Турбокомпресор

Що таке турбокомпресор?

Не існує такого поняття, як досконалий винахід: ми завжди можемо зробити щось краще, дешевше, ефективніше і більш екологічно чисте. Візьмемо, наприклад, двигун внутрішнього згоряння.  Завжди є можливість побудувати двигун, який буде їхати швидше, далі або буде використовувати менше палива. Один із способів поліпшити характеристики двигуна – це використання турбокомпресора. Практично кожен з нас чув про турбокомпресори, але як же він працює насправді?

Що таке турбокомпресор?

Всім нам очевидно, що вихлопні гази забруднюють навколишнє середовище, але менш очевидним є те, що це також і марне витрачення енергії. Вихлоп – це суміш гарячих газів, які виходять під великим тиском, і вся енергія, яку він містить – тепло і рух (кінетична енергія) – зникає в атмосфері. Було б здорово, якщо б двигун міг використовувати ці відходи, щоб змусити їхати машину швидше.  І це саме те, що робить турбокомпресор!

Двигуни автомобілів створюють електроенергію за рахунок спалювання палива в міцних металевих ємностях, званих циліндрами. Повітря потрапляє в кожен циліндр, змішується з паливом, ця суміш згорає, щоб влаштувати невеликий вибух, який запускає поршень, обертаючи вали. Коли після поштовху поршень повертається на місце, вихлопні гази і паливна суміш виходять з циліндра у вигляді вихлопу. Кількість енергії, яку може зробити автомобіль безпосередньо пов'язане з тим, як швидко він спалює паливо. Чим більше у вас циліндрів і чим більше вони за розмірами, тим більше палива спалює автомобіль і тим швидше (теоретично) він може рухатися.

Один зі способів збільшити швидкість автомобіля – це збільшити кількість циліндрів! Саме тому більшість суперкарів і спортивних машин зазвичай мають вісім і 12 циліндрів на відміну від чотирьох - і шестициліндрових двигунів звичайного сімейного автомобіля. Іншим виходом є турбокомпресор, який нагнітає в циліндри більше повітря, тому  у двигуні спалюється більше палива.  Турбокомпресор – це просте, відносно дешеве пристосування, яке здатне створити більше потужності без модифікації самого двигуна!

Як працює турбокомпресор?

Турбокомпресор на машині працює за дуже схожим принципом з поршневим двигуном. Він використовує вихлопні гази для обертання турбіни. Турбонаддув приводить в роботу повітряний компресор, який заштовхує додаткове повітря (і кисень) в циліндри, дозволяючи їм спалювати більше палива. Саме тому автомобілі, оснащені турбокомпресорами, можуть виробляти більше потужності. Механічні нагнітачі (superchаrger) за принципом роботи схожі на турбокомпресор, але турбіна механічного нагнітача замість того,  щоб використовувати вихлопні гази для роботи, отримує харчування від обертання коленвала двигуна. І ось тут перевага турбокомпресора: турбокомпресор отримує енергію з відходів вихлопних газів, в той час як механічний нагнітач «краде» енергію від джерела живлення автомобіля – колінчастого валу.

Основна ідея полягає в тому, що вихлопні гази обертають турбіну яка безпосередньо підключена до компресора і засмоктує додаткову кількість повітря в двигун. Ось, в загальних рисах, як все це працює:

1. Холодне повітря надходить в повітрозабірник двигуна і рухається у бік компресора.

2. Крильчатка компресора засмоктує повітря.

3. Компресор стискає і нагріває повітря, що надходить, а потім  видуває його назовні.

4. Гаряче стиснене повітря від компресора проходить через теплообмінник, який охолоджує повітря.

5. Охолоджене стиснене повітря надходить у циліндр. Додатковий кисень допомагає спалювати паливо в циліндрі більш швидкими темпами.

6. Оскільки в циліндрі згорає більше палива, воно швидше виробляє енергію і може відправити більше потужності на колеса за допомогою поршня і валів.

7. Відпрацьовані гази з циліндра виходять через вихлопний отвір.

8. Гарячі вихлопні гази проходять через крильчатку турбіни, змушуючи її рухатися з більшою швидкістю.

9. Турбіна закріплена на одному валу з компресором, тому при обертанні турбіни, компресор також починає обертатися.

10. Вихлопні гази виходить з автомобіля, не витрачаючи зайву енергію.

Переваги турбокомпресора

Ви можете використовувати турбокомпресор на бензинових або дизельних двигунах практично на будь-якому виді транспорту (автомобіль, вантажівка, корабель або автобус). Основна перевага використання турбокомпресора полягає в тому, що ви отримаєте більше потужності при однакових розмірах двигуна (кожен робочий хід поршня в кожному циліндрі генерує більше енергії, ніж цього можна було досягти поліпшеннями двигуна). Однак більше потужності значить більше вихід енергії в секунду; і закон збереження енергії каже нам, що ми повинні задіяти більше енергії, і, відповідно, необхідно спалювати більше палива. В теорії це означає, що двигун з турбонаддувом також неефективно витрачає паливо, як і двигун без нього. Але як показує практика, двигун оснащений турбокомпресором, набагато менше і легше, ніж двигун, який виробляє таку ж потужність без турбонаддува; і в такій перспективі, турбований двигун краще економить паливо!  І це головна перевага турбокомпресора: якщо він справно працює, він здатний економити до 10% палива. Оскільки турбокомпресор спалює паливо з великою кількістю кисню, то він витрачає його більш ретельно і економно, виробляючи менше забруднень навколишнього середовища.