Biturbo - когда одной турбины мало

Полезные автомобильные советы
11 май
556
0
Когда перед конструкторами ставят задачу повысить мощность двигателя, не увеличивая его рабочий объем, они сразу же обращают взор на системы наддува. Другого, более эффективного способа наделить мотор бойцовским темпераментом и напористостью до сих пор не придумано.

Смысл наддува – загнать внутрь цилиндров двигателя как можно большее количество горючей смеси, которая подается под высоким давлением, создаваемым специальными агрегатами-нагнетателями. Хотя существуют два типа наддува – механический и газотурбинный, преимущественное распространение получил второй вариант, в котором привод нагнетателя, называемого турбокомпрессором, осуществляется потоком выхлопных газов, имеющих на выходе из цилиндров двигателя достаточно большую тепловую и кинетическую энергию.

Biturbo - когда одной турбины мало


Однако при работе на переменных режимах (а так практически любые транспортные двигатели функционируют 70-80% всего времени) при нажатии на педаль акселератора температура и давление выхлопных газов возрастают не мгновенно, а с некоторой задержкой. В результате турбонаддувным силовым агрегатам не всегда хватает мощности и начального крутящего момента. Отсюда далеко не лучшая приемистость и наличие так называемой “турбоямы” на низких оборотах коленчатого вала, что выглядит для автомобилей, претендующих на звание спортивных, совсем уж не хорошо, например, при обгонах в плотном городском потоке.

Одним из способов, позволяющих бороться с недостатками турбонаддувных двигателей, является использование турбокомпрессоров с изменяемой геометрией соплового аппарата турбины. Направляющие лопатки турбины делают подвижными, чтобы регулировать их положение с помощью, например, электропневматического привода. В любом эксплуатационном режиме сопловой аппарат направляет поток отработавших газов таким образом, чтобы он всегда бил по рабочим лопастям колеса турбины под идеальным углом. Появилась возможность управлять давлением наддува, поддерживая его достаточно высоким и на низких оборотах коленчатого вала, а это позволило получать достаточный крутящий момент во всем диапазоне частот и сделать эффект “провала” достоянием прошлого.

Biturbo - когда одной турбины мало


И все же для настоящих “спортсменов” с числом цилиндров от 6 и выше использование турбокомпрессоров с переменной геометрией выглядело полумерой. Наличие в системе одного крупногабаритного нагнетателя, вращение рабочих элементов которого сопровождалось высокими инерционными нагрузками, сводило на нет преимущества, о которых говорилось выше. И хотя концепция Biturbo, в которой вместо одного большого нагнетателя используются два маленьких, известна давно, пристальное внимание специалистов она стала вызывать лишь в последнее время – когда появилась устойчивая потребность в двигателях с высокой удельной (100 и более “лошадей” с каждого литра рабочего объема) и номинальной мощностями.

Особенно удачно системы Biturbo вписываются в компоновочные схемы V-образных двигателей. Каждый турбокомпрессор Biturbo обслуживает свой ряд цилиндров и располагается на двигателе таким образом, чтобы максимально сократить путь отработавших газов к лопаткам турбины. Получается симметрично и позволяет снизить потери энергии выхлопа из-за теплоотдачи и перетекания. Малые же размеры каждого из турбокомпрессоров обеспечили небольшие силы инерции и возможность работать с более высокими частотами вращения, чего достичь на габаритном нагнетателе невозможно в силу его “врожденных” недостатков. В итоге двигатель стал куда более отзывчивым на внезапное открытие дросселя, отдавая большой крутящий момент уже на самых низких оборотах коленчатого вала.

Конечно, можно разработать двигатель, в котором каждый цилиндр будет обслуживать отдельная турбина. Однако это серьезно усложнит конструкцию силового агрегата и вряд ли обеспечит решающие преимущества в плане извлечения максимальной мощности. В то же время известно, что эффективность турбонаддува в большой степени зависит от температуры горючей смеси, подаваемой в цилиндры. Чем температура ниже, тем выше плотность, а, значит, тем большее количество свежего заряда можно “затолкать” в цилиндры и сжечь там. Кроме того, поскольку более холодный заряд охлаждает объем камеры сгорания, то уменьшаются термические нагрузки на основные детали двигателя, а также снижается вероятность возникновения детонации. Это хорошо и с точки зрения надежности, и по тому, что позволяет подобрать самую оптимальную настройку зажигания.

Итак, промежуточное охлаждение наддуваемой в цилиндры горючей смеси (или воздуха - в дизелях) в специальных охладителях-интеркуллерах – последний эффективный способ повысить мощность турбонаддувного двигателя.

Комментарии к видео