым, позволяет оптимизировать работу турбокомпрессора на различных оборотах.

Это достигается за счет движения специальных лопаток, смонтированных на кольце геометрии. Они синхронно передвигаются, получая движение от вакуумного актуатора или электронного сервопривода в определенный момент, и контролируют наддув. Как правило, устанавливаются они на дизельных ДВС, потому как температура выхлопных газов у бензиновых моторов выше, чем у дизеля, соответственно лопатки геометрии могут деформироваться. Такие турбины позволяют оптимизировать процесс турбонаддува, что приводит к уменьшению расхода топлива и вредных выбросов при одновременном повышении мощности и крутящего момента.

Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле, он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.

Турбокомпрессор достаточно надежный агрегат, однако если Вы столкнулись с его поломкой, решить проблему Вам помогут специалисты ТурбоМикрон. Мы производим замену турбины на автомобиле, а также ремонт снятых с авто турбокомпрессоров.

Что такое турбонаддув — ДРАЙВ

Несомненно, каждый из нас хоть раз в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как нарочно, делают эти шильдики небольшого размера и размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий не заметит и пройдёт мимо. А понимающий человек непременно остановится и заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.

Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) постоянно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как это сделать? Тут-то нас и поджидают проблемы.

Турбокомпрессор состоит из двух «улиток» — через одну проходят отработавшие газы, а вторая «качает» воздух в цилиндры.

Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Мешать топливо с воздухом нужно не на глазок, а в определённом соотношении. К примеру, для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 14–15 частей воздуха — в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов.

Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и поступали американцы, выпуская огромные двигатели с умопомрачительным расходом горючего. А есть ли способ загнать в тот же объём больше воздуха?

Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры. Перед тем как это произойдёт, воздух проходит через интеркулер и охлаждается — так можно повысить его плотность.

Есть, и впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знакомая фамилия? Ещё бы, именно она используется в названии DaimlerChrysler. Так вот, этот немец весьма неплохо соображал в моторах и ещё в 1885 году придумал, как загнать в них больше воздуха. Он догадался закачивать воздух в цилиндры с помощью нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение непосредственно от вала двигателя и загонял в цилиндры сжатый воздух.

Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, и ему категорически не нравилось, что моторы были большими и тяжёлыми, а мощности развивали мало. Отнимать энергию у «движка», чтобы вращать приводной компрессор, ему также не хотелось. Поэтому в 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Проще говоря, он придумал турбонаддув.

Идея умного швейцарца проста, как всё гениальное. Как ветра вращают крылья мельницы, также и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница только в том, что колесо это очень маленькое, а лопаток очень много. Колесо с лопатками называется ротором турбины и посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель.

Аналог турбонаддува — приводной нагнетатель — жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.

В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, часто приходится дополнительно охлаждать — тогда его давление можно будет сделать выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух (уже в цилиндре ДВС) легче, чем горячий.

Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, а также от деталей турбонаддува, разогретого выхлопными газами. Подаваемый в двигатель воздух охлаждают при помощи так называемого интеркулера (промежуточный охладитель). Это радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя через него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А холодный воздух более плотный — значит, его можно загнать в цилиндр ещё больше.

А вот так выглядит интеркулер.

Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем немного энергии двигателя — всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения — после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные. Кроме того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Всё это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, счастье. Ан нет, не всё так просто. Проблемы только начались.

У Mitsubishi Lancer Evolution интеркулер располагается в переднем бампере перед радиатором. А у Subaru Impreza WRX STI — над двигателем.

Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов достигает, только попробуйте представить, 1000°C! Что всё это означает? То, что сделать турбонаддув, который сможет выдержать такие неслабые нагрузки длительное время, весьма дорого и непросто.

Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбонаддув до очень высоких температур.

По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели для своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позже. Случилось это в 1962 году, когда почти одновременно увидели свет Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.

Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Дело в том, что эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем не тянет, и только потом, тысяч после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно.

Почти избавиться от турбоямы помогает схема с последовательным наддувом, когда на малых оборотах двигателя работает небольшой малоинерционный турбокомпрессор, увеличивая тягу на «низах», а второй, побольше, включается на высоких оборотах с ростом давления на выпуске. В прошлом веке последовательный наддув использовался на суперкаре Porsche 959, а сегодня по такой схеме устроены, например, турбодизели фирм BMW и Land Rover. В бензиновых двигателях Volkswagen роль маленького «заводилы» играет приводной нагнетатель.

На рядных двигателях зачастую используется одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара «улиток») с двойным рабочим аппаратом. Каждая из «улиток» наполняется выхлопными газами от разных групп цилиндров. Но при этом обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её и на малых, и на больших оборотах

Но чаще по-прежнему встречается пара одинаковых турбокомпрессоров, параллельно обслуживающих отдельные группы цилиндров. Типичная схема для V-образных турбомоторов, где у каждого блока свой нагнетатель. Хотя двигатель V8 фирмы M GmbH, дебютировавший на автомобилях BMW X5 M и X6 M, оснащён перекрёстным выпускным коллектором, который позволяет компрессору twin-scroll получать выхлопные газы из цилиндров разных блоков, работающих в противофазе.

Турбина twin-scroll имеет двойную «улитку» турбины — одна эффективно работает на высоких оборотах двигателя, вторая — на низких

Заставить турбокомпрессор работать эффективнее во всём диапазоне оборотов, можно ещё изменяя геометрию рабочей части. В зависимости от оборотов внутри «улитки» поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.

Турбина с изменяемой геометрией.

Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо». Ну а установка турбины на бензиновые моторы позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую «зажигалку». Ту самую, с маленьким, едва заметным шильдиком «turbo».

Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

Для более ясного представления о том, как работает турбина в автомобиле, прежде всего необходимо ознакомится с принципом работы двигателя внутреннего сгорания. Сегодня, основная масса грузовых и легковых автомобилей оснащаются 4-х тактными силовыми агрегатами, работа которых контролируется впускными и выпускными клапанами.

Каждый из рабочих циклов такого двигателя состоит из 4 тактов, при которых коленвал делает 2 полных оборота

 

Впуск — при этом такте осуществляется движение поршня вниз, при этом в камеру сгорания поступает смесь топлива и воздуха (если это бензиновый двигатель) или только воздуха в случае если это дизельный агрегат.

Компрессия — при этом такте происходит сжатие горючей смеси.

Расширение — на этом этапе происходит воспламенение горючей смеси при помощи искры, вырабатываемой свечами. В случае с дизельным двигателем, воспламенение осуществляется произвольно под действием высокого давления впрыска.

Выпуск — поршень двигается вверх, при этом освобождаются выхлопные газы.

Такой принцип работы двигателя определяет следующие способы повышения его эффективности:

— Установка турбонаддува
— Увеличение рабочего объёма двигателя
— Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Как работает турбина в автомобиле?

 

 

 

Увеличение рабочего объёма двигателя

Увеличение объёма двигателя возможно двумя путями: либо увеличением объема камер сгорания, либо — увеличением количества цилиндров в силовом агрегате. Однако такой способ повышения мощности не совсем оправдан, так как имеет ряд недостатков, среди которых: повышенный расход топлива.

Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Еще один возможный способ повышения производительности двигателя заключается в увеличении числа оборотов коленчатого вала. Это достигается путем увеличения количества ходов поршня за единицу времени. Но использование такого способа имеет жесткие ограничения, которые обусловлены техническими возможностями двигателя. Кроме этого, такая модернизация приводит к падению эффективности работы силового агрегата из-за потерь при впуске и других операциях.

Турбонаддув

В двух предыдущих способах двигатель использует воздух, который поступает благодаря собственному нагнетанию. При использовании турбокомпрессора в цилиндр поступает тот же объем воздуха но с предварительным его сжатием. Это дает возможность поступлению большего количества воздуха в цилиндр, благодаря чему появляется возможность сжигания большего объема топлива. При использовании такой технологии, мощность двигателя возрастает по отношению к количеству потребляемого топлива и объему двигателя.

Охлаждение воздуха

В процессе компрессии воздух может нагреваться вплоть до 180 С. Однако воздух имеет свойство увеличения плотности при охлаждении, что дает возможность значительно увеличить объем воздуха, попадающего в цилиндр. Кроме этого, увеличение плотности воздуха существенно снижает расход топлива и количество выбросов продуктов сгорания.

Также существует два разных типа турбонаддува: турбокомпрессор, основанный на использовании энергии выхлопных газов и турбонагнетатель с механическим приводом.

Турбонагнетатель с механическим приводом

В случае использования такого типа компрессии, воздух сжимается благодаря специальному компрессору, который работает от привода двигателя. Но такой метод имеет один большой недостаток. Все дело в том, что при использовании механического турбокомпрессора часть мощность двигателя уходит на обеспечение работы самого компрессора, по этому двигатель, оборудован таким нагнетателем, имеет больший расход топлива чем обычный двигатель такой же мощности.

Турбокомпрессор основанный на использовании энергии выхлопных газов

Такой метод основан на использовании энергии выхлопных газов, которая направлена на привод турбины. При использовании такого способа отсутствует механическое соединение с двигателем, благодаря чему потери мощности не происходит.

Основные преимущества двигателей с турбонаддувом

1) Турбодвигатель имеет меньшее показатели по расходу топлива нежели двигатель без турбины той же мощности и при прочих равных условиях.

2) Силовой агрегат с с турбонаддувом имеет заметно лучшие показатели соотношения веса двигателя к развиваемой им мощности.

3) Использование турбокомпрессора открывает новые возможности по оптимизации других параметров и характеристик двигателя, а также улучшения крутящего момента, что позволит избежать очень часто переключения передач при езде в пробках или гористой местности.

4) Турбодвигатели работают тише чем агрегаты такой же мощности без турбонаддува.

 Что такое турбины и для чего они нужны?

 

           Что такое турбины и для чего они нужны?

 

   Основная задача турбин – это повышение мощности двигателя автомобиля. При помощи турбины можно значительно повысить мощность авто.

 

    Принцип работы турбокомпрессора прост: через выпускной коллектор отработанные газы попадают в корпус турбины в которой установлено турбинное колесо, которое приводится в движение. На одной оси с турбинным колесом установлено компрессорное колесо, которое в свою очередь сжимает воздух и падет его в впускной коллектор двигателя. Из всего этого следует, что обороты турбины очень высоки и напрямую зависят от мощности двигателя, скорость вращение турбины достигает 150.000 об/мин и более.

 

    При использовании турбины, в двигатель поступает воздух под высоким давлением, что позволяет увеличиться мощности автомобиля по отношению к объему двигателя и количеству топлива.Наиболее эффективными являются турбокомпрессоры высокого давления. Отличие в конструкции от обычных турбин в том, что турбины повышенного давления имеют клапан, который устраняет избыточное давление на высоких оборотах.Так же большинство турбокомпрессоров оснащены интеркулером.

 

   Основная задача интеркулера – охлаждение воздуха. Так как турбинаработает на больших оборотах, воздух в ней нагревается, тем самым понижается содержание кислорода и плотность воздуха. Интеркулер справляется с этой проблемой.Одной из проблем турбин всегда была небольшая задержка реакции(инерция), но сейчас эти недостатки уже практически устранены. С появлением двух параллельно расположенных турбин, одна из которых предназначена для работы на высоких оборотах, другая на низких, инерция турбины была значительно уменьшена.

   

    Так же, появились турбины, в которых стало возможно изменять угол наклона ротора, что в свою очередь так же позволяет бороться с проблемами связанными с задержкой в реакции. Хорошо уменьшена инерция в турбокомпрессорах с керамическими лопастями ротора, за счет того, что вес их меньше чем у стандартных аналогов.

Принцип работы турбокомпрессора (турбины) его конструкция и типы.

  Принцип работы любого турбокомпрессора основан на использовании энергии отработавших выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Поток выхлопных газов попадает на колесо турбины (закреплённую на валу), тем самым раскручивая её и одновременно с этим раскручивая колесо компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя.

 

   Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.

 

   Двигатели внутреннего сгорания снабженные турбокомпрессором более производительные, т.е. меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт•ч)), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации.

 

   Поэтому, конструкцией двигателей с турбокомпрессором предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер)- радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт.

 

   Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д 49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает 7000 л.с. .Современные турбокомпрессоры можно разделить на два основных типа: 1- с изменяемой геометрией соплового аппарата ( VNT турбокомпрессоры) и 2- без геометрии. Все они в свою очередь могут быть моно, твинскролы (двойные турбины) и т.д.

Профилактика и рекомендации.

     При запуске двигателя необходимо дать ему поработать на холостом ходу не менее шестидесяти секунд и прибавлять газ постепенно. Это обеспечивает достаточную смазку движущихся элементов турбины и предохраняет их от преждевременного износа. Чтобы не создавалось низкое давление в двигателе и пропускание паров масла, не эксплуатируйте турбину на холостом ходу более тридцати минут.

​    Обязательно давайте остыть турбокомпрессору перед выключением зажигания, поскольку быстрое выключение создаст резкий перепад температур в системе. Такие переходы быстро изнашивают любой механизм.

    Что касается эксплуатации авто зимой, когда двигатель быстро остывает или после долгого перерыва в работе необходимо сначала провернуть двигатель, и только потом запускать его на холостых оборотах. Это позволит наладить быструю циркуляцию масла и быстро заполнить систему компрессора рабочей жидкостью.

    Рекомендуется регулярная диагностика двигателя, особенно если Вы не уверены в качестве дизельного топлива.

По каким признакам можно определить неисправность турбины?

 Профессионально это сделать может только опытный мастер, но есть поломки, сразу бросающиеся в глаза. Это повышенный расход масла, синий дым из выхлопной трубы, посторонние шумы в работе мотора. 

Как работает турбина в авто

Если разговор заходит о мощных гоночных спортивных машинах, как правило, всегда затрагивают тему турбокомпрессоров (турбин). Они значительно увеличивают мощность двигателя без заметного увеличения массы авто. Именно благодаря этому преимуществу турбины стали настолько популярны. Рассмотрим более подробно, как работает турбина в авто.

Принцип работы турбины в авто

Основные элементы практически любого турбокомпрессора – это центробежный насос и турбина. Они соединены между собой жесткой осью. Турбина и насос вращаются с одной и той же скоростью, в одном направлении. Энергия потока отработавших (выхлопных) газов трансформируется в крутящий момент и таким образом приводит в действие агрегат-компрессор. Осуществляется это таким образом:
Отработанные газы, которые выходят из цилиндров поршневого двигателя, передаются на турбинную крыльчатку, и она уже преобразует их в крутящий момент (кинетическую энергию вращения).
Компрессор втягивает воздух, пропускает его через воздушный фильтр, сжимает и затем опять подает в цилиндры двигателя.

• Таким образом, двигатель внутреннего сгорания развивает большую мощность.
• Турбиной могут быть оснащены различные двигатели: дизельные, работающие на газу или бензине. На сегодняшний день они широко используются на легковых и на грузовых авто.

Монтаж турбокомпрессоров на двигатели внутреннего сгорания, которые работают на бензине, ускорился благодаря практике их использования на авторалли и автогонках. Расширение ассортимента материалов, которые обладают высокими температурными свойствами, повышение качественного состава моторных масел, использование электронного управления клапанами и жидкостного охлаждения корпуса турбины в авто – эти перечисленные факторы способствовали тому, что турбины уже стали устанавливать на мелкосерийные двигатели внутреннего сгорания (бензиновые). Сегодня на любой двигатель можно установить турбину, однако делать это должен только опытный мастер СТО.

Устройство и принцип действия турбокомпрессора авто

Устройство и принцип действия турбокомпрессора направлены на увеличение давления топлива в коллекторе впуска для обеспечения максимального поступление кислорода в камеру, где происходит сгорание. Основное назначение турбины – значительное увеличение мощности двигателя. Даже увеличение давления на 1 атмосферу в коллекторе приводит к попаданию в двигатель двойной порции кислорода. Это позволяет даже небольшому двигателю отдавать такую мощность, как вдвое больший его аналог, но не оснащенный турбонаддувом.

Турбонаддув – принцип работы

Рассмотрим, принцип работы турбины на авто. Поток выхлопных газов поступает из выпускного коллектора в горячую часть турбины, там воздействует на лопасти крыльчатки, приводя ее в движение вместе с валом. На нем закреплена также крыльчатка компрессора, расположенного в холодном отсеке турбины. Она при вращении повышает давление в системе впуска, обеспечивая увеличенное поступление в камеру сжигания топлива и воздуха.

Устройство турбины автомобиля не сложное, она состоит из:

• Улитки компрессора, которая всасывает воздух, а затем нагнетает его в коллектор впуска;
• Улитки, расположенной в горячей части – здесь выхлопные газы заставляют вращать турбину, после чего выбрасываются в систему отработанных газов на выход;
• Крыльчатки компрессора, а также ее аналога в горячей части;
• Шарикоподшипникового картриджа;
• Корпуса, соединяющего улитки, имеющего систему охлаждения и системы подшипников.

Во время работы устройство подвергается значительным термодинамическим нагрузкам. Попадающие в турбину выхлопные газы достигают температуры 900°С, из-за чего ее корпус делают чугунным, причем для отливки используется особая технология. Обороты турбинного вала могут достигать показателя 200 000 об/мин, поэтому в конструкцию устанавливают высокоточные детали, которые тщательно подгоняют и затем балансируют. Также для турбины предъявляются высокие требования к смазочным материалам. Отдельные турбонагнетатели оборудованы так, что система смазки является одновременно охлаждением узла подшипников.

Система охлаждения и устройство турбокомпрессора автомобиля

Охлаждающая система турбокомпрессоров необходима для улучшения передачи тепла от его механизмов и частей. Наиболее распространенные варианты охлаждения деталей — масляный способ и комплексное охлаждение антифризом и маслом. Оба типа имеют свои преимущества, но не лишены и недостатков.

Охлаждение маслом

Достоинства:

• Простая конструкция;
• Удешевление турбокомпрессора.

Недостатки:

• Меньшая эффективность в сравнении с системой, где выполняется использование антифриза с маслом;
  Высокая требовательность к составу масла;
• Необходимость часто его менять;
• Требовательность к контролированию температурного режима.

Изначально устройство турбокомпрессора имело только масляное охлаждение, которое быстро достигало высоких температур, проходя через подшипники. Такое масло начинает сразу закипать, возникает эффект коксования, из-за которого забиваются каналы, существенно ограничивая доступ охлаждения и смазки к подшипникам.

В результате подшипники изнашиваются, их заклинивает, необходим дорогостоящий ремонт. У такой неполадки имеется несколько причин:

• Некачественное или не то, которое рекомендовано для двигателя масло;
• Превышение сроков замены масла;
• Неисправности смазочной системы двигателя автомобиля.

Комплексное охлаждение турбины антифризом и маслом

Преимуществом этого варианта становится большая эффективность получаемого охлаждения. Существенный недостаток – усложнение конструкции турбонагнетателей, что повышает их стоимость.

Устройство турбонаддува в варианте охлаждения турбин антифризом и маслом более сложное, поскольку в нем имеется отдельный масляный контур, а также система с охлаждающей жидкостью. Зато повышается эффективность работы, устраняются проблемы закипания масла.

Для такого турбонагнетателя масло служит, как и прежде, для охлаждения и смазки подшипников, а антифриз, подаваемый из общей цепи охлаждения двигателя, предотвращает перегрев и не дает закипать маслу. Из-за такой сложности увеличивается цена турбонагнетателя.

Что такое интеркулер на авто?

При работе горячей турбины воздух, нагнетаемый компрессором в ее корпусе, сильно сжимается, отчего происходит его нагрев. Это вызывает нежелательные последствия, поскольку при высокой температуре в воздухе меньше кислорода. Значит, эффективность наддува также снижается. Для борьбы с подобным явлением начали, используя рекомендации ученых, устанавливать в турбину интеркулер – вспомогательный охладитель воздуха.

Конструкторы устройства отмечают, что нагрев воздуха далеко не единственная задача, которую им приходится решать при проектировании турбины. Насущной проблемой также становится ее инерционность – задержка реакции двигателя на открытие в коллекторе дроссельной заслонки.

Турбина максимально эффективна, когда достигаются определенные обороты вращения коленчатого вала. Среди автолюбителей даже распространено мнение, что турбонаддув включается только тогда, когда скорость автомобиля достигает определенного значения. Хотя турбина работает постоянно, а значение числа оборотов, при которых ее действие наиболее эффективно, для каждого двигателя индивидуальное.

Отличия твин турбо и битурбо

Решая проблемы устройства турбин, конструкторами была разработана схема, в которой соединились нагнетатели двух компрессоров. Эта конструкция получила название twin-turbo.

Твинтурбо – это система, в которой несколько одинаковых турбин соединены параллельно. Их задача – повысить давление и объем поступающего воздуха. Система управления включает твин-турбо в момент, когда необходимо получить на повышенных оборотах максимальную мощность.

Подобный компрессор реализован в прославленном японском авто бренда Nissan, который получил имя Skyline Gt-R.

В нем установлен мотор rb26-dett. Аналогичная система, однако, оснащенная одинаковыми небольшими турбинами позволяет получить заметный прирост мощности даже при малых оборотах, при этом поддерживать турбонаддув постоянно.

Последовательное соединение разных турбин получило название «битурбо».

Конструкция сделана так, что при невысоких оборотах функционирует лишь маленькая турбина, которая обеспечивает «отзывчивость» при плавно изменяемой скорости. Если обороты резко возрастают, включается «крупная» турбина». Это позволяет машине получить значительный прирост производительности, причем в любом диапазоне функционирования двигателя. Подобная система реализована в моделях BMW biturbo, тюнинг которых вызывает восхищение.

Инновационные разработки

В числе современных разработок, уже радующих автовладельцев, турбина VGT, у которой лопатки крыльчатки изменяют свой угол наклона, направляя ее в сторону, куда направлены выхлопные газы.

Когда обороты двигателя небольшие, становится более узким пропускное сечение выхода в турбину выхлопных газов, поэтому «выхлоп» получается более быстрым. Чаще эту систему применяют для дизельных агрегатов, но есть разработки и для бензиновых двигателей.

Также к инновационным разработкам относится система twinscroll, где благодаря двойному контуру, по которому совершают обход выхлопные газы, получается, что их энергия вращает общий ротор с компрессором и крыльчаткой.

При этом имеется два варианта реализации:

1. Выхлопные газы проходят одновременно оба контура и система функционирует как twinturbo.
2. Второй тип работает наподобие схемы biturbo – имеется два контура, у которых разная геометрия. Когда обороты невысокие, выхлопные газы идут по краткому контуру, увеличивающему энергию и скорость благодаря небольшому диаметру. Если обороты повышаются, выхлопные газы поступают в контур, имеющий больший диаметр – при этом рабочее давление сохраняется во впускной системе и отсутствует запор для выхлопных газов. Распределение регулируют механические элементы — клапаны, переключающие потоки.

Сейчас  выпускают усовершенствованные турбины, поэтому их популярность возрастает все больше . Турбокомпрессоры перспективны как в плане форсирования моторов, так и потому, что повышают экономичность двигателя, чистоту его выхлопа.

Магия турбонаддува: как это устроено?

В 80-х компания SAAB, создающая реактивные самолеты и уже выпустившая несколько весьма неоднозначных (в плохом смысле) автомобилей, наконец совершила грандиозный ход — установила турбонаддув на свою новую серийную модель. Сейчас такое решение вряд ли назовут грандиозным, да и в те времена SAAB были далеко не первыми. Однако сразу после появления на свет SAAB 99 Turbo началась настоящая турбо-лихорадка. Слово «турбо» стало синонимом слова «круто». Появилось турбо-всё: турбо-холодильники, турбо-бритвы, турбо-очки, турбо-жвачка и т. д. Даже еженедельная рубрика телеканала Discovery по понедельникам называется Turbo! Но, возвращаясь к турбонаддуву, что это такое и как он работает? Рассказываем далее.

Говоря простым языком, если машина «турбо», значит у нее под капотом есть «кастрюля» с вентилятором, который крутится и изо всех сил толкает по каналам в мотор воздух, а дальше, как сказал известный телеведущий, творится колдовство и машина едет быстрее.

Если говорить более техническим языком, то все немного сложнее. Зачем вообще турбонаддув нужен? Автомобили ездят на горючем топливе. Топливу нужен кислород, чтобы гореть. В атмосферных двигателях воздух попадает в камеру сгорания самостоятельно, как бы по приглашению. Он засасывается прямо из атмосферы с, соответственно, атмосферным давлением. В турбированные же движки воздух попадает в том количестве и под тем давлением, как это будет решено конструкторами, что очень благоприятно сказывается на показателях мощности.

А теперь поговорим непосредственно про турбонаддув. Во-первых, на самом деле он называется нагнетатель. Во-вторых, он бывает разный. Основу любого нагнетателя составляет воздушный компрессор — та самая кастрюля с вентилятором, которая загоняет в мотор дополнительный воздух. А различие составляет способ получения энергии для работы. Таким образом, нагнетатели делятся на две категории: турбонагнетатель и механический нагнетатель.

Говоря простым языком, если машина «турбо», значит у нее под капотом есть «кастрюля» с вентилятором, который крутится и изо всех сил толкает по каналам в мотор воздух, а дальше, как сказал известный телеведущий, творится колдовство и машина едет быстрее.

Турбонагнетатель (турбина) получает энергию от переработанного топлива. В выхлопной системе устанавливается небольшая турбина, которую раскручивают выхлопные газы. Ее вращение передается в воздушный компрессор, и он делает свое дело. Механический нагнетатель, который гораздо чаще называют просто компрессор, работает на ременном приводе: он забирает энергию вращения непосредственно у двигателя, как, например, автомобильный генератор. В русском языке существует некая путанница между понятиями «турбина», «компрессор» и «нагнетатель», а вот в английском все очень просто — у них есть turbocharger и supercharger.

А какая между ними разница? Ведь установка того или иного нагнетателя сильно влияет на мощность и динамику автомобиля. Давайте разбираться.

Турбина забирает энергию вращения от потока выхлопных газов. А пока потока нет — турбина не крутится, следовательно мотор работает как простой атмосферник, и автомобиль едет соответственно. Это называется понятием «турбояма» и характерно для всех двигателей с турбиной. Компрессор же забирает вращение непосредственно от мотора, а следовательно подхватывает ваше желание ехать быстрее уже на низких оборотах двигателя, что положительно сказывается на общей динамике автомобиля. Однако турбина, все так же за счет работы от выхлопных газов, дает в итоге больший прирост мощности, чем компрессор. Существуют модели автомобилей, заводские и тюнингованные, на которые хитрецы устанавливают и то, и другое, решая тем самым проблему турбоямы и недостатка мощности. Стоит сказать и про надежность — у турбины гораздо больше сложных деталей, а значит выше вероятность поломки.

А как в итоге воздух попадает через нагнетатель в двигатель? В отличе от атмосферников, он совершает целое путешествие. Помимо воздушного фильтра, он проходит через нагнетатель, а потом через интеркуллер. Это устройство по сути является обычным радиатором, охлаждающим разогретый в нагнетателе воздух. У прохладного воздуха больше плотность, он занимает меньший объем, и таким образом подавать в мотор охлажденный воздух гораздо выгоднее. Дальше происходит стандартный для камеры сгорания процесс: воздух и топливо сжигаются и отправляются через выхлопную систему прочь из автомобиля, по пути раскручивая турбину, если, конечно, она там есть.

Турбо-день на телеканале Discovery! Каждую неделю по понедельникам в 22:00 (мск) смотрите новые серии шоу «Быстрые и громкие», а в 22:55 (мск) — шоу «В ГАС на прокачку».

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры? Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Идеального изобретения не бывает: всегда можно сделать что-нибудь лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбросить вас по шоссе или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше «энергии», чем в противном случае. получать. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких улиток вентиляторов.Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую.Выхлоп смесь горячих газов выкачивается со скоростью и вся энергия в ней содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли бы как-то использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему сверхбыстрые спортивные автомобили обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле.Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который каждую секунду нагнетает в цилиндры больше воздуха, они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Рекламные ссылки

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.В виде горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбокомпрессор, но вместо того, чтобы приводиться в действие выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отходов энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются, и вал, к которому они присоединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в автомобиль и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробнее

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова его выдувает.
4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через впускное отверстие, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать напрямую из отработанных выхлопных газов — и это иногда сбивает людей с толку. С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не напрямую, каким-либо образом увеличивает мощность автомобиля.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете большую выходную мощность. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует больше мощности, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии, выход в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны, соответственно, сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто бывает значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонагнетателя, и это может привести к турбо-турбо. машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), автомобильный инженер, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбокомпрессором, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Однако

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, в том числе Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Книги для старших читателей

Книги для младших читателей

• Car Science Ричард Хаммонд.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Терпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы до Кюль-де-Сак, автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
• Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 года. Почему такие производители, как Ford и BMW, с энтузиазмом продвигают двигатели с турбонаддувом.
• 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
• Чак Скватриглиа, «Если ты не водишь турбо», то скоро будешь. Wired, 24 сентября 2010 г. Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
• Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена.BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их более «зелеными» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

• Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выдан 17 апреля 1934 г. Первый турбодвигатель, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
Патент США №
• № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, разработанный Ричардом Дж. Ллойдом, корпорация Garrett, выдан 1 февраля 1977 г. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Что такое турбинный двигатель?

Drive и его партнеры могут получать комиссию, если вы покупаете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее.

Газотурбинные двигатели, которые чаще всего оглушают на заднем ряду коммерческих рейсов по пересеченной местности, также используются в автомобилях и прототипах автомобилей уже более 60 лет. Если вам, дорогой читатель, кажется, что использование оглушающей лопасти вентилятора со скоростью 50 000 об / мин для питания вашего повседневного драйвера кажется плохой идеей, вы будете правы!

В автомобильной промышленности турбины обычно применялись одним из двух способов.Они могут использовать систему с прямым приводом, в которой двигатель напрямую приводит в движение колеса через трансмиссию, как и в случае с типичным двигателем внутреннего сгорания, или гибридную систему, в которой турбина приводит в действие систему электродвигателей в автомобиле.

Сложность всегда была проблемой, и это не мешало множеству различных производителей, больших и малых, пытаться внедрить новую технологию. Сегодня команда Drive здесь, чтобы помочь вам понять, как эти , бесспорно крутые, неудачные эксперименты были направлены на изменение автомобильного ландшафта.

Тойота

Toyota Sports 800 Газотурбинный гибридный концепт

Что такое газотурбинный двигатель и как он работает?

Газотурбинные двигатели бывают разных вариантов, но все стили имеют три важных компонента: вентилятор компрессора для раскрутки поступающего воздуха до высокого давления, камера сгорания, в которой топливо сжигается для питания системы, и турбина, вращающаяся за счет сжигания топлива. .

Как работает газотурбинный двигатель?

Турбина соединена с компрессором с помощью вала, поэтому, когда топливо сгорает и турбина вращается, компрессор активно втягивает больше воздуха и проталкивает его в камеру сгорания, поддерживая поток энергии. Он аналогичен по концепции турбонагнетателю, за исключением того, что он не приводится в движение внешним потоком воздуха — выхлопными газами работающего двигателя — он полностью автономен.

Турбинные двигатели в турбовинтовых двигателях и турбовентиляторных двигателях с высокой степенью байпасирования чаще всего встречаются людьми, не относящимися к военным приложениям, поскольку они используются в гражданских самолетах.Они хорошо подходят для использования в полете, поскольку побочным продуктом камеры сгорания с чрезвычайно высоким давлением является высокоскоростной выхлопной газ, который можно использовать для создания тяги. ТРДД с малым байпасом часто используются в современных военных реактивных истребителях. Эти турбины часто соединены со второй камерой впрыска топлива и камерой сгорания после турбины. Эта система, известная как форсажная камера, обеспечивает чрезвычайно высокую тягу за счет высокого расхода топлива и высокой температуры — очереди Кенни Логгинс .

Независимо от того, в каком применении, турбины чрезвычайно популярны для полета, потому что их высокая степень сжатия отлично работает даже в более тонких воздушных милях над Землей, их относительно стабильная рабочая скорость хорошо подходит для многочасового крейсерского полета на высоте, а их высокая тяга позволяет более эффективно использовать топливо.

Так что же побудило инженеров использовать их для приложений, связанных с землей, где ни одно из этих преимуществ не применимо?

Зачем нужен газотурбинный двигатель?

Турбинные двигатели имеют несколько веских причин рассматривать их для наземного использования.Во-первых, они имеют относительно мало движущихся частей по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания и в результате теоретически более надежны.

Вторая причина — абсурдно высокий крутящий момент на низких оборотах от относительно небольшого корпуса из-за диапазона мощности газовых турбин. По этой причине газовые турбины превалируют в тепловозах для дизель-электрических поездов, где высокий крутящий момент ценится при длительном запуске.

Последняя причина заключается в том, что они часто могут работать практически на любом типе топлива, будь то бензин, дизельное топливо, а в случае президента Мексики и его демонстрации технологии Chrysler Turbine в 60-х годах на текиле — вы знаете вы тоже только что слышали эту песню в своей голове.

Тойота

Гибридная система с газовой турбиной Toyota

Кто начал использовать газотурбинные двигатели?

Газотурбинные двигатели для автомобильной промышленности существуют как концепция, по крайней мере, с конца Второй мировой войны. Однако первый газотурбинный двигатель для дорожного движения был построен и приводится в действие британским производителем Rover на двигателе JET1, разработанном в 1950 году.

JET1 был концептуальным родстером с турбинным двигателем с прямым приводом, который должен был стать первой из многих моделей турбины Rover, которые появятся позже, но его преследовали ужасный пробег (около 6 миль на галлон) и относительно медленное ускорение, которое не позволяло выпуск серийных моделей в последующие десятилетия после его постройки.

В течение 50-х годов компания Chrysler широко исследовала газовую турбину, даже дооснастив Plymouth 1954 года турбинным двигателем и проехав на нем по США в качестве рекламного трюка и испытательного упражнения.В 1963 году они разработали самый известный и широко выпускаемый автомобиль с газотурбинным двигателем, получивший соответствующее название Chrysler Turbine.

Было построено 50 дорожных моделей, которые были переданы представителям общественности в бесплатную двухлетнюю аренду, с накоплением 1,1 миллиона миль за период с 1964 по 1966 год. Они страдали от тех же проблем, что и JET1, когда водители жаловались на плохое качество. расход топлива, чрезвычайно медленное ускорение и высокий уровень шума турбины Redline на 60 000 об / мин. Когда Chrysler законсервировал проект Turbine, все, кроме девяти оригинальных автомобилей с кузовом Ghia, были уничтожены, чтобы предотвратить нанесение компании ущерба PR.

В 70-х годах Toyota попыталась использовать гибридную систему с газовой турбиной в нескольких концепциях, включая Century и Sports 800. Вместо прямого привода колес, как в JET1 и Chrysler Turbine, газовая турбина приводила в действие генератор, который создавал электричество, которое можно направить непосредственно на двигатели на задних колесах или сохранить в аккумуляторном блоке для дальнейшего использования.

Эта система была разработана, чтобы избежать чрезвычайно низких скоростей разгона и потенциальных проблем с запуском / остановом при прямом подключении турбины к трансмиссии, но система аккумуляторов и сложность почти удвоили вес Sports 800, потеряв при этом более половины лошадиных сил.Toyota отказалась от исследований газотурбинных гибридных двигателей в начале 1980-х годов и разделила исследования по гибридным технологиям и разработки турбин в отдельные подразделения.

Совсем недавно в продажу поступил турбинный супербайк от Marine Turbine Technologies, известный как Y2K в год своего дебюта. С газотурбинным двигателем Rolls Royce 250-C18 он выдает ошеломляющие 320 л.с. и крутящий момент 425 фут / фунт и является рекордсменом Гиннеса как самый дорогой и мощный серийный мотоцикл из когда-либо построенных. Заявленная максимальная скорость составляет 227 миль в час, но испытание этой безумной поездки обойдется вам в 270 000 долларов.Это также было показано в ужасно ужасном фильме Torque.

Билд Бундесархив

Когда появились газовые турбины?

Газотурбинные двигатели существуют как концепция с 1000 года нашей эры, в древнем Китае, когда нагретый воздух использовался для вращения того, что мы теперь назвали бы турбиной, для приведения в действие движущихся произведений искусства, которые демонстрировались на фестивалях в ночное время. Патенты на более современные газотурбинные двигатели датируются 1791 годом, когда Джон Барбер запатентовал элементарную конструкцию двигателя безлошадной повозки, но газотурбинный двигатель не достиг промышленного успеха до 1939 года, когда в Швейцарии была запущена электростанция Невшатель.

В том же году Heinkel He 178 совершил полет как первый в мире самолет с чисто турбореактивным двигателем, и, несмотря на проблемы с полетным временем и надежностью, он проложил путь к послевоенной эре реактивных двигателей, поскольку многие другие производители двигателей усовершенствовали и усовершенствовали реактивный самолет. концепция более поздних самолетов ближе к концу войны.

Немецкий Messerschmitt Me 262 стал первым действующим реактивным самолетом в 1944 году, следуя по стопам He 178, и, хотя его использование было ограничено после распада Третьего рейха, он действительно доказал, что самолеты с турбинными двигателями были здесь, чтобы оставаться такими, какими они хвастались. максимальная скорость почти на сотню миль в час превышала скорость самого быстрого поршневого самолета союзников того времени.

Ягуар

Какие модели в настоящее время оснащены газотурбинными двигателями?

Газотурбинные двигатели в настоящее время не используются для серийных автомобилей. Наиболее близким к производству в недавнем прошлом был концепт Jaguar CX75, в котором для питания гибридной электрической системы использовались микротурбины, работающие на дизельном топливе, но автомобиль был списан по мере обострения финансового кризиса.

Вышеупомянутый супербайк Y2K является единственным наземным транспортным средством для использования на дорогах, которое можно приобрести, но они построены на заказ, и их производственные номера выражаются однозначными цифрами в год.

Виктория Скотт

Что такое гоночная история газотурбинных двигателей?

Газотурбинные двигатели неоднократно экспериментировались в гонках, поскольку основные проблемы, с которыми сталкивались потребители (в частности, низкий расход топлива и шум), были гораздо меньшими проблемами для гоночных команд.

Самые успешные автомобили были выставлены гоночной командой STP на различных гонках Indy в 60-х годах, начиная с модели STP Paxton Turbocar, управляемой Парнелли Джонсом.Приведенный в действие газотурбинным вертолетным двигателем ST6, расположенным слева от водителя, он производил 550 лошадиных сил, имел привод на четыре колеса и имел управляемый водителем воздушный тормоз для замедления. Автомобиль был быстрым — лидировал почти на всех 196 кругах гонки Индианаполис 500 1967 года — но отказ подшипника вынудил сойти с дистанции, оставив восемь миль до конца гонки. В 1968 году машина была разбита во время тренировок и больше никогда не участвовала в гонках.

Lotus 56 последовал за ним по пятам, пытаясь выиграть Indianapolis 500 с культовым клиновидным профилем открытых колесных автомобилей Lotus на десятилетие вперед, но с тем же газотурбинным двигателем ST6, который приводил в движение STP Paxton Turbocar.Несмотря на правила USAC (руководящий орган гонок Indy в то время), предписывающие размеры воздухозаборников, которые почти полностью исключили автомобили с турбинным двигателем из гонок, 56 попытался восполнить недостаток мощности с помощью усовершенствованной подвески и сложной аэродинамики.

Автомобиль, к сожалению, убил водителя Майка Спенса, когда он неправильно рассчитал поворот на практике и врезался в стену поворота. Кэрролл Шелби немедленно отозвал свои другие автомобили с турбинным двигателем из 500, заявив, что невозможно безопасно сделать гоночный автомобиль с турбинным двигателем конкурентоспособным.USAC быстро перешел к полному запрету газотурбинных автомобилей в Инди, и это означало смерть 56-го. В сезоне F1 1971 года он прожил недолго, но так и не добился успеха.

Интересные факты о газотурбинных двигателях

Вы знаете, что хотите больше фактов о газотурбинных двигателях!

• Chrysler Turbine 1963 года имела скудные 130 л.с., но шокирующие 425 фунт / фут крутящего момента. стоит на месте.
• Me 262 во время Второй мировой войны имел коэффициент уничтожения более 5: 1 за период его использования, с 542 убитыми союзниками и скудными 100 уничтоженными Me 262.
• Lotus 56, пилотируемый Майком Спенсом, достиг второго самого быстрого круга в истории автодрома Индианаполиса в 1968 году — 169,6 миль в час — всего за несколько часов до того, как спенс убил Спенса.
• Volkswagen однажды построил прототип автобуса-эркера с турбинным двигателем, который они намеревались производить, когда эффективность и стоимость будут удовлетворительными… все еще ждем этого.
• Турбинный автомобиль Howmet TX по сей день является единственным автомобилем с турбинным двигателем, который выиграл гонку — две региональные гонки SCCA в 1968 году.

Давайте поговорим, комментарий ниже, чтобы поговорить с редакторами

The Drive !

Мы здесь, чтобы быть экспертами во всем, что связано с практическими рекомендациями.Используйте нас, хвалите нас, кричите на нас. Прокомментируйте ниже, и давайте поговорим! Вы также можете написать нам в Twitter или Instagram, вот наши профили.

Джонатон Кляйн: Twitter (@ jonathon.klein), Instagram (@jonathon_klein)

Тони Маркович: Twitter (@T_Marko), Instagram (@t_marko)

Крис Тиг: Twitter (@TeagueDrives), Instagram (@TeagueDrives)

Виктория Скотт: Twitter (@mikurubaeahina), Instagram (@reimuracing)

Видео

Посмотрите видео полностью работоспособного автомобиля Chrysler Turbine 1963 года выпуска Джея Лено ниже!

Как это работает: турбонаддув | Вождение

Breadcrumb Trail Links

1. Как это работает
2. Feature Story

Этот компонент сжимает воздух, поступающий в ваш двигатель, для увеличения мощности, но это снижает расход топлива

Автор статьи:

Jil McIntosh

Publishing дата:

13 июня, 2018 • 7 февраля, 2019 • 4 минуты чтения • Присоединяйтесь к разговору Этот компонент сжимает воздух, поступающий в ваш двигатель, для увеличения мощности, но это экономия топлива. в основном использовались на мощных спортивных автомобилях.Они по-прежнему дают быстроходным автомобилям дополнительный прирост мощности, но автопроизводители все чаще используют их на двигателях меньшего размера для увеличения мощности, когда это необходимо, но с лучшей общей экономией топлива. Они также используются практически во всех дизельных двигателях для увеличения мощности.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Турбокомпрессор — это, по сути, воздушный насос, нагнетающий дополнительный кислород в двигатель по мере необходимости, чтобы он мог сжигать больше топлива для получения большей мощности.

Двигатели содержат поршни, которые перемещаются вверх и вниз в цилиндрах. Они вращают тяжелый центральный коленчатый вал так же, как ваши ноги двигаются вверх и вниз, чтобы привести в движение велосипед. Вращение коленчатого вала используется для поворота колес автомобиля.

Двигатель Audi 3,0 л V6 с двумя последовательно расположенными турбонагнетателями.

Все это движется паром воздуха и бензина в верхней части поршня. Когда он воспламеняется свечой зажигания, сила сгорания толкает поршень вниз, чтобы повернуть кривошип.Сгоревшие газы затем удаляются как выхлопные газы.

Каждый поршень скользит вниз в начале своего цикла, создавая вакуум. В двигатель без турбонаддува, известный как безнаддувный, воздух врывается внутрь при открытии впускного клапана, но он может заполнить цилиндр только при атмосферном давлении. Сжигание большего количества топлива дает больше мощности, но поскольку смесь топлива и воздуха должна быть точной для правильной работы двигателя, добавление большего количества бензина не сработает, и цилиндр не сможет втянуть лишний воздух.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание товара

В двигателе с турбонаддувом турбонагнетатель нагнетает больший объем воздуха под давлением, и компьютер транспортного средства реагирует, добавляя правильное количество дополнительного топлива.

Турбина приводится в движение выхлопными газами. Одна сторона турбонагнетателя расположена у выпускного коллектора, другая — у воздухозаборника двигателя, и он содержит два небольших вентилятора, соединенных валом. Когда выхлопные газы проходят через турбонагнетатель, он вращает один вентилятор, называемый турбиной. Это, в свою очередь, вращает второй вентилятор, называемый компрессором, который всасывает свежий воздух, нагнетает его и нагнетает в двигатель.Разница между атмосферным давлением и давлением воздуха, обеспечиваемым турбонаддувом, называется наддувом и измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi).

Вместо турбонагнетателя в некоторых автомобилях используется нагнетатель, который также нагнетает воздух, но механически работает от коленчатого вала двигателя, а не от выхлопных газов.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

В разрезе турбокомпрессор показаны вентиляторы турбины и компрессора, соединенные валом.

Одна из проблем с турбонаддувом заключается в том, что воздух нагревается при сжатии, а это противоположно тому, что вы хотите. Холодный воздух более насыщен кислородом, поэтому он может смешиваться с большим количеством топлива и при этом нормально сгорать в цилиндре. Автопроизводители добавляют к турбо-системе теплообменник, называемый промежуточным охладителем, который поглощает тепло и снижает температуру воздуха, поступающего в цилиндры двигателя.

Вентиляторы турбонагнетателя вращаются очень быстро — до 250 000 оборотов в минуту или более — и существует вероятность слишком высокого давления в двигателе при максимальной нагрузке.В этом случае открывается клапан, называемый перепускным клапаном, который отводит часть выхлопных газов от турбины.

Турбокомпрессор не нагнетает двигатель постоянно. Если вы едете умеренно, достаточно воздуха, всасываемого при атмосферном давлении, и двигатель работает как безнаддувный. Когда вы нажимаете на дроссельную заслонку, двигатель работает сильнее и создает большее давление выхлопных газов. Это раскручивает турбокомпрессор, который, в свою очередь, ускоряет двигатель, который, в свою очередь, получает больше топлива — вот почему эти двигатели небольшого рабочего объема могут внезапно стать намного более жаждущими, чем ожидалось, когда вы их сильно водите.(Положительным моментом является то, что дополнительный кислород имеет тенденцию более полно сжигать топливо в цилиндре, повышая эффективность двигателя и уменьшая вредные выбросы.)

Реклама

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Турбокомпрессор также создает головную боль инженерам, потому что он не сразу выходит на полную мощность. Есть небольшая задержка между моментом, когда вы опускаете ногу, и тем, когда турбокомпрессор набирает скорость, достаточную для обеспечения наддува и желаемого ускорения.Это известно как турбо-задержка.

Раньше он был гораздо более заметен в старых автомобилях, но сегодня автопроизводители используют другие методы, чтобы уменьшить его. Используются легкие лопатки турбины, поэтому для их вращения требуется меньшее давление. Турбонагнетатели меньшего размера раскручиваются быстрее, и некоторые автопроизводители устанавливают два из них на двигатель, комбинируя маленький для быстрого начального наддува с более крупным, который может обеспечить большую мощность при более высоких оборотах двигателя. Несколько автопроизводителей, включая Volvo, для достижения этой цели используют в двигателе как нагнетатель с механическим приводом, так и турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Еще одна технология — это изменяемая геометрия, которая автоматически регулирует поток выхлопных газов в турбинное колесо в зависимости от частоты вращения двигателя и требований к мощности.

Двигатели с турбонаддувом, как правило, не требуют какого-либо дополнительного обслуживания, кроме рекомендованной замены масла в автомобиле и замены свечей зажигания.Некоторые более новые двигатели с турбонаддувом отлично работают на бензине обычного качества, но проверьте руководство пользователя на предмет любых требований к бензину премиум-класса.

Большинство автопроизводителей просто говорят «с турбонаддувом», но некоторые используют собственные названия, такие как Audi TFSI (для стратифицированного впрыска топлива с турбонаддувом) или Ford EcoBoost. Если вы не уверены, перед покупкой поинтересуйтесь, турбовый ли это.

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

Подпишитесь, чтобы получать информационный бюллетень Driving.ca Blind-Spot Monitor по средам и субботам

Нажимая на кнопку подписки, вы соглашаетесь на получение вышеуказанного информационного бюллетеня от Postmedia Network Inc.Вы можете отказаться от подписки в любое время, щелкнув ссылку для отказа от подписки в нижней части наших электронных писем. Postmedia Network Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

Спасибо за регистрацию!

Приветственное письмо уже в пути. Если вы его не видите, проверьте папку нежелательной почты.

Следующий выпуск «Монитора слепых зон» Driving.ca скоро будет в вашем почтовом ящике.

Комментарии

Postmedia стремится поддерживать живой, но гражданский форум для обсуждения и поощрять всех читателей делиться своим мнением о наших статьях.На модерацию комментариев может потребоваться до часа, прежде чем они появятся на сайте. Мы просим вас, чтобы ваши комментарии были актуальными и уважительными. Мы включили уведомления по электронной почте — теперь вы будете получать электронное письмо, если получите ответ на свой комментарий, есть обновление в цепочке комментариев, на которую вы подписаны, или если пользователь, на которого вы подписаны, комментарии. Посетите наши Принципы сообщества для получения дополнительной информации и подробностей о том, как изменить настройки электронной почты.

Как турбины работают на автомобилях?

Почему сейчас так много двигателей с турбонаддувом?

Турбины не только повышают мощность, но и повышают эффективность.Поскольку турбины используют отработанные газы для выработки энергии, самому двигателю не нужно работать больше. Это означает, что можно использовать двигатель меньшего размера с турбонаддувом для выработки той же мощности, что и более крупный двигатель без наддува. Двигатели меньшего размера всегда более эффективны, чем двигатели большего размера, что увеличивает экономию топлива и снижает выбросы.

Производители автомобилей используют этот факт в дизельных двигателях более 30 лет. Дизельные двигатели особенно подходят для турбонаддува, потому что они имеют более простые системы впуска для смешивания топлива и воздуха и более прочные блоки двигателя, которые могут сдерживать огромное давление воздуха, создаваемое турбинами.Примерно за последние 15 лет производители усовершенствовали металлургию, которая позволяет легкому бензиновому блоку двигателя из легкого сплава выдерживать сверхвысокое турбо-давление. Ранее блоки бензиновых двигателей с турбонаддувом обычно изготавливались из тяжелого чугуна или стали. Более легкий двигатель означает, что весь автомобиль меньше весит и более эффективен.

Результатом всего этого стал бензиновый двигатель, такой как 1,0-литровый 3-цилиндровый EcoBoost от Ford, который может производить больше мощности, чем старый 1,6-литровый 4-цилиндровый безнаддувный бензиновый двигатель Ford, при этом обеспечивая лучшую экономию топлива и меньшие выбросы.

Турбодизели являются основой линейки двигателей Range Rover Evoque.

Какие еще преимущества есть у турбин?

Помимо увеличения мощности, турбины увеличивают крутящий момент — силу двигателя — особенно на низких оборотах. Это полезно для небольших бензиновых двигателей, которые, как правило, не развивают большой крутящий момент на высоких оборотах без турбонаддува. Дизельные двигатели без наддува, напротив, выдают большой крутящий момент на низких оборотах. Добавление турбонаддува усиливает эффект, поэтому турбодизели кажутся такими сильными, если вы нажимаете на педаль газа, скажем, на скорости 50 миль в час на высшей передаче.

Автомобили с турбонаддувом также имеют более тихие выхлопные трубы. Турбонагнетатель эффективно снижает количество выхлопных газов, поэтому он не такой громкий, как автомобиль без турбонаддува. Однако вы можете услышать фурор, когда убираете ногу с дроссельной заслонки. Это «перепускной клапан», который удаляет лишний газ из турбонагнетателя, когда он не нужен.

Ford Puma получил 1,0-литровый двигатель с турбонаддувом

Есть недостатки?

Вы часто встретите термин «турбо-задержка», который относится к временной задержке между нажатием на дроссель и передачей турбонагнетателем дополнительной мощности.Это просто функция времени, которое требуется выхлопным газам, чтобы достичь турбонагнетателя и разогнать турбину до нужной скорости. Большая турбина часто преувеличивает эффект.

У современных турбин есть много способов уменьшить запаздывание. Некоторые двигатели даже имеют несколько турбин увеличивающегося размера, которые работают на разных оборотах, и электродвигатели, которые раскручивают турбину еще до того, как газы достигают ее, становятся все более распространенным явлением. Определенное количество турбо-лагов неизбежно, но у многих двигателей сейчас их так мало, что их почти невозможно обнаружить.

Turbos — еще одна вещь, которая может пойти не так, как надо. Они могут и делают — некоторые двигатели особенно подвержены проблемам с турбонаддувом. Густой белый дым выхлопных газов и потеря мощности — все это ключи к разгадке. Пренебрежение, злоупотребления и большой пробег — обычные причины, но если за автомобилем правильно ухаживать, это не должно быть проблемой.

Volvo XC60 T8 имеет турбонагнетатель и нагнетатель

Чем отличается нагнетатель?

Нагнетатели

также увеличивают мощность за счет нагнетания большего количества воздуха в двигатель, но турбина вращается самим двигателем.Они без задержек, обеспечивают больший крутящий момент и потрясающе звучат, но не так эффективны.

Возвращаясь в будущее с автомобилем Chrysler Turbine 1963 года выпуска

Из майского 1989 года выпуска Автомобиль и водитель.

Некоторые парни утверждают, что могут видеть будущее, и я люблю время от времени щуриться от этого взгляда. Но это маленькое приключение будет в обратном направлении, вроде того, как обойти дульный конец и заглянуть в ствол, пытаясь понять, почему мы услышали хлопок, а потом ничего не вышло.

Старая корпорация Крайслер собиралась строить автомобили с газотурбинными двигателями, как только … черт возьми, скоро. То, что началось — в умах нескольких инженеров, вдохновленных изобретательностью Второй мировой войны, — как мозговой штурм, который мог бы сработать, в октябре 1953 года превратилось в прототип для езды на автомобиле: Chrysler начал испытания серийного Plymouth 1954 года с двигателем. турбина. По прошествии десятилетия все больше и больше прототипов турбин с жужжанием вылетало из инженерного отдела Chrysler на улицы Америки, где они были запечатлены на пленку и изображены в каждой газете, механическом журнале и автомобильной книжке в стране.У General Motors и Ford тоже были турбины, но Chrysler, казалось, был впереди, ближе всего к тому дню, когда мы все будем кружиться в автомобилях реактивного возраста без систем охлаждения, глушителей, поршней, клапанов, карбюраторов и необходимости для бензина. Они работали бы на керосине или дизельном топливе или даже на водке, если бы вы увлекались трюками на вечеринках. Публицисты Chrysler на пресс-гала-концерте зашли так далеко, что налили несколько драгоценных унций модных французских духов. Судя по отзывам, все, что он делал, это придавал выхлопу, который сюда попадает, запах.

Дик Келли Автомобиль и водитель

Этот энтузиазм по поводу газовых турбин продолжал расти, пока, наконец, будущее не стало терять свою неопределенность. 14 мая 1963 года в отеле Essex House в Нью-Йорке компания Chrysler представила автомобиль с газотурбинным двигателем, который не был прототипом. Это был первый из 50-ти идентичных, блестящих бронзовых гламурных автомобилей с кузовом Ghia, которые собирались одолжить обычным людям для поездки на работу или для прогулки по полосе или для чего-то еще, что обычные люди делали с автомобилями.По словам Крайслера, единственной целью было определить реакцию типичных американских водителей на автомобили с газотурбинными двигателями. Другими словами, подлинное исследование рынка, подразумевающее, что если люди там достаточно сильно задыхаются и дадут другие признаки готовности подписывать чеки, то вскоре турбины могут быть найдены в каждом представительстве Chrysler от моря до сияющего моря.

Конечно, это было тогда и сейчас, и на участке Честного Эла в вашем районе ровно ноль подержанных автомобилей Chrysler Turbine с большим пробегом.Будущее, судя по всему, осечка. И в этот поздний срок вашего автора отправляют в темную дыру с инструкциями доложить.

Мы идем по коридору главного здания на полигоне Крайслер в Челси, штат Мичиган. Металлические стены цвета желто-коричневого цвета выглядят такими же свежими и немаркированными, какими я их помню, когда я впервые установил кончик крыла на месте в качестве новичка инженера Chrysler летом 1963 года, как и предполагалось, через несколько дней после Анонсированы автомобили Ghia Turbine Cars.

Дик Келли Автомобиль и водитель

Мы поворачиваем к табличке с золотыми буквами на синем фоне, которая гласит: «Выставочный зал». При виде этого у меня на чердаке раздается зуммер. Я забыл выставочную комнату. Это было пространство размером с просторный гараж на одну машину, со стальными стенами и набором промышленных прочных ворот сарая, выходящих в главный магазин. Выставочный зал был предназначен для просмотра будущего. Любой прототип, настолько масштабный, что переставал работать в обычном магазине, катили в демонстрационный зал.Машины были настолько продвинуты, что не могли выйти на улицу без укрытия. Стальные двери были закрыты на на ключ . Крышка была снята. И вот оно, вот и дрожь , будущее!

Но, как я уже сказал, сегодня мы смотрим на другой конец ствола. Дверь открывается, и я вхожу в 1963.

Я только что вернулся с обеда или как? Ничего не изменилось. Стены по-прежнему бледные, верстаки серые, ящики для инструментов красные. И Turbine Car по-прежнему совершенно гламурен, его выдающаяся форма вся украшена блестящим хромом и блестящей бронзой, как у какой-то танцовщицы на Копакабане.Я чувствую, что должен свистеть.

Как и танцовщицы повсюду, эта выглядит немного потрепанной, если подойти ближе. У нее на боках крохотные морщинки от дверей на стоянках. Но она все еще умеет принимать позу.

Я видел много машин с турбинным двигателем в дни, когда я был на Крайслере, кружащиеся вокруг инженерного комплекса, как рулежные Боинги, оставляя за собой теплое облако реактивного дыхания, которое кружилось вокруг моих лодыжек, когда они проезжали мимо. Однако, несмотря на их количество, они всегда были загадочными кораблями.Трудно было поймать кого-то для радостной поездки: мне так и не удалось. Ребята, которые работали в турбинной лаборатории, держались в стороне. Некоторые из моих друзей перешли туда, когда программа процветала. Как будто они присоединились к культу. После этого они больше не болтали за кофеваркой и больше не возвращались к столам старого кафетерия на обед. Слухи о специальных высокотемпературных материалах и прорыве в эффективности ходили по виноградной лозе инженерного искусства, но я никогда не слышал, чтобы кто-нибудь сказал хоть слово. Я тоже не помню, чтобы когда-либо видел хоть одну улыбку.

Дик Келли Автомобиль и водитель

Я спрашиваю об этом Джорджа Стечера. Можно сказать, что он один из первых актеров: 39 лет в Chrysler, работал над турбинами до самого конца программы, до сих пор несет за них огонь. Этим утром он приехал в Челси, чтобы помочь машине с турбинным двигателем пережить это приключение.

О культе он говорит просто: «Джордж Хюбнер умел вдохновлять своих людей».

Да, Джордж Хюбнер, я помню, как он шагал по коридорам: высокий, чопорный, как генерал, германец в своих седых волосах и очках в стальной оправе, со всеми острыми складками и свежим воротником — мужчина на миллион долларов.Проект турбины был его делом. С ним было невозможно спорить.

Stecher воспроизводит детали турбинных дней Chrysler, как если бы они произошли ранее на этой неделе. Всего, по его словам, было 55 таких автомобилей, построенных компанией Ghia, 45 из которых были переданы в аренду избранным «клиентам». С 29 октября 1963 года, когда вышла первая машина, и до 28 января 1966 года, когда вернули последнюю, 203 автомобилиста предстали перед трехмесячным испытанием.

Автомобили были стилизованы под Chrysler под руководством Элвуда П.Энгель, который тогда был только что из Форда. По силуэту Турбинные Машины были похожи на Громовых Птиц того времени. Вероятно, именно так, по мнению Энгеля, должен выглядеть четырехместный автомобиль. Кузова были изготовлены вручную в Италии и оснащены двигателями и шасси на заводе Chrysler в Гринфилде.

«В мире осталось девять», — говорит Стечер. «У Крайслера их три».

Дик Келли Автомобиль и водитель

В scuttlebutt, сделанном в стиле 1960-х годов, говорилось, что автомобили ввезли в беспошлинную торговлю на ограниченное время и в конечном итоге списали, чтобы избежать пошлины.Не так давно до меня дошли слухи о большом кладбище машин с турбинными двигателями на каком-то удаленном участке полигона. Стечер подтверждает слухи. Единственным выходом из уплаты налогов было отправить их обратно в Италию или отдать музеям в нерабочем состоянии. Шесть автомобилей отправились в музеи со снятыми двигателями и выставлены на выставочные стенды. Но музейные коллекции, похоже, не вечны, и теперь несколько машин с турбинным двигателем попадают в частные руки. По причуде налоговых правил, после пяти лет демонстрации автомобили навсегда освобождаются от пошлины.Продавец Domino’s Pizza, Том Монаган, недавно приобрел для своей коллекции автомобиль с турбинным двигателем, хотя кто-то опередил его.

А как насчет кладбища? Элмер Киль, координатор полигона, кивает. «Мы порезали их, разбили, сожгли. Я плакал, но мы должны были это сделать».

Но он смеется над другим аспектом работы по утилизации. Когда время разрушения было близко, сотрудники полигона начали накапливать несколько памятных подарков. Фаворитом была хромированная центральная часть колесных колпаков.Это был чистый мотив Turbine, предмет в форме тарелки с внутренними плавниками. Получилась отличная пепельница, и многие курильщики держали их на своих столах. Затем однажды без предупреждения все они исчезли. Никто не знал почему. Может быть, таможня США?

Нет. Бригада ночных уборщиков посчитала, что пепельницы с внутренними ребрами неудобно чистить, поэтому они выполнили небольшую операцию по утилизации.

Дик Келли Автомобиль и водитель

Я спрашиваю Стечера, почему турбины так и не пошли в производство.Он говорит, что в первые дни большие улучшения пришли быстро, и повсюду царил оптимизм. Но когда уровень развития техники приблизился к приемлемому уровню для легковых автомобилей, прогресс стал замедляться. Некоторое время выбросы NOx были огромными. Когда этот барьер был наконец преодолен, разразился энергетический хруст. Недостатком турбины всегда была экономия топлива, но пятнадцать лет разработки подтолкнули ее к приблизительному паритету с большими автомобилями V-8 того времени — 17 или 18 миль на галлон в поездке, где-то там.Но когда напуганные кризисом покупатели автомобилей начали покупать импортные автомобили на 30 и 40 миль на галлон, оптимизм в отношении турбин угас. В середине 1970-х годов Chrysler выиграла государственный контракт на разработку турбины на сумму 6,4 миллиона долларов. На заре 1980-х годов в стадии моделирования находилась даже компактная турбина с передним приводом. Но с точки зрения турбинщика будущее выглядело ужасно. Турбина может быть высокоэффективным двигателем при работе с постоянной скоростью, как в самолете или на электростанции, но она жадина при вождении с остановками и остановками.Изначально автомобили привлекали идеальной плавностью хода и, скажем прямо, новизной. Но единственный сценарий, который не предвиделся в те безумные послевоенные годы, был именно тем, который сближался. Топливо собирались ограничить. Компания Chrysler, наконец, смирилась с этой точкой зрения в апреле 1981 года и в последний раз выключила свет в лаборатории Turbine Lab.

Я хорошо помню жужжание турбинного вагона, но есть много оттенков жужжания. В масштабе от Boeing до Cuisinarts я бы не вспомнил, где именно он подходит.Но теперь, когда включено зажигание и лопасти вращаются до максимальной скорости, я слышу порыв воздуха, чистый Electrolux. Принеси на ковер.

Стрелке тахометра требуется около трех секунд для перехода в режим холостого хода — при 22 000 об / мин. Жужжание пронзительное и воздушное, что совершенно не подходит для машины. И в целом идеально подходит для фантастических путешествий.

Интерьер, конечно, фантастический. Три циферблата с глубокими туннелями, сгруппированные, как пушки, указывают на меня через отверстие с капюшоном в приборной панели. Бронзовая кожа подходит ко всем поверхностям, кроме хрома.Яркая консоль в виде турбины простирается от брандмауэра до багажника, разделяя кабину пополам. На радиолифце есть два символа гражданской обороны, каждый из которых представляет собой треугольник в круге, показывающий, где настраиваться, когда коммуняки бросают большой. Тахометр показывает до 60 000 оборотов в минуту.

Стечер нервничает из-за двигателя. Он говорит, что температура на входе в турбину выше примерно на 75 градусов. Моя идея о взлете на полной мощности в туманную дистанцию ​​полигона нисколько его не забавляет. Так что нам придется отправиться в круиз.

Дик Келли Автомобиль и водитель

Мой мозг был вовлечен в интенсивный сеанс посредничества между глазами, которые говорят «машина», и ушами, которые настаивают на «Боинге». Уши знают о реактивных двигателях, знают, как свистит двигатель, и довольно скоро скорость набирает обороты. Турбинная машина делает это так, как если бы двигатель не был связан с ведущими колесами. Круиз — это ил. Я нажимаю педаль хода, и мы идем вперед. Стрелка тахометра подскакивает на тысячи оборотов в минуту; спидометр кажется успокоенным.

Турбина Автомобильная слизь, скользкая, как чистый полиэстер. В этом была загадка. Без вибрации точно. Но это также отталкивает, потому что он настолько не связан с задачей движения вперед — как старый Hydramatic, только в большей степени.

Забудьте все, что вы знаете об автомобилях. Турбина — двухсекционный двигатель. Свистящая часть — это секция компрессора, которая работает все время, увеличивая и уменьшая обороты в ответ на поток топлива, регулируемый вашей ногой. Работа компрессора заключается в подаче горячего ветра на силовую турбину, соединенную с трансмиссией.Между компрессором и силовой турбиной нет никакой связи, кроме горячего ветра. Остановитесь на светофоре, и силовая турбина тоже остановится, горячий ветер на холостом ходу пробьет лопасти, ожидая, когда вы отпустите тормоза и дадите заряд энергии.

Двигатель, по сути, служит собственным преобразователем крутящего момента — я должен добавить, что он исключительно слабый. И это источник чувства разобщенности. Chrysler использовал трехступенчатую автоматическую коробку передач без обычного гидротрансформатора, чтобы улучшить работу в городе.

Стечер только что заметил, что этот не переключается. Неудивительно, что машина сочится. Осталось не так много запчастей для турбинных автомобилей. Его лицо показывает разочарование владельца: «О нет! Что теперь?»

А, но для круиза нам не нужна коробка передач. Кроме того, кому нужна трансмиссия на реактивном самолете? Звук двигателя абсолютно убедительный. Вы знаете, как в «Боинге» струя реактивного двигателя, кажется, растворяется в счастливой гармонии с порывом наружного воздуха на крейсерской скорости? Когда мы приближаемся к 0,1 Маха, турбинный вагон делает то же самое.

Мой голос становится хрипловатым, и мне хочется сказать: «Это говорит ваш капитан».

Характеристики

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1963 Chrysler Turbine Car

ТИП АВТОМОБИЛЯ
передний двигатель, задний привод, 4 пассажира, 2 двери купе

ТИП ДВИГАТЕЛЯ
Регенеративная газовая турбина , железный корпус с алюминиевым компрессором, стальным рабочим колесом и турбинами из алюминиевого сплава
Мощность
130 л.с. при 3600 об / мин на выходном валу
Крутящий момент
425 фунт-фут при остановке на выходе вал

ТРАНСМИССИЯ
3-ступенчатая АКПП

ШАССИ
Подвеска (передняя / правая): поперечные рычаги / ведущая ось
Тормоза (передняя / правая): 10.0-дюймовые чугунные барабаны / 10-дюймовые чугунные барабаны
Шины: Goodyear Tubeless, 7,75 x 14

РАЗМЕРЫ
Колесная база: 110,0 дюйма
Длина: 201,6 дюйма
Ширина: 72,9 дюйма
Высота: 53,5 дюйма
Снаряженная масса: 3900 фунтов

C / D РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
60 миль в час: 13,2 с
Максимальная скорость: 115 миль в час

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Как работает турбина Тесла

Тесла, а также многие современные ученые и промышленники считали свою новую турбину революционной по ряду характеристик. Он был маленьким и простым в изготовлении. У него была только одна движущаяся часть. И это было обратимо.

Чтобы продемонстрировать эти преимущества, Tesla построила несколько машин. Юилус Чито, сын давнего машиниста Теслы, построил несколько версий.Первый, построенный в 1906 году, состоял из восьми дисков диаметром 15,2 сантиметра каждый. Машина весила менее 10 фунтов (4,5 кг) и развивала 30 лошадиных сил. Он также выявил недостаток, который затруднил дальнейшее развитие машины. Ротор развивал такие высокие скорости — 35 000 оборотов в минуту (об / мин) — что металлические диски значительно растягивались, снижая эффективность.

В 1910 году Чито и Тесла построили более крупную модель с дисками 12 дюймов (30.5 сантиметров) в диаметре. Он вращался со скоростью 10 000 об / мин и развивал 100 лошадиных сил. Затем, в 1911 году, пара построила модель с дисками диаметром 9,75 дюйма (24,8 сантиметра). Это снизило скорость до 9000 об / мин, но увеличило выходную мощность до 110 лошадиных сил.

Воодушевленный этими успехами в небольшом масштабе, Тесла построил более крупный двойной блок, который он планировал испытать с помощью пара в главной электростанции нью-йоркской компании Эдисон. Каждая турбина имела опорные диски ротора диаметром 18 дюймов (45,7 см).Две турбины были размещены в линию на едином основании. Во время теста Tesla смогла достичь 9000 оборотов в минуту и ​​выработать 200 лошадиных сил. Однако некоторые из присутствовавших на испытаниях инженеров, лояльных Эдисону, утверждали, что турбина вышла из строя из-за непонимания того, как измерить крутящий момент в новой машине. Эта плохая пресса в сочетании с тем фактом, что крупные электрические компании уже вложили значительные средства в лопаточные турбины, затрудняла для Tesla привлечение инвесторов.

В последней попытке Тесла коммерциализировать свое изобретение он убедил производственную компанию Allis-Chalmers в Милуоки построить три турбины.Два из них имели 20 дисков диаметром 18 дюймов и развивали скорость 12 000 и 10 000 об / мин соответственно. Третий имел 15 дисков диаметром 60 дюймов (1,5 метра) и был рассчитан на работу со скоростью 3600 об / мин, вырабатывая 675 лошадиных сил. Во время испытаний инженеры Allis-Chalmers обеспокоились как механической эффективностью турбин, так и их способностью выдерживать длительное использование. Они обнаружили, что диски сильно деформированы, и пришли к выводу, что турбина в конечном итоге вышла из строя.

Даже в конце 1970-х исследователям было трудно воспроизвести результаты, о которых сообщил Тесла. Уоррен Райс, профессор инженерии в Университете штата Аризона, создал версию турбины Тесла, которая работала с КПД 41%. Некоторые утверждали, что модель Райс отклонялась от точных спецификаций Теслы. Но Райс, эксперт по гидродинамике и турбине Тесла, провела обзор литературы об исследованиях еще в 1990-х годах и обнаружила, что ни одна современная версия изобретения Теслы не превышает КПД от 30 до 40 процентов.

Это больше всего помешало турбине Тесла получить более широкое распространение.

Как прямо заявило Управление военно-морских исследований в Вашингтоне, округ Колумбия: «Турбина Парсонса существует уже долгое время, и целые отрасли промышленности построены вокруг нее и поддерживают ее. Если турбина Тесла не на порядок лучше, тогда это будет проливать деньги в дыру, потому что отрасль не перевернется так легко… »[источник: Чейни].

Итак, что же остается с турбиной Tesla сегодня? Как мы увидим в следующем разделе, инженеры и автомобильные дизайнеры снова обращают внимание на эту 100-летнюю технологию.

Концепт-кары Chrysler Turbine 1950-х и 1960-х годов

Выбросы NOx оставались острой проблемой для программы Chrysler Turbine Car, особенно после того, как в 1970-х годах начался государственный контроль над Turbine Car. Однако удивительно, что в 1972 году недавно созданное Агентство по охране окружающей среды было убеждено — отчасти благодаря коммерческому предложению инженера проекта Джорджа Хюбнера — выделить Chrysler 6,4 миллиона долларов на продолжение разработки турбин.

Помимо контроля NOx, конкретными целями гранта были увеличение пробега, снижение производственных затрат и обеспечение, по крайней мере, сопоставимых характеристик и надежности по сравнению с «обычными компактными американскими автомобилями с поршневым двигателем» [курсив добавлен].

После испытаний с тремя седанами Dodge / Plymouth 1973 года выпуска компания Chrysler представила турбину седьмого поколения. Хотя он вернулся к одиночному регенератору, он похвастался более точным электронным контролем топлива.

Первоначально устанавливаемый на пару Dodge Aspens 1976 года, этот двигатель также приводил в действие одноразовое купе с Т-образной крышей, в основном Chrysler LeBaron 1977 года с острыми передними крыльями, скрытыми фарами и тонкой вертикальной решеткой радиатора. Мощность была всего 104 лошадиных силы против 150 у шестого поколения, но эта новейшая турбина работала несколько горячее, поэтому 125 лошадиных сил были доступны за счет впрыска воды на входе компрессора и изменения положения направляющих лопаток на входе.

Затем Chrysler заключил аналогичный контракт (вместе с GM и Ford) с Управлением энергетических исследований и разработок (ERDA), которое позже было объединено с несколькими другими агентствами в сегодняшнее Министерство энергетики (DOE).

Все еще стремясь к совершенству турбины, инженеры вскоре практически устранили задержку дроссельной заслонки, привели выбросы углеводородов и окиси углерода в установленные законом пределы и достигли экономии топлива, приближающейся к аналогичным поршневым двигателям. Согласно условиям контракта, Chrysler разместила свои две турбины Aspens в Вашингтоне, округ Колумбия.C., где они работали безупречно.

Но к тому времени был 1979 год, и снизить уровень NOx все еще казалось невозможным. Хуже того, Chrysler мчался к банкротству, а новая глубокая рецессия вызвала повсеместное сокращение федеральных программ.

При этом Министерство энергетики прекратило финансирование в начале 1981 года, и Chrysler вскоре полностью отказался от исследований турбин после более чем четверти века и более 100 миллионов долларов собственных денег, плюс 19 миллионов долларов от налогоплательщиков. В жутком отголоске того, с чего все началось, самым последним построенным газотурбинным автомобилем был почти серийный Dodge Mirada 1980 года.

К сожалению, все закончилось, когда это произошло. По словам одного из официальных представителей проекта, «левый мертворожденный» был турбиной восьмого поколения, разработанной, по иронии судьбы, для важнейших новых переднеприводных компактных автомобилей Chrysler и их будущих производных. С одним валом турбины (вместо двух), электронной подачей топлива и прогнозируемой мощностью 85 лошадиных сил это была бы самая простая турбина и, вероятно, самая дешевая в производстве.

Были также надежды, что новая горелка с изменяемой геометрией станет долгожданным ответом на выбросы NOx.Но время и деньги были на исходе, поэтому этот двигатель не пошел дальше чертежей и макета из пенопласта.

К счастью, Chrysler продемонстрировал чувство истории в отношении турбинных автомобилей, построенных Ghia, выкладывая достаточно денег, чтобы спасти 10 от факела. Остальные были разрезаны под бдительным присмотром таможни США. Они должны были быть. Ввозные пошлины на эти «иномарки» были отменены только для целей программы испытаний; как только это закончилось, у Chrysler был выбор: либо вернуть их в Италию, либо заплатить значительные суммы, чтобы сохранить их на американской земле.

Из 10 спасенных, девять учтены. У Крайслера все еще есть три; остальные шесть разошлись по разным музеям.

Мощность турбины теперь имеет такое же отношение к нашему автомобильному будущему, как грохочущие сиденья и задние плавники, особенно с учетом современного акцента на гибридные силовые агрегаты и альтернативные виды топлива. По крайней мере, у нас есть история турбины Крайслера и несколько ее артефактов, чтобы вспомнить будущее, которое почти было, но, в конце концов, никогда не могло быть.

Чтобы узнать больше о концепт-карах и прогнозируемых ими серийных моделях, посетите:

• Концепт-кары
• Классические автомобили
• Отчеты автосалонов Consumer Guide
• Future Cars

.