Принцип роботи турбодвигунів

Існує не тридцять шість способів збільшити потужність двигуна: або збільшити його робочий об’єм, або змусити його працювати швидше, або навіть забезпечити йому більше енергії.,

тобто паливо. Саме для цього останнього завдання - наддуву використовується турбонаддув. На практиці ми не можемо просто збільшити дози палива в камері згоряння, не пропорційно збільшивши кількість повітря.

В іншому випадку ми відходимо від оптимального співвідношення повітря/паливо - яке дотримується дуже точних пропорцій як у бензині, так і в дизелі - з ефектом погіршення горіння та рівня викидів забруднюючих речовин. Щоб обійти цю перешкоду, автомобільні інженери винайшли турбо, систему, яка схематично використовує енергію, що міститься у відпрацьованих газах, для роботи компресора, який, у свою чергу, впорскує повітря під тиском у систему впуску повітря двигуна. Таким чином, стає можливим перезаряджати двигун, не «задихаючи» його. Коло закінчене.

Принцип турбо не новий. Сам Рудольф Дізель працював над цим питанням наприкінці 19 століття, потім Луї Рено на початку 20 століття. Але з технічних причин турбо спочатку встановлювали двигуни, що працювали на стабільних швидкостях: літаки, вантажівки, будівельні машини.

Коли його почали вбудовувати в автомобіль, він використовувався для збільшення потужності для спортивних цілей. Потім, після нафтового шоку 1973 року та зростання ціни на чорне золото, виробники використовували його більше для зменшення споживання своїх моделей.

Принцип турбо

Турбо працює трохи як млин. Розміщений на виході з двигуна, він використовує енергію - кінетичну (швидкість), об'ємну (тиск) і теплову (температуру) -, що містяться у вихлопних газах, для обертання турбіни, складеної з повітряним компресором, яка сама підключена до впускного отвору двигуна ланцюга.
Іншими словами, гази обертають турбіну (подібно до того, як річкова вода обертає лопаті млина), яка перетворює компресор, який направляє повітря під тиском у впускний контур. Завдяки такій подачі стисненого повітря стає можливим перезаряджати двигун паливом.

Питання про дієту

У турбо, це все про "дозуванні". Додаткова потужність, особливо необхідна водієві на низьких оборотах. Однак, на низькій швидкості, вихлопні гази не дуже гарячі і виходять не дуже швидко ...

Навпаки, при максимальній потужності гази наповнені енергією, але, перевищуючи певний поріг, заповнення двигуна стисненим повітрям може бути шкідливим ... Тому все ноу-хау "турбологів" полягає у тому, щоб знайти правильний компроміс, що дозволяє додавати потужність на низькій швидкості, не викидаючи систему за межі.

Дуже дизельна технологія

Турбо набагато більш поширені в дизельних двигунах, ніж їхні бензинові аналоги. Кілька причин цього. Перш за все, дизельний двигун працює на нежирній суміші (нежирній у паливі та багатий повітрям) і вимагає контрольованого співвідношення повітря-паливо, інакше рівень атмосферних викидів дуже швидко погіршується (чорний дим від старих дизелів).

Тому турбонаддув є ідеальним рішенням для збільшення питомої потужності цих двигунів при дотриманні дуже суворих порогових значень викидів. Крім того, дизелі працюють у відносно вузьких діапазонах обертів - приблизно, від 1000 до 4000 об/хв, - які добре підходять для турбо. На дизельних двигунах з безпосереднім уприскуванням турбокомпресор навіть став необхідним.

Дизель: турбована фіксована геометрія

Як ми бачили, турбо необхідний найбільше при низьких оборотах, але також при низьких обертах він отримує найменше енергії.

Тому рішення полягає в розмірі різних елементів турбо, щоб максимально використати енергію, доступну в цих діапазонах обертів. В основному, ми вводимо гази в турбіну через вузьку трубу, щоб збільшити їх швидкість, і розраховуємо розмір ребер, щоб вони йшли якомога швидше.

Турботурбіна, встановлена на двигуні Renault 1,5 л dCi, обертається від 15000 до 240000 обертів/хвилину! Але якщо геометрія турборозраховується відповідно до низької швидкості, як уникнути надлишкового тиску на середніх і високих швидкостях? На турбінах з фіксованою геометрією, які все ще складають 70% турбо на дизелях, регулювання здійснюється за допомогою клапана. Через певний тиск стиснене повітря відводиться через цей вихід ... Ми говоримо про технологію "відхідних воріт".

Дизель: турбомінна змінна геометрія

Введення клапана дозволяє скидати надлишковий тиск, але він має той недолік, що не дозволяє використовувати повний газ. Тому виробники розробили в 1990-х роках нове покоління турбін із змінною геометрією, які краще враховують коливання обертів двигуна. Є дві основні сім'ї:

а) технологія “цілісного” Тиск регулюється винахідливим поршневим пристроєм, що означає, що чим більше тиск зростає, тим більше газу пропускає турбіна. Таким чином, турбо використовує весь газ, зберігаючи відносно стабільний тиск.
б) технологія мультиплавників (фото вище) Це найновіша та найдосконаліша система. Цього разу турбіна оснащена регульованими ребрами з електронним управлінням. Залежно від навантаження та частоти обертання двигуна, комп’ютер змінює орієнтацію ребер, щоб отримати правильну швидкість. Це допомагає скоротити час реакції при низьких оборотах двигуна. Сьогодні всі дизельні двигуни Renault мають або фіксовану геометрію, або багатофункціональну змінну геометрію.

Бензин: відродження турбо

Бензинові двигуни менш придатні, ніж дизельні, для турботехніки. Ці двигуни дійсно пропонують більш широкі діапазони швидкостей (приблизно від 1000 до 7000 об/хв), що ускладнює компроміси і виробляє дуже гарячі вихлопні гази, наближаючись до 1000 ° C, що вимагає більш дорогих технологічних рішень.

Крім того, з ними існує проблема повторного відсмоктування відпрацьованих газів - частина відпрацьованих газів з одного поршня може всмоктуватися іншим поршнем через турбо. Однак бажання зберегти потужність двигунів за рахунок зменшення їх робочого обсягу повертає турбобензин до життя. Таким чином, 2,0-літровий 16-клапанний двигун асоціюється з інноваційним турбонаддувом, який долає всі ці перешкоди, і зокрема, гостру проблему прагнення.

Рішення тут полягає у підведенні газів до турбіни через два впускних отвори, кожен з яких з'єднаний з двома поршнями. Цей двигун пропонує зручність та продуктивність 2,5-літрового атмосферного двигуна.

Крім того, існує проблема з відведенням відпрацьованих газів - частина відпрацьованого газу з одного поршня може всмоктуватися іншим поршнем через турбо. Однак бажання зберегти потужність двигунів за рахунок зменшення їх робочого обсягу повертає турбобензин до життя. Таким чином, 2,0-літровий 16-клапанний двигун асоціюється з інноваційним турбонаддувом, який долає всі ці перешкоди, і зокрема, гостру проблему прагнення.

Рішення тут полягає у підведенні газів до турбіни через два вхідних отвори, кожен з яких з'єднаний з двома поршнями. Цей двигун пропонує зручність та продуктивність 2,5-літрового атмосферного двигуна.

Потужність або споживання: до зменшення розміру

Додаткова енергія, яку забезпечує турбо, вже давно використовується, щоб надати автомобілям більше м’язів. Але бажання зменшити споживання та забруднюючі викиди зараз штовхає виробників використовувати турбо, щоб зменшити робочий об'єм своїх двигунів, зберігаючи при цьому однаковий рівень продуктивності.

Це називається "зменшення розміру". Це фундаментальний автомобільний тренд сьогодні. Вже доступний у версіях 60 к.с. та 80 к.с., 1,5-літровий dCi від Renault, наприклад, незабаром буде запропонований у версії потужністю 100 к.с. завдяки додаванню багатофланцевого турбо.

Попередник Renault з турбонаддувом у F1

Наприкінці 1970-х Renault був великим попередником турбонаддуву в F1. Прогресивне володіння цією технологією значною мірою походить від його блискучого досвіду у спорті. На той момент Renault була також єдиним у світі виробником, який пропонував турбоверсію на всіх моделях свого асортименту.