Интересные факты о турбокомпрессорах

Средняя температура выхлопных газов на роторе турбины в дизельных двигателях составляет 800 ° C, а в бензиновых двигателях она может достигать до 1000 ° C. Такая температура достаточна для расплавления оконного стекла.

Роторы нового поколения турбокомпрессоров могут развивать скорость до 220 000 об / мин. Для сравнения, ротор авиационного двигателя Boeing 747 вращается со скоростью около 7000 об / мин.

Воздух, поступающий в ротор турбокомпрессора, может перемещаться со скоростью, близкой к скорости звука (340,3 м / с).

На средних оборотах двигателя турбокомпрессор среднего размера может всасывать 3,7 кубометра воздуха в минуту. Это будет примерно столько же, сколько в среднем микроавтобусе.

Турбокомпрессор может вращаться со скоростью от 20000 до 150000 об / мин менее чем за 1 секунду.

VGT (Variable-geometry turbocharger) - турбокомпрессоры с изменяемой геометрией.

Основным недостатком турбокомпрессоров является «турбо-лаг» (турбо-яма). Это время, в течение которого турбонагнетатель создает давление в системе. В течение многих лет производители турбокомпрессоров конкурируют друг с другом и разрабатывают свои турбокомпрессоры. Производители пытаются уменьшить эти недостатки, производя самые маленькие и более быстрые турбокомпрессоры, регуляторы давления и турбины с изменяемой геометрией.

Немного теории. Давление топлива в турбированных автомобилях регулируется в зависимости от давления турбонагнетателя. То есть, если обороты двигателя маленькие, то давление топлива будет небольшое и топливная смесь будет не богатой кислородом из-за того, что турбокомпрессор не будет давать достаточного давления кислорода. То же самое происходит не только на малых оборотах двигателя, но и при резком нажатии на педаль газа с места. В этот момент машина не начнет максимально динамичный разгон, так как крыльчатке турбокомпрессора будет не хватать необходимого давления выхлопных газов для создания сжатого потока кислорода и подаче его в камеру сгорания двигателя. В итоге на короткое время в двигателе будет наблюдаться дефицит топливной смеси для эффективного воспламенения (кислород+топливо). Это и приводит к кратковременной задержке разгона, которая и называется турбо-лаг или "турбо яма".

Количества выхлопных газов на низких скоростях автомобиля (низкие обороты двигателя) не достаточно для приведения в действие работы турбины турбокомпрессора. Именно поэтому турбина может создать достаточное давление воздуха для подачи в двигатель только при движении машины на средней скорости (средние обороты двигателя).

Считается, что турбокомпрессор включает определенные обороты, например, при 1500 или 2200 об / мин, в то время как на самом деле турбокомпрессор начинает вращаться сразу после запуска двигателя, но из-за инерции оси и роторов турбокомпрессор создает давление в системе позже, а не тогда, когда вы нажмете педаль акселератора.  Вот почему многие владельцы турбированных автомобилей часто жалуются, что при резком разгоне с малых оборотов двигателя автомобиль после нажатия педали газа на 1-2 секунду не сразу реагирует на увеличение оборотов двигателя.

Вождение автомобиля с большим турбо запаздыванием требует некоторого умения чтобы обгонять другой автомобиль или быстро пересекать перекресток. Все время нужно планировать, что машина некоторое время не будет иметь мощности.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией были разработаны для уменьшения задержки турбины. С помощью изменяемой геометрии скорость отработанного газа увеличивается, поэтому оси турбонагнетателя вращаются быстрее и создают давление в системе. Крутящий момент двигателя увеличивается равномерно с увеличением оборотов. Управлять автомобилем с VGT удобнее, кроме того, снижается расход топлива и вредные выбросы.

Только небольшое число стран имеет собственные производства турбокомпрессоров с изменяемой геометрией. Пока турбокомпрессоры с изменяемой геометрией устанавливаются (при серийном производстве) только на дизельные автомобили. В автомобилях с бензиновым двигателем температура выхлопных газов выше, чем в дизельных двигателях, поэтому долговечность переменной геометрии уменьшается. В серийном производстве ни один производитель еще не определился с установкой турбокомпрессора с изменяемой геометрией.

В некоторых премиальных автомобилях в последние годы стали появляться по две или даже три турбины, которые решают проблему турбо-ям (одна турбина работает при маленьких оборотах двигателя, другая включается на более высокой скорости работы мотора). Также недавно стали появляться турбокомпрессоры с адаптивными крыльчатками (регулируемые лопатки в турбине), которые умеют адаптироваться к любому диапазону оборотов двигателя. Таким образом достигается высокий крутящий момент автомобиля на низких скоростях.

Одним из первых серийных автомобилей оборудованных турбокомпрессором с изменяемой геометрией был Shelby CSX-VNT 1989 года с 2.2-литровым двигателем Chrysler.

В японской Honda Legend 1988 года использовался турбокомпрессор с изменяемой геометрией с водным пред-охлаждением. Автомобиль производился лишь в течение двух лет, после чего был снят с производства.

В 3.6-литровом двигателе Porsche 911 Turbo 2007 года использовались два идентичных турбокомпрессора с изменяемой геометрией.

В 2012 году появились турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, оборудованные внутренними датчиками давления и температуры. Такие турбокомпрессоры динамически меняют сечение в соответствии с характеристиками рабочей среды в данный конкретный момент, что позволяет существенно снизить расход топлива.