Применение турбокомпрессора

Применение турбокомпрессора

Турбодвигатели устанавливаются повсюду, где требуется высокий уровень экономии энергоносителей, особенно при использовании крупных двигателей. Почти все морские, локомотивные и промышленные двигатели оснащаются турбокомпрессорами и охладителями нагнетаемого воздуха…

Со времени своего появления в начале 50-х, технологии турбокомпрессии выхлопных газов достигли высочайшего уровня развития, создав значительные экономические преимущества при транспортировке грузов и пассажирских перевозках. Снижение веса двигателя позволяет увеличить грузоподъемность машины и обеспечить достаточный объем грузового отсека. За последние 25 лет расход горючего автомобилей сократился на 40% при увеличении средней скорости на 50%.

Одним из важнейших направлений в развитии турботехнологий является получение высокого крутящнго момента при низких скоростях двигателя. Благодаря глубочайщим исследованиям и постоянному совершенствованию, развитие пульсируюйщей турбокомпрессии (в противоположность турбокомпрессии при постоянном давлении) достигло высочайшего уровня. Пульсирующая турбокомпрессия, в отличии от турбокомпрессии при постоянном давлении, не требует применения выпускных коллекторов большого размера, это позволяет почти полностью сохранить кинетическую энергию выхлопных газов, выходящих из цилиндров. Так как давление в трубах не постоянно, соединение выпускных коллекторов цилиндров, не сообщающихся друг с другом, возможно только при наличии в двигателе нескольких цилиндров. В 6–цилиндровом двигателе к турбине подсоединены 2 группы, включающие в себя по 3 цилиндра. Выхлопные газы, идущие от разных групп, подаются в турбину отдельно (турбина оснащается двойным входом).

На легковых машинах, в основном используется выхлопной коллектор, состоящий из одной части, а также турбины с одним входом. В данном случае пульсация выхлопных газов компенсируются при помощи компактной системы труб. При использовании турбокомпрессии с постоянным давлением, колебания давления гасятся путем установки сравнительно большого выхлопного коллектора для обеспечения прохода большего колличества газов с пониженным давлением при высоких оборотах двигателя. Так как двигатель получает возможность выброса выхлопных газов при меньшем сопротивлении, расход топлива при определенных режимах работы снижается. Недостатком данной системы является значительно меньший крутящий момент на низких оборотах двигателя. По этой причине, двигатели с постоянным давлением турбокомпрессии зачастую используются на двигателях, не требующих резкого увеличения крутящего момента для акселерации, например, морские и промышленные двигатели.

С начала 90-х ограничения уровня выбросов в атмосферу для автобусов и грузовиков в Европе и США были значительно ужесточены, и на данный момент, только двигатель, оснащенный турбиной может соответствовать предъявляемым требованиям. Охлаждение нагнетаемого возхдуха также стало обязательным требованием в соответствии со стандартами
1000
Euro – 2 (с 1996) и US – 94.

Дизельные легковые автомобили хорошо известны своей экономичностью, по сравнению с бензиновыми двигателями такой же мощности, уровень выбросов СО2 у современных дизельных двигателей на 25% ниже.

Дальшейшее 15% уменьшение расхода топлива было достигнуто на турбодвигателях с прямым впрыском. Развитие этой технологии в будущем поволит обеспечить расход топлива 3–5 л. / 100 км., в зависимости от веса машины.

Дизельные двигатели ранних моделей отличались своей низкой мощностью, однако этот недостаток был устранен при помощи установки турбокомпрессоров. Задержка реакции турбины на изменение положения педали газа компенсируется меньшими размерами турбин. Совершенствование процесса сгорания и турбокомпрессия вхлопных газов позволили снизить уровень выбросов No x, CO и НС до уровня, обеспечиваемого 3-х канальными катализаторами. Уникальные по своей эффективности, дизельные двигатели оснащаются электронной системой контроля, включающей в себя турбокомпрессор. Все эти совершенствования позволяют дизельным двигателям приобретать все большую и большую популярность во всем мире. Западная Европа является самым крупным рынком дизельных пассажирских машин. В 1993 г. в этом регионе было зарегистрированно более 2 300 000 новых дизельных автомобилей, порядка 42% из них оснащены турбинами.

Однако, процентное соотношение дизельных машин в Европе варьируется по регионам, например, во Франции колличество дизельных машин составляет примерно 50%, а в Греции – не намного больше 0%. Причиной, приведшей к возникновению такой ситуации, является не техническое превосходство одного или другого типа двигателей, а различные таможенные и юридические формальности. В Европе, где среднее колличество бензиновых автомобилей составляет 78% от общего числа, турбинами оснащается только 1% бензиновых двигателей. Большинство бензиновых турбодвигателей используются на спортивных машинах, где экономия пространства двигательного отсека играет очень важную роль. По причине роста интенсивности движения, легковые автомобили проводят большую часть езды при частичной нагрузке. При частичной нагрузке, эффективность бензинового двигателя небольшого объема выше, так как меньший объем позволят свести к минимуму потери энергии при работе. При помощи турбокомпрессии, разница в эффективности работы дизельных и бензиновых двигателей была ликвидирована. Использование турбокомпрессии позволяет совместить великолепные характеристики расхода топлива малообъемного двигателя с мощностью обычного двигателя.