История турбокомпрессора

Изобретение турбокомпрессора

Имперское Патентное бюро при Немецком Рейхе 16 ноября 1905 года выдало швейцарскому инженеру Альфреду Бюхи проживающему в городе Винтертур Швейцария патент №204630, по которому тот получал право проектировать «Машину сгорания, состоящую из последовательных турбин, поршневого двигателя и компрессора (высокого давления)». Его идея была инновационная и смотрела намного дальше в будущие в эру высокоточной металлургической обработки. По задумке Альфреда следовало использовать кинетическую энергию, которая образовывалась при создании выхлопных газов и впоследствии тратилась впустую, на сжатие воздуха и направление его в двигатель под давлением.

Так он стал первым документально известным человеком, который догадался использовать выхлопные газы, теряющиеся в процессе горения, для работы турбины, плюс сжимать воздух, увеличивая его объем внутри двигателя. Став главой инженеров отдела научных-исследований компании Sulzer Brothers, Бюхи в 1915 смог предложить свой первый прототип турбодизеля. От задумки до воплощения прошло целых 10 лет.

Создание первого турбокомпрессора

За это время американская компания General Electric сумела построить и применить на практике первый в мире турбокомпрессор, а Альфред Бюхи остался в истории как человек догадавшийся использовать сжатый воздух на впуск в цилиндры и как для этого использовать кинетическую энергию выхлопных газов. Сама же компания General Electric возглавила еще не существующий рынок турбокомпрессоров и спустя 10 лет после создания первого турбокомпрессора в 1910 году установили турбо нагнетатель на двигатель Liberty в знаменитом биплане Lepere, который поднялся на заоблачную тогда высоту -10092 метра. Чтобы побить этот рекорд ушел не один год.

 

Применение турбин в авиации

Как не прискорбно с этим соглашаться, поговорка «Война - двигатель прогресса» - оказалась правдой. Во время Первой Мировой в 1917 турбо нагнетатели в ограниченном количестве были испытаны в авиационных моторах. Основным из ярких специалистов этого времени, использующих турбокомпрессоры в военной техники был Огюст Рато – французский инженер. Он устанавливал их на двигатели Renault используемые в французских истребителях. Правда не всегда его усовершенствования имели хоть какой то положительный эффект.

Инженер из выше упомянутой General Electric Сэнфорд Мосс был прикомандирован к Air Service армии США в 1918 году и пытался там применить свой опыт и использовать знания о турбокомпрессорах для решения проблемы с потерей мощности на высоте, где разряжен воздух и атмосферные двигатели глохнут. Не рискуя посылать пилота в воздух для проверки своей идеи он предпочел установить турбокомпрессор на грузовик и испытать его действие в горных условия на большой высоте. В качестве полигона для испытаний остановились на Пайкс-Пик, который расположен в Колорадо и имеет высоту 4 километра 300 метров.

 

Из-за его нерешительности турбокомпрессоры впервые появились в производстве авиадвигателей лишь спустя несколько лет в 30-х годах до начала Второй Мировой. Как и ранее основной целью установки турбокомпрессоров в двигатели самолетов являлась необходимость увеличение высоты, при которой самолет может лететь, невзирая на низкое давление на большой высоте вне досягаемости зенитных орудий.

История применения турбокомпрессора в судоходстве

Применение турбины в судостроительной отрасли началось в 1923 году спустя пару лет после ее дебюта в авиации. Турбокомпрессоры ставили на пассажирских лайнерах Preussen и Danzig производящихся в Германии. За счет этого удалось поднять мощность десятицилиндрового мотора в полтора раза до 2500 лошадиных сил от 1750.

Развите турбокомпрессоров в машиностроительной отрасли

Первый турбированный серийный мотор как это не странно был произведен только в 1938 году  и установлен на дизельный грузовик швейцарского машиностроительного завода Saurer (" Schweizer Maschinenfabrik Saurer").

К 1950 году турбокомпрессоры использовались в основном в промышлености, железнодорожных дизельных локомотивах и в судовых установках. Их разновидностей насчитывалось порядка 20тыс видов и это только в одной Америке.

Чуть позже в начале 50-х годов сейчас мало кому известная компания Caterpillar Tractor Co. дала заказ на разработку системы наддува, подшипников и уплотнений другой компании Garrett уже имеющей опыт в металлообработке. Результатом этой работы в 1953 году стал прототип турбины Garrett, которая с успехом прошла испытания безостановочно проработав 1800 часов, что составляет ровно 75 дней. После такой демонстрации компания Garrett, получила заказ на первые 5000 тыс образцов и стала лидером турбостроения на долгие годы в Америке и во всем мире.

История же применения турбокомпрессоров в автотракторной отрасли началась значительно позже. В конце пятидесятых не кому и в голову не приходило установить его в сельскохозяйственную технику, но постепенно к этой идеи пришли. Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza стали одними первых тракторов сошедших с конвейера. Это произошло только спустя 9 лет в 1952 году, когда центр турбостроения переместился в Европу – Старый Свет.

Звездный час турбокомпрессоров же настал на гоночной трасе в 1969 году на вместе с дебютом BMW-2002 на которой был установлен дизельный мотор на 280 лошадиных сил. Наличие турбокомпрессора скорее даже помешало одержать этому автомобилю победу чем как-то помогло, но при этом сумело показать свой потенциал, хоть и часто выходило из строя. Идею подхватили и спустя еще 4 года в 1973 в Франкфурте на автосалоне Весь мир увидел BMW 2002 turbo –дорожную версию выше упомянутого болида. Ответом на это небезызвестная компания Porsche выпустила теперь уже культовые автомобили серии 911 turbo и CanAm, чья мощность двигателя достигала 1200 лошадиных сил. В 1977 в гонку по производству автомобилей с турбированными двигателя вступила Швейцария, начав оснащать  Saab 99 turbo турбокомпрессорами, а чуть позже немецкие концерны  Mercedes-Benz и Volkswagen выпустили первые легковушки 300 SD и Golf Turbodiesel соответственно.

  

Угроза топливного кризиса в 70-х породила в США культовое помешательство всех автомобилистов на машинах с турбонаддувом. Правительство, опасаясь топливного дефицита, ввело строгие требования к объемам двигателей и их экономичности, дабы уменьшить потребления топлива так чтобы это никак не сказалась на мощности агрегатов. К сожалению законопроект в своей основе был провальным, уменьшение объемов двигателя нисколько не уменьшило, а наоборот увеличило потребление бензина по всей стране. По сей день говоря об Американском авто люди подразумевают завышенную мощность двигателя с большим потреблением топлива. 70-е и 80-е были золотым веком турбированных двигателей и авто с повышенной мощностью. Ни до не после этого времени машины не имели таких хищных и резких силуэтах говорящих о мощи сокрытой под капотом. Рассвет уличных гонок и появление стрит-рейсеров это результат закона об уменьшении объемов двигателей. Каждый крупный автопроизводитель выпускал как минимум одну модель автомобиля с турбированным двигателем.

На этой волне японские производители турбокомпрессоров захватили почти весь мировой рынок. Под капотом американских, немецких, французских и других машин в основном встречались  турбины IHI, Hitachi, Mitsubishi и других японских производителей.

На сегодняшний день на всех дизельных двигателях установлен турбонаддув, поскольку их ставят на машины, где нужна повышенная мощность. Не смотря на то что внешний вид турбин стал более идентичный в силу более глубокого понимания аэродинамических процессов, появилось множество их разновидностей:

  • С двумя турбинами (холодная и горячая улитка)
  • С двумя входными отверстиями для крыльчатки турбины
  • Турбины с переменной геометрией для увеличения КПД на малых оборотах.

Статьи схожей тематики:

Турбокомпрессор

Развитие турбокомпрессоров

Устройство турбокомпрессора турбонаддува ДВС

Характерные поломки/повреждения деталей турбокомпрессора