Что такое соотношение A/R?

Что означает коэффициент A/R?

Почти во всех автомобильных двигателях, которые вы, скорее всего, видели, турбокомпрессоры представляют собой радиально-осевую турбинную секцию в форме улитки, соединённую с аналогичной компрессорной секцией. Как видно на этой иллюстрации из статьи «Основы турбокомпрессора»:

Как это вычисляется?

Отношение площади поперечного сечения к радиусу является следствием нашего стремления преобразовать линейную энергию (выхлопные газы, выходящие из коллектора) в радиальную энергию (нам нужно вращать эти маленькие колёсики). Нам нужно что-то, сильно напоминающее воронку, растянутую и скрученную в спираль.

Например, взгляните на впускное отверстие для выхлопных газов: это относительно большой фитинг, через который проходят все выхлопные газы. По мере того как трубопровод закручивается вокруг турбинного колеса, радиус каждого витка уменьшается. Чтобы обеспечить плавный поток, площадь поперечного сечения трубопровода также уменьшается пропорционально уменьшению площади. В результате получается постоянное соотношение A/R.

Это касается только турбин? Если нет, то чего ещё это касается?

Любой радиальный вентилятор, компрессор, турбина или насос, скорее всего, будет иметь аналогичную форму и, следовательно, постоянное соотношение A/R.

Почему это так важно?

А теперь самое интересное: я становлюсь мистером Волшебником, и мы можем заняться наукой.

Для этого эксперимента вам понадобятся три вещи:

1. Самая тонкая соломинка для коктейля, через которую ещё можно дуть.


2. Обычная соломинка для питья.


3. Участок садового шланга, к которому вы готовы прикоснуться губами.

Сначала подуйте в трубку для перемешивания. Почувствуйте поток воздуха с другой стороны. Это похоже на лазерный луч, только воздушный, верно? Вы можете направить его прямо на цель, сдувая мелкие частицы, например крупинки соли.

А теперь попробуйте соломинку для питья. Она не такая «лазерная». Вы всё ещё можете сдувать соль, но она не так сфокусирована.

Попробуйте дуть изо всех сил. Огромные комки соли разлетаются без труда, верно? А теперь попробуйте снова с мешалкой. Дуйте изо всех сил. Заметили, что энергия выходит на максимум раньше, хотя у вас уже глаза на лоб лезут?

А теперь попробуйте садовый шланг. Скучно, правда? Кажется, что с другого конца не выходит ничего особенного. Вы можете дуть изо всех сил без каких-либо затруднений, но и без особой пользы.

В этом небольшом эксперименте мы используем вас и выбранную вами соломинку в качестве турбинной части турбокомпрессора, а крупинки соли — в качестве самой турбины. Задача турбинной части турбокомпрессора —

1. Запустите турбинное колесо как можно скорее (нам нужен наддув на низких оборотах). Это хорошо видно на примере мешалки с небольшой площадью: её легко продуть почти без усилий.


2. Продолжайте вращать турбину, так как энергия выхлопных газов увеличивается. На мешалке видно, что на небольшом участке быстро заканчивается воздух. Соломинка с большим участком справляется лучше.


3. Не ограничивайте поток газа, так как это может привести к засорению выхлопной системы и снижению общей мощности. Садовый шланг практически не создаёт сопротивления. От мешалки у вас глаза на лоб полезут.

Как правило, для оптимизации низких частот и уменьшения задержки при увеличении низких частот используется небольшое соотношение A/R. Сегодня такие системы широко распространены в уличных автомобилях. Для оптимизации пиковых значений и увеличения высоких частот используется большее соотношение A/R, которое отлично подходит для использования на треке.

Отношение A/R — это отношение площади поперечного сечения области, через которую проходят газы, к радиусу этой области от центра турбокомпрессора. Обычно отношение A/R постоянно по всей длине каналов, через которые проходят газы.

Проще говоря

Буквы A/R обозначают площадь и радиус.

Если радиус турбокомпрессора в определённой точке больше, то площадь поперечного сечения в этой точке должна быть больше, чтобы поддерживать постоянное соотношение A/R.

И наоборот, если радиус турбокомпрессора в определённой точке меньше, то и площадь поперечного сечения в этой точке должна быть меньше, чтобы поддерживать постоянное соотношение A/R.

Меньшее соотношение A/R оптимизирует работу турбокомпрессора для быстрого отклика, но снижает мощность на высоких оборотах. При большем соотношении A/R увеличивается наддув на высоких оборотах, но возрастает «турботайм» (задержка наддува).

Турбокомпрессоры имеют два коэффициента давления наддува: один для стороны турбины (сторона выпуска), а другой — для стороны крыльчатки (сторона впуска).

Если турбокомпрессор предназначен для повышения эффективности или увеличения крутящего момента на низких оборотах, то предпочтительнее использовать более низкое отношение A/R. Двигатель будет очень чутко реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, практически без заметной задержки.

Если турбокомпрессор предназначен для обеспечения максимальной мощности в гоночных условиях, то предпочтительнее использовать высокое отношение расхода к давлению. Это снизит противодавление на стороне выпуска и обеспечит больший наддув без чрезмерного увеличения частоты вращения турбины. Однако при этом будет заметнее задержка.