Принцип работы турбины

Двигатель как насос

Турбонаддув – единственный на сегодняшний день отработанный способ радикального увеличения крутящего момента и мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС), бензиновых и дизельных. В чем суть этого способа? Прежде чем ответить на этот вопрос полезно вспомнить от чего зависят упомянутые параметры ДВС!!.

Источник мощности двигателя – химическая энергия топлива (горючего): бензина, солярки, газа. При сжигании топлива в камере сгорания ДВС выделяется тепловая энергия. Вследствие этого температура газообразных продуктов повышается. Повышение температуры приводит к увеличению давления, в том числе, на днище поршня. Давление газов на поршень формирует силу (Рг), которая заставляет его двигаться. Кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательное перемещение поршня во вращение коленчатого вала. Так возникает тот самый крутящий момент (Мкр), пропорциональный произведению действующей на поршень силы (Рг) на плечо кривошипа (r):

Мкр ~ Рг* r

Так двигатель развивает ту самую мощность (N), которая определяется произведением крутящего момента на частоту вращения коленчатого вала (n):

N ~ Мкр*n

Получается простая логическая цепочка: больше сила давления на поршень – больше крутящий момент - больше мощность на валу двигателя.

Выходит, чтобы увеличить крутящий момент и мощность двигателя, нужно воздействовать на поршень с большей силой. Для этого нужно сжигать в цилиндре больше горючего. Подать в двигатель больше топлива не проблема. Проблема в том, как его сжечь – ведь топливо само по себе не горит. Для его сгорания нужен окислитель – содержащийся в воздухе кислород. Поэтому любой ДВС устроен как поршневой насос – в такте впуска поршень всасывает в цилиндр воздух из атмосферы.

Чтобы порция топлива сгорела полностью, соотношение массы топлива и воздуха должно быть примерно равно 1:15. Если воздуха будет меньше, часть топлива не сгорит. Его остатки «вылетят в трубу», не совершив работу по перемещению поршня, а лишь нанеся урон окружающей среде и кошельку автовладельца. Бензиновым моторам также вреден и избыток воздуха. Если его будет больше чем нужно, топливовоздушная смесь потеряет способность воспламеняться от искры свечи зажигания. Поэтому поступление воздуха в искровой двигатель на режимах частичной нагрузки ограничивают с помощью воздушной (дроссельной) заслонки. Но в любом случае справедлив принцип: чтобы сжечь больше горючего, нужно подать в двигатель больше воздуха. А вот это уже серьезная проблема – увеличить производительность «двигателя-насоса» не так просто.

Известны четыре способа увеличения подачи воздуха в мотор и, соответственно, повышения его мощностных характеристик:

• увеличение рабочего объема двигателя;
• повышение частоты вращения;
• увеличение коэффициента наполнения цилиндров;
• повышение плотности воздуха.