Та хэзээ нэгэн цагт энгийн харагдах автомашин дээр жижигхэн “turbo” тэмдэг анзаарч байсан байх. Үйлдвэрлэгчид эдгээр тэмдгийг ихэвчлэн даруухнаар байрлуулдаг — хэмжээгээр жижиг, нүдэнд тусдаггүй булан тохойд нуудаг. Мэдэхгүй хүний хувьд үүнийг анзааралгүй өнгөрөх амархан. Гэвч мэддэг хүний хувьд энэ бол зогсож харах учиртай дохио юм. Тэгвэл энэ юунд ийм их анхаарал татдаг вэ? Турбо цэнэглэлтийн бүрэн түүх — энэ нь хаанаас үүссэн, хэрхэн ажилладаг, яагаад чухал болохыг энд өгүүлье.
Яагаад инженерүүд нэг л хөдөлгүүрээс илүү их хүч шаардсан бэ
Автомашины инженерчлэлийн хамгийн анхны өдрүүдээс эхлэн зохион бүтээгчид нэг асуултад автагдсаар ирсэн: хөдөлгүүрээс хэрхэн илүү их хүч гаргах вэ? Физикийн хууль тодорхой хариулт өгдөг — хөдөлгүүрийн хүч нь ажлын мөчлөг бүрт шатаах түлшний хэмжээтэй шууд пропорциональ байдаг. Илүү их түлш шатах тусам илүү их хүч гарна. Онолын хувьд энгийн. Гэвч практик дээр энэ нь хавьгүй илүү төвөгтэй.
Гол хязгаарлалт нь хүчилтөрөгч юм. Түлш дангаараа шатдаггүй — энэ нь түлш-агаарын холимгийн нэг хэсэг болж шатдаг. Тэр холимог нь нүдээр таамаглах биш, нарийн тэнцвэртэй байх ёстой. Бензин хөдөлгүүрийн хувьд хамгийн тохиромжтой харьцаа нь ойролцоогоор:
- Ажлын горим, түлшний найрлага болон бусад хувьсагчаас хамаарч 1 хэсэг түлш-нд 14–15 хэсэг агаар
Энэ нь хэрэв та илүү их түлш шатаахыг хүсвэл мөн адил мэдэгдэхүйц илүү их агаар нийлүүлэх ёстой гэсэн үг. Уламжлалт байгалийн соролттой хөдөлгүүрүүд цилиндр болон агаар мандлын хоорондын даралтын зөрүүгээр агаарыг соруулдаг. Үр дүн нь хатуу хязгаар болдог: цилиндрийн эзэлхүүн том байх тусам мөчлөг бүрт илүү их хүчилтөрөгч орно. ХХ зууны дунд үеийн Америкийн үйлдвэрлэгчид үүнийг эрс хязгаар хүртэл аваачиж, түлшний асар их шаардлагатай том эзэлхүүнтэй хөдөлгүүрүүдийг гаргаж байв. Гэвч нэг л цилиндрийн эзэлхүүн рүү илүү их агаар шахах илүү ухаалаг арга байсан болов уу?
Механик цэнэглэгчийн нээлт: Готлиб Даймлерийн дэвшил
Хариулт нь танил нэрнээс ирсэн — DaimlerChrysler-ийн өвийн ард зогсож байсан тэр Германы инженер Готлиб Вильгельм Даймлер юм. 1885 онд Даймлер хөдөлгүүрийн цилиндр рүү илүү их агаар шахах аргыг механикаар хөтлөгддөг механик цэнэглэгч ашиглан боловсруулжээ — энэ нь үндсэндээ хөдөлгүүрийн коленвалаар шууд хөтлөгддөг компрессор (сэнс) бөгөөд шахагдсан агаарыг цилиндр рүү түрж оруулдаг.
Энэ нь ажилласан. Гэвч нэг чухал сул талтай байв: компрессор өөрийгөө ажиллуулахын тулд хөдөлгүүрээс шууд эрчим хүч хулгайлдаг байв. Инженерүүд илүү сайн арга байх ёстойг мэдэж байв.
Альфред Бюхи ба турбо цэнэглэгчийн төрөлт (1905)
Энд Sulzer Brothers компанид дизель хөдөлгүүрийн хөгжүүлэлтийг удирдан ажиллаж байсан Швейцарийн инженер, зохион бүтээгч Альфред Ж. Бюхи гарч ирнэ. Бюхи хоёр талаас бухимдаж байв:
- Тэр үеийн дизель хөдөлгүүрүүд том, хүнд, хүч султай байв
- Механик цэнэглэгчид хөдөлгүүрт өөрийгөө хөтлөхөд хэрэгтэй эрчим хүчийг булааж авдаг байв
1905 онд Бюхи эрс шинэ шийдлийг патентжуулжээ: хөдөлгүүрийн коленвалаар бус, харин өөрийнх нь яндангийн хийгээр хөтлөгддөг цэнэглэх төхөөрөмж. Энэ бол дэлхийн анхны турбо цэнэглэгч байв.
Турбо цэнэглэгч хэрхэн ажилладаг вэ
Турбо цэнэглэлтийн ард байгаа санаа нь дэгжин энгийн. Үндсэн зарчмыг алхам алхмаар энд өгүүлье:
- Халуун яндангийн хий хөдөлгүүрээс гарч турбины бүрхүүл рүү урсдаг
- Эдгээр хий нь салхи салхин тээрмийг эргүүлдэгтэй адил боловч маш өндөр хурдтайгаар сэнстэй дугуйг — турбины ротор-ыг эргүүлдэг
- Турбины ротор нь компрессорын дугуй-тай нэг голд суурилагдсан байдаг
- Турбин эргэх үед компрессорыг хөтөлж, улмаар шахагдсан агаарыг цилиндр рүү түрж оруулдаг
- Цилиндрт илүү их агаар орох нь илүү их түлш шатаах боломжтой гэсэн үг — улмаар илүү их хүчний гарц-д хүргэдэг
“Турбо цэнэглэгч” гэдэг үг нь өөрөө латин үндэс болох turbo (хуй салхи) болон compressio (шахалт) гэсэн үгнээс гаралтай — дотор нь юу болж байгааг яг тохирсон тодорхойлолт юм.
Интеркулерийн үүрэг
Тааварт бас нэг хэсэг байна. Агаар компрессороор дамжин өнгөрч, халуун турбо цэнэглэгчийн эд ангиудаар халах үед тэлдэг — энэ нь нэг л эзэлхүүнд бага хүчилтөрөгч багтана гэсэн үг. Үүнийг сөрөхийн тулд турбо цэнэглэгчтэй хөдөлгүүрүүд интеркулер ашигладаг: компрессор болон хөдөлгүүрийн цилиндрийн хоорондох агаарын замд байрлуулсан радиатор юм.
Интеркулерийн ажил нь энгийн боловч чухал:
- Энэ нь шахагдсан агаарыг цилиндр рүү орохоос өмнө хөргөдөг
- Хүйтэн агаар илүү нягт байдаг, өөрөөр хэлбэл нэг л зайд илүү олон хүчилтөрөгчийн молекул багтана
- Энэ нь бүр өндөр даралтын цэнэг — улмаар бүр их хүчний өсөлтийг боломжтой болгодог
- Мөн ялангуяа өндөр хүчин чадлын хэрэглээнд хөдөлгүүрийн дэлбэрэлт (цаг бусаар шаталт)-аас сэргийлэхэд тусалдаг
Турбо цэнэглэлтийн байгалийн соролтоос давуу гол талууд
Турбо цэнэглэлтээс гарах үр ашгийн өсөлт нь нэлээд их юм. Ажиллахын тулд хөдөлгүүрийн хүчийг зарцуулдаг механик цэнэглэгчээс ялгаатай нь турбо цэнэглэгч нь өөрөөр бол үрэгдэх байсан яндангийн хийнээс эрчим хүч гаргаж авдаг. Хамгийн чухал нь турбин нь тэр хийг мэдэгдэхүйц удаашруулдаггүй; харин тэдгээрийг хөргөж, процессын явцад эрчим хүчийг сэргээдэг. Үндсэн давуу талуудад:
- Турбо цэнэглэгчийн өөрийгөө арчлахад хөдөлгүүрийн эрчим хүчний зөвхөн ~1.5% зарцуулагдана
- Жижиг эзэлхүүнтэй хөдөлгүүрээс илүү их хүчний гарц
- Хөнгөн, нягт хөдөлгүүрийн улмаас үрэлтийн алдагдал багасна
- Ижил хүчтэй байгалийн соролттой хөдөлгүүртэй харьцуулахад түлшний хэмнэлт сайн
- Цэвэр яндан, ялангуяа орчин үеийн дизель хөдөлгүүрт хамаатай
Энэ нь төгс шийдэл мэт сонсогдоно — гэвч турбо цэнэглэлт нь түүний өргөн нэвтрэлтийг хэдэн арван жилээр хойшлуулсан ноцтой инженерийн сорилтуудтай ирсэн.
Сорилтууд: Хэт халуун, хурд болон турбо хоцролт
Турбо цэнэглэгчид харгис нөхцөлд ажилладаг:
- Турбины ротор минутанд 200,000 эргэлт хүртэл эргэж чадна
- Яндангийн хийн температур 1,000°C (1,832°F) хүрч чадна
- Эд ангиуд тасралтгүй дулааны болон механик ачааллын дор бүтцийн бат бэх болон нарийн зөвшөөрөгдөх хэмжээг хадгалах ёстой
Үүнээс болж турбо цэнэглэлт нь зөвхөн Дэлхийн II дайны үед — анхандаа инженерийн хөрөнгө оруулалт зөвтгөгдсөн нисэхийн салбарт л өргөн дэлгэрчээ. 1950-иад онд Caterpillar энэ технологийг тракторууддаа амжилттай тохируулж, харин Cummins анхны турбодизель ачааны машины хөдөлгүүрийг бүтээжээ. Турбо цэнэглэгчтэй суудлын автомашин 1962 он хүртэл гарч ирээгүй бөгөөд тэр үед Oldsmobile Jetfire болон Chevrolet Corvair Monza бараг зэрэг гарчээ.
Бат бөхөөс гадна автомашинд өвөрмөц өөр нэг сорилт байв: турбо хоцролт. Хөдөлгүүрийн бага эргэлтэд яндангийн хийн хэмжээ хязгаарлагдмал тул турбин удаан эргэж, компрессор бараг даралт үүсгэдэггүй. Хөдөлгүүр минутад 3,000 эргэлтээс доош сул мэт мэдрэгдэж, дараа нь минутад 4,000–5,000 эргэлтээс дээш гэнэт хүчээр овойдог. Турбин том байх тусам хоцролт илүү тод болно. Жижиг турбин хоцролтыг багасгадаг боловч оргил хүчийг золиосолдог.
Орчин үеийн шийдлүүд: Инженерүүд турбо хоцролтыг хэрхэн ялсан нь
Хэдэн арван жилийн туршид инженерүүд хүчний өсөлтийг хадгалангаа турбо хоцролтыг багасгах хэд хэдэн ухаалаг арга боловсруулжээ:
- Дараалсан давхар турбо: Жижиг, бага инерцтэй турбо цэнэглэгч бага эргэлтийг хариуцаж, харин том нэгж нь өндөр эргэлтэд идэвхждэг. Домогт Porsche 959-д ашигласан бөгөөд өнөөдөр BMW болон Land Rover турбодизельд олддог. Volkswagen бензин хөдөлгүүрүүд бага эргэлтийн бүр хурдан хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд жижиг турбоны оронд бүсээр хөтлөгддөг механик цэнэглэгч ашигладаг.
- Хос дамрагт (twin-scroll) турбо цэнэглэгч: Тус бүр өөр өөр цилиндрийн бүлгээр тэжээгддэг хоёр тусдаа яндангийн оролттой (волют) ганц турбо. Энэ нь турбиныг бага болон өндөр эргэлтийн аль алинд нь үр ашигтай эргүүлж, хоёр дахь турбо нэгж нэмэлгүйгээр хоцролтыг багасгадаг. Цуваа зургаан болон дөрвөн цилиндрт хөдөлгүүрт түгээмэл.
- Зэрэгцээ давхар турбо: Тусдаа цилиндрийн блокуудыг үйлчилдэг ижил хоёр турбо цэнэглэгч. Блок бүр өөрийн нэгжтэй байдаг V хэлбэрийн хөдөлгүүрт стандарт. BMW-ийн M хэлтэс үүнийг X5 M болон X6 M дээр блок хоорондын яндангийн коллектороор улам урагшлуулж, хос дамрагт компрессор эсрэг блокуудаас эсрэг шаталтын үе шатанд хийг соруулах боломжийг олгосон.
- Хувьсах геометртэй турбо цэнэглэгч (VGT): Турбины бүрхүүлийн доторх тохируулагдах далавч нь хөдөлгүүрийн эргэлтээс хамаарч яндангийн хийн урсгалын замыг өөрчилдөг — улмаар эргэлт бүрт турбонд зөв “хэмжээ”-г үр дүнтэй өгдөг. Анх дизель хөдөлгүүрт (яндангийн температур бага байснаар хэрэгжүүлэхэд хялбар байсан) нэвтрүүлж, эцэст нь Porsche 911 Turbo-гоор бензин хөдөлгүүрт авчирчээ.
Өнөөдрийн турбо цэнэглэлт: Хүчин чадлаас үр ашиг руу
Нисэхийн инженерийн сорилт болж эхэлсэн зүйл орчин үеийн автомашины хөтлүүрийн зонхилох технологи болсон. Өнөөдөр турбо цэнэглэлт нь зөвхөн хүчин чадлын тухай биш — энэ нь түлшний хэмнэлт болон ялгарлын стандартад гол үүрэгтэй. Зах зээл дээрх бараг бүх дизель хөдөлгүүр “турбо” угтварыг тогтсон зүйл мэт авч явдаг. Харин бензин хөдөлгүүрийн ертөнцөд турбо цэнэглэгчтэй бага эзэлхүүнтэй хөдөлгүүрүүд нь үндсэн, тансаг болон өндөр хүчин чадлын сегмент бүрт том байгалийн соролттой нэгжүүдийг ихэвчлэн орлож байна.
Энгийн харагдах автомашины ард байгаа тэр даруухан жижиг тэмдэг зуу гаруй жилийг хамарсан түүхийг өгүүлдэг — Бюхигийн 1905 оны патентаас эхлээд өнөөдрийн хос дамрагт, хувьсах геометртэй системүүд хүртэл. Тэр түүх бас дуусаагүй байна.
Энэ бол орчуулга юм. Эх хувийг та эндээс уншиж болно: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e3703.html
Нийтлэгдсэн Нэгдүгээр сар 27, 2022 • 8м уншилт
