Turbodolduryşyň taryhy: Turbolar awtomobil dünýäsini nähili üýtgetdi

Belki, siz haýsydyr bir wagt adaty görünýän awtomobiliň üstünde kiçijik “turbo” nyşanyny görensiňiz. Öndürijiler bu nyşanlary köplenç ýönekeý ýerleşdirýärler — ölçegi kiçi, göze ilmeýän ýerlerde gizlenen. Bilmeýän adam üçin olaryň gapdalyndan geçip gitmek aňsat. Ýöne bilýänler üçin bu durup, üns bermäge degýän bir alamatdyr. Onda näme üçin beýle galmagal? Ine, turbodolduryşyň doly taryhy — ol nireden geldi, nähili işleýär we näme üçin möhüm.

Näme üçin inženerlere şol bir hereketlendirijiden has köp güýç gerekdi

Awtomobil inženerçiliginiň iň irki günlerinden bäri dizaýnerler bir soraga gyzyklanypdyrlar: hereketlendirijiden has köp güýji nädip almaly? Fizika kanunlary aýdyň jogap berýär — hereketlendirijiniň güýji her iş siklinde ýakylan ýangyjyň mukdaryna gönüden-göni proporsionaldyr. Köp ýangyç ýaksaň, köp güýç. Teoriýada ýönekeý. Ýöne amalda bu has çylşyrymly.

Esasy çäklendiriji — kislorod. Ýangyç öz-özünden ýanmaýar — ol ýangyç-howa garyndysynyň bir bölegi hökmünde ýanýar. We bu garyndy takyk deňagramly bolmaly, göz bilen çen edilmeli däl. Benzin hereketlendirijisi üçin ideal gatnaşyk takmynan:

• 1 bölek ýangyç üçin 14–15 bölek howa, iş tertibine, ýangyjyň düzümine we beýleki üýtgeýjilere baglylykda

Bu, has köp ýangyç ýakmak isleseňiz, şonuň bilen birlikde ep-esli köp howa hem bermelidigiňizi aňladýar. Adaty tebigy sorujy hereketlendirijiler howany silindr bilen atmosferanyň arasyndaky basyş tapawudy arkaly içine sorýar. Netijede berk çäk ýüze çykýar: silindriň göwrümi näçe uly bolsa, her siklde şonça köp kislorod girýär. XX asyryň ortalaryndaky amerikan öndürijileri muny aşa derejä ýetirip, äpet göwrümli we ägirt uly ýangyç islegli hereketlendirijiler öndürdiler. Ýöne şol bir silindr göwrümine has köp howa itekläp salmagyň has akylly ýoly barmydy?

Mehaniki kompressoryň oýlanyp tapylyşy: Gottlib Daýmleriň üstünligi

Jogap tanyş bir atdan geldi — Gottlib Wilgelm Daýmler, DaimlerChrysler mirasynyň aňyrsynda duran şol bir nemes inženeri. 1885-nji ýylda Daýmler hereketlendirijiniň silindrlerine has köp howa itekläp salmagyň usulyny işläp düzdi — mehaniki hereketlendirilýän kompressor — ýagny gönüden-göni hereketlendirijiniň tirsekli waly bilen hereketlendirilýän kompressor (wentilýator), ol gysylan howany silindrlere itekleýärdi.

Ol işledi. Ýöne onuň bir uly kemçiligi bardy: kompressor öz işlemegi üçin energiýany gönüden-göni hereketlendirijiden alýardy. Inženerler has gowy ýoluň bolmalydygyny bilýärdiler.

Alfred Býuhi we turbokompressoryň döreýşi (1905)

Ine, Alfred Ý. Býuhi — Sulzer Brothers kompaniýasynda işlän we ol ýerde dizel hereketlendirijileriniň işlenip düzülişine ýolbaşçylyk eden şweýsar inženeri we oýlap tapyjysy. Býuhi iki tarapdan göwni geçýärdi:

• Şol döwrüň dizel hereketlendirijileri uly, agyr we güýçsizdi
• Mehaniki kompressorlar hereketlendirijiniň özüni hereketlendirmek üçin gerek bolan energiýasyny alýardy

1905-nji ýylda Býuhi düýpli çözgüdi patentledi: hereketlendirijiniň tirsekli waly bilen däl-de, öz işlenip çykarylan gazlary bilen hereketlendirilýän dolduryjy enjam. Bu dünýäde ilkinji turbokompressordy.

Turbokompressor nähili işleýär

Turbodolduryşyň aňyrsyndaky düşünje gözel derejede ýönekeý. Ine esasy ýörelge, ädimme-ädim:

1. Gyzgyn işlenip çykarylan gazlar hereketlendirijiden çykyp, turbina korpusyna akýar
2. Bu gazlar pyçakly tigri — turbina rotoryny — ýel degirmeni öwüren ýaly, ýöne aşa ýokary tizlikde aýlandyrýar
3. Turbina rotory kompressor tigri bilen şol bir walda oturdylan
4. Turbina aýlananda, ol kompressory hereketlendirýär, ol bolsa gysylan howany silindrlere itekleýär
5. Silindrlerde köp howa köp ýangyjyň ýakylmagyny aňladýar — netijede has uly güýç çykýar

“Turbokompressor” sözüniň özi latyn kökleri turbo (girdap) we compressio (gysyş) sözlerinden gelip çykýar — içinde bolup geçýän zady gowy beýan edýär.

Aralyk sowadyjynyň (interkuleriň) orny

Ýene bir bölek bar. Howa kompressordan geçip, gyzgyn turbokompressor bölekleri bilen gyzdyrylanda, ol giňelýär — ýagny şol bir göwrüme az kislorod sygýar. Muňa garşy durmak üçin turbokompressorly hereketlendirijiler interkuler ulanýarlar: kompressor bilen hereketlendirijiniň silindrleriniň arasyndaky howa ýolunda ýerleşdirilen radiator.

Interkuleriň işi ýönekeý, ýöne möhümdir:

• Ol gysylan howany silindrlere girmezinden ozal sowadýar
• Sowuk howa has dykyzdyr, ýagny şol bir giňişlige köp kislorod molekulasy sygýar
• Bu has ýokary dolduryş basyşyna — we has uly güýç gazanmaga mümkinçilik berýär
• Şeýle hem hereketlendirijiniň detonasiýasynyň (wagtyndan öň partlama) öňüni almaga kömek edýär, esasanam ýokary öndürijilikli ulgamlarda

Turbodolduryşyň tebigy sorujy hereketlendirijiden esasy artykmaçlyklary

Turbodolduryşdan gelýän netijelilik peýdalary uludyr. Mehaniki hereketlendirilýän kompressordan tapawutlylykda — ol işlemek üçin hereketlendirijiniň güýjüni harçlaýar — turbokompressor ýogsa biderek gitjek işlenip çykarylan gazlardan energiýa alýar. Esasy zat, turbina şol gazlary düýpli haýalladmaýar; ol olary sowadýar we şu prosesde energiýany dikeldýär. Esasy peýdalary:

• Hereketlendirijiniň energiýasynyň diňe ~1,5%-i turbokompressoryň öz-özüni saklamagyna harçlanýar
• Has kiçi göwrümli hereketlendirijiden has uly güýç çykyşy
• Has ýeňil we ykjam hereketlendiriji sebäpli sürtülme ýitgileriniň azalmagy
• Deň güýçli tebigy sorujy hereketlendiriji bilen deňeşdirilende has gowy ýangyç tygşytlylygy
• Has arassa işlenip çykarylan gaz, esasanam häzirki zaman dizel hereketlendirijileri üçin möhüm

Bu kemçiliksiz çözgüt ýaly eşidilýär — ýöne turbodolduryş onuň giňden kabul edilmegini onýyllyklar gijikdiren çynlakaý inženerçilik kynçylyklary bilen geldi.

Kynçylyklar: Aşa gyzgynlyk, tizlik we turbo gijä galmasy

Turbokompressorlar agyr şertlerde işleýär:

• Turbina rotorlary 200 000 aýl/min çenli aýlanyp biler
• Işlenip çykarylan gazyň temperaturasy 1000°C (1832°F) ýetip biler
• Bölekler üznüksiz ýylylyk we mehaniki agram astynda gurluş bitewiligini we takyk çäklerini saklamaly

Şu sebäpli turbodolduryş diňe Ikinji jahan urşy döwründe giňden ýaýrady — başda diňe awiasiýada, bu ýerde inženerçilik maýa goýumy aklanýardy. 1950-nji ýyllarda Caterpillar bu tehnologiýany öz traktorlary üçin üstünlikli uýgunlaşdyrdy, Cummins bolsa ilkinji turbodizel ýük awtoulag hereketlendirijilerini işläp düzdi. Turbokompressorly ýeňil awtoulaglar 1962-nji ýyla çenli peýda bolmady, Oldsmobile Jetfire we Chevrolet Corvair Monza diýen ýaly bir wagtda çykarylanda.

Çydamlylykdan başga, awtoulaglara mahsus ýene bir kynçylyk bardy: turbo gijä galmasy. Hereketlendirijiniň pes tizliklerinde işlenip çykarylan gazyň göwrümi çäkli, şonuň üçin turbina haýal aýlanýar we kompressor basyşy zordan ýygnaýar. Hereketlendiriji 3000 aýl/min-den pesde haýal duýulyp biler, soňra 4000–5000 aýl/min-den ýokarda birden güýç bilen joşýar. Turbina näçe uly bolsa, gijä galma şonça aýdyň. Kiçi turbinalar gijä galmany azaldýar, ýöne iň ýokary güýji pida edýär.

Häzirki zaman çözgütleri: Inženerler turbo gijä galmasyny nähili ýeňdi

Onýyllyklaryň dowamynda inženerler güýç gazançlaryny saklamak bilen turbo gijä galmasyny azaltmak üçin birnäçe akylly çemeleşmeleri işläp düzdiler:

• Yzygiderli goşa turbo (sequential twin-turbo): Kiçi, pes inersiýaly turbokompressor pes aýlawlary dolandyrýar, uly enjam bolsa ýokary aýlawlarda işe girýär. Rowaýata öwrülen Porsche 959-da ulanyldy, bu gün BMW we Land Rover turbodizellerinde tapylýar. Volkswagen-iň benzin hereketlendirijileri pes aýlawlarda has çalt jogap üçin kiçi turbonyň ýerine kemer bilen hereketlendirilýän mehaniki kompressor ulanýar.
• Goşa spiral turbokompressor (twin-scroll): Iki aýry işlenip çykarylan gaz girelgesi (wolýuta) bolan ýeke-täk turbo, her biri dürli silindr toparyndan iýmitlendirilýär. Bu turbinany hem pes, hem ýokary aýlawlarda netijeli aýlanmagyny saklaýar we ikinji turbo enjamyny goşman gijä galmany azaldýar. Hatar-alty we dört silindrli hereketlendirijilerde giňden ýaýran.
• Parallel goşa turbo (parallel twin-turbo): Aýry silindr toparlaryna hyzmat edýän iki birmeňzeş turbokompressor. V görnüşli hereketlendirijilerde standart, bu ýerde her topar öz enjamyny alýar. BMW-niň M bölümi muny has öňe äkitdi we X5 M hem-de X6 M-de toparlar arasy işlenip çykarylan gaz manifoldyny ulandy, bu goşa spiral kompressora garşy silindr toparlaryndan garşy ýanyş fazalarynda gaz almaga mümkinçilik berdi.
• Üýtgeýän geometriýaly turbokompressor (VGT): Turbinanyň korpusynyň içindäki sazlanyp bilýän pürsler hereketlendirijiniň tizligine baglylykda işlenip çykarylan gazlaryň akym ýoluny üýtgedýär — netijede turbo her aýlawda dogry “ölçegi” berýär. Ilkinji gezek dizel hereketlendirijilerinde kabul edildi (bu ýerde pes işlenip çykarylan gaz temperaturasy ony amala aşyrmagy aňsatlaşdyrdy), ahyrynda Porsche tarapyndan 911 Turbo bilen benzin hereketlendirijilerine getirildi.

Bu gün turbodolduryş: Öndürijilikden netijelilige

Awiasiýa inženerçilik kynçylygy hökmünde başlanan zat häzirki zaman awtomobil güýç ulgamlarynda agdyklyk edýän tehnologiýa öwrüldi. Bu gün turbodolduryş diňe öndürijilik baradaky zat däl — ol ýangyç tygşytlylygynyň we zyňyndy standartlarynyň merkezinde durýar. Bazardaky diýen ýaly her dizel hereketlendirijisi “turbo” goşmaçasyny berlen zat hökmünde göterýär. Benzin dünýäsinde bolsa turbokompressorly kiçi göwrümli hereketlendirijiler köpçülikleýin, lýuks we sport segmentlerinde uly tebigy sorujy enjamlary köp derejede çalşyrdy.

Adaty bir awtoulagyň arkasyndaky kiçijik nyşan bir asyrdan gowrak wagty öz içine alýan taryhy gürrüň berýär — Býuhiniň 1905-nji ýyldaky patentinden bu günki goşa spiral, üýtgeýän geometriýaly ulgamlara çenli. We bu gürrüň entek gutarmady.

Bu terjime. Asyl nusgany bu ýerde okap bilersiňiz: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e3703.html