Преодоление турбоям

Обычно пользователи нашего сайта находят эту страницу по следующим запросам:
ДВС, электродвигатель, устройство ДВС, мотор, инжекторный двигатель

Преодоление турбоям

Турбоямы всегда были одной из самых серьезных проблем. Для получения больших мощностей необходимо использовать большие турбокомпрессоры и, следовательно, большие объемы отработанных газов, чтобы быстро вращать крыльчатку турбины, обеспечивая необходимое давление наддува. Прежде чем возникла проблема с ограничением расхода топлива, часто можно было увидеть черный дым от систем отработанных газов гоночных автомобилей «Формулы-1» при ускорении после прохождения поворотов. Некоторые предполагали, что это связано с использованием обогащенной смеси для охлаждения поршней и камеры сгорания. В действительности же это явление было больше связано с системами, предотвращающими образование турбоям. На пит-стопах часто звучали шутки о пятитактных двигателях. Это выражение было заимствовано из эпохи автомобилей гонок Grand Prix с нагнетателями еще до Второй мировой войны. Простейшие системы управления двигателем были запрограммированы на подачу большого количества топлива в двигатель, когда водитель делал перегазовку и тормозил перед входом вповорот. В то же время угол опережения зажигания смещался в сторону отставания, что позволяло несгоревшей топливовоздушной смеси поступать в турбокомпрессор и воспламеняться от крыльчатки турбокомпрессора, температура которого составляла около 1000°С. В процессе горения выделялся черный дым, однако скорость вращения крыльчатки турбокомпрессора резко возрастала, поэтому, когда автомобиль срезал вершину угла, давление наддува уже накапливалось и на выходе было максимальным. Компания Renault решила использовать другой подход, который давал такие же результаты: топливная форсунка размещалась непосредственно в выпускном коллекторе.

Компания Ferrari проводила эксперименты в другой области. Ее специалисты создали систему, в которой впускной и выпускной коллекторы были соединены посредством перепускного канала с клапаном, который открывался при закрытии дроссельной заслонки. Следовательно, в любое время, когда водитель делал перегазовку, сжатый воздух из впускного коллектора направлялся в турбокомпрессор. При наличии избыточного количества топлива и очень горячей крыльчатке турбокомпрессора, а также благодаря поступлению воздуха создавался поток газов для быстрого ускорения иувеличения давления наддува до максимального значения. Водителям нравилась высокая чувствительность дроссельной заслонки и отсутствие инерционности. Однако в то же время компоненты турбокомпрессора не были приспособлены к слишком высоким температурам, которые возникали при подобном дожигании. Поэтому ряд поломок турбокомпрессоров заставил компанию Ferrari искать другие пути устранения эффекта турбоям.

Через некоторое время после начала программы разработки двигателей для гонок «Формулы-1» компания Renault пришла к следующему выводу: чтобы раскрутить турбину больших размеров, приходится тратить слишком много времени. Поэтому там приступили к разработке проекта с двумя турбокомпрессорами меньших размеров с меньшей инерционностью. Осложняло ситуацию для компании Renault то, что ее двигатель на самом деле был уменьшенной версией ее «победоносного» гоночного двигателя F-2 объемом 2 л. Этому короткоходному двигателю не хватало крутящего момента на низкой частоте вращения, к тому же существовала проблема турбоям. Затем последовала печально известная эра пятого такта дожигания, однако в 1986 году компания Renault представила новый двигатель с меньшим диаметром цилиндров и большим ходом поршня.

А компания BMW продолжала использовать двигатели с одним турбокомпрессором. Взяв за основу двигатель серийного автомобиля, ее специалисты сделали его достаточно длинноходным для двигателей гонок «Формулы-1», к тому же у них вовсе не было проблем с турбоямами. Ссамого начала они использовали раздельные камеры для впрыска, которые были открыты пионером Буши около 60лет назад, обеспечивающие низкую инерционность и быстрый разгон.

Ближе к концу эры турбированных двигателей в гонках «Формула-1» производители турбокомпрессоров Garrett, KKK и IHI создали турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, которые могли выдерживать жесткие условия гонок. Позже мы поговорим об этом подробнее, сейчас же скажу только, что турбокомпрессоры с изменяемой геометрией оптимизировали технические характеристики двигателей на всем диапазоне мощности. При низкой частоте вращения двигателя они работали как небольшие чувствительные турбокомпрессоры, а по мере увеличения частоты вращения двигателя их геометрия изменялась, позволяя турбокомпрессору работать так, как больший блок. В результате при низкой частоте вращения интенсивность потока воздуха более высокая, а при максимальной частоте вращения поток отработанных газов слегка ограничен. Раньше эта технология применялась только на дизельных двигателях, так как температура отработанных газов в них намного ниже. Однако турбокомпрессоры компании IHI на двигателях автомобилей Honda с крыльчатками турбокомпрессоров, изготовленных из нитрида кремния, могли выдерживать скорости вращения до 160000 об/мин и температуры отработанных газов до 1170°С. Чтобы получить представление о том, какое количество воздуха может прокачать пара турбокомпрессоров RX6 в автомобиле Honda с малолитражным двигателем, учтите, что диаметр турбины составлял 62,9мм, а крыльчатки турбокомпрессора – 82 мм.