Главная » Статьи » Новости авто

ТУРБОНАДДУВ Нельзя не нагнетать

ТУРБОНАДДУВ

Двигатели один за другим соглашаются на сокращение рабочего объема в пользу турбонаддува. В результате они становятся легче, выбрасывают в атмосферу меньше двуокиси углерода и при этом ничего не теряют в характеристиках. Наоборот - становятся мощнее и тяговитее.

 

Давлению со стороны даунсайзинга и турбонаддува поддались и суперкары. Мера вынужденная, но действенная. Тропу протоптали инженеры Ferrari: 488-й вместо 4,5-литрового атмосферного V8 мощностью 570 л.с. получил мотор с турбонаддувом объемом всего 3902 см3. При этом мощность выросла на 100 л.с.

ТУРБОНАДДУВ

A Porsche 911 2016-го модельного года окончательно распрощался с атмосферным шестицилиндровым оппозитником (точнее, с обоими, объемом 3,4 и 3,8 л). На смену им пришел «боксер» меньшего объема - 2981 см3, зато сразу с двумя турбинами.

Преимущества даунсайзинга и наддува общеизвестны. Уменьшение рабочего объема снижает механические потери - подвижные детали конструкции уменьшаются в размере и массе - и тем самым повышает КПД. Если бы дело ограничилось этим, потеря в мощности оказалась бы неприемлемой, но наддув решает эту проблему. Более того, мощность нового мотора зачастую даже выше, чем у более объемного «донорского» атмосферника. Турбонаддув в корне меняет внешние скоростные характеристики двигателей, давая существенную прибавку тяги на низких оборотах.

В БОРЬБЕ ЗА ОТЗЫВЧИВОСТЬ

ТУРБОНАДДУВ Чтобы не было обидно за атмосферный V8, который стоял на 458-м, к разработке нового, 3,9-литрового мотора для 488-го инженеры Ferrari подошли со всей серьезностью: вал турбины вращается на шариковых подшипниках, а ротор компрессора ради уменьшения инерции отлит из сплава алюминия и титана. Схема Twin Scroll оптимизирует подачу в улитку турбины отработавших газов из обоих коллекторов, чтобы свести к минимуму время отклика. Величина крутящего момента регулируется с учетом включенной передачи. Поэтому турбодвигатель ведет себя почти как атмосферник. На графике кривые характеристик моторов 458-го и 488-го.

ДЛЯ НАГЛЯДНОСТИ

Оснащен двигатель системой наддува или нет, видно на графике характеристик. У турбированного агрегата кривая крутящего момента идет резко вверх, а после достижения максимального значения образует горизонтальную полку в широком диапазоне оборотов. У атмосферника значение крутящего момента увеличивается плавнее, достигая максимума на высоких оборотах (у гоночных двигателей - почти там же, где развивается максимальная мощность). Затем наступает резкий спад.

Если наддув обеспечивает нагнетатель, часть мощности мотора отбирается на приведение компрессора в действие, и за счет этого общий КПД агрегата снижается. У турбокомпрессора привод обеспечивается за счет энергии отработавших газов, которая в противном случае не была бы использована вовсе. Если справедливо, что противодавление в системе выпуска («эффект пробки») снижает КПД термодинамического цикла, то более высокое значение крутящего момента на низких оборотах позволяет сделать передачи более длинными. В условиях равенства скорости и лобового сопротивления двигатель может работать на более низких оборотах и с большей нагрузкой: КПД будет выше, а расход - ниже.

PORSCHE - ЗА ПРАВИЛЬНЫМ ОБЪЕМ

ТУРБОНАДДУВ ТОМАС КРИКЕЛЬБЕРГ, отвечающий за разработку двигателей для 911-го, уверяет: турбированный шестицилиндровый мотор объемом 3,0 л не разочарует. Относительно небольшое снижение рабочего объема ограничит расход при движении в нормальном ритме. У нового оппозитника система непосредственного впрыска, вариатор фаз газораспределения и регуляторы хода клапанов. Он предлагается в двух вариантах форсировки, причем тот, что мощнее, выдает на 20 л.с. больше, чем 3,8-литровый атмосферник 911 Carrera S (характеристики обоих моторов - на графике).

РАЗМЕР ИМЕЕТ ЗНАЧЕНИЕ

ТУРБОНАДДУВ В СЛУЧАЕ с двигателем Fiat TwinAir (875 см3) даунсайзингом и турбиной дело не обошлось: конструкторы отказались от лишних цилиндров, повысив как механический, так и термодинамический КПД. Если бы цилиндров осталось четыре, рабочий объем каждого слишком отличался бы от значений, которые считаются идеальными, - от 400 до 500 см3. Двухцилиндровый двигатель изначально предназначался для так и не увидевшего свет ситикара Topolino. На нем мотор работал бы с небольшой нагрузкой, что позволило бы в максимальной мере использовать преимущества предложенной Fiat технологии управления работой впускных клапанов, известной как MultiAir. На автомобилях побольше - от Panda до 500L - TwinAir нередко приходится работать в условиях повышенных нагрузок, что влечет за собой увеличение расхода. При этом, однако, преимущества в крутящем моменте и мощности однозначно перевешивают достоинства 1,2-литрового атмосферника.
Сравнение характеристик двухцилиндрового Flat TwinAir и атмосферного двигателя объемом 1,2 л.

ОПТИМАЛЬНАЯ СМЕСЬ

ТУРБОНАДДУВ ОПТИМАЛЬНОЕ сгорание топлива в цилиндре достигается при соотношении в смеси 1 кг бензина и 14,7 кг воздуха. Если это соотношение меняется, содержание вредных веществ в выхлопе растет, а эффективность работы катализатора падает. При большой нагрузке любому бензиновому мотору приходится работать на богатой смеси, а с наддувом гораздо чаще, ибо иначе возникает риск детонации.

А КАК ЖЕ ТУРБОЛАГ?

Пока не решена проблема реакции двигателя на нажатие педали газа. В отличие от атмосферников и моторов с нагнетателем турбине нужно определенное время на раскрутку, чтобы поднять давление во впускном тракте. Сегодня турболаг уже не бесит водителей так, как 30 лет назад. И все же конструкторы подходят к работе над турбонагнетателем со всей серьезностью. Так, вал турбины теперь вращается в шариковых подшипниках, баббитовые вкладыши ушли в прошлое. А еще необходимо правильно управлять потоком отработавших газов, что достигается за счет включения в конструкцию газораспределительного механизма вариатора фаз. Новаторских идей тоже хватает: это и дополнительные электрокомпрессоры, и представленная Volvo система с закачкой воздуха под давлением в ресивер и дальнейшей подачей его на турбину на низких оборотах работы двигателя.

Другая проблема спортивных двигателей с наддувом - короткий диапазон рабочих оборотов: характерные для них кривые крутящего момента и мощности показывают, что на высоких режимах с ростом оборотов мощность перестает расти. А если рабочий объем уменьшить слишком сильно, можно потерять в крутящем моменте. Ведь на низах объем отработавших газов, вращающих турбину, недостаточно велик и значение давления наддува немногим отличается от нуля. В результате двигатель ведет себя как малолитражный атмосферник.

ТРИ ВАРИАНТА ПОВЫШЕНИЯ КПД

ПОМОЖЕТ РЕСИВЕР

ТУРБОНАДДУВ

На новом Volvo S90 стоит система Power Pulse: компрессор с электроприводом нагнетает воздух в специальный баллон ресивер. Сжатый воздух подается на турбину, когда обороты двигателя не велики, но необходимо обеспечить высокий крутящий момент, в том числе при трогании с места.

ЭЛЕКТРОПРИВОД ВАМ В ПОМОЩЬ

ТУРБОНАДДУВ

Конструкцией может быть предусмотрен дополнительный турбокомпрессор с электроприводом. Такая система также призвана оптимизировать работу турбированных двигателей на низких режимах, когда слабый поток отработавших газов не гарантирует необходимого давления наддува.

ПО РАЗНЫМ КАНАЛАМ

ТУРБОНАДДУВ

Система Twin Scroll распределяет отработавшие газы, поступающие из отдельных цилиндров, по двум независимым каналам, обладающими разными характеристиками. Такое решение позволяет не только избежать интерференции потоков, но также в максимальной мере использовать энергию отработавших газов, добиться от двигателя оптимальной мощности и отзывчивости.

РАСХОД ПОД ВОПРОСОМ

Инженеры Porsche решили, что рабочий объем нового двигателя не должен быть меньше 3,0 л, иначе сложно обеспечить чистоту выхлопа при движении в нормальном режиме. Вот он, камень преткновения малолитражных бензиновых моторов. На стенде в сертификационном цикле двигатели всегда работают на невысоких оборотах, нагрузки тоже невысоки, так что их вполне устраивает оптимальное соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси - 14,7:1. В этом случае выхлоп получается исключительно чистым. Однако в реальной эксплуатации так не бывает, особенно если двигатель небольшого объема производитель решит поставить на большой и тяжелый автомобиль: чтобы обеспечить ту же динамику, приходится жать на газ сильнее, чем когда управляешь компактной и легкой машиной.

Соответственно, рабочая смесь должна быть богатой, иначе возникнет детонация, а это может привести к разрушению поршней. А чем богаче смесь, тем грязнее выхлоп: во-первых, условия сгорания топлива не идеальны, а во-вторых, чем дальше соотношение воздуха и бензина от оптимального, тем ниже эффективность катализатора. Атмосферным двигателям тоже приходится работать на богатой смеси, но им это необходимо на более высоких режимах. Поэтому для турбированных двигателей небольшого объема расхождение заявленных значений расхода с фактическими больше, чем у атмосферных моторов. О чем всякий раз свидетельствуют результаты тестов.


QUATTRORUOTE Апрель 2016


Категория: Новости авто | Добавил: kireyaoleg (29.03.2016)
Просмотров: 444 | Теги: варианты повышения кпд, турбонаддув, оптимальная смесь, турбина, расход топлива, турболаг, даунсайзинг, атмосферный двигатель, турбодвигатель | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
avatar