Как это работает?

Автор Верёвочкин Кирилл Дата создания 22, Ноябрь 2012

Как это работает?

Текст: Верёвочкин Кирилл

Как часто вы видели слово turbo, букву T и так далее, в названии автомобиля или двигателя? TSI, TFSI, Turbo, 1,8T и так далее до бесконечности. Конечно, все понимают, что это обозначает: двигатель оснащён турбиной. Но для чего она нужна? Для повышения мощности? О нет, турбина как раз наоборот, является лишним сопротивлением на выходе отработавших газов из цилиндра и мешает двигателю, потребляя часть его мощности. Так зачем же тогда её ставят? Именно этот вопрос я и попытаюсь разъяснить в данной статье, так как сам являюсь инженером – турбинистом по образованию и имею об этом кое-какое представление.

Какие мероприятия позволяют поднять мощность двигателя? Естественно, в первую очередь для повышения мощности необходимо увеличивать объём сжигаемого топлива, для преобразования его потенциальной энергии, заложенной в так называемой «теплотворной способности»*, в кинетическую энергию движения поршня. Для этого есть классический метод. Увеличение объёма двигателя, а точнее цилиндров. Логично, что для сгорания большего количества топлива, необходимо больше места, иначе топливо-воздушная смесь попросту не поместится в цилиндре. К таким методам относится и простая расточка цилиндров, часто проводимая владельцами «Жигулей».

Так же, для повышения мощности можно предпринимать меры по повышению коэффициента полезного действия двигателя. Для этого можно долго заниматься настройкой двигателя. Подборы оптимальных углов зажигания**, фаз газораспределения***, уменьшение сопротивлений на входе и выходе из цилиндров, уменьшение трений колец о стенки цилиндров и так далее. Однако, такие методы не могут существенно повысить мощность двигателя, так как существенной прибавки в КПД получить не возможно. Не просто так, КПД атмосферных двигателей до сих пор не превышает 50% рубеж. К таким мерам относится и чип-тюнинг, при помощи которого меняются настройки электронных «мозгов». Чаще всего чип-тюнинг меняет угол зажигания или отключает датчики на выпуске, отвечающие за экологическую составляющую. Их отключение позволяет двигателю потреблять больше топлива, тем самым увеличивая мощность, но производя больше вредных газов, таких как CO, CO2, NOx, CH и т.д. Кроме этого, к данному способу повышения мощности двигателя можно отнести и часто встречаемый на отечественных «Жигулях» метод – снятие катализатора и резонатора глушителя. Этот метод очень малоэффективный. Хотя бытует мнение, что снятие этих узлов выпускной системы облегчает работу двигателя, убирая сопротивление на выходе. Заверяю Вас, сняв резонатор и катализаторы, Вы получите максимум одну лошадиную силу и не пройдёте тех.осмотр по нормам экологичности и шумности. А про комфортабельность передвижения на таком ТС и говорить не приходится.

Помимо вышеописанных методов существуют и другие, не менее действенные способы повышения мощности и крутящего момента, среди которых – наддув. Это здоровая альтернатива увеличению объёма двигателя, ведь суть остается такой же – наддув устанавливается как раз для того, чтобы сжигать бОльшие объёмы топлива, не изменяя объёмов цилиндра.

Как известно, горение топлива – это реакция окисления, где окислителем является кислород, содержащийся в окружающем нас атмосферном воздухе. В химии существует такой раздел, как стехиометрия****. И конечно, для сжигания определенного количества топлива необходимо определенное количество кислорода. В нашем случае соотношение, примерно, 14:1. Соответственно, при увеличении количества подаваемого топлива, необходимо увеличивать и количество подаваемого воздуха, для соблюдения этой пропорции. В противном случае, топливо попросту не догорит вследствие недостатка окислителя, что приведет к бесполезному увеличению расхода и выбросу топлива в выхлопную трубу. Это, в свою очередь, может привести к поломке выхлопных трактов, так как в них кислород есть, а температура выхлопных газов выше температуры воспламенения топлива. Это вызовет горение топлива в выпускной системе, что в свою очередь, приведёт, как минимум, к прогоранию стенок выпускных патрубков.

Чрезмерное же количество воздуха приведёт к увеличению вредных выбросов, в процесс образования которых вникать я не стану, по крайней мере, в этой статье.

Для того, чтобы сохранить стехиометрическое соотношение воздух/топливо, в случае увеличения количества подаваемого топлива и сохранения объёма цилиндра, необходимо сжимать воздух, для уменьшения его удельного объёма. Это необходимо, как я уже говорил, для того, чтобы достаточное количество воздуха попросту «влезло» в цилиндр. Для сжатия воздуха используются компрессоры, и вот тут уже можно объяснить, для чего же двигатели внутреннего сгорания оснащают турбинами. Турбина служит для привода компрессора, сжимающего воздух. Работают турбины на отработавших газах, выходящих из цилиндров после сгорания топливо-воздушной смеси. И, хотя турбинные агрегаты, несомненно, создают сопротивление на выходе, они повышают КПД двигателя, так как используют несработанную в двигателе теплоту. Схемы наддува, использующие турбинный агрегат называются турбонаддувными.

Однако, компрессоры могут приводиться в действие не только турбинами. Существуют схемы с механическим наддувом. В таком случае, колесо компрессора устанавливается непосредственно на коленчатый вал ДВС, потребляя часть мощности двигателя для сжатия воздуха. Однако, прибавка мощности, полученная за счёт увеличения количества сжигаемого топлива, весьма существеннее, нежели затраты на привод компрессора.

Конечно, существуют различные схемы наддува: использующие оба метода наддува, сочетая в себе как турбо, так и механический наддувы; использующие несколько наддувных агрегатов, работающих в разных диапазонах оборотов двигателя; использующих несколько наддувных агрегатов, работающих совместно и ТД. Однако, принцип их работы остаётся неизменным.

*Теплотворная способность (удельная теплота сгорания) - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг. Для бензинов порядка 42-44МДж/кг (в зависимости от октанового числа), для дизеля ~ 42,7 МДж/кг. Количество теплоты, выделяемой топливом при сгорании и КПД двигателя определяют мощность ДВС.

**Угол зажигания – угол поворота коленчатого вала, при котором в цилиндре зажигается свеча зажигания. Обычно зажигание смеси в цилиндре происходит до достижения поршнем верхней мёртвой точки (как известно, поршень ходит вверх и вниз, или влево-вправо, в случае оппозитных двигателей, ВМТ – верхняя точка, после достижения поршнем которой начинается такт возврата поршня к коленчатому валу. По аналогии существует и нижняя мёртвая точка)

***Фазы газораспределения – фазы работы двигателя, определяющие моменты открытия впускных и выпускных клапанов.

****Стехиометрия – раздел химии о соотношениях реагентов в химических реакциях.

No image inside the specified id(s), gid:211

Как это работает?
 
Текст: Верёвочкин Кирилл 
 
 Как часто вы видели слово turbo, букву T и так далее, в названии автомобиля или двигателя? TSI, TFSI, Turbo, 1,8T и так далее до бесконечности. Конечно, все понимают, что это обозначает: двигатель оснащён турбиной. Но для чего она нужна? Для повышения мощности? О нет, турбина как раз наоборот, является лишним сопротивлением на выходе отработавших газов из цилиндра и мешает двигателю, потребляя часть его мощности. Так зачем же тогда её ставят? Именно этот вопрос я и попытаюсь разъяснить в данной статье, так как сам являюсь инженером – турбинистом по образованию и имею об этом кое-какое представление.
  Какие мероприятия позволяют поднять мощность двигателя? Естественно, в первую очередь для повышения мощности необходимо увеличивать объём сжигаемого топлива, для преобразования его потенциальной энергии, заложенной в так называемой «теплотворной способности»*, в кинетическую энергию движения поршня. Для этого есть классический метод. Увеличение объёма двигателя, а точнее цилиндров. Логично, что для сгорания большего количества топлива, необходимо больше места, иначе топливо-воздушная смесь попросту не поместится в цилиндре. К таким методам относится и простая расточка цилиндров, часто проводимая владельцами «Жигулей».
  Так же, для повышения мощности можно предпринимать меры по повышению коэффициента полезного действия двигателя. Для этого можно долго заниматься настройкой двигателя. Подборы оптимальных углов зажигания**, фаз газораспределения***, уменьшение сопротивлений на входе и выходе из цилиндров, уменьшение трений колец о стенки цилиндров и так далее. Однако, такие методы не могут существенно повысить мощность двигателя, так как существенной прибавки в КПД получить не возможно. Не просто так, КПД атмосферных двигателей до сих пор не превышает 50% рубеж. К таким мерам относится и чип-тюнинг, при помощи которого меняются настройки электронных «мозгов». Чаще всего чип-тюнинг меняет угол зажигания или отключает датчики на выпуске, отвечающие за экологическую составляющую. Их отключение позволяет двигателю потреблять больше топлива, тем самым увеличивая мощность, но производя больше вредных газов, таких как CO, CO2, NOx, CH и т.д. Кроме этого, к данному способу повышения мощности двигателя можно отнести и часто встречаемый на отечественных «Жигулях» метод – снятие катализатора и резонатора глушителя. Этот метод очень малоэффективный. Хотя бытует мнение, что снятие этих узлов выпускной системы облегчает работу двигателя, убирая сопротивление на выходе. Заверяю Вас, сняв резонатор и катализаторы, Вы получите максимум одну лошадиную силу и не пройдёте тех.осмотр по нормам экологичности и шумности. А про комфортабельность передвижения на таком ТС и говорить не приходится.
<img alt="" width="500" height="331" src="/assets/images/2012/nov/haha.jpg" />
  Помимо вышеописанных методов существуют и другие, не менее действенные способы повышения мощности и крутящего момента, среди которых – наддув. Это здоровая альтернатива увеличению объёма двигателя, ведь суть остается такой же – наддув устанавливается как раз для того, чтобы сжигать бОльшие объёмы топлива, не изменяя объёмов цилиндра.
  Как известно, горение топлива – это реакция окисления, где окислителем является кислород, содержащийся в окружающем нас атмосферном воздухе. В химии существует такой раздел, как стехиометрия****. И конечно, для сжигания определенного количества топлива необходимо определенное количество кислорода. В нашем случае соотношение, примерно, 14:1. Соответственно, при увеличении количества подаваемого топлива, необходимо увеличивать и количество подаваемого воздуха, для соблюдения этой пропорции. В противном случае, топливо попросту не догорит вследствие недостатка окислителя, что приведет к бесполезному увеличению расхода и выбросу топлива в выхлопную трубу. Это, в свою очередь, может привести к поломке выхлопных трактов, так как в них кислород есть, а температура выхлопных газов выше температуры воспламенения топлива. Это вызовет горение топлива в выпускной системе, что в свою очередь, приведёт, как минимум, к прогоранию стенок выпускных патрубков.
  Чрезмерное же количество воздуха приведёт к увеличению вредных выбросов, в процесс образования которых вникать я не стану, по крайней мере, в этой статье.
<img alt="" width="600" height="396" src="/assets/images/gallery/turba/turbo.jpg" />
  Для того, чтобы сохранить стехиометрическое соотношение воздух/топливо, в случае увеличения количества подаваемого топлива и сохранения объёма цилиндра, необходимо сжимать воздух, для уменьшения его удельного объёма. Это необходимо, как я уже говорил, для того, чтобы достаточное количество воздуха попросту «влезло» в цилиндр. Для сжатия воздуха используются компрессоры, и вот тут уже можно объяснить, для чего же двигатели внутреннего сгорания оснащают турбинами. Турбина служит для привода компрессора, сжимающего воздух. Работают турбины на отработавших газах, выходящих из цилиндров после сгорания топливо-воздушной смеси. И, хотя турбинные агрегаты, несомненно, создают сопротивление на выходе, они повышают КПД двигателя, так как используют несработанную в двигателе теплоту. Схемы наддува, использующие турбинный агрегат называются турбонаддувными.
  Однако, компрессоры могут приводиться в действие не только турбинами. Существуют схемы с механическим наддувом. В таком случае, колесо компрессора устанавливается непосредственно на коленчатый вал ДВС, потребляя часть мощности двигателя для сжатия воздуха. Однако, прибавка мощности, полученная за счёт увеличения количества сжигаемого топлива, весьма существеннее, нежели затраты на привод компрессора.
  Конечно, существуют различные схемы наддува: использующие оба метода наддува, сочетая в себе как турбо, так и механический наддувы; использующие несколько наддувных агрегатов, работающих в разных диапазонах оборотов двигателя; использующих несколько наддувных агрегатов, работающих совместно и ТД. Однако, принцип их работы остаётся неизменным.
 
  *Теплотворная способность (удельная теплота сгорания) -  физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг. Для бензинов порядка 42-44МДж/кг (в зависимости от октанового числа), для дизеля ~ 42,7 МДж/кг. Количество теплоты, выделяемой топливом при сгорании и КПД двигателя определяют мощность ДВС. 
  **Угол зажигания – угол поворота коленчатого вала, при котором в цилиндре зажигается свеча зажигания. Обычно зажигание смеси в цилиндре происходит до достижения поршнем верхней мёртвой точки (как известно, поршень ходит вверх и вниз, или влево-вправо, в случае оппозитных двигателей, ВМТ – верхняя точка, после достижения поршнем которой начинается такт возврата поршня к коленчатому валу. По аналогии существует и нижняя мёртвая точка)
  ***Фазы газораспределения – фазы работы двигателя, определяющие моменты открытия впускных и выпускных клапанов.
  ****Стехиометрия – раздел химии о соотношениях реагентов в химических реакциях.

Ford EcoSport - ждать или не ждать?

Новый конкурент сверхуспешному Nissan Juke и всё ещё виртуальному Opel Mokka готов.

Какой тип кузова на ваш взгляд наиболее предпочтительный?

Безусловно, сколько людей — столько и мнений. Кто-то скажет, что о вкусах не спорят, но им возразят: «В споре рождается истина!» Зачастую мнение стороннего человека может очень сильно изменить ваши взгляды и быть очень полезным в поиске нужного решения — именно для этого мы создаём новую рубрику - «Общественное мнение».

Серый или дилерский сервис?

Следует ли из года в год переплачивать за плановые ТО официальному дилеру, в робкой надежде, что в случае гарантийного обращения Вам не откажут? Сможет ли "серый" автоцентр справиться с ремонтом любой сложности? Как часто Вы обращались к официальному дилеру по гарантии и не проще ли было сразу же устранять неполадки за свой счёт, но в более демократичном месте? Может ли хоть и крупный, но всё же "серый" автоцентр предоставить сверхкачественный сервис, не сравнявшись по цене с "официалом"?

Главная »