Турбонаддув, турбонаддув двигателя, турбо | Тюнинг ателье VC-TUNING

Турбонаддув двигателя

Компания VC-TUNING устанавливает программы увеличения мощности только на высокопроизводительные серийные автомобили. 
 
Все владельцы автомобилей хотя бы раз в своей жизни слышали о таком понятии как турбонаддув, но не все задумываются над тем, для чего он необходим и какую роль играет в работе двигателя. В данной статье, принцип его действия и роль, которую он играет. 

 
Какую роль играет турбонаддув и в чем его смысл? Смысл его заключается в том, что для нормальной работы двигателя внутреннего сгорания требуется постоянная подача топлива, а использование турбонаддува позволяет максимально улучшать наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью. Обращаем ваше внимание на то, что есть только один вид атмосферного наддува — резонансный, использующий кинетическую энергию объема воздуха. Другие виды наддува в первую очередь связаны с увеличением давления, которое непосредственно поступает в цилиндры, которое намного выше атмосферного и достигается подобного рода давление при помощи механических, электромеханических и газодинамических способов.

Но какова польза от турбонаддува? Дело в том, что отработавшие газы осуществляют вращение колеса турбины, которое в свою очередь через вал ротора производит вращение компрессорного колеса. Далее компрессорное колесо производит сжатие воздуха и нагнетает в систему. Но перед тем как попасть в цилиндры, сжатый воздух проходит процесс охлаждения в интеркулере. Следует отметить, что эффективность турбонаддува во многом зависит от частоты оборотов двигателя, ведь чем больше частота оборотов, тем большее количество отработанных газов подается в турбину, увеличивая скорость попадания сжатого воздуха. Нельзя не отметить и о том, что расход топлива сокращается от 5 до 20 процентов, что, несомненно, радует каждого автовладельца, выполнившего подобного рода тюнинг двигателя.

Современные экологические двигатели работают при использовании турбонаддува, а подобного рода производство считается более экологически чистым.  Следует обратить внимание и на то, что установка турбонаддува сопряжена с определенными трудностями. Первая – это детонация, которая появляется из-за резкого повышения давления в самом конце такта сжатия, поэтому и требования к топливу повышаются. Если вы, к примеру, использовали марку бензина АИ-92, то после подобного тюнинга двигателя вам придется переходить на более высокое октановое число. К тому же, если резко нажать на педаль газа, происходит некоторая задержка увеличения мощности, которая впоследствии сопровождается резким повышением оборотов, что иногда приводит к плачевным последствиям.

Какие же элементы входят в турбонаддув?
Ключевым элементом здесь является турбокомпрессор, который состоит из множества элементов. Сюда входят:

• турбинное колесо воспринимает все отработанные газы, при этом вращается оно в специальном корпусе;
• компрессорное колесо, которое всасывает воздух, сжимает и нагнетает в цилиндры двигателя пропорционально;
• турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработанных газов, при этом данный процесс осуществляется за счет изменения площади входного канала.

Существует несколько видов наддува. К первому относится система с двумя параллельными турбинами. При этом следует учесть, что две турбины в общей сложности обладают наименьшей инерцией, чем одна большая, и в этом имеется явное преимущество данной системы. Зачастую автовладельцы устанавливают на свои автомобили сразу две последовательные турбины, при этом, максимальная производительность достигается посредством различных установленных турбокомпрессоров, запускаемых при разных оборотах двигателя. Что касается профессиональных автомобилей или «спорткаров», то здесь используются комбинированные системы наддува, объединяющие в себе механический наддув и турбонаддув. Преимущество данной системы в том, что при низких оборотах двигателя сжатие воздуха осуществляется при помощи механического наддува, а при нажатии педали газа подключается турбокомпрессор.
 

       

Выполнение работ, связанное с тюнингом двигателя должно производиться специалистами в данной области, так как от правильно выполненных действий специалиста зависит многое.  
 

• Компания VC-Tuning, предлагает различные уровни доработок, для некоторых моделей: Mercedes-AMG, BMW, Porsche, Cadillac, Ford, Chevrolet, Dodge, Nissan и т.д.

               

 

Турбирование – реальный прирост мощности! — Рамблер/авто

Турбирование атмосферного или карбюраторного двигателя – популярный вариант тюнинга для иномарок и автомобилей ВАЗ, с помощью которого можно добиться существенной прибавки мощности без замены основного агрегата. Установка турбины – это сложный процесс модернизации двигателя, и далее в статье мы опишем основные изменения и работу с различными типами моторов ВАЗ.

1 Модернизация или установка нового впускного коллектора

Как упоминалось выше, установка турбины на двигатель, где она не предусмотрена конструкцией (особенно актуально для моделей ВАЗ) – трудоемкий процесс, как, например, и установка закиси азота. Для получения максимального эффекта от подобного тюнинга нужно просчитать все возможные теоретические и практические варианты и иметь необходимые детали и инструменты. Полное турбирование лучше доверить специалистам, при проведении работ своими руками даже у самых опытных автовладельцев на определенных этапах возникают трудности.

Турбирование двигателяНезависимо от модели двигателя, для установки турбокомпрессора необходим специальный впускной коллектор. Для популярных марок автомобилей, особенно в среде любителей тюнинга, существует множество различных комплектов с впускным коллектором, от простых до дорогих моделей. Коллектор – важная часть турбированного двигателя, он служит для сбора отработанных газов, с помощью которых осуществляется запуск турбины, а затем они подаются в выпускную систему.

При выборе или изготовлении впускного коллектора для турбины своими руками необходимо учитывать его геометрию, так как от этого зависит скорость доставки газов и производительность компрессора. Специалисты рекомендуют использовать коллектор с максимально прямолинейной геометрией, это позволит избежать наличия дополнительного сопротивления.

2 Доработка системы подачи воздуха

Важным элементом для работы турбокомпрессора является воздух. Поэтому стандартный воздушный фильтр необходимо заменить спортивными аналогами или увеличить его размеры, как и размеры впускного патрубка. Обычный фильтр будет быстро засоряться, а через небольшой патрубок не будет доставляться необходимое количество воздуха.

Система подачи воздухаТак как турбированная система работает иначе, чем система подачи воздуха в обычном атмосфернике, необходимо рассчитать и создать схему нового расположения трубопровода подачи воздуха, причем сделать это с расчетом избежать резких поворотов. Соединительные патрубки и трубки должны быть намного прочнее заводских, так как при турбировании возникает больше давления, чем при работе обычного двигателя.

Они должны быть изготовлены из прочного и в тоже время эластичного материала (силикон, алюминий), при этом на стыках соединений используются увеличенные и более мощные хомуты, чтобы избежать воздушных потерь. При изготовлении трубопровода своими руками на двигателях различных моделей ВАЗ, чаще всего, используется алюминиевая труба со сварными стыками.

3 Настроенная масляная система – залог правильной работы турбины

Самая распространенная и простая турбина представляет собой деталь с четырьмя большими отверстиями под подключение впуска и выпуска воздуха и выхлопных газов. Помимо этого, на ней есть несколько отверстий для подключения патрубков входа и слива масла. Так как турбина вращается, она потребляет большое количество масла, которое выполняет одновременно и функцию смазки, и функцию охладителя.

Настройка двигателя автоТаким образом, при подключении компрессора отверстие турбины соединяется с маслоприемником в двигателе специальным патрубком. Можно приобрести его вместе с комплектами для установки турбины ВАЗ, речь идет о детали под фильтр со специальными фланцами, или изготовить и приварить фланцы своими руками, например, сделать армированный вариант. При соединении сливного отверстия под турбину с двигателем необходимо помнить о том, что масло должно возвращаться в сливной поддон.

После выполнения всех подключений замените или долейте масло в двигатель, заведите машину и дайте ей поработать на холостых оборотах. Так масляный насос успеет прогнать масло в системе и слить его обратно в поддон. Ни в коем случае не нажимайте на газ, иначе турбина будет работать всухую, а это может вывести ее из строя в кратчайшие сроки. Помимо правильного подключения масляной системы, рекомендуется также установка специального маслорадиатора. Он устанавливается несколькими способами (все зависит от модели и конкретного типа турбины, а также мощности двигателя ВАЗ и типа используемого масла). Необходима эта деталь для компенсации излишнего нагрева масла при возникновении контакта внутри турбины.

4 Тюнинг двигателя для установки турбины на ВАЗ

Чтобы эффект от установки турбокомпрессора был достаточным, необходимо снизить степень сжатия в заводских цилиндрах. Этого можно достичь путем их замены или расточки. Кроме того, нужно выточить поршни, скорректировать высоту коленвала. Все эти изменения приводят к увеличению камеры сгорания в объеме, что существенно повышает потенциал турбины и мощность двигателя.

Тюнинг двигателя перед установкой турбиныВ данном случае речь идет о сложных работах, при которых учитываются даже такие факторы, как расчет излишнего сопротивления вала, степень теплового расширения болтов крепления головки блока цилиндров и другие расчеты, проводить которые стоит, только имея все необходимые знания и опыт. В противном случае можно существенно повысить уровень компрессии в камере сгорания и, как следствие, детонацию, что попросту выведет двигатель из строя.

Кроме механических изменений, на более свежих вариантах мотора ВАЗ (для Калина 2, Гранта или Лада Веста) потребуется провести и программный тюнинг, который включает в себя корректировку фаз газораспределения. Кроме того, потребуется корректировка формулы подаваемой смеси, изменение времени открытия форсунок или их замена, установка буст-контроллера. Все это требует качественного программного вмешательства в работу ЭБУ. Такие изменения невозможно провести для обычного карбюраторного двигателя ВАЗ.

5 Дополнительные изменения и рекомендации

При установке турбины также необходимо иметь новый топливный насос. Это должен быть более мощный и модернизированный вариант, так как заводской не справится с потоком избыточного давления и изменениями в режиме эксплуатации. При полной форсировке мотора с помощью компрессора необходимо установить дополнительное охлаждение, для этого нужно как минимум увеличить площадь радиатора или подвести к турбине дополнительные патрубки охлаждения, в случае наличия на ней специальных отверстий.

Новый топливный насос

Определенные изменения должны быть проведены и в системе выхлопа, а свечи зажигания нужно заменить на спортивные варианты с большим процентом воспламенения.

При турбировании следует помнить, что пропорционально увеличению мощности увеличивается и расход топлива, причем на машинах с максимальными вариантами такого тюнинга расход топлива растет в геометрической прогрессии. Ведь качественно установленный турбонаддув, вкупе с увеличенной камерой сгорания, позволяет двигателю сжигать гораздо больше топлива в момент времени. И конечно, важно понимать, что наддув своими руками устанавливается только на двигатели в хорошем техническом состоянии, с нормальными показателями компрессии, без «ошибок» на диагностике. В противном случае вы только ускорите износ или выход из строя двигателя и сопутствующих систем.

Плюсы и минусы турбированного бензинового двигателя

Начнем с того, что сегодня все большее число мировых автопроизводителей на своих моделях практикует установку турбированных двигателей. И речь идет не о дизелях, где турбина, безусловно, является обязательным элементом, а о бензиновых моторах. Другими словами, стало заметно, что простых атмосферных двигателей на бензине в последнее время становится все меньше.

Казалось бы, так и должно быть, ведь прогресс не стоит на месте, а турбомоторы хорошо известны своей высокой мощностью при сравнительно небольшом рабочем объеме. Однако на деле не все так просто. Водители и автомеханики делают отдельный акцент на том, что при выборе между атмосферным и турбированным двигателем будущему владельцу нужно хорошо подумать и взвесить все «за» и «против».

Далее мы рассмотрим основные преимущества и недостатки турбированного бензинового двигателя, а также поговорим о том, в каких случаях целесообразно купить такой мотор, а когда от подобного приобретения лучше полностью отказаться в пользу атмосферного ДВС.

Содержание статьи

Развитие турбомоторов

Прежде всего, значительную популяризацию двигателей с турбонаддувом можно наблюдать именно в наши дни. При этом турбированный двигатель появился немного позже после того, как в широкие массы пошел и сам ДВС. Впервые силовую установку оснастили турбиной в 1905 г.  Однако на легковые автомобили моторы с наддувом начали ставить только ближе к 1960 годам.

Что касается дизельного двигателя, турбокомпрессор медленно и уверенно приживался на такой технике, однако с бензиновыми аналогами ситуация сложилась с точностью до наоборот. Если коротко, турбомоторы на бензине по причине целого ряда индивидуальных особенностей не отличались особой надежностью, а также имели высокую начальную стоимость.

Вполне очевидно, что не только покупка, но также обслуживание и содержание этих ДВС получалось слишком дорогим. По этой причине бензиновый турбодвигатель до относительно недавнего времени являлся большой редкостью и обычно устанавливался только на дорогие версии премиальных моделей и спортивные авто.

Однако в дальнейшем развитие технологий и одновременное ужесточение экологических норм и стандартов заставило производителей вновь обратить внимание на турбокомпрессор для бензиновых ДВС. Результатом стало активное внедрение турбин на современные моторы.

Турбированные бензиновые двигатели: сильные и слабые стороны

Итак, хорошо известно, что турбина на бензиновый двигатель или дизель позволяет нагнетать воздух в камеру сгорания принудительно и под давлением. Чем больше воздуха поступает в цилиндры, тем больше горючего можно сжечь, причем нет необходимости физически увеличивать размеры самой камеры сгорания.

Решение позволяет сделать такой мотор более мощным и приемистым, при этом двигатель получается компактным. Дело в том, что подобно объему, не нужно увеличивать количество цилиндров. Другими словами, не увеличиваются габариты силовой установки, а также не происходит значительного прироста в весе, однако мощность двигателя значительно возрастает.

Также следует отметить, что если сравнивать турбомотор с атмосферным аналогом, который имеет аналогичную мощность, агрегат с турбиной окажется более экономичным и экологичным по сравнению с безнаддувным вариантом.

• Общий принцип работы турбокомпрессора состоит в том, что выхлопные газы, которые образуются во время работы двигателя,  вращают турбинное колесо. За счет этого вращается и компрессорное колесо, которое нагнетает воздух во впуск.

В результате турбомотор становится мощнее атмосферных аналогов на 20-30% и более (что зависит от степени наддува). Турбированный двигатель способен обеспечить лучшие показатели крутящего момента, а также  является более экологичным решением, так как топливо сгорает в цилиндрах более полноценно.

Еще стоит отметить, что тяга у такого двигателя ровная и доступна на низких оборотах. Другими словами, отсутствует необходимость сильно раскручивать мотор для интенсивного ускорения или быстрого старта с места.

Итак, в списке основных плюсов можно выделить:

• Компактность и вес;
• Сниженную токсичность;
• Меньший расход горючего;
• Высокий показатель крутящего момента;
• Ровную «полку» момента в широком диапазоне оборотов;

Минусы турбированных двигателей на бензине

Прежде всего, установка турбонаддува предполагает более сложную конструкцию ДВС. Даже с учетом того, что сама турбина по размерам небольшая и является готовым решением в корпусе, в общей схеме обязательно присутствуют дополнительные элементы в виде интеркулера и ряда других устройств. Сам турбодвигатель также  дороже в производстве, так как высокие нагрузки предполагают использование более прочных и жаростойких деталей.

Также не следует забывать о некоторых сложностях в эксплуатации данного типа ДВС. Отметим, что бензиновые двигатели с турбиной имеют более высокую склонность к появлению детонации. Это значит, что моторы весьма чувствительны к качеству топлива, особенно если принимать во внимание ситуацию на территории СНГ.

То же самое можно сказать и о моторном масле. Выбор масла для турбированного двигателя ограничивается небольшим списком, в который входят специальные масла. Более того, масло и фильтры нужно менять чаще (желательно каждые 5-6 тыс. км.). Дело в том, что масло из двигателя также смазывает турбину, которая, в свою очередь, сильно разогревается.

Не трудно догадаться, что при высоких температурах смазочный материал быстро теряет свои свойства. Также в обязательном порядке необходимо регулярно менять воздушный фильтр, так как его загрязнение сразу приводит к ощутимому снижению производительности турбокомпрессора и ДВС.

Еще в рамках практической повседневной эксплуатации турбодвигатели обычно расходуют больше бензина, так как водитель привыкает ездить более динамично с учетом возможностей такого мотора.

Главным же минусом можно считать срок службы самого турбокомпрессора, причем на бензиновых двигателях ресурс турбины заметно ниже, чем на дизелях. Причина — более высокие температуры отработавших газов.  Стоимость качественной турбины составляет, в среднем, от 1000 у.е. и более.

Что касается ремонта, далеко не каждый сервис способен выполнить эту работу грамотно с предоставлением официальных гарантий, а также сама сумма квалифицированного ремонта турбин может доходить до 40-60% от ценника за новую деталь.

Еще следует отметить,  что на многих двигателях с наддувом присутствует эффект так называемой турбоямы. Под турбоямой следует понимать характерный провал, когда машина сначала  достаточно «вяло» реагирует на нажатие педали газа и не разгоняется, а потом появляется резкий подхват.

Происхождение этого явления объясняется тем, что на низких оборотах коленвала энергии выхлопных газов недостаточно для  эффективного раскручивания турбины, что закономерно приводит к недостаточной подаче воздуха для получения нужной отдачи от мотора.

Наконец, ресурс самих двигателей с турбонаддувом зачастую небольшой и оставляет, в среднем, около 200-250 тыс. км. до капитального ремонта. При этом качественно отремонтировать турбомотор получается заметно дороже, чем простой рядный атмосферник.

Подведем итоги

Сегодня производители автомобилей предлагают потребителю бензиновые и дизельные двигатели. Что касается бензиновых версий, они могут быть как атмосферными, так и с наддувом. При этом турбонаддув может использоваться на рядных, оппозитных, V-образных моторах и т.д.

Обратите внимание, рассмотренные выше плюсы и минусы турбированного бензинового двигателя наглядно отражают тот факт, что атмосферный ДВС во многих случаях может оказаться более предпочтительным вариантом.

Атмосферный мотор имеет больший ресурс, его проще и дешевле обслуживать, такой агрегат менее требователен к качеству бензина и смазки, не так склонен к детонации и перегревам. Если же говорить о меньшем расходе топлива на моторах с турбокомпрессором, то и в этом случае не все так однозначно.

Дело в том, что снижения расхода топлива за счет турбины и большей мощности редко удается добиться на практике. Особенно это утверждение справедливо в том случае, если говорить о бензиновых ДВС с турбонаддувом.

Зачастую многие владельцы таких авто в СНГ сознательно выбирают турбодвигатель, так как намерены ездить быстро и достаточно агрессивно, а сам автомобиль к этому располагает. В результате формируется характерный стиль езды и получается так, что водитель, а не машина, расходует, в среднем на 15-30% топлива больше в городском или смешанном цикле.

При этом для автолюбителей, которые практикуют спокойный стиль езды, мощность турбодвигателя вполне может оказаться попросту избыточной. В этом случае и повышенные затраты на содержание такого двигателя окажутся неоправданными. Другими словами, владелец фактически не будет использовать весь имеющийся потенциал силовой установки в полном объеме, при этом все равно нужно будет заливать дорогой бензин, чаще менять моторное масло и т.

д.

Читайте также

Что лучше – двигатель с турбиной или простой атмосферник?

Современный автомобильный мир неуклонно переходит на турбины. Но пока у покупателя в России еще есть выбор. Мы не слишком любим новейшую технику, которая неизвестна гаражным мастерам, так что продажи инновационных турбированных моторов идут не слишком хорошо. Тем более, компрометировали себя турбины TSI, разработанные немецким концерном VAG, сильно подпортили репутацию дизельные турбины того же Volkswagen последних лет разработки. Так что настороженность к транспорту с инновациями присутствует. С другой стороны, атмосферные агрегаты безбожно устаревают и отходят в прошлое. Они слишком много потребляют топлива и чрезмерно много выбрасывают CO2, так что не вписываются в современные стандарты экологической безопасности.

К примеру, под нормы Euro-7, грядущие скоро на всем континенте, уже пройдут лишь единицы из существующих атмосферных двигателей. Так что приходится принимать взвешенные решения.

Конечно, забота об экологии не стоит в приоритетах современного водителя в России. Важно получить надежный и комфортный автомобиль, который можно будет эксплуатировать не один год. Желательно, чтобы двигатель под капотом был миллионник, а потенциальный ремонт был очень дешевым. В случае с турбированными агрегатами ремонт обойдется в круглую сумму, даже если поломка не столь серьезная. Интересно, что даже самые надежные турбины выходят рано или поздно из строя и доставляют огромные финансовые проблемы своим владельцам. Так что говорить о невероятной надежности не приходится, это действительно не самый лучший выбор для длительной эксплуатации. Что же делать? Отдать предпочтение меньшему расходу и меньшей надежности? Или все-таки остаться верным простейшей технологии атмосферных агрегатов? В этом мы постараемся сегодня разобраться.

Какие атмосферники надежнее всего в России?

Прежде чем защищать двигатели без турбонаддува, стоит посмотреть на самые популярные варианты таких агрегатов на рынке. Бесспорно, лидером по продажам окажется линейка моторов Lada, так как именно эти авто занимают первые строчки по общим продажам. Но говорить о надежности даже нового 1.8-литрового атмосферника не приходится. Всяческих проблем с агрегатом вполне хватает. Вот еще несколько агрегатов, которые можно назвать эталонными современными атмосферными моторами:

1. 1.6 MPI 110 л.с. на автомобилях Volkswagen и Skoda. Этот мотор собирается в России по лицензии, олицетворяет целую эпоху атмосферников MPI и является одним из самых надежных двигателей на рынке.
2. 1.4 100 л.с. Hyundai. Двигатель устанавливается на Solaris и отлично показывается себя в нескольких моделях KIA. Мотор слаженно работает с автоматом и механикой, практически не ломается, но несколько слаб.
3. 1.33 99 л.с. Toyota. Этот мотор уже получил несколько серьезных изменений конструкции, но продолжает использоваться в городских версиях автомобилей. Агрегат отлично зарекомендовал себя в Corolla.
4. 1.6 122 л.с. Toyota. Еще один популярный атмосферник, который также устанавливается на Corolla и Auris, прекрасно служит, выдерживает даже очень сильные нагрузки и практически не ломается.
5. 1.6 110 л.с. Renault. Этот мотор совершенно отличается от всех представителей линейки, очень хорошо служит на нескольких моделях концерна. С мотором практически нет проблем, в отличии от турбированных вариантов от компании.

Как видите, практически все двигатели обладают действительно значительной надежностью и хорошими отзывами. Ладовские агрегаты 1.6 и 1.8 также неплохо работают, если их вовремя и качественно обслуживать. Конечно, они вызывают больше проблем, но в ремонте данные двигатели стоят очень недорого. И это дает свои преимущества. Отремонтировать даже атмосферный агрегат, но европейский, будет стоить в несколько раз дороже.

Самые популярные турбодвигатели — какие модели

На российском рынке уже продается очень много турбированных моторов. Конечно, мы не будем говорить о Lexus и Cadillac, чьи моторы прекрасны, но продаются не в таком большом объеме. Больше внимания уделим турбированным двигателям на более популярных машинах, которые активно расходятся на нашем рынке. Кстати, вы могли даже не подозревать о том, что таких моторов уже довольно много. Вот лишь некоторые из них:

1. 1.4 TSI 125 и 150 л.с. VW. Это двигатель корпорации Volkswagen AG, который обладает просто прекрасным ресурсом. Конечно, подводит сама турбина, которая изрядно увеличивает общую мощность и работоспособность мотора.
2. 1.8 TSI 180 л.с. VW. Двигатель прекрасен по всем параметрам, имеет такую же систему наддува, очень классно едет и реагирует на нажатие педали газа. Но в целом проблемы остались прежними — не очень долговечный наддув.
3. 1.5 T 150 л.с. Ford. Этот двигатель ставят на Focus и продают у нас довольно активно. Несмотря на обилие атмосферных вариантов агрегатов, этот мотор также получил отличные продажи и просто великолепные отзывы.
4. 320i 184 л.с. BMW. Этот мотор считается одним из самых лучших в своем классе, он стал просто эталоном надежности и выдает прекрасную мощность для спортивных характеристик баварских автомобилей.
5. 2.0 268 л.с. Subaru. Еще один легендарный агрегат, который отлично доработали для версии WRX. Конечно, он не столько популярен, но его конструкция может стать эталоном надежности для японских производителей.

Как видите, турбомоторов на рынке России также немало. Проблема только в том, что они устанавливаются чаще всего на эксклюзивные автомобили, владельцы которых не слишком считают деньги. По этому вопросу можно долго спорить, кто-то вспомнит малый расход топлива мотора с наддувом, кто-то заговорит о слабой надежности вопреки всем фактам. Конечно, у каждого потенциального покупателя авто будет собственное мнение на вопрос турбирования и расширения возможностей двигателей.

Что же плохого в турбомоторах? Рассмотрим нюансы

Если вы берете новый автомобиль и собираетесь покататься на нем около 5 лет, проблем не возникнет. При пробеге до 150 000 км вопросов к турбированным агрегатам не возникает. Поэтому в Европе, где такой возраст и пробег авто считаются поводом отдать машину на утилизацию, вопросов к турбинам нет. В России же машина покупается на гораздо больший срок эксплуатации. Поэтому возникают следующие неприятные ситуации, связанные с технологией:

• ресурс турбины не столь большой — уже после 100 000 км или даже на гарантийном пробеге данная деталь может начать показывать характер, и это станет причиной значительных проблем;
• двигателю достается неслабо, так как наддув сопровождается значительным повышением нагрузки на все режимы работы, поэтому пока отсутствуют совсем уж маленькие агрегаты с турбинами;
• нестабильность тяги — частично миф, который многие подтверждают на собственном опыте, но это может возникать только в том случае, если моторчик уже начал выходить из строя;
• увеличивается вес и повышаются габариты моторчиков, их приходится размещать особым способом, снижается безопасность при авариях, а также мотор сильно повреждается в любом ДТП;
• приходится привыкать к повадкам турбомотора, которые сильно меняют общие особенности эксплуатации машины, это очень важное замечание для российских дорог, особенно зимой.

Несмотря на все это, к турбинам есть много приятных комментариев. К примеру, можно заметить, что на рынке практически не осталось атмосферных дизельных двигателей. Они используются только на спецтехнике. При этом дизельные агрегаты оказались не столь уж и ненадежными. Они прекрасно справляются с вызовами российских условий эксплуатации. Возможно, и к бензиновым турбинам придет такая эпоха, когда им будут все доверять.

Сможем ли мы и дальше покупать атмосферники в России?

Многие могут задать закономерный вопрос — зачем вообще рассматривать сравнение этих вариантов моторов? Кто хочет, пусть покупает турбомоторы, а все остальные будут довольны своими атмосферными агрегатами. Но мир приходит к тому, что двигатели в их прежнем виде не могут существовать. Они загрязняют природу и становятся причиной проблем с экологией. Вот причины, по которым атмосферные двигатели доживают свой век:

• расход топлива даже на небольших таких моторах превышает 8-9 литров в городском режиме, что становится большой проблемой в плане выбросов CO2 в окружающую среду;
• расход станет еще одной проблемой — люди будут постепенно переходить на более экономически привлекательные технологии, экономить деньги и покупать эффективную технику;
• во всем мире сегодня растет спрос именно на эффективные турбодвигатели, нет никакого шанса возврата симпатий снова к устаревшим технологиям, которые не слишком радуют характеристиками;
• мощность с турбиной растет, вы можете выжать максимум даже с 1-литрового мотора, установленного на кроссовере, а расход топлива при этом будет очень даже приемлемым для такого авто;
• даунсайзинг неизбежен, вряд ли моторы на 3 литра все еще будут популярны через несколько лет, даже владельцы дорогих внедорожников отказываются от таких агрегатов.

Мир стремится к экономии, этот тренд уже на развернуть. Именно поэтому назрела необходимость рассматривать турбодвигатели в качестве альтернативы традиционным безнаддувным вариантам. Тем более, у турбин есть свои неоспоримые преимущества, которые сегодня становятся все более важными. Конечно, турбины также оказываются менее долговечными и надежными, но нам придется менять свои обычные устои владения транспортом.

Предлагаем посмотреть видео о турбодвигателях:

Подводим итоги

Качественное оборудование на вашей машине оказывается важнейшим фактором. Необходимо, чтобы транспорт мог надежно доехать до нужного места, не подводил вас в сложных условиях и давал лучшие варианты эксплуатации. Сегодня к таким требованиям добавляется также экономичность и мощность, возможность эксплуатации в самых разных условиях. Производители спешат разрабатывать новые технологии, которые бы успели за экологическими требованиями, а также удовлетворили бы очень требовательных покупателей, но не всегда это радует в итоге.

Современные турбированные моторы не столь плохие, как привыкли считать российские покупатели. Конечно, этот двигатель не прослужит 10 лет без поломок, он не сможет проехать 350 000 км, не потребовав серьезного ремонта. Но при этом за данный срок он сэкономит огромное количество денег на топливе, предложит вам быструю и динамичную поездку как на трассе, так и в режиме города. Так что у всего нового есть свои преимущества, которые очень важны в эксплуатации. А что вы думаете о современных турбированных моторах?

Установка турбокомпрессора на ГАЗ-3110 «Волга» | Блог по доработке,тюнингу и обслуживанию автомобиля и скутера

Опубликовать

Отправить

Распечатать

Часть 1.

Подготовка.
20 декабря 2006 года было положено начало великому проекту турбо. В этот день был приобретен турбокомпрессор CT15 (Toyota, двигатель 1JZ-GTE 2.5L) в кол-ве 2шт. и  разработана концепция о том, как приладить сей турбокомпрессор на 16-ти клапанный двигатель ЗМЗ 40620F объемом 2.3л а/м ГАЗ 3110 «Волга». В общих чертах требовалось решение 2х основныхпроблем (причем, не ясно было что сложнее):
        1) Приладить сам турбокомпрессор к двигателю, решив задачи крепления, смазки, охлаждения, прокладку впускного и выпускного трубопроводов.
        2) Выбор и настройка системы управления двигателем, которая бы могла правильно им управлять.

По расчетам, при давлении наддува порядка 0.9 — 1 бар с такой турбиной от 2.5 литрового двигателя Тойоты Марк2 мощность 2.3 литрового ЗМЗ 406 на 6200-6500 должна была составить порядка 300 л.с. и пиковый крутящий момент на средних оборотах не более 350-360 нм. Двигатель 2.5L 1JZ-GTE VVTI при давлении наддува 0.65-0.69 бар имеет мощность 280л.с. на 6200об/мин и 370нм на средних оборотах/

Часть 2.

Часть 2. Железные вопросы … и ответы.Как уже ранее говорилось, требовалось закрепить турбокомпрессор на двигателе и решить вопросы смазки и охлаждения. Однако, более того, было принято решение и подготовить сам мотор более тщательно. На тот момент двигатель пролетел порядка 75 000 км и, в общем – то, нуждался в ремонте… Масло кушать он любил литрами, порядка 1л на 300-350 км (в зависимости от стиля езды на машине).Поскольку масса двигателя составляла примерно 200 кг в сборе, а в гараже не было тельфера, пришлось разбирать двигатель по частям для облегчения процесса демонтажа.
        1) Первым делом, блок цилиндров был расточен до 1го ремонтного размера 92.5мм, и были изготовлены на заказ кованые поршни фирмой AMS (Зеленоград) под пониженную степеньсжатия 8.0 (стандартные рассчитаны под 9.3). На первый взгляд поршни понравились не очень, масса поршней немного превышала массу литых — заводских, однако толщина днища поршня была чуть ли не в 2 раза больше! Да и все размеры были в допусках. По массе отличались на 4 грамма.
        Блок был тщательно изучен на расположение масляных и водяных каналов с целью определения оптимальных мест отбора жидкостей. Масло для смазки турбокомпрессора было решено брать из заглушки второго цилиндра (судя по фоткам, на заводских турбо-двигателях ЗМЗ 4064/4054 как раз от туда масло и берется). Вместо заглушки был ввернут штуцер под трубку 8мм с рестрикторным сечением 3.5мм (рабочее давление масла в двигателе от 3.5 до 6 бар). Слив масла из турбокомпрессора осуществляется шлангом диаметра 22мм в поддон, куда был ввернут соответствующий штуцер.
        Там же, на втором цилиндре (на счастье) тоже оказалась заглушка водяной магистрали, которая была благополучно вывернута (а может и не благополучно, то ли она, толи масляная – заставили полдня провозиться в попытках вывернуть) и ее место занял штуцер 10мм для отбора охлаждающей жидкости для нагнетателя. Слив охлаждайки осуществляется врезанием тройника в магистраль обратки (блок цилиндров – печка – турбина – помпа).

        2) Подверглись доработке и шатуны, которые обзавелись жиклерами для опрыскивания днищ поршней маслом в целях охлаждения. В верхнем шатунномвкладыше была проделана борозда для забора масла за полуоборот коленвала.

        3) Не остался и без внимания маховик, который весил около 14кг и стал весить 9.5кг. Облегчить можно было значительно сильнее, но смысла в этом я тогда не увидел.
        4) Следующим этапом была балансировка коленвала вместе с маховиком и корзиной сцепления и начало сборки «низа». Шатуны и поршни были подобраны таким образом, чтобы обеспечить наименьшую разницу в весе. Таким образом, суммарная разница двух противоположных пар шатун-поршень (1-4 2-3 цилиндры) по итогам 10 измерений составила 0.48 гр. Блок был установлен на свое место, к нему был прикручен картер сцепления, КПП, и карданный вал соединил всю цепочку с задним мостом.

        5) Нашел свое место и интеркулер от Toyota Caldina, который был размещен фронтально, практически под радиатором, чтобы охлаждаться воздухом через центральный воздухозаборник переднего бампера.

        6) Пришло время самого главного – а именно установки самого турбокомпрессора.    Было много разных предложений как лучше это осуществить, на какой коллектор ставить, так как турбокомпрессор СТ15 довольно больших размеров и уместить его на месте стандартного выпускного коллектора не упершись при этом влонжерон или вакуумник было ювелирной работой.
        Однако выход был найден довольно быстро. Это коллектор дизельного двигателя ЗМЗ 514.3, который как родной встал на место стандартного 406-го коллектора к ГБЦ. Однако, своими компактными размерами он создал большую проблему (диаметр выходного отверстия у него 38мм всего). Были изготовлены переходные фланцы для крепления турбокомпрессора к коллектору и для аутлета.

        7) ГБЦ в данном случае особо не дорабатывалась (к сожалению). То есть, была взята доработанная ГБЦ с атмосферного мотора, где были шлифованы все каналы и убраны все косяки, камеры сгорания доведены до одного объема, клапанные пружины установлены более жесткие, тарелки клапанов – дюралевые. Спортивные клапаны было решено заменить на стандартные SM, которые заметно толще.

        8) Так как было абсолютно неизвестно, какой получится впоследствии двигатель по характеристике, и было решено собирать ГРМ на стандартных распредвалах 252гр. 9.0 мм и выставлять все по заводским меткам. Чтобы затем уже делать выводы, что куда крутить дальше и чтоменять.
        9) Изначально планировалось дуть в мотор 1 бар избыточного давления, поэтому степень сжатия была понижена с 9.3 до 8.3 и оставаться на 95м бензине. После измерения всех необходимых объемов для расчета геометрической степени сжатия, выяснилось что для достижения требуемой степени сжатия необходима прокладка ГБЦ толщиной порядка 1.6мм. Трудно сказать из-за чего вышел такой косяк, скорее всего AMS сделали маленькую проточку в поршнях и завысили степень сжатия. Однако, выход был найден – на заказ была изготовлена стальная прокладка ГБЦ толщиной ~ 1.65 мм. Теперь можно было приступать к окончательной сборке двигателя.
        10) На последнем этапе сборки требовалось подсоединить смазку и охлаждение шлангами и трубками к соответствующи штуцерам, что и было сделано без проблем. Однако, сложности представляла сборка выпуска и впуска, так как автор не имел в сварочного аппарата. Пришлось делать макеты впускного и части выпускного трактов из пластиковых (канализационных) труб, а потом по ним уже изготавливать соответствующие части из нержавейки, помогли ребята из PASSIK. Таким образом было сделано следующее: труба от воздушного фильтра до турбокомпрессора была выполнена резиновым шлангом диаметра 70мм (ЗиЛ 130), патрубок от холодной части улитки до интеркулера – из нержавейки диаметром 50мм, и от интеркулера до дросселя уже диаметром 63мм и тоже из нержавейки. Стыковались трубы соответственно резиновыми патрубками (армированными) от автомобилей КАМАЗ и ЗиЛ 130 (не помню точно какие от кого были). 

        11) Впускной ресивер PASSIK был заменен на стандартный алюминиевый ресивер ЗМЗ 409, так как у стандартного стенка ресивера имеет толщину порядка 5мм и много технологических площадок, куда можно вкрутить дополнительные штуцеры. Соответственно было добавлено 2 дополнительных штуцера. Первый — на отбор управляющего давления/разряжения на клапан сброса Blow Off и через тройник на прибор в салон — Metrika Boost. Второй штуцер – на ДАД.       

Вроде как все собрано, первый запуск. Двигатель завелся с пол-оборота, но имел неприятный стук при этом. Впоследствии выяснилось, что сильно изношены распредвалы и гидрокомпенсаторы. После их замены все посторонние шумы убрались и началась обкатка двигателя и настройка системы управления.

Часть 3. Система управления двигателем.

        Вопрос о системе управления турбокомпрессорным двигателем стоял уже давно, с момента затеи о самом турбировании. Все советовали переходить на систему управления Январь 5.1-41 с микропрограммой J5LS, разработки Maxi(RPD), котороя умела адекватно управлять 4х цилиндровым турбокомпрессорным двигателем, имела функции защиты двигателя при нештатных ситуациях, функцию boost-контроллера (в зависимости от передачи!) и много других моментов, которые отсутствуют в других ПО. Однако, тогда существовало несколько моментов, которые заставляли отказаться от этой затеи.
        Во-первых, комплекс MOLT, который может настраивать блок управления Микас 7.1 в реальном времени и по многим параметрам, не хуже, чем ПАК Матрица от Maxi(RPD) для ЭБУ Январь 5.1-41 и была уверенность, что в плане настройки проблем не будет.
        Во-вторых, появляется реальный шанс доработать комплекс MOLT при настройке турбокомпрессорного двигателя в тех условиях, которые не могут возникнуть на атмосферном двигателе.
        В-третьих, переход на Январь 5.1 с J5LS (на момент написания статьи v46) так же не возможен был по той причине, что данное ПО не продавалось автором.
        Однако время уже поджимало, и было принято решение остаться на системе управления Микас 7.1 со стандартным ПО WNZDA442 в надежде, что грамотно отстроенное оно сможет управлять таким двигателем без риска его выхода из строя.
        Для контроля и настройки топливоподачи был приобретен LM-1Kit от Innovate Motorsports и оставлен в машине на постоянно для контроля состава смеси. К первому же выезду автомобиля была добавлена первая версия ШДК регулирования в MOLT, чтобы сразу же начать приводить в порядок топливоподачу и не допускать ни в коем случае обеднения смеси. Естественно ШДК регулирование работало криво (все же первая версия), но с задачей своей справлялось неплохо. На момент написания статьи, прошло уже почти полгода со дня первого выезда и первой версии поддержки ШДК в MOLT, сейчас модуль доведен до относительного совершенства (усовершенствованиям нет предела) и работает исправно – можно не бояться за топливоподачу – состав смеси в цилиндрах будет соответствовать заданному в прошивке по окончанию настройки, а если вдруг режимная точка оказывается в значительном обеднении или обогащении в процессе настройки, то незамедлительно MOLT пропорциональным регулятором выводит режимную точку из данного состояния.

        Система управления обзавелась наконец-то правильным ДТВ Delphi, в целях ограничения УОЗ в зависимости от температуры поступающего в цилиндры двигателя воздуха.
        На момент написания статьи основным датчиком – измерителем воздуха в системе был ДМРВ. На мой взгляд, по правильности вычисления расхода воздуха MAF занимает первое место. Модели расчета циклового наполнения по ДАД (MAP) имеют разного рода неточности, очень многое не учитывают и в определенных режимах довольно не стабильны … В общем, поскольку времени изобретать ничего не было тогда, ДМРВ использовался обычный Siemens от Волги (правда физический предел показаний у него оказался всего ~600 кг/ч).
        Поскольку, в конфигурации присутствовал клапан сброса избыточного давления в атмосферу, а не перепускной клапан (точнее был не Blow-Off а переделанный под него Bypass – автор всегда мечтал иметь характерный для турбокомпрессорного двигателя звук под сброс газа), то использование ДМРВ в такой системе вызывало кучу проблем на серийном софте WNZDA442. Изначально ДМРВ был установлен как и полагается перед турбокомпрессором, однако попытки учесть поправкой сбрасываемый воздух ни к чему хорошему не приводили.  Была замечена сильнейшая нестабильность в показаниях датчика (как следствие нестабильного сброса воздуха из системы) при работе двигателя на разрежении в ресивере (от -0.4 до 0 бар) когда, когда воздух постоянно выдувался из клапана в виду особенностей данного Blow — Bypass’a. Переделывать впуск на циркуляцию сбрасываемого воздуха совсем не хотелось – попрощаться с красивым звуком желания не было. Надо было искать выход.
        И выход был найден. На пробу ДМРВ был перенесен в патрубок от интеркулера до дросселя, и самое главное уже после клапана сброса давления в атмосферу. Поэтому теоретическ ДМРВ уже видел только тот воздух, который непосредственно поступает в двигатель. Самое интересное, что несмотря на заверения многих авторитетных личностей о невозможности работы расходомера в данном варианте, ДМРВ исправно учитывает как и повышенную для него температуру, так и избыточное давление. Так что основным моментом работы ДМРВ в условиях повышенной температуры и давления остается неизвестный срок службы.

        Для правильного функционирования на турбокомпрессорном двигателе, была переделана система вентиляции картерных газов. Отсос газов от клапанной крышки теперь подведен к патрубку до турбины, где не может возникнуть разрежение. Более того, в систему врезан маслоотделитель (сепаратор) от двигателя ГАЗ 560 Steyr для сбора продуктов масла, а шланг от сепаратора до патрубка перед турбиной имеет уменьшенное сечение для ограничения расхода газов во впуск при высоких разряжениях во впуске. Хотя, если масло подгоняется турбиной во впуск через подшипники, то ДМРВ от этого будет страдать и этого не избежать без координальных переделок.

        Однако, все равно осталась проблема – расход воздуха превышает предельно допустимый для ДМРВ. То есть, уже с 4500 об/мин при давлении наддува 0.65 бар ДМРВ выдает постоянное напряжение 4.98В. Решение проблемы было найдено – это обман системы управления в зоне максимального расхода воздуха. Теоретически, это не правильно в корне, но на практике работает нормально. Суть в том, что тарировка ДМРВ была заменена заведомо неверной в зоне высоких напряжений, то есть 4.98В соответствует не 595 кг/ч а 789 кг/ч. Это приводит к тому, что на больших расходах воздуха всегда будет переобогащение топлива, но никак не обеднение! Переобогащение убирается поправкой времени впрыска, полученной ШДК-регулированием топливоподачи. Конечно единственный минус всей затеи – что фактически таблично работает система управления в этой зоне. Но как показала практика, при заданном составе смеси 11.5:1 в прошивке в зоне максимальных наполнений, реальный состав может колебаться от 11 до 12 в зависимости от атмосферных условий. Таким образом, проблема была решена, хоть и не правильно, но для мотора в данном случае никакой опасности не представляет в нормальном режиме. После отстройки мотора, при давлении наддува 0.65-0.69 бара, реальный пиковый массовый расход воздуха составил 690 кг/ч (с учетом коррекции по ШДК), а предельное цикловое наполнение — 1210 мг/ц. Для осуществления впрыска топлива были выбраны форсунки 360сс/min BOSCH 0 280 150 431 (Saab 2.3 Turbo), которые в такой конфигурации двигателя имеют фактическую Duty ~95% (при составе смеси в цилиндрах 11.5:1) — то есть уже на пределе.

Часть 4. Заключение.

        Итак, в принципе, поставленная работа выполнена – машина на ходу и едет при этом. Но если почитать заглавие статьи и сравнить с желаемым, становится ясно, что 300 л.с. тут и не пахнет.
        Во-первых, давление наддува выставлено минимально-возможное в данной конфигурации 0.65 — 0.69 бар (актюатор соединен шлангом напрямую с холодной части турбокомпрессора) при открытии дросселя 100% с 3500 до 6500 оборотов.
        Во-вторых, безусловно, мощность пропорциональна изменению массового расхода воздуха, в свою очередь от которого зависит Injector Duty (процент использования форсунки). То есть данные форсунки позволяют снять до 72*4 = 288 л.с., но это на составе смеси порядка 13.3-13.5:1,то есть на 11.5 они смогут обеспечить 11.5/13.5*288 = 245 л.с. а не 300 л.с.
        В-третьих, систему управления необходимо переделывать, так как есть – уже на пределе (хотя работает нормально)
        В-четвертых, основной причиной того, что мощность получилась значительно меньше, является компактный выпускной коллектор от дизельного двигателя ЗМЗ 514.3 с диаметром выпускного отверстия всего 38мм!!! На турбине диаметр входного отверстия в горячую часть 50-51мм! Коллектор просто душит мотор, отсюда после 4500 заметно падает тяга, и пик массового расхода приходится всего на 5000 об/мин, вместо запланированных 6600 и выше.
        На стенд замерять мощность и момент я не ездил, так как даже желания не было, однако примерно прикинуть довольно не сложно:
        1) по методу Andy Frost’a мощность равна примерно трети массового расхода воздуха (выведено экспериментальным путем, сильно зависит от механических потерь в двигателе), поэтому 690/3 = 230 л.с.
        2) Второй метод основан на duty форсунок. Так как максимальная мощность на данных форсунках может быть примерно 245л.с. на составе смеси 11.5:1, а реальный процент их использования примерно 95%, то 245*0,95 = 232 л.с.
        Так оба метода выдали практически одинаковое значение, то можно полагать, что мощность действительно в пределах 230л.с.
        Еще раз хочу подчеркнуть, что это примерные значения, точные значения получить можно только стендовым замером.

Следующим этапом будет устранение всех нехороших моментов, описанных выше, а именно:
        1) Изготовление и установка нормального выпускного коллектора
        2) Замена распредваолов на 270гр. 10.6мм
        3) Перевод системы управления на ДАД (как уже было упомянуто, система управления работает по ДМРВ, однако в системе присутствует и ДАД для сбора информации о текущем давлении и для разработки новой модели расчета циклового по показаниям ДАД)
        4) Исходя из пункта 3 разработка и создание нового ПО для управления спортивными и турбокомпрессорными двигателями на базе Микас 7.
        5) To be continued….

Часть 5. Выражаются благодарности:
Рома (RomaGTR4WD) – за идею турбирования и собственно турбокомпрессоры
Александр (Contros) – за создание нашего комплекса MOLT и помощь в настройке
Артем, Олег (McAutoTuner) – за консультацию по железным вопросам и за стальную прокладку ГБЦ
Сергей, Сергей (PASSIK) – за помощь в изготовлении впуска и выпуска
Андрей (Andy Frost) – за консультации по части методов настройки и алгоритмов
Андрей (Mrak), Сергей (Grach) – за многочисленные поездки по магазинам автозапчастей
Emmibox/Maxi(RPD) – за подсмотренные на его сайте и в описаниях ПО некоторые алгоритмы и методы настройки…;-)
и моему любимому Котенку за поддержку 🙂 © Jetsamnaz, 2008

Источник: www.volga-gaz.ru

Опубликовать

Отправить

Распечатать

Читайте также:
 Турбина или суперчарджер?
 Устройство турбокомпрессора
 Установка турбокомпрессора
 История турбонадува
 Установка турбокомпрессора на Ниву
 Установка турбокомпрессора на Хонду
 Установка турбокомпрессора на УАЗ (402 двигатель)
 Установка турбины на Вольво 740
 Турбокомпрессор на ВАЗ-21083
 Установка буст контроллера от Saab на Volvo

Турбонаддув на ВАЗ » ВАЗ 2108, 2109, 21099, 2113, 2114 и 2115. Тюнинг, ремонт, переделка, статьи и многое другое. ВАЗ 21081, 21083, 21083i, 21091, 21093, 21093i

Турбонаддув на ВАЗ – безусловно это экзотика. Но мощностные преимущества турбо моторов над «атмосферниками» сами по себе подстрекают появление все больше и больше машин, которые получили турбину. И далеко не все эти машины иномарки…

Турбо на территории бывшего союза пока в новинку. Постараемся кратко и доступно описать примерный список переделок обычного атмосферного двигателя ВАЗ 21083, который устанавливали как на ВАЗ 2108, 2109, 21099, так и на первые «десятки».

Теория

Начнем пожалуй с теории. Есть просто наддув (механический наддув, чарджер) и есть турбонаддув. В обоих случаях наддув создает турбина, установленная между воздушным фильтром и впускным коллектором. Разница в том, что именно приводит ее в действие.

В первом случае турбину крутит сам двигатель. Из плюсов — прямая зависимость оборотов турбины (создаваемого турбиной давления) от оборотов, т.е. никакой запоздалой реакции (турбоямы). Из минусов — двигатель тратит часть своей мощности на раскрутку турбины.

Турбонаддув более сложен т.к. состоит из 2 турбин. Одна нагнетает в двигатель больше воздуха и приводится в действие другой турбиной, которая установленна сразу за «пауком» (выпускным коллектором). Таким образом цепочка выглядит следующим образом: выхлопные газы вращают одну турбину, которая соединена со второй турбиной, нагнетающей воздух в двигатель. Плюс турбонаддува в том, что он имеет больший КПД т.к. не требует мощностных затрат двигателя на его вращение. Минус турбо в присутствии эффекта «турбоямы». Как это выглядит? Вы резко жмете «газ в пол» и ждете моментальной реакции от двигателя. А чтобы турбо-двигатель выдал максимум мощности требуется достаточно раскрутить турбину, которая «оживает» только когда двигатель достиг 3000-3500 оборотов/мин.

Турбины условно можно поделить на 2 группы: низкого давления (примерно до 0,2-0,6 бар) и высокого давления (до 1 бара и выше). Если для турбины высокого давления требуется довольно серьезная доработка двигателя, то для турбины низкого давления можно оставить практически всё заводским, но об этом далее.

Зачем нужно турбо на ВАЗ?

Фактически главная цель это получение максимально возможного количества лошадок. Ну по крайней мере у любителей погонять так точно J При одном и том-же рабочем объеме турбированный мотор может иметь чуть-ли не в 2 раза большую мощность при примерно том-же расходе топлива. Так в последнее время в моду вошли малолитражные турбодвигатели. Fiat уже довольно давно строит маленькие городские хетчбеки с турбо-моторами и динамикой седана с 3-3,5 литровым мотором. Простой тому пример Fiat Grande Punto с турбо мотором объемом 1.4 и мощностью от 120 до 150 лошадок, а в некоторых модификациях и до 180. Подобные моторы впрочем появились и у VW.

Как можно форсировать турбированный двигатель?

Специфика этих моторов такова, что если некоторые усовершенствования практически ничего не дают на атмосферниках, то на турбо полученные результаты просто потрясают. Простой пример – прямоток. У многих бытует мнение, что с ним двигатель легче «дышит» и крутится, наш форум тому доказательство. Но то лишь субъективные мнения. Если в случае с атмосферным двигателем мощность придает больше звук, чем сам прямоток, то на турбо правильным впуском и выпуском можно добиться очень неплохих результатов.

Та-же картина и с такой популярной доработкой как чип-тюнинг. Если атмосфернику эта процедура даст не более 10% мощности, то турбо с легкостью до 25%

Установка турбонаддува на ВАЗ

Рассмотрим более бюджетный, в плане переделок, вариант с турбиной низкого давления и двигателем ВАЗ 21083 с распределенным впрыском.

Блок щилиндров, коленвал и шатуны можно использовать стандартные. Распредвал и клапаны тоже. Разница может быть в поршнях и головке цилиндров т.к. установка турбины требует снижения степени сжания. А этого можно добиться или увеличением камеры сгорания, или специальными поршнями. Хотя поршни можно оставить и оригинальные, а ограничиться только головкой.

Отличается и выпуск – между выпускным коллектором и приемной трубой теперь находится турбина. Резонатор и глушитель можно использовать стандартные, хотя для получения большей мощности можно поставить и прямоточный выпуск.

Впрыску нужен увеличенный ресивер и нестандартную программу управления. Незначительных изменений потребует и система смазки.

Турбина низкого давления – по вашему усмотрению и возможностям. В случае с ВАЗом турбокомпрессор монтируют над приводом правого колеса между выпускным коллектором и приемной трубой. К компрессору подаются 2 патрубка для воздуха. Первый соединен с воздушным фильтром, а второй с ресивером.

Таким образом самая дорогая и дефицитная деталь это сама турбина.

Для сравнения приводим сравнительную таблице с характеристиками заводского автомобиля и турбированного. Последний автомобиль оборудован стандартным выпуском и не был настроен на получение максимальной мощности.

Сравнительные характеристики автомобилей ВАЗ-21083 и ВАЗ-21083 ”турбо”
Автомобиль	ВАЗ 21083	ВАЗ 21083 Турбо
Мощность, кВт/л. с. при об/мин	51,5/70 при 5600	78/106 при 5600
Максимальный крутящий момент, Н.м при об/мин	107 при 3500	144 при 4000
Максимальная скорость, км/ч	155	190
Разгон с места до 100 км/ч, с	13,8	10,6
Расход топлива, л/100 км:
при 90 км/ч	5,5	7,7
при 120 км/ч	5,5	7,9

Помните также, что помимо двигателя модифицировать нужно будет также тормозную систему и вполне вероятно, что трансмиссию.
Мы приводим этот материал лишь с целью ознакомить Вас, посетителей сайта 2108.info, с турбонаддувом. Статья содержит базовую информацию о переоборудовании.

Турбо на ВАЗ обсуждаем на нашем форуме!

Как работает турбокомпрессор?

Для получения дополнительной информации о том, как работает турбонагнетатель, вы можете прочитать более подробную информацию на этих других страницах ниже.

Что такое турбокомпрессор?

Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, забирающий воздух с давлением окружающей среды (атмосферное давление), сжимающий до более высокого давления и пропускающий сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны.

В настоящее время турбины используются в основном в дизельных двигателях, но сейчас наблюдается переход к турбонаддувам в серийных бензиновых двигателях.

Поскольку все двигатели зависят от воздуха и топлива, мы знаем, что увеличение любого из этих элементов в установленных пределах приведет к увеличению мощности двигателя, но если мы увеличим количество топлива, мы должны быть в состоянии сжечь его все.

Для удовлетворения наших требований к мощности для этого требуется воздух; подача большего количества воздуха представляет гораздо больше проблем, чем заправка большего количества топлива. Воздух находится вокруг нас все время и находится под давлением (на уровне моря это давление составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм). Именно это давление заставляет воздух поступать в цилиндры.

Для увеличения расхода воздуха установлен воздушный насос (турбонагнетатель), в двигатель которого подается сжатый воздух.

Этот воздух смешивается с впрыснутым топливом, позволяя топливу сгорать более эффективно, увеличивая выходную мощность двигателя.

Еще одна сторона турбонаддува, которая может представлять интерес, — это двигатель, который регулярно работает на больших высотах, где воздух менее плотный и где турбонаддув восстанавливает большую часть потерянной мощности, вызванной падением давления воздуха.Мощность двигателя на высоте 8000 футов составляет всего 75% от его мощности на уровне моря.

Как работает турбокомпрессор?

Отработанные выхлопные газы двигателя используются для привода турбинного колеса, которое валом соединено с колесом компрессора. Компрессор или воздушное колесо всасывает воздух через воздушные фильтры и направляет его в двигатель.

По мере того, как отработанные газы выпускаются из двигателя, они направляются в турбину или горячее колесо турбонагнетателя и, таким образом, завершают цикл.

1. Захват

Горячие газы, образующиеся при сгорании, не выходят через выхлопную трубу, а направляются в турбонагнетатель. Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлопные газы выходят из камеры сгорания нерегулярными импульсами.

Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока.В отличие от этого, турбонагнетатель с двойной спиралью собирает выхлопные газы из пар цилиндров в чередующейся последовательности.

2. Отжим

Выхлоп ударяет по лопаткам турбины, вращая их со скоростью до 150 000 об / мин. Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбо-лаг.

3. Вентиляционное отверстие

Выполнив свое предназначение, выхлопные газы проходят через выход в каталитический нейтрализатор, где они очищаются от
оксида углерода, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.

4. Сжать

Между тем турбина приводит в действие воздушный компрессор, который собирает холодный чистый воздух из вентиляционного отверстия и сжимает его до давления на 30 процентов выше атмосферного, или почти 19 фунтов на квадратный дюйм. Плотный, богатый кислородом воздух поступает в камеру сгорания.

Дополнительный кислород позволяет двигателю более полно сжигать бензин, обеспечивая большую производительность от меньшего двигателя. В результате двигатель TwinPower вырабатывает на 30 процентов больше мощности, чем двигатель такого же размера без турбонаддува.

Турбонаддув на высоте — Garrett Motion

Турбонаддув на высоте

Вы когда-нибудь пытались напрячься на высоте и замечали, что у вас запыхается быстрее, чем на уровне моря? Это связано с тем, что плотность кислорода в воздухе, которым вы дышите, уменьшается по мере того, как вы поднимаетесь на большую высоту. То же самое происходит с мощностью двигателя. По мере того, как автомобиль движется выше по горной дороге, он начинает терять все больше и больше лошадиных сил, потому что в цилиндр поступает все меньше и меньше кислорода за цикл.Эта статья расскажет вам больше о том, как использовать турбонаддув на высоте.

Вопреки мнению, чем выше вы находитесь, тем меньше атмосферное давление. Тем не менее, уровни кислорода при любом заданном объеме (глоток воздуха или цикл двигателя) на уровне моря содержат больше кислорода, чем то же самое (глоток воздуха или цикл двигателя) на большей высоте. На диаграмме ниже показано, как давление изменяется с высотой. Чем выше давление окружающей среды (psia), тем больше кислорода в нем содержится.

Как правило, безнаддувный двигатель внутреннего сгорания теряет 3% своей мощности на каждые 1000 футов подъема по высоте.Если у вас будет 100 лошадиных сил на уровне моря к тому времени, когда вы достигнете высоты 5000 футов, ваш двигатель выдает 85 лошадиных сил.

• На высоте 10 000 футов ваш двигатель будет развивать мощность 70 лошадиных сил.
• На высоте 15 000 футов ваш двигатель развивает мощность в 55 лошадиных сил.
• На высоте 15 000 футов ваш двигатель потеряет 45% своей мощности из-за более низкой плотности воздуха.

Преимущества турбокомпрессоров на высоте

Турбонаддув на высоте — эффективный способ минимизировать потерю мощности из-за подъема и более низкой плотности воздуха.На больших высотах турбокомпрессоры сжимают больше воздуха в цилиндры двигателя, компенсируя более низкую плотность воздуха, позволяя двигателю вырабатывать мощность, как если бы он находился на уровне моря. Эта дополнительная возможность настройки встречается только в приложениях с турбонаддувом.

Pikes Peak International Hill Climb — всемирно известная гонка, которая проходит в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Это дороги, близкие к общественному движению, один раз в год, когда гоночные команды со всего мира пилотируют свои машины через 156 поворотов по 12,42-мильной трассе, которая начинается на высоте 9000 футов и заканчивается на высоте 14 115 футов на вершине.Некоторые называют это «гонкой в ​​облаках».

2019 ознаменовал 96 ^{-й пробег} этой престижной гонки, где было допущено к участию в гонке 100 автомобилей. Некоторые гонщики используют безнаддувные двигатели, а другие — форсированные. С учетом ранее представленной информации, можете ли вы представить себе, каким образом автомобиль с турбонаддувом имеет преимущество перед без турбонаддува?

Гонщики

, использующие форсированные двигатели, будут соответствовать своей турбонаддуве по мощности, которую они хотят создать на стартовой линии (9000 футов), и по мере увеличения высоты ЭБУ будет регулировать давление наддува и другие параметры, чтобы поддерживать ту же мощность, пока турбокомпрессор может. поддерживать дополнительный объем воздуха и скорость вала.

Используя наш бесплатный инструмент под названием Boost Adviser, вы можете увидеть различия в давлении наддува, коэффициенте давления и скорректированном воздушном потоке, необходимых для обеспечения одинаковой мощности на разных высотах. Здесь мы сравниваем уровень моря и 10 000 футов

.

В качестве примера мы ввели следующие параметры: 500 Целевая мощность, двигатель 3,5 л, одиночный турбонагнетатель, топливо E85, промежуточный охладитель воздух-воздух, 3 клапана на цилиндр, средний диапазон 4000 об / мин, пиковая мощность 7000 об / мин, 75 ° F, Показания высоты для 0 футов и 10 000 футов

* Обороты в среднем диапазоне — это мера пикового крутящего момента, а максимальная мощность — мера пиковой мощности.

В таблице выше представлены результаты расчетов. Обратите внимание на разницу в соотношении давления и скорректированном воздушном потоке, необходимом для получения одинаковой мощности с одним и тем же двигателем на разных высотах. Давление наддува также должно увеличиваться, чтобы компенсировать более низкий уровень кислорода по мере увеличения высоты.

Точки средней и максимальной мощности нанесены на карту компрессора GTX3582R Gen II ниже, чтобы помочь визуализировать производительность колеса компрессора. При использовании скорректированного потока в качестве оси X и коэффициента давления в качестве оси Y цвета представляют разные отметки.По мере увеличения высоты точки перемещаются вверх и вправо из-за более высоких соотношений давлений, необходимых для создания воздушного потока для точки максимальной мощности.

Можно сделать вывод, что GTX3582R Gen II не лучший вариант для гоночного приложения на 500 лошадиных сил на уровне моря. Но если взглянуть на него для приложения мощностью 500 лошадиных сил на высоте 10 000 футов над уровнем моря, вы можете быть уверены, что этот турбонаддув будет поддерживать воздушный поток, необходимый для достижения целевой мощности, и при этом оставаться в безопасных рабочих пределах турбо.

Датчик скорости также является хорошим аксессуаром для вашего турбонагнетателя, поскольку он измеряет информацию о скорости вращения вала, определяя, достигает ли турбонагнетатель максимальной производительности, для проверки соответствия турбонагнетателя и для обеспечения того, чтобы он не превышал скорость, что позволяет вам Избегайте потенциально опасных условий эксплуатации. Комплекты датчиков скорости Garrett совместимы с регистраторами данных для улучшения возможностей настройки двигателя. Датчик ускорения сохраняет максимальную скорость вращения колес в течение пяти минут для облегчения отображения.

Большинство транспортных средств не работают на больших высотах, как на Пайкс-Пик, но один фактор всегда будет постоянным: автомобили с турбонаддувом могут компенсировать потерю плотности воздуха за счет сжатия большего количества воздуха в двигатель, что позволяет сохранять постоянную мощность в лошадиных силах без турбонаддува. приложения будут постоянно терять мощность с увеличением высоты. Чтобы узнать больше о других наших темах в области турбо-технологий, посетите

Уличный комплект датчика скорости Garrett включает датчик, жгут, монтажное оборудование и датчик наддува.(Датчик не входит в комплект Pro Kit)

(старые фотографии Smokey любезно предоставлены) Toyo Tyres и Ларри Ченом

Основы турбонаддува

Если когда-либо на небесах был заключен механический брак, то это дизельный двигатель и турбокомпрессор. На ферме этот союз присутствует во всем, от пикапа до комбайна.

Двигатель может дышать двумя способами.

1. Двигатель может потреблять воздух естественным образом за счет разницы в давлении в цилиндре по сравнению с атмосферным. Это описание двигателя без наддува.
2. Двигатель может нагнетать воздух в цилиндры с помощью турбонагнетателя или нагнетателя (принудительная индукция).

Два метода принудительной индукции различаются по способу питания. Нагнетатель приводится в действие коленчатым валом двигателя и потребляет мощность. С другой стороны, турбокомпрессор для работы использует выхлопные газы, выходящие из цилиндра, и не требует мощности от двигателя.

Турбокомпрессор выполняет две задачи. Он заполняет отверстие цилиндра большим количеством воздуха и вызывает турбулентность в цилиндре. Этот последний эффект значительно улучшает сгорание. Таким образом, турбокомпрессор делает дизельное топливо более мощным, позволяет ему работать чище и дает возможность использовать меньше топлива.

Объемный КПД

Стандарт, используемый для измерения наполнения цилиндра, называется объемной эффективностью (VE) и читается в процентах.

Безнаддувный двигатель испытывает около 80% VE.Другими словами, он использует 80% своей емкости по отношению к объему цилиндра.

Используя принудительную индукцию за счет турбонагнетателя, VE двигателя может улучшиться до 100% и выше в зависимости от количества создаваемого воздушного потока и создаваемого давления.

Кстати, это давление во впускном коллекторе читается как наддув. Датчик на приборной панели показывает это как давление на квадратный дюйм, но на самом деле это величина давления в атмосфере.

Если атмосферное давление 14.7 фунтов на квадратный дюйм, а турбонагнетатель производит 14,7 фунтов на квадратный дюйм (по показаниям датчика), тогда на цилиндре фактически 29,4 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, эффективный размер двигателя можно считать удвоенным на каждые 14,7 фунта на квадратный дюйм наддува.

Теоретически 12-литровый двигатель (1 литр составляет примерно 61 кубический дюйм) при повышении давления примерно на 15 фунтов на квадратный дюйм эквивалентен 24-литровому двигателю, который дышит естественно.

Что замечательно в турбонаддуве, так это то, что он дает пассивный прирост мощности.Другими словами, выгода есть только тогда, когда она вам нужна, например, когда двигатель вынужден усердно работать. Когда нагрузка мала, двигатель работает в соответствии со своими механическими размерами. Когда требуется больше мощности, турбонаддув помогает двигателю реагировать так, как будто он имеет больший рабочий объем.

Интеркулер

Во многих приложениях с турбонаддувом также используется теплообменник, который идентифицируется как промежуточный охладитель или охладитель наддувочного воздуха (CAC). Целью CAC является охлаждение нагнетаемого воздуха, что, в свою очередь, увеличивает плотность воздуха, направляемого в цилиндры.

CAC также помогает уменьшить тепло, вызванное действием турбонаддува. Более горячий воздух нежелателен для работы двигателя, поскольку он содержит меньше молекул кислорода, чем более холодный воздух. На каждые 10 ° F. изменение температуры наддувочного воздуха, мощность изменяется на 1%.

Турбокомпрессор включает турбинное колесо с приводом от выхлопных газов. Это колесо заключено в спираль, которая представляет собой корпус в форме улитки. Это колесо также соединено валом с другой спиральной камерой, которая содержит колесо центробежного компрессора, которое направляет наддувочный воздух во впускной коллектор.Сторона турбины турбонагнетателя считается горячей; сторона компрессора считается холодной.

Вал, соединяющий колеса, движется в корпусе подшипника, в который под давлением подается моторное масло. Это масло течет через корпус, стекая обратно в двигатель (обычно обратно в масляный поддон или крышку привода ГРМ). Подшипники вала — плавающие. В некоторых турбокомпрессорах (особенно в более ранних моделях) могли использоваться полуплавающие или запрессованные шариковые или роликовые подшипники.

В условиях высокого наддува вал (и, следовательно, колесо турбины и компрессора) может вращаться со скоростью до 150 000 об / мин.Из-за тепла выхлопных газов турбины многие модели также пропускают охлаждающую жидкость двигателя через корпус подшипника, чтобы продлить срок службы и уменьшить закоксовывание масла.

В турбонагнетателе используются уплотнения, чтобы масло не попало в выхлопную и впускную трубы. Они также содержат отработанные газы и давление наддува в улитке.

Турбокомпрессоры различаются по способу управления давлением наддува. Эти органы управления могут быть либо перепускным клапаном, либо состоять из подвижных колец с лопатками на стороне турбины.Перепускная заслонка позволяет выхлопным газам обходить турбинное колесо и корпус и, таким образом, ограничивать его скорость.

Функция нагрузки, а не частоты вращения двигателя

Энергия, которая вращает турбинное колесо турбонагнетателя, поступает от горячих выхлопных газов, выходящих из цилиндра двигателя. Турбокомпрессор пассивен, поскольку он в гораздо меньшей степени реагирует на частоту вращения коленчатого вала двигателя, чем на температуру выхлопных газов. Вот почему вы услышите турбонаддув, когда двигатель нагружен, даже если скорость двигателя может быть незначительной или не увеличиваться.

По мере увеличения нагрузки на двигатель возрастают температура выхлопных газов и их скорость. Когда выхлопные газы выходят из порта головки цилиндров, инертный газ испытывает изэнтропическое расширение. Это означает без изменения температуры.

Горячие и расширяющиеся газы нагнетаются в корпус турбины и воздействуют на турбинное колесо так же, как поток реки имел бы воздействие на старую мельницу для измельчения зерна. Затем крыльчатка компрессора под давлением подает воздух во впускной коллектор.Результатом является увеличение VE, мощности и снижение выбросов.

Советы по обслуживанию Turbo

Турбокомпрессор похож на коленчатый вал в двигателях, предназначенных для принудительной индукции, в том смысле, что турбонагнетатель считается основным компонентом, предназначенным для продления срока службы двигателя при надлежащем техническом обслуживании. Это не означает, что турбины не выходят из строя. Когда это происходит, в 90% случаев неисправность может быть связана либо с попаданием постороннего предмета в турбокомпрессор, либо с плохим обслуживанием.

Посторонние предметы могут повредить — если не разрушить — турбокомпрессор. Лучший способ предотвратить такую ​​катастрофу — это аккуратно заменить воздушные фильтры в соответствии с рекомендациями производителя двигателя.

Замена фильтров также дает преимущество предотвращения чрезмерного падения давления воздуха и разрежения на масляном уплотнении компрессора турбокомпрессора. Если падение давления продолжается с течением времени, это может вызвать проблемы с масляным уплотнением.

Другой общий совет по турбонаддуву — дать двигателю поработать на холостом ходу в течение минуты или около того после того, как он сильно поработал.Это позволяет турбокомпрессору замедлиться при охлаждении. Это старая проверенная процедура, которой сегодня часто пренебрегают, но она приносит свои плоды в течение срока службы оборудования.

Поиск и устранение неисправностей

Наиболее частыми симптомами, связанными с недостаточной производительностью турбокомпрессора, являются недостаточная мощность двигателя, чрезмерный дым от выхлопных газов из-за чрезмерного расхода масла и (если применимо) попадание охлаждающей жидкости из корпуса подшипника с водяным охлаждением.

Имея дело с недостаточной мощностью двигателя, сначала определите, правильно ли работает двигатель, прежде чем обвинять турбонагнетатель в возникновении проблемы.Если двигатель работает нормально, велика вероятность того, что причина потери мощности или чрезмерного дыма в выхлопных газах кроется в системе турбонагнетателя.

Перед тем, как определить причину плохой работы турбокомпрессора, всегда проводите физический осмотр компонента. Проверьте все впускные патрубки на предмет плотной посадки турбонагнетателя и двигателя. Ослабленные хомуты или поврежденные шланги позволят ускорить выход.

Во время осмотра обратите внимание на явные признаки утечки выхлопных газов перед корпусом турбины обратно в двигатель.

Утечки выхлопных газов ограничивают производительность турбонагнетателя, поскольку не весь выхлопной газ поступает в турбину турбокомпрессора. Это, в свою очередь, сильно влияет на его способность сжимать воздух для горения.

При осмотре системы обязательно проверьте целостность промежуточного охладителя (CAC) турбонагнетателя. Возможна трещина в баке или небольшое отверстие под штифт в трубе (особенно это проблема вездеходов). Возможно, потребуется снять CAC и проверить его под давлением, как если бы вы делали радиатор.

Если сальник турбокомпрессора действительно выходит из строя, смазка будет попадать в CAC. Смойте эту смазку, так как она не только вызывает чрезмерный дым от выхлопных газов, но и ограничивает теплопроводность устройства.

Застрял перепускной клапан

Если в исследуемом турбокомпрессоре используется перепускной клапан, убедитесь, что он не заблокирован в открытом положении. Застрявший перепускной клапан может лишить двигатель мощности или привести к медленному нарастанию наддува.

Во время обследования обязательно проверьте целостность линии, идущей к диафрагме турбины, которая определяет наддув.Если эта линия треснула или протекает, это приведет к чрезмерному ускорению двигателя.

Если вы проверяете турбо-двигатель с регулируемыми лопатками, обратите внимание на скопление углерода в этих лопатках. Накопление углерода приводит к заеданию лопаток и, в свою очередь, к выходу из строя соленоида, управляющего лопатками.

Проверить маслопроводы

Если в исследуемом турбокомпрессоре вышел из строя подшипник или уплотнение, обязательно проверьте целостность линий подачи и слива масла. Если сливная линия забита шламом, это приведет к скоплению масла в корпусе вала и его прохождению через уплотнение.

При проверке турбонагнетателя посмотрите на вход компрессора, чтобы убедиться, что крыльчатка не повреждена. Также обратите внимание на чрезмерную масляную пленку и плавное движение вала. Имейте в виду, что если турбонагнетатель, который вы исследуете, имеет плавающий подшипник, его вал будет немного перемещаться вверх и вниз. Однако, если это движение приводит к удару ребер о корпус, это верный признак чрезмерного износа вала.

Если и когда придет время, когда турбонагнетателю потребуется профессиональное обслуживание, важно убедиться, что работа выполняется правильно.Анализ отказов — это первый шаг к определению причины поломки.

При найме на работу настаивайте на том, чтобы в сервисной мастерской всегда использовались оригинальные уплотнения и подшипники, и чтобы сборка была сбалансирована после ремонта. Для балансировки требуется специальное оборудование, которого у дешевого восстановителя не будет или которое будет утверждать, что это задача, в которой нет необходимости.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией

Томас Вельтман

24 октября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Детали и функции турбокомпрессора

Рис.1: Мультяшная схема двигатель с турбонаддувом. Выхлопные газы проходят через трубку, которая приводит в действие компрессор, который подает в двигатель больше воздуха, позволяя сжечь больше топлива.

Турбокомпрессор состоит из двух основных компоненты, турбина и компрессор. Функция турбины: для сбора отработанного тепла выхлопных газов и преобразования его во вращательное движение. Это вращательное движение затем используется для привода компрессора, который сжимает воздух для потребления двигателем.Цель позади турбонагнетатель призван преодолеть фундаментальный недостаток внутреннего двигатель внутреннего сгорания, предел его объемного КПД. Чертеж двигателя воздух, поступающий из атмосферы, может достичь только объемного КПД до 100%, что означает, что давление внутри отдельного баллона равное атмосферному давлению во время цикла впуска. Поскольку мощность, которую можно извлечь из двигателя, равна пропорционально сжигаемому топливу, а расход топлива ограничен на количество воздуха, присутствующего в цилиндре, умноженное на количество цилиндров (так называемый «смещение»), объемный КПД limit эффективно ограничивает мощность двигателя.Сделать двигатель более мощный, нужно увеличить его смещение.

К сожалению, следствием этого является то, что двигатель сжигает больше топлива при любых условиях, что отрицательно сказывается на его расход топлива. Турбокомпрессор представляет собой альтернативное средство извлечение большей мощности из заданного смещения за счет увеличения объемный КПД до точек, значительно превышающих 100%. Давление в цилиндрах больше атмосферного, благодаря компрессору на турбокомпрессоре.Можно задаться вопросом, как это улучшает вообще экономия топлива. Из-за того, как бензиновые двигатели управляемый, оказывается, что турбокомпрессор можно настроить только на функции, когда требуется дополнительная мощность, так что большую часть времени турбонагнетатель не влияет отрицательно на экономию топлива (возможно, 5% общее снижение), но при необходимости двигатель может вращаться значительно больше мощности. [1]

Экономия топлива и турбонаддув

Очевидно, что сжигание большего количества топлива даст больше энергии, но, производя дополнительную мощность только тогда, когда это необходимо, общая экономия топлива может быть в целом законсервированным.Турбонаддув двигателя, не предназначенного для задача (например, установка турбонагнетателя на вашу машину) приведет к небольшому потеря топливной экономичности в условиях малой нагрузки (т. е. движение по по трассе и не разгоняется), но увеличивают выходную мощность значительно, когда педаль газа нажата. Разумный приближение для увеличения мощности — перепад давления в коллекторе (PR). Это отношение давления в двигателе к атмосферному. Когда турбокомпрессор работает, он создает PR больше 1.К оцените выходную мощность такой установки на болтах, просто умножьте лошадиных сил двигателя до установки турбонагнетателя ПР турбокомпрессор выдает. PR, равный 2, даст примерно двойную «заводские» лошадиные силы. Обратите внимание, конечно, что удвоение вашего мощность удваивает расход топлива, поэтому под нагрузкой ваше топливо экономия будет значительно хуже. Однако тот факт, что турбонагнетатель производит мощность по требованию означает, что смещение при желании двигатель можно опустить, не жертвуя мощностью.

Идеальное решение — производство небольших двигателей, которые может безопасно выдерживать высокие отношения давления, тем самым позволяя максимальное снижение потребности в топливе при нормальной работе без жертвуя максимальной производительностью мощности. Это относительно простая инженерная задача по перепроектированию двигателя таким образом, чтобы давление на входе можно поднять. Получается, что понижение степень сжатия от 11: 1 до 8: 1 позволяет турбокомпрессору генерировать PR около 1,6. Объем двигателя можно было уменьшить на 34% и по-прежнему достигают той же мощности.Это уменьшение сжатия соотношение приводит к 10% потере эффективности. Как упоминалось выше, сам турбо увеличивает расход топлива примерно на 5% за счет ограничение выхлопа.

Теперь полезно рассмотреть реальный пример. Honda Civic (ES) 2001 года оснащена 1,67-литровым двигателем мощностью 127 лошадиных сил (с степень сжатия 9,9: 1), но требуется всего около 15 лошадиных сил для преодолеть сопротивление воздуха на скорости 65 миль в час. [2] Однако двигатель Сообщество производительности предполагает, что степень сжатия более 11: 1 безопасен на перекачиваемом газе.[3] Если уменьшить объем двигателя на 34%, примерная мощность по всему диапазону работы будет около На 34% меньше. При скорости 65 миль в час обычный двигатель производит около 55 км / ч. Лошадиные силы. Поэтому двигатель с турбонаддувом, без турбонаддува при такой скорости выдает всего 37 лошадиных сил. Впустую мощность (и, следовательно, топливо) была уменьшена примерно на 55% за счет снижение смещения. Затем необходимо исправить турбо ограничение и уменьшение степени сжатия, что приведет к чистое сокращение потерь топлива на 36%, или на 28% в целом.

Недостаток традиционных турбокомпрессоров

Рис.2: Влияние отношения A / R на поток выхлопных газов скорость и пропускная способность.

Характеристики приводных турбин турбокомпрессоров по двум основным параметрам: соотношению A / R и радиусу турбины. Соотношение A / R составляет отношение площади прохода выхлопных газов к радиусу от от центра турбинного колеса до точки, определяющей центр этого area1.Турбокомпрессоры сконструированы таким образом, что соотношение A / R всегда равно постоянный: поскольку выхлопные газы направляются ближе к турбине колеса, площадь, через которую проходит газ, становится меньше. Направляя выхлоп вниз в меньшую область производит поток с более высокой скоростью; а поток с более высокой скоростью передает большую мощность турбинному колесу. это Тогда ясно, что турбина может приводить компрессор в движение на более высокой скорости (и, таким образом, создают большее давление внутри двигателя), когда A / R соотношение низкое.К сожалению, с увеличением скорости газа увеличивается и давление выхлопных газов. При той же скорости потока выхлопных газов из двигателя, больший A / R создает меньшее давление, чем меньший A / R. Когда При проектировании реальной системы важны оба эти фактора. Используя традиционные турбокомпрессоры, конструктору двигателя пришлось бы сбалансировать стремление к высокому потоку выхлопных газов для работы компрессора с низким противодавление в выхлопной системе, которое лишает двигатель эффективность, а в крайнем случае значительно снижает количество мощность, которую можно получить от двигателя.

Фактически это означает, что существует узкий диапазон работы комбинации турбокомпрессор / двигатель, в которой способен выдавать значительно большую мощность, с хвостами на любом конец, когда мощность накапливается или падает. Это распределение власть имеет решающее значение для людей, которые на самом деле продают автомобили, поскольку они должны показать людям на тест-драйвах, что машина мощная. К сожалению, из-за взаимосвязи между соотношением A / R и выхлопом потока, дизайнер должен выбирать между быстрым началом (что впоследствии лишает двигатель мощности на более высоких скоростях) или медленный начало мощности (что приводит к более мощному автомобилю на более высоких скоростях).Обычно производители, заинтересованные в продаже большого количества автомобилей, выбирают бывший вариант и калечить машину на больших скоростях в пользу 0-30 миля в час ускорения. И наоборот, производители заинтересованы в продавая высокопроизводительные автомобили, выбирайте последний вариант, что делает машина кажется не очень быстрой на малых скоростях, но однажды на шоссе, машина сияет, так как турбокомпрессор работает в своей оптимальный диапазон. Однако скорости, с которыми вы, возможно, захотите количество энергии, как правило, составляет от 25 до 70 миль в час, так как это разумный диапазон, в котором вы хотели бы набрать скорость на шоссе, или как вариант, обогнать по шоссе более медленно движущийся автомобиль.Следовательно, это ясно, что не каждый автомобиль с турбонаддувом действительно работает в истинном идеальный ассортимент, а скорее в диапазоне, специально разработанном для продажи автомобиля невежественным покупателям.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией — решение проблемы

Рис. 3: Схема переменной геометрии Механизм в турбокомпрессоре Holset, вид сбоку. На вставке показан вид спереди на пластинчато-пластинчатый механизм скольжения.Пунктирный линия — вторая неподвижная пластина. Турбинное колесо снято на четкость обоих изображений.

Суть проблемы заключается в балансировке производительности дизайн с соотношением A / R. Однако относительно новая технология доступный, что устраняет эту потребность в балансе. Изменяемая геометрия турбокомпрессор имеет механизм, с помощью которого можно изменять площадь впуска достичь оптимального A / R для данной скорости потока. Это достигается изменение набора аэродинамических лопаток, направляющих поток выхлопных газов на турбинное колесо.Недавно мне довелось разобрать турбокомпрессор с изменяемой геометрией производства Holset, и я обнаружил, что их лопатки закреплены на скользящей пластине. Лопатки и пластина могут быть перемещается как единое целое, так что пластина может частично препятствовать впускному отверстию для турбину, тем самым уменьшая соотношение A / R. Эту пластину можно перемещать таким что входное отверстие почти полностью забито или полностью втянуто, чтобы не оказывают сопротивления потоку. Лезвия в фиксированном положении входят и из вырезов на второй фиксированной пластине, которая используется для обеспечения того, чтобы выхлоп может перемещаться только по лопастям.

Используя эту изменчивость, можно сохранить турбина работает практически при всех оборотах двигателя. Отбросив A / R передаточное число на низких оборотах двигателя (когда поток выхлопных газов низкий), а затем увеличивая постепенно по мере увеличения числа оборотов (и, следовательно, увеличения потока выхлопных газов), впускной скорость может поддерживаться на высоком уровне без увеличения противодавления выхлопных газов существенно. Это, в свою очередь, означает, что турбокомпрессор может работать. во всем рабочем диапазоне двигателя. Фактически, поскольку настоящий двигатель не имеет пологой кривой мощности по отношению к оборотам, турбо можно было бы контролировать таким образом, чтобы искусственно сгладить кривую так что двигатель имеет одинаковую выходную мощность независимо от его скорости.Это значительно упрощает проектирование трансмиссии и позволяет один, чтобы использовать передаточные числа, разработанные для лучшего ускорения, что еще больше улучшает характеристики автомобиля.

Рис. 4: Гипотетические кривые мощности для двигатель с регулируемым турбонаддувом и без него. Вот турбо используется для искусственного выравнивания кривой мощности.

Как обсуждалось выше, размер и производительность турбо неразрывно связаны.При использовании обычных турбонагнетателей двигатель будет только производить дополнительную мощность в определенном диапазоне, определяемом A / R турбина. Это создает мертвые зоны в производительности, обычно называемые «отставание». Однако при использовании турбонагнетателя с изменяемой геометрией на месте традиционного турбокомпрессора, двигатель может соответствовать мощности атмосферный двигатель мгновенно. Водитель не заметит разница в ускорении между двумя автомобилями (регулируемый турбо не имеет «лагов»), но разницу по газу обязательно заметите насос.

Управляемость автомобиля может показаться тривиальной проблемой, однако У вариаторного турбонаддува есть еще одно главное преимущество, связанное с его уникальной дизайн. Турбокомпрессор эффективно отводит отходящее тепло от двигатель, поэтому правильная конструкция ставит турбонагнетатель как можно ближе к двигателю. можно минимизировать тепловые потери. К сожалению турбо тоже работает лучше всего, когда нет ограничения по розетке, а ставить турбо сразу после двигателя означает, что нужно поставить каталитические нейтрализаторы и глушители после турбонагнетателя, что значительно снижает мощность турбонагнетателя. умение работать эффективно.Вместо этого с переменным турбонаддувом один можно установить агрегат после каталитических нейтрализаторов (сам турбо выступает на удивление хорошим глушителем). Хотя немного тепла от выхлопа будут потеряны, каталитический нейтрализатор будет поддерживать часть тепла (выхлоп бензинового двигателя имеет тенденцию к температуре около 1500 ° F, в то время как каталитический нейтрализатор работает где-то в районе 1200-1300 °), а участки трубы между преобразователем и турбонагнетателем могут быть изолированы для дальнейшего снижения потерь. [4,5] Система с изменяемой геометрией может это более чем компенсирует понесенные тепловые потери, и, по сути, это ситуация предпочтительна, потому что более низкие турбо-температуры означают, что Turbo требует меньше дорогих материалов для защиты от расплавленных компонентов и вся система будет надежнее.Каталитические нейтрализаторы по-прежнему будет держать выбросы под контролем, и турбо может работать хорошо в тех условиях.

Математика, для тех, кто так склонен

Обработка Honda Civic является приблизительной. один. Плотность воздуха принята равной 1,18 кг / м3, сопротивление коэффициент был принят равным 0,32, что меньше среднего для легковой автомобиль, а лобная часть была аппроксимирована прямоугольником размеры опубликованы в руководстве по эксплуатации Honda Civic 2001 года.Тащить, тянуть мощность определяется уравнением [6,7]

где ρ — плотность воздуха, v — транспортное средство. скорости, Cd — коэффициент лобового сопротивления, A — лобовая площадь.

Мощность, необходимая для преодоления работ с сопротивлением воздуха около 10,3 кВт (14 л.с.), которые я округлил до 15 л.с. Сила двигатель производит шкалу примерно линейно с увеличением оборотов, до на пиковую мощность. [8] Исходя из этого предположения, мощность Honda составляет 65 Оценка миль в час была проведена на основе данных испытаний журнала Car and Driver, где пик приходится на 6300 об / мин, а 65 миль / ч — это 3100 об / мин на пятой передаче.[9] КПД двигателя определяется как [10]

.

, а давление в цилиндре перед воспламенением определяется по формуле [11]

где CR — степень сжатия двигателя, γ — коэффициент теплоемкости (1,4 для воздуха), а P ₀ — давление внутри цилиндра при его наибольшем объеме.

Другие моменты, которые следует учитывать

Современные двигатели обладают преимуществом впрыск топлива с электронным управлением и искровое зажигание, что означает что эти параметры можно изменять, чтобы уменьшить или исключить нежелательные и деструктивные события, которые могут произойти внутри двигателя, а именно искры стучать.Детонация искры возникает, когда часть топливно-воздушной смеси внутри поршень взрывается намного сильнее, чем остальная смесь, что приводит к сильному скачку давления внутри цилиндра, что крайне вредно для двигателя; искровой детонация становится более вероятной по мере того, как давление в баллоне увеличивается. [12] Уменьшение искровой детонации может быть достигается за счет снижения степени сжатия (CR, отношение общей объем цилиндра к сжатому объему цилиндра), однако понизив CR снижает эффективность двигателя.Современные двигатели могут работать на CR около 11: 1 при работе на обычном неэтилированном бензине (увеличение октанового числа бензина также снижает детонацию, но за счет цены на топливо). [3,12]

Поскольку давление в баллоне является важным фактором влияя на детонацию искры, давление в цилиндре предварительного зажигания может быть оценивается на основе степени сжатия двигателя, а затем используется в качестве прокси для детонации порога. Для этих современных двигателей в результате давление в баллоне примерно в 29 раз выше атмосферного.Должен быть отметил, что существуют специально построенные двигатели, способные выдерживать давление коэффициенты выше, но мне интересно оценить средний двигатель. Если степень сжатия снижается с 11: 1 до 8: 1, степень давления, которую выдерживает двигатель, составляет около 1,6, что означает что турбо может повысить давление в системе до 1,6 раза атмосферного давление перед стуком стало проблемой.

© Томас Вельтман. Автор дает разрешение копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях.Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] C. Bell, Maximum Boost: проектирование, тестирование и Установка систем турбонагнетателя (Bentley Publishers, 1997), стр 13, 31-33.

[2] Руководство по эксплуатации Honda Civic, 2001 г.

[3] S. Oldham, Спортивный компактный автомобиль: Двигатель и Справочник по трансмиссии (Motorbooks International, 2003) стр. 124.

[4] А. Э. Шваллер, Total Automotive Технология (Thomson Delmar Learning, 2005) стр.168.

[5] Дж. Дж. Барнетт, Анализ пожара в автомобилях: An Инженерный подход (Издательство «Юристы и судьи», 2008) с. 36.

[6] S. T. Moeller, Энергоэффективность: проблемы. and Trends (Nova Science, 2002), стр. 68.

[7] H. C. Smith, Иллюстрированное руководство по Aerodynamics (TAB Books, 1992), стр. 65, 119.

.

[8] V. Hillier и P. Coombes, Основы двигателя. Vehicle Technology (Nelson Thornes, Ltd., 2004) с. 45.

[9] Б. Уинфилд, «Хонда Civic EX Coupe — Road Test, «Автомобиль и водитель», ноябрь 2009 г. (Доступен лист спецификаций здесь.)

[10] В. Кадамби и М. Прасад, Введение в Преобразование энергии, Vol. 2 (New Age International, Ltd., 1974) стр. 80.

[11] J. E. Emswiler, Thermodynamics (Макгроу-Хилл, 1921) стр. 99.

[12] К. Ф. Тейлор, Двигатель внутреннего сгорания. в теории и практике: Том 2: Сжигание, топливо, материалы Дизайн (MIT Press, 1977), стр.37, 62, 144.

Маленький двигатель, который мог

Однажды скромные четырехцилиндровые двигатели можно было найти только в самых скромных легковых автомобилях. Сегодня их устанавливают даже на роскошные модели. Большая разница, конечно, заключается в том, что нынешние четырехцилиндровые двигатели имеют турбонаддув, то есть в них принудительно подается больше воздуха, чем обычно, что позволяет им сжигать пропорционально больше топлива. В результате получился компактный силовой агрегат, который превосходит свой вес, но при этом расходует много миль на галлон при меньшем уровне выбросов загрязняющих веществ.

Турбокомпрессор работает, отбирая горячий выхлопной газ из двигателя для вращения небольшой турбины, которая, в свою очередь, приводит в действие такой же небольшой воздушный компрессор, расположенный в том же компактном корпусе. Воздух, всасываемый турбонагнетателем, сжимается, поэтому больше молекул кислорода может быть помещено в фиксированный объем каждого цилиндра. Для повышения производительности между компрессором и впускным коллектором иногда помещают промежуточный охладитель. Это снижает температуру сжатого воздуха и еще больше увеличивает его плотность.

Увеличение массы воздуха в цилиндрах позволяет добавлять и сжигать больше топлива, увеличивая количество производимой энергии. В целом 1,8-литровый четырехцилиндровый бензиновый двигатель с турбонаддувом может обеспечить мощность трехлитрового шестицилиндрового двигателя без наддува. Точно так же V-6 с турбонаддувом может быть больше, чем соответствовать обычному V-8.

Турбокомпрессоры не следует путать с нагнетателями, прославившимися 4,5-литровыми нагнетателями Bentley 1920-х годов и военными самолетами Второй мировой войны.Хотя в целом они служат одной и той же цели — наполнять двигатель большим количеством воздуха, чтобы можно было сжечь больше топлива, — они действуют по-разному. Нагнетатели лучше только в одном отношении: они не страдают «турбонаддувом» (время, необходимое турбокомпрессору для набора скорости) по той простой причине, что у них нет турбины. Компрессор в нагнетателе приводится в действие непосредственно двигателем, а не за счет «свободных» выхлопных газов. И в этом проблема: он лишает двигатель слишком большой мощности. С термодинамической точки зрения, нагнетатели далеко не так эффективны, как турбокомпрессоры.Следовательно, в наши дни предпочтение отдается последнему.

При этом турбокомпрессоры не совсем новые. General Motors установила его на Oldsmobile еще в 1962 году. BMW сделала турбо-версию своей классической модели 2002 года в начале 1970-х. Позже в том же десятилетии Saab 99 с турбонаддувом стал одним из самых быстрых семейных автомобилей. Затем последовали и другие, в том числе Lotus Esprit с 1980 года. Практически все ранние автомобили с турбонаддувом использовали четырехцилиндровые двигатели.

Не только удельная мощность и компактность четырехцилиндровых двигателей с турбонаддувом сделали их привлекательными для производителей двигателей.В целом, четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом потребляет примерно на 15% меньше топлива, чем более крупный безнаддувный шестицилиндровый двигатель сопоставимой мощности. Кроме того, сжатый воздух содержит много кислорода для поддержания горения, и смесь в цилиндрах сгорает более тщательно. Результат — более чистый выхлоп.

Детройт начал более серьезно относиться к турбонаддувам в 2010 году, после того как федеральное правительство объявило, что целевой показатель CAFE (средняя корпоративная экономия топлива) будет составлять 35,5 миль на галлон США (6.63 л / 100 км) к 2016 модельному году. Прошедшие пять лет потребовались для того, чтобы новые модели с турбонаддувом попали в выставочные залы. JD Power and Associates, исследовательская фирма, базирующаяся в Вестлейк-Виллидж, Калифорния, ожидает, что 25% легковых автомобилей, проданных в Америке в 2015 году, будут с турбонаддувом, по сравнению с 8% в 2010 году.

В Европе, где половина всех автомобилей и легковых автомобилей продаваемые грузовики уже давно являются дизельными моделями, преимущества турбонаддува понятны. Поскольку дизели воспламеняют свое топливо, используя теплоту сжатия (а не свечи зажигания), для работы им требуется гораздо более высокая степень сжатия.Чтобы справиться с большими внутренними нагрузками, блок двигателя и головка цилиндров дизеля, а также все его возвратно-поступательные и вращающиеся части должны быть намного прочнее и, следовательно, тяжелее.

К сожалению, тяжелые вращающиеся массы не любят быстро вращаться. В результате дизели, как правило, работают в более узком диапазоне частот вращения двигателя. А поскольку они вращаются относительно медленно, им трудно всасывать достаточно воздуха, чтобы заполнить их цилиндры во время тактов всасывания. Вот почему в дизельных двигателях — будь то грузовики, поезда, корабли и генераторы, а также легковые автомобили — уже давно используются турбокомпрессоры для преодоления присущей им одышки.

Современный бензиновый двигатель с турбонаддувом во многом обязан своему дизельному аналогу. Но есть существенные различия, которые потребовали изменения дизайна. Например, бензин более летуч, чем дизельное топливо — воспламеняется быстрее, горит горячее и требует более низкого соотношения воздух / топливо. Также ожидается, что бензиновые двигатели будут работать в гораздо более широком диапазоне частот вращения коленчатого вала и гораздо быстрее реагировать на запросы водителя. Если турбо-задержка длится больше нескольких секунд, транспортным средством может быть сложно управлять — сначала ничего не происходит, а затем ускорение внезапно приходит с грохотом.

Верно и обратное. Если турбонагнетатель не отрывается от наддува достаточно быстро, когда водитель убирает ногу с акселератора и заставляет дроссельную заслонку перекрывать поток воздуха к двигателю, волны давления могут вернуться к турбонагнетателю и повредить упорный подшипник компрессора. Чтобы предотвратить это, между турбонагнетателем и впускным коллектором установлен «продувочный» клапан, сбрасывающий излишки сжатого воздуха в атмосферу.

На выхлопной стороне «перепускная заслонка» регулирует мощность турбокомпрессора, отводя часть горячих выхлопных газов из двигателя в обход турбинного колеса.Это позволяет согласовать количество энергии, получаемой турбиной, с количеством, необходимым для компрессора, поэтому создается только необходимый наддув. С их более малоподвижным характером дизели избегают большей части этой сложности.

Было испробовано множество других уловок, чтобы сделать турбокомпрессоры более отзывчивыми. Очевидно, что чем меньше и легче вращающиеся части в турбонагнетателе, тем быстрее он может реагировать на изменения настройки дроссельной заслонки. К сожалению, небольшие турбокомпрессоры быстро выходят из строя.Более крупные производят весь необходимый импульс, но медленно набирают обороты. Появился ряд гибридных конструкций, сочетающих лучшее из обоих миров.

Самым популярным типом на сегодняшний день является турбокомпрессор с двойной спиралью. Это работает как пара турбонагнетателей, подключенных параллельно, по одному на каждый из двух отдельных выпускных коллекторов. Однако проблема с использованием сдвоенных турбин заключается в том, что, хотя они уменьшают турбо-задержку, они непропорционально увеличивают стоимость и сложность. Конструкция с двойной спиралью решает эту проблему за счет наличия двух впускных отверстий для выхлопных газов и двух форсунок, питающих один турбонагнетатель.Одно сопло впрыскивает выхлопной газ под более широким углом к ​​лопастям турбины для быстрого реагирования, а другое впрыскивает выхлопной газ под меньшим углом для максимальной производительности.

Наличие двух отдельных выпускных коллекторов на четырехцилиндровом двигателе, конечно, увеличивает стоимость. Но за счет объединения цилиндров таким образом, чтобы их рабочие ходы не мешали друг другу, два выхлопных потока могут быть впрыснуты в отдельные спирали (прокрутки) в турбонагнетателе, заставляя его вращаться более плавно. Помимо повышения эффективности турбины, это также помогает улучшить удаление сгоревших газов из цилиндров, снижает температуру выхлопных газов (и, следовательно, выбросы оксидов азота) и еще больше снижает турбо-лаг.

Что еще можно желать? Ваш корреспондент давно мечтал модернизировать турбокомпрессор одного из своих пожилых автомобилей. Из двух машин с «множеством проблем, обычно серьезных», стоявших у него в гараже, он построил более старый (без наддува) еще в 1972 году, а младший (с турбонаддувом) пришел только что с завода в 1988 году.

Garrett T3 Турбокомпрессор, установленный на 2,2-литровом четырехцилиндровом двигателе последнего, четверть века назад был самым современным.Сегодня это анахронизм — на динамометре вырабатываются скромные 215 л.с. (160 киловатт) — ничтожные 170 л.с. на тонну веса автомобиля. Сегодня даже малолитражки вроде Mini Cooper работают на такой территории. К сожалению, у Lots of Trouble № 2 довольно хрупкая коробка передач Citroen. А теперь, как узнает ваш корреспондент, его система впрыска Bosch для престарелых не в состоянии подавать достаточно топлива, чтобы удовлетворить потребности современного турбокомпрессора.

В голове у него промелькнула праздная мысль о том, чтобы вместо этого добавить турбокомпрессор к Lots Of Trouble № 1.В середине жизни 43-летний LOT-1 был перестроен с нуля — с более жесткой рамой, более мощным двигателем и раздаточной коробкой, а также современной системой впрыска топлива и программируемым блоком управления двигателем. При весе менее 1650 фунтов этот крошечный автомобиль со средним расположением двигателя выдает около 280 л.с. на тонну. С турбонаддувом он мог легко поднять эту мощность до 350 л.с. на тонну. Единственная проблема в том, что ваш корреспондент может тогда слишком нервничать, чтобы вести его. Ах, что ж, вернемся к мечтам и чертежной доске…

Почему двигатели с турбонаддувом экологически чистые

Турбины, даже турбины дизельных двигателей, ассоциируются с высокими оборотами и быстрым ускорением. Нечасто люди говорят о турбинах в связи с экологической сознательностью и экономией топлива. Однако, хотя это правда, что турбины увеличивают крутящий момент и ускорение, на самом деле турбины — это технологии, которые повышают топливную эффективность и сокращают токсичные выбросы двигателя.

Turbos — это — вопреки тому, что можно было предположить — зеленые технологии.

Чтобы понять, почему турбины являются такой ценной технологией как с точки зрения окружающей среды, так и с точки зрения затрат по сравнению с чистой прибылью от бизнес-операций, необходимо понять, что такое турбонагнетатель, как он функционирует и почему то, что делают турбины, отличается от почти любого другого механического устройства в автомобилестроении.

Понимание горения для понимания ценности турбонаддува для окружающей среды

Полное сгорание углеводородов — горючего элемента ископаемого топлива — вызывает только два выброса: двуокись углерода и воду.Ни то, ни другое не токсично. Хотя о диоксиде углерода часто говорят в самых негативных терминах из-за его связи с глобальным потеплением, на самом деле диоксид углерода так же важен, как и вода, для биосферы.

Растениям и организмам, которые используют фотосинтез для преобразования солнечной энергии в питание, также требуется углекислый газ. Фотосинтезирующие организмы используют углекислый газ так же, как животные и люди используют кислород. Только в непропорционально высоких уровнях окись углерода опасна.Дело в том, что водяной пар более эффективно нагревает биосферу, а это означает, что он имеет больший потенциал глобального потепления, чем углекислый газ.

Ни вода, ни углекислый газ не опасны, если они не накапливаются в атмосфере в высоких концентрациях, однако, потому что и CO2, и h3O предотвращают выход теплового тепла из атмосферы. И углекислый газ, и вода являются парниковыми газами, хотя ни один из них не токсичен

Но выбросы действительно содержат чрезвычайно токсичных газов и частиц .Причина в том, что ни один двигатель не сжигает топливо полностью. К сожалению, ни один двигатель не сжигает углеводороды даже почти полностью. Из-за недостатков человеческих технологий, токсичных выбросов, таких как парниковые газы; твердые частицы; оксиды азота; монооксид углерода; сернистый газ; бензол; ацетальдегид; и 1,3-бутадиен являются компонентами выхлопных газов ископаемого топлива.

Выхлопные газы содержат не только воду, углекислый газ и токсичные выбросы, но и углеводороды. Углеводороды являются горючим элементом всех ископаемых видов топлива.Тот факт, что выбросы двигателей содержат углеводороды, означает не только то, что двигатели не сжигают ископаемое топливо полностью, но и двигатели вообще не сжигают определенную долю ископаемого топлива.

Причина, по которой Turbos — экологичная технология

Идея 100-процентной эффективности сгорания — не более чем теоретическая концепция. Все выхлопные газы всех когда-либо изготовленных двигателей содержат несгоревшее и не полностью сгоревшее топливо.

Причина, по которой турбины могут создавать значительно больший крутящий момент и ускорение, чем только карбюратор или электронный впрыск топлива, заключается в том, что ни один двигатель не может полностью сжечь топливо.Ни один генератор не сжигает топливо полностью. Ни один котел или печь не сжигает топливо полностью. И ни одна силовая установка не сжигает топливо полностью. Все выбросы от ископаемого топлива содержат такие вещества, как твердые частицы, окись углерода, токсичные канцерогенные органические вещества, парниковые газы, а также окись углерода и воду, а также углеводороды.

Турбокомпрессор может увеличить процент углеводородов, сжигаемых двигателем , . Но турбо увеличивает количество ископаемого топлива, сжигаемого дизельным (компрессионным) или бензиновым (искровым) двигателем.

Какие компоненты дизельного турбонаддува и для чего они нужны?

Название «турбо» является сокращением от турбокомпрессора. Турбокомпрессор на дизеле расположен рядом с выпускным коллектором. Он состоит из корпуса турбонагнетателя, внутри которого находится вал с крыльчаткой компрессора на одном конце и колесом турбины на другом. Кожух имеет четыре порта: впускное и выпускное отверстия для выхлопных газов, а также отверстия для впуска и выпуска воздуха.

После выхода из поршневого цилиндра и выпускного коллектора газы, образующиеся при сгорании, — выхлопные газы, попадают в корпус турбокомпрессора под большим давлением.Давление выхлопных газов заставляет турбинное колесо вращаться. Кинетическая энергия, создаваемая выхлопом, вращающим колесо турбины, также вращает колесо компрессора, потому что и колесо турбины, и колесо компрессора имеют один и тот же вал.

Выхлоп, заставляющий колеса турбины и компрессора вращаться на одном валу, втягивает воздух через воздухозаборник. Колесо компрессора сжимает воздух и нагнетает сжатый воздух в двигатель через выпускное отверстие для воздуха.Сжатый воздух смешивается с дизельным топливом и насыщает его кислородом.

Топливо с высоким содержанием кислорода горит значительно эффективнее, чем насыщенный кислородом рацион, производимый стандартным безнаддувным двигателем.

Воздействие дизельного турбокомпрессора

На самом фундаментальном уровне цель дизельного турбокомпрессора — насыщать дизельное топливо кислородом с помощью сжатого воздуха с высокой степенью сжатия. Окисление дизельного топлива сжатым воздухом увеличивает вероятность насыщения кислородом отдельных углеводородных молекул и цепочек молекул.Причина, по которой это необходимо, заключается в том, что в своем естественном состоянии дизельное топливо не является однородной смесью молекул топлива.

Ископаемое топливо не представляет собой однородную смесь углеводородов. Вместо этого ископаемое топливо представляет собой гетерогенные смеси с кластерами молекулярных цепочек, слипающихся вместе, как галактики на микроуровне. Клостеризация молекул топлива — основная причина неполного сгорания ископаемого топлива. Кластеризация молекул топлива является гораздо более серьезной проблемой в топливах с высокой плотностью энергии.

Так как у дизельного топлива одна из самых высоких плотностей энергии среди всех ископаемых видов топлива, у дизельного топлива высокий КПД сгорания. Причина того, что топливо с высокой плотностью энергии не сгорает так же полно, как более дешевое менее ценное топливо — например, природный газ — заключается в том, что, хотя все углеводороды состоят из углерода и водорода, то, как эти два элемента объединяются, образуя молекулы, и молекулярные цепочки радикально различаются. .

Почему турбокомпрессоры особенно эффективны для повышения топливной эффективности и снижения выбросов для дизельных двигателей

Топливо с высокой плотностью энергии, такое как дизельное топливо, имеет высокое отношение углерода к водороду.Углеводороды ископаемого топлива в топливах с низкой плотностью энергии, таких как природный газ (метан), имеют отношение углерода к атомам водорода 1: 4 или 1: 5. Топливо с высокой плотностью энергии, такое как дизельное топливо, имеет соотношение, близкое к 1: 2. Но, несмотря на то, что во многих отношениях это хорошо, топливо с высокой плотностью энергии и высоким соотношением углерода к водороду чрезвычайно стабильно.

Стабильность топлива — это выражение, используемое для описания сложности сгорания топлива. Низкоэнергетические, высоко гомогенизированные виды топлива, такие как природный газ и пропан, очень летучие, что означает, что они легко воспламеняются.Одной спички достаточно для сжигания топлива с низкой плотностью. Однако добиться сжигания высокоэнергетического топлива гораздо труднее. Использование одной спички для сжигания угля практически невозможно. Шансы зажечь галлон дизельного топлива от одной спички лишь немного выше.

Хотя стабильность топлива является превосходным качеством с точки зрения безопасности и выбросов перед сгоранием — топлива с высокой плотностью энергии испаряются гораздо медленнее и медленнее, чем топлива с низкой плотностью энергии — стабильность топлива также является причиной использования ископаемого топлива с высокой плотностью энергии сгорают не полностью и производят большое количество разнообразных выбросов.

Другими словами, ископаемые виды топлива с высоким содержанием энергии не грязнее других ископаемых видов топлива; просто нам еще предстоит создать двигатель, печь или котел, способные произвести полное сгорание.

И , что — это то место, где вступает в силу турбокомпрессор. Турбокомпрессор увеличивает эффективность сгорания дизельного топлива — чрезвычайно стабильного и высокоэнергетического топлива. Увеличивая эффективность сгорания, с которой двигатель сжигает дизельное топливо, турбонагнетатель увеличивает количество энергии, производимой дизелем, и снижает выбросы за счет преобразования большего процента дизельного топлива в двуокись углерода или воду, а не в токсичные выбросы.

Топливные катализаторы: аналог турбокомпрессора

Хотя турбокомпрессор является чрезвычайно эффективным средством повышения топливной экономичности и снижения выбросов — поскольку турбокомпрессоры содержат в себе повышенное содержание кислорода в топливе, — они не являются единственным средством увеличения количества кислорода, который достигает молекул углеводородов в ископаемом топливе. Катализаторы на дизельном топливе достигают той же цели, используя те же средства, но с помощью другого процесса.

Топливный катализатор состоит из тех же компонентов, что и каталитический нейтрализатор, а именно из благородных металлов.Однако катализатор дизельного топлива — это механическое устройство перед сгоранием, подобное турбонагнетателю, которое кондиционирует топливо перед сгоранием. И если каталитический нейтрализатор только снижает выбросы из двигателя, то катализатор на дизельном топливе увеличивает топливную экономичность.

Одним из наиболее ценных аспектов турбокомпрессоров и топливных катализаторов является то, что, в отличие от каталитических нейтрализаторов, катализаторы дизельного топлива и турбины также увеличивают расход топлива. И оба используют оксигенацию для достижения этой цели. Но в то время как турбокомпрессор увеличивает степень насыщения кислородом с помощью сжатого воздуха — как в каталитических нейтрализаторах — катализатор дизельного топлива использует катализаторы из благородных металлов.

Турбонагнетатель перемешивает молекулы топлива, углеводороды, сжатым воздухом, чтобы увеличить потенциал оксигенации. Катализатор дизельного топлива деполяризует молекулы углеводородов и цепочки молекул, чтобы разрушить топливные кластеры.

Турбокомпрессоры

против нагнетателей: что лучше?

Слова «с турбонаддувом» и «наддувом» теперь вошли в американский лексикон. Их часто произносят все, от политиков до тележурналистов и некоторых комиков в машинах за чашкой кофе.И хотя оба термина обычно понимаются как означающие, что чему-то придается дополнительная жизнеспособность, делается более мощным или высокоэмоциональным, ускоряется или усиливается, большинство людей не понимают технологий, которые на самом деле придают этим словам их значение. Что такое турбокомпрессоры и нагнетатели — и какой из них лучше?

Для большей мощности требуется больше воздуха

Мощность, которую может произвести двигатель внутреннего сгорания, зависит в первую очередь от того, сколько топлива он может сжечь и насколько быстро и эффективно он преобразует это тепло в механическую силу.Но для сгорания топлива требуется воздух (на самом деле кислород, содержащийся в воздухе), поэтому максимальная мощность двигателя во многом зависит от того, сколько воздуха он может потреблять, чтобы сжечь это топливо.

Отсюда и концепция принудительной подачи в двигатель большего количества воздуха, чем он обычно принимает, чтобы он мог сжигать больше топлива и производить больше мощности. Этот дополнительный всасываемый воздух может подаваться либо турбонагнетателем, либо нагнетателем. Оба являются воздушными компрессорами, но работают и работают по-разному.

Две технологии с одной целью

Турбокомпрессор использует скорость и тепловую энергию обжигающе горячих (и расширяющихся) выхлопных газов, выходящих из цилиндров двигателя, для вращения турбины, которая приводит в движение небольшой компрессор или рабочее колесо, которое, в свою очередь, заправляет больше воздуха обратно в двигатель.Нагнетатель также нагнетает дополнительный воздух в двигатель, но вместо этого приводится в действие двигателем механически через ремень, идущий от коленчатого вала, или от электродвигателя.

В типичном турбокомпрессоре, подобном этому, компрессор в серебристом впускном корпусе втягивает и сжимает воздух, который затем питает двигатель. Компрессор приводится в движение выхлопной турбиной в темном корпусе агрегата.

Getty Images

Плюсы и минусы

Каждая из этих технологий повышения мощности имеет свои преимущества и недостатки, но наиболее очевидным отличием за рулем является небольшая задержка реакции правой ноги в автомобиле с турбонаддувом, особенно когда вы нажимаете глубоко на дроссельную заслонку. .Это связано с тем, что турбокомпрессору требуется момент, чтобы «раскрутиться», прежде чем выдать импульс дополнительной мощности — требуется секунда, чтобы тепло и давление выхлопных газов увеличились настолько, чтобы вращать турбонагнетатель после того, как вы нажмете на педаль газа. По понятным причинам это называется «задержка разгона» или «задержка турбонаддува».

На двигатель V-8 Dodge Challenger Hellcat установлен нагнетатель. Он снимается с коленчатого вала широким черным ремнем в передней части двигателя.

Chris Doane Automotive

Напротив, у нагнетателя нет задержки; Поскольку его воздушный насос напрямую связан с коленчатым валом двигателя, он всегда вращается и мгновенно реагирует.Прирост мощности, который он обеспечивает, и, следовательно, реакция двигателя, которую вы чувствуете через сиденье штанов, немедленно увеличивается прямо пропорционально тому, насколько сильно вы нажимаете на педаль акселератора.

В то время как основной недостаток турбонагнетателя — задержка наддува, нагнетатель — это эффективность. Поскольку нагнетатель использует собственную мощность двигателя, чтобы вращаться, он откачивает мощность — все больше и больше по мере увеличения оборотов двигателя. По этой причине двигатели с наддувом обычно менее экономичны. Тем не менее, для развития мега-мощности с мгновенным откликом дроссельной заслонки «толкнуть вас в спину» правила наддува.Он используется на нескольких мощных машинах, таких как Chevrolet Corvette Z06 мощностью 650 л.с. и ZR1 на 755 лошадиных сил, а также на SRT Challenger Hellcats and Demons мощностью 700 л.с.

И победитель

Автопроизводители решили: турбокомпрессор выигрывает с большим отрывом. Дело не столько в мощности, сколько в топливной эффективности. Федеральные требования к постоянно улучшающейся экономии топлива, строгие стандарты выбросов парниковых газов и желание клиентов экономить топливо побуждают автопроизводителей использовать турбины, а не нагнетатели.

Турбокомпрессор позволил автопроизводителям заменить множество двигателей V-6 более эффективными рядными четырехцилиндровыми двигателями с турбонаддувом, которые обеспечивают, по крайней мере, эквивалентную мощность и часто более высокий крутящий момент, в то время как шестицилиндровые двигатели с турбонаддувом заменили многие двигатели V-8 с более высокими характеристиками. спортивные и роскошные автомобили. Глобальная информационная компания IHS Markit насчитывает около 220 моделей 2018 года, предлагающих как минимум один двигатель с турбонаддувом, по сравнению с 30, доступными с двигателем с наддувом.

Volvo была первым производителем автомобилей в США.S., которые сочетают в себе турбонаддув и наддув для увеличения мощности двигателя. Система установлена ​​на его верхнем 2,0-литровом рядном четырехцилиндровом двигателе.

Крис Амос

Один производитель, шведский производитель Volvo, решил не выбирать между двумя технологиями. В настоящее время на некоторых из его 2,0-литровых рядных четырехцилиндровых двигателя используются оба типа ускорителей мощности — небольшой обычный (с приводом от двигателя) нагнетатель для низких частот и турбокомпрессор для более высоких оборотов.

Электрический наддув: в городе появились новые технологии

Недавно на рынок вышла третья альтернатива для повышения мощности: электрический наддув.Производительные модели Mercedes-AMG CLS53 и E53 2019 года предлагают новый 3,0-литровый рядный шестицилиндровый двигатель с турбонаддувом мощностью 429 л.с., оснащенный нагнетателем с электрическим приводом, который дополняет турбонаддув на высоких оборотах. Электродвигатель вращает компрессор, чтобы обеспечить всплеск крутящего момента на низких оборотах, который заполняет разрыв в мощности, который обычно ощущается как турбо-задержка.

Mercedes-AMG — первый производитель, внедривший электрический нагнетатель, который используется для усиления мощности своего нового высокопроизводительного седана CLS53 на низких оборотах.

Мерседес-АМГ

BorgWarner, производитель устройства, говорит, что электрический нагнетатель «обеспечивает наддув по требованию до тех пор, пока турбокомпрессор не вступит во владение, улучшая наддув на низких оборотах двигателя и почти устраняя турбо-задержку». Мы много ездили на этом двигателе и можем подтвердить, что он работает так, как рекламируется. Скоро он будет доступен для двигателей как минимум двух других автопроизводителей.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Между тем, у нас есть явный победитель в этой многолетней битве между технологиями повышения мощности — по крайней мере, по мнению автопроизводителей, которые выбрали турбонаддув почти для всех своих современных двигателей с наддувом. Но на самом деле этот поединок по армрестлингу продолжается. Есть основания полагать, что в будущем двигателей внутреннего сгорания обе технологии будут работать бок о бок.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

.