9 Ноември, 2010 12:12 123 761 51

Турбото: Не просто въздух под налягане

Турбото: Не просто въздух под налягане - 1

На 16 ноември 1905 г. швейцарският инженер Алфред Бюхи получава свидетелство № 204630 от Имперската патентна служба на Германския райх. Документът е издаден за изобретение, което според описанието представлява "машина с вътрешно горене, състояща се от нагнетател (турбинен компресор), бутален двигател и турбина в последователна подредба".
От официалния рожден ден на турбокомпресора е изминал повече от век. Днес той се смята за толкова естествен атрибут на съвременните двигатели, че на емблемите "Turbo" от 70-те, с които производителите подчертават буйния нрав на първите модели с принудително пълнене, се гледа като на симпатичен архаизъм. От онзи ноемврийски ден на 1905-а обаче трябва да изтече доста вода, докато простото на теория устройство се наложи в практиката.

Проблемът с повишаването на мощността занимава автомобилните конструктори от самото възникване на тази професия. Законите на физиката гласят, че тягата на двигателя зависи пряко от количеството оползлотворявано гориво за един работен цикъл. Колкото повече от него изгаря, толкова повече нараства мощността. На пръв поглед излиза, че ако се налива достатъчно бензин или дизел, конските сили под капака могат да се увеличават до безкрай. Работата обаче е там, че за горенето е нужен кислород и в цилиндрите постъпва не чисто гориво, а гориво-въздушна смес. При това нейните съставки трябва да бъдат в точно определено съотношение. В зависимост от особеностите на различните бензинови двигатели на една част гориво могат да се падат примерно 10-15 части въздух, а дизеловите се нуждаят от още повече кислород. Не са необходими особени инженерни познания, за да се прецени, че това е доста въздух, а с увеличаването на потока подавано гориво за постигане на по-голяма мощност обемът му нараства пропорционално. Традиционният двигател с вътрешно горене се снабдява с необходимия кислород самостоятелно заради разликата между налягането в цилиндрите и атмосферата. Получава се пряка зависимост - колкото по-голям е работният обем, толкова повече въздух трябва да постъпва в мотора. Американците следват тази естествена логика, като конструират двигатели с огромна кубатура и умопомрачаващ разход на гориво. Дали обаче няма начин да се вкара повече въздух в същия работен обем?

Този въпрос си задава още Готлиб Даймлер, който поназнайва това-онова за двигателите с вътрешно горене. През 1885 г. той измисля устройство, подобно на вентилатор, което се задвижва непосредствено от коляновия вал на мотора и нагнетява в цилиндрите свеж въздух. 20 години по-късно вече споменатият Алфред Бюхи доразвива идеята. Той работи като конструктор на дизелови агрегати в Sulzer Bros. и определено се дразни от ниската мощност на иначе тежките и грамадни двигатели. Не му се нрави и решението с механичен компресор, защото така се отнема въртящ момент от мотора. Хрумва му, че може да използва енергията на отработените газове. Както всяко гениално изобретение, и това е пределно просто. Както вятърът върти перката на мелницата, така и въздушният поток на ненужните вече газове може да задвижва лопатките на нагнетателя. Разликата се състои само в това, че те са доста повече на брой, а колелото, на което са закрепени, е много по-малко. То се нарича турбинен ротор и е фиксирано към вала на компресора. Изгорелите газове въртят ротора, а той - компресора, който в качеството си на "вентилатор" снабдява с допълнителен въздух цилиндрите. Самото понятие "турбокомпресор" описва добре процеса чрез съставните си латински думи "turbo" ("вихър") и "compressio" ("сгъстявам").

Подаваният към цилиндрите въздух се нагрява от сгъстяването, триенето между детайлите на компресора и високата температура на отработените газове. За да се постигне по-висока ефективност, той трябва да се охлажда допълнително. Така плътността му се увеличава и позволява по-лесно сгъстяване на повече кислород в горивната камера. Това става с помощта на междинен охладител, познат още като интеркулер. Той представлява радиатор, монтиран по пътя на въздуха от турбокомпресора към цилиндрите.
Колкото повече отработени газове попадат в турбината, толкова по-бързо се върти тя. Допълнителното количество подаван въздух увеличава мощността и процесът е значително по-ефективен, отколкото при механинчия аналог. Турбокомпресорът изразходва несравнимо по-малка част от мощността на двигателя, отколкото задвижвания от коляновия вал нагнетател - едва 1.5%. Роторът не черпи енергията от забавянето на потока отработени газове, а от охлаждането им. На изхода на турбината те се движат с почти същата скорост, но са по-студени. Освен това използваната за сгъстяване на въздуха енергия повишава коефициента на полезно действие на двигателя, тъй като в противен случай просто би била изгубена. Генерирането на по-висока мощност от по-малък работен обем пък на свой ред означава по-малко загуби от триене и по-ниско тегло на двигателя. Комплексът от тези преимущества прави автомобилите с турбомотори по-икономични в сравнение с атмосферните агрегати с аналогична мощност. Звучи като пълно щастие, но не всичко е толкова просто. Турбокомпресорът крие и проблеми.

Скоростта на въртене на турбината може да достигне невъобразимите 200 000 об/мин, а температурата на отработените газове понякога се покачва до 1 000 градуса по Целзий. Да се създаде компресор, способен да издържа подобни натоварвания продължително време, не е никак лесна и евтина работа. Това обяснява защо турбото навлиза в едросерийната техника едва през годините на Втората световна война и то само в авиацията. През 50-те инженерите на американската компания Caterpillar съумяват да го приспособят за своите трактори, а конструкторите на Cummins създават първите турбодизели за камионите си. Серийни леки автомобили с такъв тип принудително пълнене се появяват още по-късно. Това се случва през 1962 г., когато почти едновременно са представени Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza. Уви, технологичната сложност на тяхната конструкция и високата цена съвсем не са единствените им недостатъци. Ефективността на турбокомпресора зависи в много висока степен от работните режими на двигателя. При ниски обороти отработените газове не са достатъчно, роторът се върти слабо и нагнетателят почти не захранва мотора с допълнителен въздух. До около 3 000 об/мин мощност липсва, а след 4-5 000 се получава внезапен скок в тягата и истински "ритник" в ускорението. Явлението се нарича "турбо дупка". Колкото по-голям е компресорът, толкова по-дълго трае ефектът є. Ето защо двигатели с висока литрова мощност и турбини с високо налягане страдат сериозно от този недостатък, а такива с ниско са пощадени от него, но пък мощността им не се повишава много.

Решение на проблема с турбо дупката дава схема с последователно принудително пълнене. Тя се състои от малък нискоинерционен турбокомпресор, който увеличава мощността при ниски обороти. При достигането на по-високи, когато налягането на отработените газове нараства, се включва втори, по-голям нагнетател. Такава система намира приложение в конструкцията на суперкара Porsche 959, а днес се използва в турбодизелите на BMW. При бензиновите мотори на Volkswagen ролята на малкия компресор се поема от механичен нагнетател.
В редовите двигатели често се прилага решението с единичен компресор с двоен работен апарат (Twin Scroll). Всеки от неговите два "охлюва" се пълни от различни групи цилиндри, но и двата подават въздух към една турбина, като я развъртат ефективно и при ниски, и при високи обороти.

По-често се срещат конструкции с два еднакви нагнетателя, обслужващи паралелно отделни цилиндрови групи. Такава схема е типична за V-образните двигатели, всеки от чиито два блока разполага със собствено турбо. Разновидност на тази конструкция са осемцилиндровите мотори на M GmbH, с които се оборудват BMW X5 M и X6 M. Те са снабдени с кръстосан изпускателен колектор, който позволява на Twin Scroll компресора да черпи отработени газове от цилиндрите на двата блока, работещи в противофаза.
Променливата геометрия на работните части в турбонагнетателя е друг способ за постигане на ефективност в целия оборотен диапазон на двигателя. Специални лопатки във вътрешността на "охлюва" изменят положението си в зависимост от скоростта на въртене на коляновия вал и така формата на соплото варира. Резултатът е "супертурбина", която снабдява двигателя с допълнителен въздух при всякакви обороти. Тази идея не е нова, но реализирането є стана възможно неотдавна. Първоначално турбокомпресорите с променлива геометрия намериха приложение в дизеловите мотори, тъй като температурата на техните отработени газове е по-ниска. Пример за бензинов автомобил с такъв нагнетател е Porsche 911.

Широкото приложение на турбокомпресора през последните години се обяснява не само с повишаването на мощността, а и с потенциала му в областта на екологията и намаляването на разхода на гориво. Огромните възможности за намаляване на вредните емисии обяснява защо днес практически няма дизелови двигатели без принудително пълнене. С помощта на нагнетателя пък бензиновите мотори лесно превръщат и най-скромните малолитражки в истински оси на пътя.


Поставете оценка:
Оценка 5 от 2 гласа.


Напиши коментар:

ФAКТИ.БГ нe тoлeрирa oбидни кoмeнтaри и cпaм. Нeкoрeктни кoмeнтaри щe бъдaт изтривaни. Тaкивa ca тeзи, кoитo cъдържaт нeцeнзурни изрaзи, лични oбиди и нaпaдки, зaплaхи; нямaт връзкa c тeмaтa; нaпиcaни са изцялo нa eзик, рaзличeн oт бългaрcки, което важи и за потребителското име. Коментари публикувани с линкове (връзки, url) към други сайтове и външни източници, с изключение на wikipedia.org, mobile.bg, imot.bg, zaplata.bg, auto.bg, bazar.bg ще бъдат премахнати.

КОМЕНТАРИ КЪМ СТАТИЯТА

  • 1 Emil Kostadinov

    113 5 Отговор
    Браво !! Полезна статия,образовайте читателите си,че всякакви лай-ци има и сигнатурата TDI се използва с възклицанието " Wow" без да се знае какво представлява ! Айде с здраве отивам в двора да търся охлюви !!!! :))))))
  • 2 Dr. Iliev

    38 88 Отговор
    Като цяло става за широк кръг читатели, не ми харесва това, че са използвани чуждици, като "суперкара".Езика е на доста ниско ниво, но трябва да се оцени труда на хората.

    Коментиран от #4, #29

  • 3 georgi

    36 1 Отговор
    tova mn mi haresaa
  • 4 Линдрос

    80 5 Отговор

    До коментар #2 от "Dr. Iliev":

    Ти какво искаш - докторат на тема турбо компресори ли? Езикът е чудесен и според мен е използван съвсем умишлено. По този начин материала е разбираем от всички. Все пак не е предназначен само за свръхинтелигентни доктори.
  • 5 Ghost_town

    37 3 Отговор
    dobra statiq :)
  • 6 JTD

    56 1 Отговор
    Браво за статията! Достатъчно изчерпателна, без да влиза в излишни подробности. Определено съм ЗА образователни статии като тази, за да се дигне нивото на аудиторията, че положението е страшно.
  • 7 no_name

    33 1 Отговор
    Страхотна статия! Искрено ви благодаря за изчерпателната информация :)))
  • 8 M Power

    40 5 Отговор
    Супер статия, браво! Нека на масата неграмотници тук им влезне нещо в главите.
    В статията много добре се обеснява защо старите Kompressor-и на Мерцедес са толкова мудни.
  • 9 DJ BEST

    22 4 Отговор
    Браво за статията.Много е полезна за неграмотните привърженици на руските коли и на обикновенните дизели и бензини. Да разберат и на книга защо турбото,където и да е дава мощност на двигателя и икономия на горивото.

    Коментиран от #10, #25

  • 10 аз

    16 1 Отговор

    До коментар #9 от "DJ BEST":

    А грамотните привърженици на турбото делят дизелите на обикновени (без двойно "н") и необикновени.
  • 11 Kiril

    20 0 Отговор
    Много добра стаия! Изчистена и ясна подчертана с примери. Супер :)
  • 12 kalokasa

    19 0 Отговор
    mnogo dobra statiq evala pi4ove
  • 13 Аз

    23 1 Отговор
    Браво! Статията е чудесна! Вече си имам напредстава какво представлява турбото и каква е неговата работа...Колкото до езика мисля,че е съвсем нормален.Статията е написана на разбираем език.Тук таме има някои по сложни думи но няма как.Браво отново страхотна работа!
  • 14 TDi

    22 8 Отговор
    NAPI6I I TI EDNA TAKAVA STATIA DA TE VIDIM KOLKO SI UMEN BE...DOKTORE,ILI TAKA TI VIKAT U SELSKATA KRA4MA NA DVE RAKII SLED POREDNIA REMONT NA TRAKTORITE U SELO.

    Коментиран от #16

  • 15 uFo

    5 8 Отговор
    Харесва ми статията, може би е copy-paste от някъде с превод, но пък е добре дошла за всички, които не разбират чужди езици.

    Само с това не съм съгласен - "Решение на проблема с турбо дупката дава схема с последователно принудително пълнене." Не съм спец, но си смятам, че по-правилно би звучало "едно от решенията е... ", тъй като обикновено решението с турбо дупката (или LAG-а) се решава чрез настройване на westgate-a. А както беше казал Corky Bell в книгата си "Maximum Boost" - "If there is no lag, there is no turbo" (демек, ако няма турбо дупка - няма турбо).
    За по-любознателните ето една тема с която могат да запълнят до някъде любопитството си ;)
    http://bmwpower-bg.net/forums/viewtopic.php?f=62&t=26757 - стара, ама златна ;)
  • 16 uFo

    9 4 Отговор

    До коментар #14 от "TDi":

    прав е dr. Iliev. На бас, че може да напише по-добра статия с вързани ръце от теб - който не можеш да пишеш ДОРИ на кирилица! Деца - съобразявайте се малко!
  • 17 TDi

    4 11 Отговор
    KATO ZA IZVAN ZEMEN SI USPIAL DA PRO4ETE6 ZA KAKVO STAVA DUMA,I DOBAR IZTO4NIK SI NAMERIL.KATO KACNE6 NA ZEMIATA POROVI SE I DRUGADE TOPLATA VODA E OTKRITA ,A 6E SI PI6A KAKTO SI ISKAM.

    Коментиран от #19

  • 18 wtf?!

    10 2 Отговор
    Е за това си говорим момци! Ако има повече такива полезни статии ще бъде страхотно...турбокомпресор-едо просто,но невероятно изобретение!
  • 19 аз

    6 8 Отговор

    До коментар #17 от "TDi":

    "A 6E SI PI6A KAKTO SI ISKAM."
    Явно не пишеш както искаш, а както можеш. И си личи, че не можеш много.
  • 20 Kris

    9 1 Отговор
    Много ми хареса. Браво.
  • 21 DOKTORA

    4 1 Отговор
    Mnogo dobree obqsneno i za obiknoveno turbo i za biturbo !Statiqta si q biva
  • 22 niko power

    8 0 Отговор
    Браво на момчетата от mobile.bg.Статията е добра и много актоална.
  • 23 tanio

    5 1 Отговор
    bravo nai posle da razbera kakav e principa na rabota na turboto vsashnost a ne nyakvi samozvani maistori da si izmisliat sachinenia bez da sna prochel i edin red info
  • 24 йойо

    9 0 Отговор
    С благодарност към статията !!!
  • 25 /c

    12 2 Отговор

    До коментар #9 от "DJ BEST":

    Да, турбото дава мощност, но икномията н гориво е съмнителна. На практика колите с турбо подтикват шофьора къъм агресивно шофиране и иконоиямат отива на кино.

    А надеждността на автомобилите с турбо - никой не коментира...
  • 26 Spud

    15 2 Отговор
    Моята кола е с турбо с променлива геометрия и върви като разпрана, пък е доволно икономична. Разбира се говоря за комънрейл турбодизел. При турбобензиновите разработки икономия не може да има, особено с така модерният "даунсайзинг", при който малки моторчета се товарят яко само за да сдадат багажа след няколко години. Да му мислят тия, дето ще купуват глупостта TSI на старо ;-)
  • 27 M Power

    33 0 Отговор
    А аз си мислех че като сложа табелка TURBO отзаде на багажника значи бмв-то ми е с турбо. Аз сложих от двете страни по едно и им казвам на лапетата в махалата че мойто БМВ е битурбо,те ми се смеят. Няма да играя повече с тях.
  • 28 benzinsider

    5 0 Отговор
    Гениално!
  • 29 Георги

    4 4 Отговор

    До коментар #2 от "Dr. Iliev":

    ДОКТОРЧЕ САМО МОГА ДА ТЕ ПОЗДРАВЯ С ПЕСЕНТА "О, КОЛКО СИ ПРОСТ" ИНАЧЕ БРАВО ЗА МАТЕРИАЛА!!!
  • 30 Mdaa

    4 0 Отговор
    Добре написано , единственото което са пропуснали да отбележат , че живота на турбината много зависи от редовната смяна на маслото на двигателя . Както и от самото масло , разбира се .
  • 31 Филолог

    4 1 Отговор
    Пише се "лаици" и "със здраве".

    Иначе евала за статията :)
  • 32 Emil Kostadinov

    1 1 Отговор
    Имам един въпрос г-н Филолог ! На теб и на някои други да не ви плащат да търсите грешките на другите??? Вие това ли виждарте,когато четете статия или изразено мнение по форум4ета( може ли да напиша "ч" така,моля те?).Предполагам,че като излезна от вас сподели тези правописни грешки с доста приятелчета.голям купон ли падна,нали????? Доста си дребнав г0ссин Филолог,а това си е чист комплекс !
    Все пак Благодаря за поправката ще я взема в предвид !!!!! Айде СЪС здраве ! уххх как искам веднъж да напиша едн изречение без грешка !
  • 33 Fero_B

    2 4 Отговор
    Super statiq.! evala na koyto go e napravil :)
  • 34 kirou

    4 11 Отговор
    Автора е забравил да напише , че собствениците на коли с турбо са много доволни от ефекта му , но след като се счупи ( което е доста вероятно ) за тях живота свъшва , защото цената на една турбина е към 2 хил лв :)

    в допълнение да кажа , че по принцип всяка кола с турбина има инструкции в книжката наречени " щадене на турбината " :) които инструкции почти никои не чете :)
  • 35 nasko

    4 1 Отговор
    Много добра статия!Стана ми много ясно какво представлява турбото и какво е интерколер нещо което и на някои автомонтьори не е много ясно и като ги питаш ти говорят разни глупости
  • 36 Пламен

    5 7 Отговор
    Аз пък да тегля една на един БМВ фен по-горе дето оляснява колко зле били компресорните мерцедеси. По времето в което се правеха 2л. компресор беше 163коня. Съответстващия двигател от БМВ беше 2л. 6ц. автмосферка дето беше 150 коня и в директно сравнение беше истински куц кон.
    По интересният двг. беше 2.3 компр. срещу 3л. редови шестак. Първия беше с 193 или 197коня (не помня точно), а БМВто беше с 230 мисля. Аз понеже съм ги карал всичките - ускорението при бенца е просто уникално. голямото БМВ също драпа много, но просто не може да се мери с въртящия момент на мерцедес.

    Така, че първо ходете и покарайте или поне прочетете чужди мнения и сравнения и тогава правете изказвания.

    През цялото време говоря за С класа и 3та серия.

    Коментиран от #39, #49

  • 37 DnNS

    3 2 Отговор
    За вас незнам но лично аз го прочетох на един дъх.
  • 38 niki

    2 2 Отговор
    do nomer 9 rabotya v serviz za turbini izvan bg. i moga da ti kaja 4e s vsyaka izminala sekunda na rabota ruskite avtomobili mai pove4e predpo4itam 6tot si ostavat nai prosti edno ne6to kolkoto e po slojno pove4e problemi sasdava
  • 39 bat audi

    3 4 Отговор

    До коментар #36 от "Пламен":

    Сега Пламба...слушай...компресора е добър на ниски обороти...на високите има лак и не дърпа...за високите е турбото...затова навремето Ланча Делта Интеграле беше с компресор плюс турбо..Поздрави!
  • 40 PeUgEoT

    3 13 Отговор
    az me razbiram ot dvigateli,no statiqta mi haresa!!!karam pejo306, na GAZ,i pri levche zalitar hodih na more po 3 pari na godinata,ot sofiq...za 70lv kursa,a batkovcite s moshtni DIZELI I TURBODIZELI,im pojelavam priatno razkarvane ot kvartala do kafeto i obratno.axaxaxax,i na morence s reisa nali znaete!!!!azne barzam za nikade..vse pak s 2 deca.I vse pak poveche ot 120 ne karam.i 3te mi koli sa bili na gaz,i ot sizeli ne rtazbiram.
  • 41 Desislav

    4 2 Отговор
    статията е супер,аз карам само TDI и то в изключително натоварен режим,гърмял съм турбина,цената не е чак толкова страшна.Купих си рециклирана от Германия за по малко от 400евро автомобила ми е Fiat Dukato 2.8TDI.За по малко от 1 година имам 96 000км с това турбо
  • 42 Веселин

    5 1 Отговор
    хубава статия , по-широкия диапазон от читатели са научили много други по-малко а тези които неса значи могат само да допълнят нещо за да разберем повече и ние, без да се истъкват като светила в областите си , та нали целта е да се обогатим с информация а не да нагнетяваме излишно напрежение .
    Усминнете се беееееееееее!!!!!!!!!!!!!
  • 43 niki

    1 2 Отговор
    :-)
  • 44 ганев

    6 2 Отговор
    Един от пионерите на турбото беше СААБ, който го легитимира в масовото си производство и така привлече погледите и на другите фирми.
  • 45 emil

    2 2 Отговор
    super,mislq 4e vseki bi trqbvalo da e dovolen ot informaciqta koqto moje da polu4i ot tazi statiq.koito mu neiznasa,da ne4ete!!!!!!da odi da si mie krakata i da lega!
  • 46 Яско

    2 8 Отговор
    "При ниски обороти отработените газове не са достатъчно, роторът се върти слабо и нагнетателят почти не захранва мотора с допълнителен въздух. До около 3 000 об/мин мощност липсва, а след 4-5 000 се получава внезапен скок в тягата и истински "ритник" в ускорението. Явлението се нарича "турбо дупка"." Значи от статията разбираме, че "турбо дупката" е нещо супер яко, което води до "ритник" в ускорението. Безценно!

    Коментиран от #47

  • 47 Оня с магарето

    2 0 Отговор

    До коментар #46 от "Яско":

    Значи аз разбрах от статията, това, което е написано, ти какво си разбрал и как си го тълкуваш... е друго нещо :)
  • 48 Ясо

    1 1 Отговор
    По-добре намери буквар
  • 49 До Пламен

    0 0 Отговор

    До коментар #36 от "Пламен":

    Пламене, по това време Honda пускат един модел S2000 с двулитров атмосферен двигател, от който изкарват 240HP, а Volvo имат един двигател T5 - 2319cc 5цилиндъра турбобензин, 250HP и 330Nm :)
  • 50 Силистра

    0 0 Отговор
    Браво Гошко
  • 51 VadimKl

    0 1 Отговор
    Доброго времени! Вы все еще не можете продвинуть свой сайт с места и начать зарабатывать не плохие деньги? Хочу Вам предложить свою услугу по продвижению вашего сайта или интернет-магазина в ТОП-10 выдачи поисковых систем.

    Подробнее узнайте по почте proxrum==@==mail.ru (удалите плз знаки =)
    Напишите письмо с темой "ПРОДВИЖЕНИЕ САЙТОВ В ПОИСКОВИКАХ" и я Вам отвечу. Стоимость продвижения в 2 раза ниже стоимости СЕО-фирм!