Збільшення потужності турбіни.
Звідки виникає збільшення потужності турбіни? Яка формула потужності будь-якого двигуна, і як турбіна в впливає на цю формулу? (Не лякайтеся до смерті при згадці формул: ті з них, про які нижче йде мова, є простими і легкими для розуміння.) Щоб відповісти на ці питання, треба вивчити лінійне рівняння з одним невідомим, яке пов'язує потужність з параметрами, що описують двигун внутрішнього згоряння.
Р - середнє повне тиск в циліндрі. Простіше уявити собі Р як середній тиск, що впливає на поршень.
L-довжина ходу. Вона повідомляє, як далеко буде рухатися поршень під дією цього тиску.
А - площа перерізу циліндра. Ось вона, та сама площа, до якої додано тиск.
N - число робочих тактів двигуна за одну хвилину. Це число показує, скільки циліндрів у двигуна і які його обороти.
N = число циліндрів * частота обертання двигуна / 2 (Для чотиритактного двигуна, частота обертання розділена на 2 бо кожен циліндр здійснює робочий такт один раз за два оберти)
Тут спостерігається кілька цікавих залежностей! Наприклад, візьміть Р і помножте на А. і Ви маєте твір тиску на площу, яка є середньою силою, що діє на поршень. Тепер помножте Р * А (сила) на довжину ходу L (відстань), і Ви маєте число, яке представляє собою момент, тепер беріть це число і множте на N (з якою швидкістю відбувається робота), ось Ви і отримаєте потужність (то, що і замовляли). Будь ласка, зауважте, що це означає: потужність = момент * обороти в хвилину.
Так як загальна мета нашого вправи - отримання більшої потужності, давайте вивчимо те, над чим дозволяє нам попрацювати «P * L * A * N». Спочатку давайте подивимося на те, що може дати робота з N. Є два способи отримати більшу кількість робочих тактів в хвилину: збільшити кількість циліндрів або розкрутити двигун до більших обертів. Це дає деяке поле для докладання зусиль: старання цілої області людської діяльності, відомої як проектування двигунів, спрямовані виключно на досягнення більш високих обертів на хвилину з певним запасом міцності.
Пам'ятайте, що ненависні інерційні навантаження ростуть в квадратичної залежності від збільшення оборотів двигуна. Це означає, що при 7200 оборотів в хвилину, інерційна навантаження буде доставляти 144% від навантаження, що виникає при 6000 оборотах на хвилину. Двигун піддається посиленому зносу і руйнування. В кінцевому рахунку, збільшення потужності, що віддається шляхом збільшення N ти не бачив ні дешевим, ні приємним і не сприяє досягненню великого ресурсу. Так як ми, по вищевикладеним практичних причин, не шукаємо значно збільшувати потужність, збільшуючи N. єдиний залишився вибір - збільшити момент, роблячи щось з P * L * A. Ми повинні повернутися і подивитися на P * L * A трохи уважніше.
Спробуємо змінити А. тобто площа перерізу циліндра. Наскільки це допоможе? Змініть діаметр циліндра на 3 мм, і, можливо, ви отримаєте надбавку потужності в 10%. Не варто морочитися. Ми можемо також змінити L. хід поршня. Може бути, отримаємо десь 10%. Очевидно, що якщо нашою метою є суттєве збільшення потужності, то А і L не дадуть нам багато чого.
Зміна Р стає нашою єдиною надією. Як успішно змінювати Р - це складне питання. Р може бути змінено в 1.2,1.5,2,3,4, 5 раз ... реальний потенціал не відомий, так як інженери постійно намацують новий межа. Гоночні автомобіль Гран-прі сезону +1987 довели розвиток турбонагнетателя до найвищого рівня, коли-небудь досягнутого, довівши що віддаються потужності майже до 1 к.с. з кубічного сантиметра. Цього достатньо, щоб сказати, що подвоєння потужності нашого з вами звичайного двигуна - це не дитячі фантазії, це наші виправдані очікування. Тут особливо важливо помітити те, що ми значно збільшуємо потужність без збільшення оборотів двигуна. Тому що момент РLA) - це те, що ми дійсно змінюємо. Турбіна збільшує момент, а момент це здорово!
еластичність двигуна
Які обмеження накладаються турбодвигуном на еластичність? Гарна еластичність і чуйність на дії водія для більшості сьогоднішніх автомобілів є обов'язковими умовами. «Сів, завів, поїхав». Якщо не так, то сучасний споживач - незадоволений. Прийнято вважати, що висока потужність і хороша еластичність не сумісні в одному автомобілі. Ця думка є цілком справедливим для атмосферних двигунів, але абсолютно не годиться по відношенню до двигунів з турбонаддувом. Розглянемо фактори, що визначають еластичність: консервативні профілі распредвала, малі впускні канали, гнучкість і калібрування паливної системи.
Правильний двигун з турбонаддувом має профіль распредвала з малим перекриттям, зазвичай званий «економічним розподілвалом». Розміри каналів зазвичай малі, щоб забезпечити хороше наповнення циліндрів на низьких оборотах і дозволяють компресора затрамбовивать повітря в них, коли потрібно високий тиск. Калібрування паливної системи повинна бути точною, принаймні для випадку електронно-керованого вприскування палива. Очевидно, що чинники, що формують гарну еластичність, присутні в автомобілях з турбомоторами. Те, що турбонаддув дозволяє подати більшу кількість повітря в циліндри, коли це необхідно, анітрохи не впливає на «сіл, завів і поїхав.» Однак є два фактори, що впливають на еластичність, які починають грати роль при використанні турбонаддува: поріг наддуву і затримка ( лаг). Вони, втім, не так уже й значно погіршують характеристики атмосферних двигунів, так як распредвал, ступінь стиснення, установка кута випередження запалювання, і паливна суміш залишаються фактично тими ж самими.
Типовий приклад різниці в кривих моменту для турбомотора та атмосферного двигуна.
Поріг наддуву.
Тут і з'ясовується, що деякі з автомобільних виробників зробили серйозну інженерну економічну помилку, не встановлюючи відповідні інтеркулери для достатнього охолодження повітря на впуску. Це дозволяю б використовувати більш високі ступені стиснення, забезпечуючи нагпятную реакцію двигуна на низьких оборотах. Якщо Ви вибираєте машину з турбонагнітачем, спробуйте запитати у продавця про параметри ефективності проміжного охолоджувача (само собою, тільки після того, як Ви запитаєте, чи має взагалі машина інтеркулер). Розумно очікувати, що еластичність на низьких швидкостях має чисто, якщо транспортний засіб оснащено проміжним охолоджувачем, і ступінь стиснення складає 8 -10.
Оцінювати якість системи турбонаддува виключно за наявністю низького порога наддуву - значить допускати серйозну помилку. Складно довести, що позитивний тиск наддуву на низьких оборотах двигуна - погана річ, але легко довести, що це тиск наддуву на низьких оборотах, досягнуте за рахунок турбіни менших розмірів - потенційна проблема, пов'язана з більш високим зворотним тиском відпрацьованих газів. Ретельно розроблена система, в якій приділено належну увагу всім її параметрам, видасть хороший тиск наддуву на низьких оборотах, і це буде лише позитивним її якістю.
Діаграма збільшення моменту при використанні малої, середньої, і великий турбін встановлених на одному і тому ж двигуні.
Невеликі турбіни часто провокують дратівливу реакцію при незначному відкритті дросельної заслінки. Це без сумніву впливає на еластичність двигуна, так як невелике рух дросельної заслінки виробляє швидкий і зазвичай небажаний сплеск тиску наддуву, який погіршує плавність руху автомобіля. Іноді це змушує пасажира думати про водія як про нервовому і неврівноважену. Цей невеликий сплеск часто дає водієві надію, що автомобіль буде дійсно летіти, коли дросельна заслінка буде повністю відкрита. Замість цього, він з сумно спостерігає, що сплеск цей - і було все тиск наддуву, яке змогло зобразити лише невеликий «дир-р-р».
Обговорення турбін рідко обходиться без згадки про затримку (лагу турбіни). Насправді учасники обговорення рідко говорять дійсно про затримку. Зазвичай вони говорять про порозі наддуву. Будь ласка, прочитайте визначення затримки (лага), порога наддуву, і прийомистості в глосарії. Стосовно до турбонагнетателю затримка по суті означає, як довго Ви повинні чекати тиску наддуву після того, як відкрили дросельну заслінку. Стало бути, це явище не корисне за визначенням. Але затримка не має ніякого відношення до приемистости. Приемистость в даному випадку має однаковий сенс як для турбодвигуна, так і для атмосферного. Ситуація зводиться до наступного - або є деяка затримка і величезне збільшення моменту або навпаки - відсутність затримки і відсутність збільшення моменту. Якщо Ви не маєте ніякої затримки, Ви не маєте ніякого наддуву. Тому Ви не можете очікувати ніякого значного збільшення моменту. Затримка зменшується зі збільшенням частоти обертів двигуна. У той час як затримка може мати тривалість в секунду або більше при низьких оборотах двигуна, при збільшенні наддуву, на оборотах приблизно 4000 або більше затримка фактично зникає. Наприклад, в належним чином сконструйованої системі наддуву, тиск наддуву буде завжди слідувати за положенням вашої педалі при оборотах більше ніж 4000 оборотів в хвилину. Реакція тут фактично миттєва.
Форма кривої моменту двигуна з турбонаддувом досить сильно відрізняється від такої у атмосферного двигуна. На двигунах з турбонаддувом максимум моменту фактично завжди знаходиться на більш низьких оборотах. Зіставте характеристики всіх відомих двигунів і прийдете саме до такого висновку. Чим більше форсований атмосферний двигун, тим більше його відміну від двигуна з турбонаддувом. Як результат для водія це означає, що він або вона не має сильно розкручувати мотор з турбонаддувом, щоб рухатися швидше. Це логічний висновок йде абсолютно врозріз з популярним думкою, але факт очевидний.
Сопоставленіевелічін затримки малої, середньої, і великий турбін.
Гарячий і холодний запуск часто представляють як проблеми високофорсованих двигунів. До деякої міри це справедливо системах турбонаддува з карбюраторами, але такі системи нечисленні. Системи упорскування палива залежать виключно від розумних показань температурних датчиків для холодного і гарячого запуску і є повністю автоматичними. Запуск з холодного стояння - проблема для двигунів з більш низькими ступенями стиснення. Якщо двигун має проблеми в цьому відношенні без турбонагнетателя, він буде, ймовірно, мати ті ж самі проблеми з турбонагнітачем, так як нагнітач не впливає ні на ці температури ні на електроніку. У будь-якому випадку, ця трудність не пов'язана з турбонаддувом.
Просто їзда.
Турбіна знаходиться на задньому плані на всіх режимах роботи крім тих, на яких необхідно мати тиск наддуву, щоб досягти особливої швидкості. Припустимо, що даний транспортний засіб може досягти максимальної швидкості, скажімо, в 200 км / ч без турбонагнетателя. Тепер встановимо турбіну. Розумно говорити, що транспортний засіб досягне приблизно 200 км / год без потреби у додатковій потужності; отже, для цього не потрібно ніякого тиску наддуву. Для всіх практичних цілей, навіть для самих диких і неймовірних швидкостей, навряд чи буде потрібно будь-який тиск наддуву, щоб підтримувати таку швидкість. Думка, що супер потужний, з максимальною віддачею турбо автомобіль чудово пристосований для руху на повній швидкості, але схожий на неприручений злобного звіра на низьких швидкостях, не є настільки вже нерозсудливо. Але занадто в неї заглиблюватися ми не станемо. Щоб створити ефективний автомобіль з пристойним турбонагнітачем, Вам необхідно лише виконати на більш високому рівні все той же, що потрібно для створення турбо автомобіля взагалі: відвести більшу кількість теплоти, збільшити подачу палива, збільшити октанове число і переконатися, що конструкція двигуна відповідає поставленим вимогам. Фактори, які є основою гарної поведінки на низьких оборотах - консервативні профілі розподілвалів, малі впускні канали, і калібрування паливної системи, незмінні і для більш високих тисків наддуву. Абсолютно нерозумно говорити, що 500-сильний вуличний турбо автомобіль, який при повному відкритті дроселя на другій передачі може залишити на асфальті сліди від коліс, має проблеми з еластичністю.
Збільшення потужності турбіни