8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Турбины для автомобилей


7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов — журнал За рулем

Наддувные моторы постепенно вытесняют атмосферные. Однако некоторые производители сокращают интервал ТО для автомобилей с турбодвигателем. Почему? Давайте разбираться.

Чем турбомотор отличается от атмосферного?

Материалы по теме

Атмосферный мотор засасывает воздух в цилиндры под действием разрежения, которое возникает, когда поршень движется к нижней мертвой точке. В большинстве случаев давление в цилиндре в конце хода впуска чуть ниже атмосферного. И вот с этим количеством воздуха и осуществляется рабочий цикл мотора. Наддувный двигатель получает на входе в цилиндр воздух, сжатый компрессором до определенного давления, а потому его в цилиндр войдет больше, чем у мотора со свободным всасыванием. Больше воздуха — больше кислорода, а значит, и топлива сгорит больше, и мощность при том же рабочем объеме поршневой части будет выше (или мотор компактнее при сохранении мощности).

Поскольку воздух в компрессоре подогревается, температуру перед подачей в цилиндр желательно снизить. Это делает специальный охладитель — интеркулер. Компрессоры могут использоваться разных типов — и с приводом от коленвала, и волновые обменники давления, но наиболее распространен турбонаддув. Последний способ использует энергию выхлопных газов для вращения центростремительной турбины, а сидящее на том же вале колесо центробежного компрессора обеспечивает сжатие воздуха перед подачей в цилиндры.

Наддувный двигатель потребляет сжатый в компрессоре и охлажденный в интеркулере воздух. И тот же мотор является источником газов с высокими температурой и давлением, которые вращают турбину.

Наддувный двигатель потребляет сжатый в компрессоре и охлажденный в интеркулере воздух. И тот же мотор является источником газов с высокими температурой и давлением, которые вращают турбину.

Как видим, конструкция наддувного мотора сложнее, чем атмосферника. Отсюда и первый недостаток турбомоторов...

1. Низкая надежность

Наддувные двигатели состоят из большего числа агрегатов, а надежность многокомпонентной системы всегда ниже, чем у более простой. Нагрузки на детали больше из-за большей литровой мощности. Да и конструкционные материалы в автомобильной промышленности используются преимущественно недорогие. Это же вам не аэрокосмическая отрасль…

К примеру, у турбокомпрессора есть система регулирования давления наддува, которая порой может заедать и отказывать. У редакционного Volkswagen Golf уже дважды при пробеге 80 000 и 100 000 км полностью теряла подвижность тяга привода клапана перепуска газов мимо турбины.

2. Недостаточный ресурс

Материалы по теме

Все мы вздыхаем по моторам-миллионникам конца прошлого века. Сейчас ресурс мотора в 400 000 км считается огромным достижением, а в прошлом он был нормой. Турбодвигатели современных автомобилей до таких пробегов не доживают. Турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км, а начавшая «хандрить» турбина вскоре может погубить и поршневую часть. Ведь турбокомпрессор может «выхлебать» весь запас моторного масла — в поддоне и поршневой части ничего не останется.

А еще многие производители с целью сэкономить «апгрейдят» атмосферные моторы до турбонаддувных, не особо заморачиваясь усилением некоторых деталей. Соответственно, высокие нагрузки на поршневую часть при небольшом усилении конструкции приводят к снижению ресурса.

3. Необходимость более частого и высококвалифициров

Как правильно выбрать турбину для своего автомобиля

Как выбрать турбину для двигателя

Мощность любого автомобильного движка можно увеличить благодаря установке турбины. Только этот элемент, увеличивая плотность поступающего в цилиндры воздушного потока, обеспечивает сжигание большего объема топлива. Каждый водитель знает, что от количества сжигаемого топлива напрямую зависит величина передаваемого на коленвал момента вращения.

Преимущество работающих с турбинами моторов заключается в наличии возможности значительно увеличить уровень давления. Турбины работают по следующему принципу. Этот элемент в себя включает две составляющие: саму турбину и компрессор. Посредством проходящего сквозь выхлопного газа начинает вращаться крыльчатка, кручение которой передается на компрессор. Задачей же приведенного в действие расположенного на компрессоре вентилятора является нагнетание воздушных потоков в цилиндровые камеры мотора.

Каждый знает, что давление будет расти с увеличением поступающего в движок воздушных потоков. Отметим, что нельзя в движке бесконечно увеличивать давление, иначе, к примеру, при переводе турбонагнетателя в режим работы под высокой нагрузкой из-за возникновения проблем, связанных с обратным давлением, лишним теплом и пульсацией на корпусной поверхности турбин появляются трещинки, сократиться рабочий ресурс подшипников, возникнуть масляная протечка и повредиться сам мотор. По этой причине давление нужно увеличивать в пределах нормы.

Как заменяют турбонагнетатели

В стандартных условиях в процессе замены турбонагнетателя выполняют установку компрессора высокопоточного типа и иногда турбинной крыльчатки с большими параметрами. Делается это с целью достижения эффекта обратных процессов, заключающихся в снижении силы действия выхлопов на работу, что приводит к снижению быстроты их работы и давления вначале вращения. Для пропуска большего объема выхлопов для турбин и компрессоров предусмотрен корпус с большими параметрами.

В некоторых машинах ставится рекомендованный предприятием-изготовителем турбонагнетатель, в котором с правильными размерами выходного и входного проходов. Зачастую автомобилисты отдают предпочтение «гибридным», вырабатывающих мощность, отличную от обеспечиваемой стандартными типами мощности. Иногда выполняют замену износившегося из-за повышения давления 180-градусные подшипники упорного типа на более устойчивые 360-градусные аналоги.

Для экономных водителей отличным вариантом замены турбонегнетателей является использование японских б/у запчастей, размеры и большой ассортимент которых предлагаются на любом авторынке. При этом турбину подбирают по объему и размерам движка.

Особенности турбонегнетателей

Турбина для двигателя

Турбонаддув стандартного типа. Современные элементы зачастую производятся с использованием керамики, имеющей по сравнению со сталью меньшую плотность, что способствует уменьшению инерции и скорому раскручиванию детали. Производство некоторых современных турбин выполняется с использованием никелевого сплава. Выполненные из керамики турбонагнетатели улучшают возможности мотора (по сравнению с никелевыми аналогами), но использование этого чувствительного к действиям проходящих через выпусковый коллектор вредных веществ приводит к ее скорому повреждению. В турбинах снижение трения и приращение выпусковой силы достигается посредством шариковых подшипников. К примеру, роллерная или шарикоподшипникового типа Garrett, крепящаяся на шести болтах, устанавливается многими знаменитыми компаниями при изготовлении машин.

Турбонагнетатели с раздвоенным выходом. В этом виде улучшенная отдача достигается посредством предусмотренных разработчиками раздельных путей, проходящих к турбине. Этот вид турбонагнетателя устанавливается многими компаниями при оказании тюнинговых услуг.

Установка перепускных клапанов. Посредством этого элемента некоторый объем выхлопов пускается в обход. Это дает возможность ограничить быстроту оборачиваемости и давления на выпусковом коллекторе. Они устанавливают с целью обеспечения проходящего через турбину ограниченного воздушного потока во избежание повреждения мотора. Внутренние клапаны устанавливают вместе с турбиной, внешние – в отдельности от нее.

Выбор

Перед покупкой турбонагнетателя нужно определиться с тем, до какой мощности автомобилист хочет разогнать свою машину, сколько он готов за это заплатить, сможет ли система выдержать дополнительную нагрузку.

Турбонаддув Garrett

Будет ли машина участвовать в гонках, или использоваться для повседневных задач? В зависимости от этого выбирается размер интеркулера и турбины. Отметим, что производительная работа также зависит от выбора трансмиссии.

При выборе нужно также учитывать:

  1. Достигаемую при установке турбины мощность. Перед установкой следует реально оценить возможности машины. Сможет ли мотор и машина выдержать установленную нагрузку?
  2. Движок какого типа стоит в машине? Различия в температурном режиме эксплуатации мотора являются причиной использования разных турбин. В машинах с бензиновыми агрегатами используются турбины, при изготовлении которых применялся более жаропрочный материал (по сравнению с материалом двигателей дизельного типа).
  3. Какой объем мотора? Большую можно использовать в автомобилях с силовыми агрегатами, имеющими большой объем. В моторах с объемом большим 3 литров целесообразной является установка сдвоенной.

Заключение

Турбина Garrett

Следует помнить, что правильно выбранная турбина способна улучшить работу машины и мощность силового агрегата. В то же время ошибочно выбранный турбонагнетатель может привести к полному краху всех автомобильной системы. По этой причине заказ турбины лучше проводить в надежном и проверенном магазине, где детали продаются не первый год и работают специалисты с опытом.

Правильный подбор устройства способствует как открытию новых возможностей автомобиля, так и обеспечению качественной работы мотора и всей автомобильной системы в целом.

Видео

Поделитесь с друзьями!

Как выбрать турбину для авто — DRIVE2

Турбина способствует увеличению плотности воздуха, который поступает в двигатель автомобиля, обеспечивая тем самым возможность сжигания большего количества топлива. Чем больше сгорает топлива, тем больше возникает энергии от процесса сгорания, и соответственно создается больший момент.

о даааааа)))

Преимущество турбовых двигателей заключается в том, что имеется возможность значительно увеличить давление.
Турбина имеет в своем составе два основных элемента, которыми являются непосредственно сама турбина и компрессор. Выпускной газ воздействует на крыльчатку, а именно раскручивает ее, проходя через турбину. Вращение крыльчатки, которая представляет собой вентилятор в корпусе турбины, передается в другую часть устройства — компрессору. Компрессорный вентилятор нагнетает воздух в область двигателя.

Как уже можно было догадаться, чем большим будет давление, тем большее количество воздуха будет поступать в мотор. Однако бесконечное увеличение давления в двигателе, без возникновения проблем, просто невозможно. В том случае, если турбина работает в усиленном режиме, возникает лишнее тепло, обратное давление и пульсация, что может привести к появлению трещины на корпусе турбины, сокращению срока службы подшипников, протечке масла и даже повреждению двигателя. Поэтому давление должно увеличиваться, не злоупотребляя этим.

улитка

Замена турбины

Стандартный вариант замены турбины заключается в монтаже высокопоточного компрессора, а также в некоторых случаях и увеличенной крыльчатки турбины. Это позволяет достичь обратного эффекта, который заключается в том, что уровень воздействия выпускных газов на турбину будет снижен, что способствует в свою очередь снижению ее скорости и давления на начальном этапе раскручивания. Чаще всего, корпуса турбины и компрессора могут быть заменены на большие размеры, что открывает возможность для пропуска более значительного количества газа.

Однако следует не забывать, что для отдельной модели автомобиля, турбина была подобрана производителем. Это означает, что им было предусмотрено правильное соответствие диаметра выхода и входа, а именно их размеры. Но в последнее время большим спросом стали пользоваться «гибридные» турбины. Стоит понимать, что такой вид турбины неспособен обеспечить такую же мощность, как стандартная турбина.
В большей части турбин используются 180-градусные упорные подшипники, которые располагаются в корпусе. Такой подшипник отлично справляется со своими функциями при воздействии нормального давления, однако при повышении уровня давления быстро поддается изнашиванию. Данную проблему способен решить 360-градусный подшипник, который увеличивает надежность и срок эксплуатации самой турбины.

Возможная замена
Если владелец автомобиля располагает небольшим бюджетом, то для него оптимальным вариантом могут стать японские б/у запчасти, которые предлагаются в большом ассортименте и размерах. В этом случае ориентиром должен быть объем двигателя, по размерам которого и должна подбираться турбина.

Современные турбины
При изготовлении современных турбин, очень часто используют керамический материал, который обладает меньшей плотностью, в отличие от стали, что позволяет уменьшать инерцию и быстрее раскручивать турбину. Большая часть современных турбин изготавливаются из сплава, в основу которого входит никель. Турбины из керамики часто устанавливались на старые модели Ниссанов (запчасти для современных моделей Ниссанов, например, для Ниссан Кашкай смотрите здесь). А все потому, что именно этот производитель первым обнаружил тот факт, что керамика положительно воздействует на турбину. Однако данный материал, наиболее чувствителен к воздействиям неблагоприятных элементов, которые поступают из выпускного коллектора. Также такие турбины могут повреждаться от ударов, поэтому их лучше не ронять.

Шариковые подшипники
Цель использования шариков заключается в достижении уменьшения уровня трения, а значит увеличения силы выпуска. И опять же, первенцем в достижении таких показателей стал Ниссан.

Турбины Garrett шарикоподшипникового или роллерного типа отличаются шестью болтами на корпусе. Этот производитель является лидером шарикоподшипниковых турбин, и снабжает своей продукцией многие знаменитые фирмы.

Турбины с раздвоенным пульсом
Данный вид турбин имеет раздельные пути, которые ведут к турбине, что приводит к улучшению отдачи. Турбины с двойным выходом сегодня доступны от многих компаний, предлагающих тюнинговые услуги.

Перепускные клапана
Целью перепускного клапана является пуск некоторой части выпускного газа в турбинный обход, что способствует ограничению скорости вращения самой турбины, и, следовательно, давления на выпускном коллекторе. Перепускные клапаны бывают внутренними и внешними. На большей части турбин используют внутренние клапаны. Они обеспечивают ограниченный поток воздуха проходящего по турбине, что предотвращает повреждение двигателя.
Внешние клапаны устанавливаются в отдельности от турбины.

Как правильно подобрать турбокомпрессор? — DRIVE2


Важен ли правильный выбор размера турбины?
Правильно подобранный турбокомпрессор обеспечит уверенные обороты порога наддува, некритичное сужение системы, низкую температуру на впуске и невысокое давление в выпускном коллекторе. Любой человек умеющий читать и пользоваться телефоном, вполне может выбрать правильный размер турбонагнетателя. Никакой фундаментальной науки, никакого волшебства, только немного размышлений и аргументированных оценок. Например, Вы хотите самый низкий порог наддува? Хорошо, это возможно если вы проводите время в пробках. Это единственный случай когда важен низкий порог наддува. Будьте уверены – белее низкий порог наддува, меньшая мощность. С другой стороны, если вашей целью является максимальная мощность, турбонагнетатель нужного размера, скорее всего, не будет производить никакого давления наддува до верхней половины диапазона оборотов. Это неприемлемо с точки зрения гибких требований, предъявляемых к повседневному автомобилю. Необходим компромисс. Не скатывайтесь до низкого уровня журналистов, утверждающих, что качество системы турбонаддува характеризуется тем, сколь малые обороты нужны ей от двигателя, для создания наддува.

Конструкция турбонагнетателя влияет на его характеристики?
Нет. Фактически все турбины долговечны, эффективны и отвечают предъявленным требованиям. Характеристики турбокита никоим образом не связаны с моделью турбокомпрессора, если эта модель не является единственным турбонагнетателем требуемого размера, доступным для применения. Некоторые конструкции имеют встроенные вестгейты. Такое исполнение вестгейта требует немного больших усилий, чтобы сделать его столь же эффективным, как внешний вестгейт. В этом случае модель турбонагнетателя влияет на его характеристики, но только из-за интегрированного вестгейта.

Сдвоенные турбины дают какое-либо преимущество?
Иногда. Двигатель объемом более трех литров, может получить пользу от применения двух турбин. Две небольшие турбины могут слегка снизить инерционность турбосистемы, в противоположность одному большому турбонагнетателю, и обеспечивают лучший баланс между характеристиками наддува на низких и максимальных оборотах. При объеме более пяти литров, две турбины действительно станут необходимостью. Не подумайте, что парные турбины турбины более мощные, просто при их использовании накладывается очень много прочих факторов.

Что означает эффективность (КПД) компрессора и почему она важна?
Эффективность (КПД) компрессора не означает ничего иного, как реальную температуру воздуха, выходящего из турбонагнетателя при наддуве, относительно расчетного значения, основанного на термодинамических уравнениях. Вычислите одно значение, измерьте другое, разделите расчетное значение на измеренное, и вы получите эффективность компрессора. Соответствие эффективности компрессора конкретному двигателю важно в том, чтобы максимум эффективности компрессора находился где-нибудь около пика мощности или максимальных оборотов двигателя, чтобы компрессор давал самую низкую возможную тепловую нагрузку. “Высокоэффективный” является выражением дилетантов, изобретенный случайными авторами для описания турбокомпрессоров, обеспечивающих давление наддува на низких оборотах. Если что-то может быть совершенно неправильным, то это пример того. Давление наддува на низких оборотах означает не большой компрессор, который является не эффективным на высоких оборотах. Таким образом, он производит высокие температуры и является как раз противоположностью “высокоэффективному”

Давление в выпускном коллекторе, влияет ли на характеристики?
Да. Давление в выпускном коллекторе – критерий того, насколько хорошо турбина подобрана для конкретного двигателя. Давление в выпускном коллекторе не должно превышать давление наддува более чем в два с половиной раза. Это соблазняет изготовителей турбокита использовать слишком малые турбины, только для того, чтобы выдавать давление наддува на низких оборотах. Низкий порог наддува может быть и полезным, но переусердствовать при этом означает получить серьезную, более 20%, потерю мощности на оборотах выше средних. Необходимый баланс между наддувом на низких оборотах и наддувом на максимальных оборотах – задача проектирования, которую должен решать каждый решившийся на установку турбины. В общем, меньшее давление в выпускном коллекторе означает большее количество лошадиных сил. Другими словами, большие турбины бегают быстрее.

С небольшим нагнетателем точка максимальной эффективности достигается рано, и минимум тепловыделения будет на низких давлениях наддува. Чтобы снизить температуру при достижении большой мощности, необходим большой турбонагнетатель.


Когда точка максимальной эффективности находится на более высоких оборотах, это означает более низкую температуру воздуха в этом режиме. Более низкая температура дает более плотный воздух, который обеспечивает пик момента в верхнем диапазоне оборотов.

Выбор размера компрессора.

Необходимо понять нужную степень повышения наддува, степень расхода и плотности воздуха и степень эффективности нагнетателя перед тем, как приступать к подбору нагнетателя нужного размера.

Степень повышения давления.

Степень повышения давления расчитывается как полное абсолюдное давление, произведенное турбиной, разделенное на атмосферное давление.
Степень сжатия = 1+наддув/1

Относительная плотность.

В конечном счете, мощность, полученная от использования турбонаддува, зависит от количества молекул кислорода в воздухе, сжатых в каждый кубический сантиметр объема. Это называется плотностью воздушного заряда. При прохождении через систему турбонаддува плотность немного изменяется.Когда воздушные молекулы принудительно "утрамбовываются" в нагнетателе до определенной степени сжатия, плотность не увеличивается на тоже самое значение, потомучто при сжатии увеличивается температура, и воздух расширяется обратно в прямой зависимости от того насколько он нагрет. Хотя воздушный заряд после сжатия окажется более плотным, его плотность будет всегда меньше, чем степень повышения давления. Для снижения негативного фактора этого эффекта применяют промежуточные охладители, позволяющие относительной плотности приблизиться к значению степени сжатия.

Зависимость относительной плотности от степени повышения давления. Плотность падает при увеличении температуры, поэтому фактическая степень увеличения массы воздуха всегда меньше чем степень повышения давления.


Расход воздуха.

Расход воздуха равен обьему х обороты х 0.5 х Ev и поделенному на 1000000. Здесь 0.5 означает, что у четырех тактного двтгателя воздух в цилиндр поступает только в один оборот из двух, Ev это объемная эффективность. Делим на 1000000 для того, чтобы получить кубические метры из кубических см. Чтобы преобразовать кубические метры к кг/мин надо умножить на плотность воздуха на высоте географического места положения.

Значение расхода воздуха для четырех тактных двигателей .



Выбор размера турбины.

Предполагаемое применение системы двигатель+турбонагнетатель является также основным критерием при выборе размера турбины, поскольку определяет выбор между моментом на низких, средних или максимальных оборотах двигателя. При этом выборе приходиться иметь дело с двумя величинами: основной размер турбины и отношение площадь/радиус (A/R).

Основной размер турбины.

Предполагается, что основной размер турбины характеризует ее способность производить мощность на валу, необходимую для привода компрессора при желаемом расходе воздуха. Поэтому большие турбины обеспечивают более высокие отдаваемые мощности, чем не большие. Для простоты картины, оценивать размер турбины можно по диаметруее выходного отверстия. Это является упращением теории турбин, однако на практике такой подход дает возможность оценить способность турбины обеспечить тот или иной расход.

Компрессор Garrett GT2860RS. Цифры справа — число оборотов турбины в минуту. Видно, что линия соединяющая точки PR=1 и PR=1.8 проходит за границей устойчивой работы компрессора.


Компрессор Garrett GT2557R, несмотря на КПД, меньший чем у Garrett 2860RS, лучше подходит для заданного применения.

Диаграмма диаметра выходного отверстия турбины относительно расхода воздуха на впуске — не точный инструмент для выбора, но приблизительный критерий первоначального отсеивания.

Разумный метод выбора турбины состоит в том чтобы проконсультироваться в компании, у которой вы приобретаете турбокомпрессор. Конечно, при выборе будет существовать возможность доп

Автомобильная электротурбина / Habr

Наиболее действенным способом увеличения мощности двигателя автомобиля является турбина. Однако она имеет ряд существенных недостатков таких как: наличие турбоямы, оптимальная работа в небольшом диапазоне оборотов двигателя, невысокий ресурс, сложность установки в неподготовленный для этого двигатель.

Многие из этих проблем способна решить электротурбина. С электротурбиной необходимое давление наддува можно создать в любой момент и можно сбавлять обороты не боясь, что давление понизится. В электротурбине нет горячей части разогреваемой до тысячи градусов. Это положительно сказывается на её ресурсе, цене и простоте установки.

Данная статья будет посвящена нашей разработке в этом направлении.



Разработка и конструктивные особенности

На данный момент в Китае можно купить множество электротурбин, которые ставятся прямо на вход перед воздушным фильтром. Однако они оказываются на 100% бесполезны. Для обеспечения необходимого давления и большого объема подаваемого воздуха мощность электродвигателя должна составлять около 4КВт. У китайских турбин от силы несколько сот ватт.

Для данной задачи нами специально был разработан бесколлекторный электромотор способный выдать до 5КВт мощности и который может раскрутить турбину до 50000RPM. Мотор был специально спроектирован так, чтобы на полной мощности он давал своё максимальный КПД в 93%, тогда он будет выделять 350Вт тепла, которые вполне реально отводить и в теории наш мотор может выдавать полный наддув постоянно. Подробнее с характеристиками нашего мотора можно ознакомиться по ссылке.

Для питания данного мотора нами было решено использовать два автомобильных аккумулятора. Это сильно упростит процесс эксплуатации и цену установки. Один аккумулятор используется штатный, второй подключается к нему последовательно. Для подзарядки второго аккумулятора, он переподключается к первому через высокоточные реле контакторы. Литиевые аккумуляторы стоили бы на порядок дороже, при этом для них понадобилась бы специальная зарядка и очень бережная эксплуатация с соблюдением правильного температурного режима.

Однако у данного решения есть и минус. Для питания мотора на полной мощности нужен ток в районе 250А, свинцовые аккумуляторы способны выдать такой, но не продолжительно(секунд на 10-30). Затем аккумуляторам нужно будет немного “отдохнуть”. Однако нам кажется этого вполне достаточно, редко от двигателя требуется полная мощность на более длительный срок.

В качестве самой турбины нами использовалась данная турбина (её характеристики также доступны по ссылке).

Мы удалили из неё всё лишнее и расточили под крепление мотора. Все подшипники находятся непосредственно в моторе и крыльчатка одевается на его вал, что автоматически даёт соосность вала мотора и крыльчатки. Поскольку турбина будет вращаться на очень больших оборотах мы подобрали в мотор высокоскоростные подшипники SKF итальянского производства.

Для работы бесколлекторного мотора нужен контроллер и на такой большой ток он достаточно дорогой. Однако мы специально подбирали токи и напряжения так, чтобы для этой задачи подошёл наиболее мощный из дешевых контроллер стоимостью 1500р. Данного контроллера хватает на грани на полную мощность и ему при этом требуется обеспечить очень хорошее охлаждение. Более мощные контроллеры стоят уже дороже 10000р.

Результат

Замеры нашего мотора на мощности до 1000Вт показали, что характеристики нашего мотора (потребление, обороты, Kv) достаточно близки к рассчитанным при моделировании. Большой объем статора и медной проволоки смогли обеспечить высокий КПД и низкий нагрев. При должном питании турбина с ним разгоняется до нужных оборотов. Но к сожалению мы пока не смогли провести полноценные испытания на полной мощности. При питании от двух аккумуляторов, через 2 секунды после набора полных оборотов контроллер сгорел, из-за отсутствия должного охлаждения. Мы заказали новый контроллер и планируем поместить его в ёмкость с трансформаторным маслом, что должно обеспечить его наилучшим охлаждением.

Видео тестов работы турбины с питанием 600 и 1000 ватт




Вывод

В итоге нам удалось создать рабочую электротурбину, которая обладает не высокой стоимостью и достаточно проста в установке. Далее будут проходить испытания уже на реальном автомобиле.

Примерная стоимость необходимых компонентов:

  • Мотор -17000р
  • Турбина -20000р
  • Аккумулятор -3000р
  • 4 реле -3000р
  • Дополнительная электроника, пайпы, воздуховоды -5000р

Итого стоимость комплекта турбины выйдет в районе 50000р.

P.S.
Автором данной идеи является Frimen3 ([email protected]). Он уже давно занимается проработкой этого вопроса geektimes.ru/post/252076 и он как раз и заказал у нас разработку мотора под данную задачу.

Турррбо! Самые знаковые автомобили с улиткой под капотом — DRIVE2

Полный размер

Bugatti Chiron, самый мощный и быстрый серийный автомобиль в мире (на данный момент), укомплектован четырьмя турбокомпрессорами

Здравствуйте, уважаемые читатели!

За свою долгую историю автомобиль обзавелся многочисленными техническими устройствами и электронными системами, которые значительно облегчили процесс вождения и сделали его более приятным, повысили КПД двигателя и позволили ехать даже быстрее самого звука. Среди всех агрегатов автомобиля самый известный — это, наверное, турбина. Эту "улитку" знает в лицо каждый автомобильный фанат. Шильдики с надписью "turbo" красуются на кузовах спортивных автомобилей уже не одно десятилетие, составляя предмет гордости владельцев. Маркетологи за это время успели придумать с десяток различных названий турбокомпрессору на своих моделях: twin-turbo, biturbo, quad-turbo и другие. Инженеры в поисках самого эффективного решения разработали несколько подвидов этого устройства, снова и снова повышая его эффективность. А у нас, автолюбителей, турбина неизменно ассоциируется с мощью, высокими скоростями и продвинутыми технологиями. Несмотря на большую популярность турбонаддува, не все знают о том, как он прошел путь от модной технической новинки до неотъемлемой детали современного серийного автомобиля. Я предлагаю вам ознакомиться со списком машин, оказавших наибольшее влияние на развитие этого устройства в истории автопрома.

Для начала немного теории. Турбокомпрессор — это, условно говоря, две крыльчатки (вентилятора), соединённые между собой. Одна крыльчатка (турбинное колесо) находится на выпуске. Горячие выхлопные газы, вырываясь из двигателя, двигаются по выпускной системе и проходят на большой скорости через турбинное колесо, раскручивая его. Температура выхлопных газов может достигать 950 градусов, поэтому эту часть турбины делают из специальных термоустойчивых сплавов. Так как горячая крыльчатка (турбинное колесо) и холодная (компрессорное колесо) напрямую связаны с помощью металлического стержня (он называется вал ротора), то холодная крыльчатка начинает вращаться сразу же, как выхлопные газы приводят в движение горячую крыльчатку. Вращающееся компрессорное колесо засасывает воздух из атмосферы в корпус компрессора. Воздух проходит через интеркулер, охлаждается и дальше двигается непосредственно к впускному клапану. Таким образом, турбина позволяет подавать в цилиндр больше топливно-воздушной смеси, и за счёт этого увеличивается мощность.

Полный размер

Простая схема работы турбины

Почему же турбокомпрессор так популярен? Он позволяет значительно увеличить мощность и крутящий момент двигателя, почти не утяжеляя при этом машину (в среднем масса турбины составляет около 10 кг). Показатель массы, как ни странно, очень важен, потому что в спортивных и уж тем более гоночных автомобилях каждый килограмм на счету. Для сравнения, мотор Nissan GA16 объемом 1.6 литра весит 146 кг, мотор VG33 весит уже 230 кг при объеме в 3.3 литра. Если, гипотетически, поставить на двигатель 1.6 даже двойной турбонаддув с интеркулером (которые вместе будут иметь массу около 30-40 кг), то они позволят развить мощность атмосферного трехлитрового мотора. При этом выигрыш в массе очевиден. Более того, турбированный двигатель экономичнее аналогичного по мощности атмосферного мотора с бОльшим объемом. За счет более эффективного сгорания топлива двигатель с нагнетателем получается экологичнее.

Полный размер

Страшно вспоминать, сколько лошадиных сил снимали с литра объема в турбоэру Формулы-1

Как это ни удивительно, до автомобильного мира это гениальное изобретение дошло далеко не сразу, побывав сначала на самолётах и тракторах. История турбонаддува началась ещё в начале 20 века. В 1905 год

Хитрости о турбине (для себя) — DRIVE2

Всё о турбинах — какие обороты у турбины
12-06-2010, 00:12

История развития турбокомпрессоров началась примерно в то же время, что и постройка первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885 — 1896 г. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путем сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. В 1952 г. швейцарский инженер Альфред Бюши впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности на 40%. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению в жизнь турботехнологий.

Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г. на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля.

Первыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962 — 63 г. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.

Нефтяной кризис 1973 г. подтолкнул исследования в области применения турбокомпрессоров на коммерческих дизельных двигателях, так как до этого развитие турботехнологий задерживалось необходимостью больших капиталовложений в развитие технологии, а также низкой стоимостью топлива. Ужесточение экологических требований по выхлопным газам в конце 80-х привело к значительному увеличению количества грузовиков, оснащенных турбокомпрессорами. На сегодняшний день уровень развития турботехнологий достиг настолько высокого уровня, что практически каждый двигатель грузового автомобиля оснащен турбокомпрессором.

Начало использования турбодвигателей на спортивных автомобилях, в частности на Formula 1, в 70-х годах привело к значительному увеличению популярности турбокомпрессоров. Приставка «турбо» стала входить в моду. В то время почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Однако, по прошествии нескольких лет мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. Задержка в реакции турбокомпрессора была достаточно большой на первых образцах этого оборудования, что также являлось серьезным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошел с выпуском в 1978 г. Mercedes — Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за Mercedes — Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel. При помощи турбокомпрессора производителям удалось увеличить эффективность работы дизельного двигателя до уровня бензинового, сохранив при этом значительно более низкий уровень выброса в атмосферу выхлопных газов.

На сегодняшний день установка турбокомпрессора на бензиновый двигатель скорее рассматривается как способ сокращения потребления топлива и, таким образом, уменьшения уровня выброса СО2 и других вредных веществ. Таким образом, турбодвигатели служат способом уменьшения расхода энергоносителей и уменьшения выбросов в окружающую среду.

Применение наддува
Применение надува. Мощность двигателя с наддувом в значительной мере пропорциональна давлению наддува. Это позволяет ориентировочно оценить значение мощности, получаемое при надуве двигателя, по формуле:

Pek = Pe x (pka / p0)

Где Pek — мощность двигателя с наддувом; Pe — мощность двигателя без наддува; pka — абсолютное давление наддува; p0 — атмосферное давление.

Применение наддува влечет за собой увеличение и тепловой нагрузки на детали двигателя. Решение этой проблемы может быть достигнуто, например, путем охлаждения поршней маслом через специальные форсунки со стороны картера, а также установкой жаростойких клапанов.

Система охлаждения также должна быть рассчитана на отвод большего количества теплоты. Это достигается установкой радиатора большего размера, а у двигателей с воздушным охлаждением — увеличением количества охлаждающего цилиндры воздуха. В зависимости от уровня форсирования двигателя может потребоваться и эффективное охлаждение смазочного масла.

Следует иметь в виду, что при отсутствии наддува мощность надуваемого бензинового двигателя, как правило, ниже, чем у двигателя без наддува, который не предназначался для наддува. Основная причина здесь в том, что у двигателя с наддувом для предотвращения детонационного сгорания геометрическую степень сжатия несколько уменьшают.

Вопрос о правильном выборе степени сжатия для двигателя с наддувом имеет важное значение, особенно для бензиновых двигателей. В этой связи необходимо различать степень сжатия геометрическую сжатия и эффективную.

Для пояснения здесь следует вспомнить формулу для определения геометрической степени сжатия, которая имеет вид:

E = ( Vs + Vc ) / Vc

Где Vs — рабочий объем цилиндра; Vc — объем камеры сгорания. Т.е. геометрическая степень сжатия (далее — степень сжатия) представляет собой отношение полного объема над поршнем (при положении поршня в НМТ) к объему над поршнем при положении его в ВМТ.

Компрессоры
Всякий раз, когда речь заходит о гоночных или спортивных автомобилях, тема турбонагнетателей становится весьма актуальной. Итак, поговорим о турбинах. Турбокомпрессор позволяет повысить мощность двигателя без значительного увеличения его веса. Это обстоятельство сделало турбины весьма популярными как среди автопроизводителей, так и среди энтузиастов от тюнинга.

Основы
Принимая во внимание то обстоятельство, что современные автомобильные двигатели являются высокооборотными, можно утверждать, что дальнейшее форсирование их путем повышения частоты вращения КВ является мало перспективным и, скорее, может находить применение лишь на двигателях спортивных автомобилей, предназначенных для установления рекордов скорости и не претендующих на долговечность.

Второй вариант повышения мощности за счет увеличения рабочего объема цилиндра путем изменения диаметра и хода поршня также имеет ряд конструктивных ограничений, из-за которых не всегда возможно использование таких модификаций.

Остановимся на третьем варианте — увеличение среднего эффективного давления. Наиболее действенным способом в этой ситуации является наддув. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя. Итак, поговорим более подробно о турбокомпрессорах (ТК).

Обычно давление, создаваемое ТК находится в пределах от 6 до 8 фунтов на квадратный дюйм (PSI). Так как нормальное атмосферное давление — 14.7 PSI на уровне моря, получается примерно 50-ти процентное увеличение количества воздуха, закачиваемого в двигатель. Из этого следует, что теоретически мы могли бы получить 50% прироста мощности, на практике, увы, максимум 30-40%, что тоже неплохо. Одна из причин такой неэффективности является сам ТК. Его наличие в потоке выхлопных газов создает сопротивление выхлопу и, соответственно, часть мощности двигателя затрачивается на преодоление этого сопротивления.

Как это работает
ТК при работе используют энергию отработавших газов. Принцип работы весьма прост. Отработавшие газы через выпускной коллектор попадают под давлением в корпус турбинного колеса, где приводят во вращение турбинное колесо. На вал турбинного колеса жестко установлено компрессорное колесо, которое при вращении сжимает воздух и подает его во впускной коллектор двигателя. Соответственно, чем большее количество выхлопных газов проходит через компрессорное колесо, тем быстрее оно вращается. Частота вращения вала может доходить до 150.000 об/мин и более.

Недостатки
Характерным недостатком ТК в условиях эксплуатации поршневого двигателя является то, что он при низкой частоте вращения КВ подает воздуха слишком мало, а при высокой частоте и полной нагрузке — слишком много. Это обусловливает недостаточный крутящий момент двигателя в диапазоне низких частот вращения КВ и проявляется в медленном его реагировании на изменение нагрузки при переходных процессах, например, при резком ускорении. Собственно, задержка, так называемый лаг, проявляется во всем диапазоне частот вращения КВ (на низах больше, на верхах меньше) — это объясняется отсутствием механической связи ротора ТК с коленчатым валом двигателя.

Одним из способов уменьшения задержки является снижение инерции вращающихся частей путем сокращения их веса.

Какой ТК выбрать — маленький или большой
Еще один способ снизить инерцию турбины — это уменьшить ее размеры. Маленький ТК быстрее создает необходимое давление в зоне низких частот вращения двигателя, но не может обеспечить требуемый объема воздуха в зоне более высоких частот. К тому же скорость вращения маленького ТК выше, чем большого, что негативно влияет на состояние вращающихся частей ТК.

Большой ТК может обеспечить большое количество воздуха в зоне высоких частот вращения двигателя, но его недостаток — значительная задержка особенно в зоне низких частот.

Дополнительная информация по ТК

Wastegate
Большинство турбированных автомобилей имеет wastegate, который позволяет использовать ТК меньшего размера для уменьшения лага, предотвращая его от слишком высоких нагрузок в зоне высоких частот вращения двигателя. Wastеgate — это клапан, стравливающий избыток выхлопных газов в обход турбинного колеса, тем самым, снижая его обороты и предотвращая от чрезмерных нагрузок.

ТК на шарикоподшипниках
Некоторые ТК используют шариковые подшипники для крепления турбинного вала. Они имеют меньший коэффициент трения, к тому же дают возможность использовать более легкий турбинный вал — итог снижение лага.

Керамические ТК
Керамические лопатки турбинных колес легче, чем стальные, используемые в большинстве ТК, следовательно, они имеют меньшую инерцию и, что естественно, снижает задержку ТК.

Последовательные ТК
Некоторые двигатели используют два ТК различных размеров. Меньший работает в зоне низких частот вращения двигателя, а большой — в зоне высоких частот, где первый не столь эффективен.

Интеркуллеры
При сжатии в ТК воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии

Интересная статья о турбинах. — DRIVE2

Когда люди говорят о гоночных машинах или мощных спортивных авто, рано или поздо всплывает тема турбин(турбо компрессоры также устанавливают на больших дизельных моторах). Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного увеличения его размеров/веса, что является основным преимуществом которое сделало турбины столь популярными.

В данной главе вы узнаете о том как турбокомпрессор увеличивает отдачу двигателя работая в экстримальных условиях. Также вы узнаете как вестгейты, керамические крыльчатки турбин и шарикоподшипники помогают турбокомпрессорам выполнять свою работу еще лучше. Турбокомпрессоры — тип усиленной впускной системы. Они сжимают воздух во впускном тракте. Преимущество сжатия воздуха в том что двигатель получает возможность «запихнуть» в камеру сгорания больший объем воздуха, а большему кол-ву воздуха нужен больший объем топлива. Таким образом мы получаем больше мощности от каждого взрыва в каждом циллиндре. Турбированный двигатель производит больше мощности по сравнению с таким же НЕ турбированным двигателем. Турбина может значительно улучшить соотношение мощность/вес для вашего двигателя.

Для раскрутки/буста турбина использует поток выхлопных газов которые вращают крыльчатку турбины, которая в свою очередь соединена(находится на том же валу) с крыльчаткой аэро компрессора. Скорость вращения турбины может достигать150тыс. об./мин что почти в 30 раз быстрее скорости вращения самого двигателя. Естественно что при таких условиях работы, температура турбины тоже очень высока.

Основы.

Одним из верных способов увеличения мощности двигателя является увеличение объема газо-бензиновой смеси которое он может сжечь. Этого можно достичь увеличив кол-во циллиндров, или сделать имеющиеся циллиндры больше. Иногда подобные изменения могут не дать должного эффекта, в отличие от турбины, которая является более простым, компактным решением для увеличения мощности, особенно если речь идет о производителях тюнинговых решений.

Турбины позволяют двигателю сжигать большее кол-во газо-топливной смеси путем большего нагнетания ее в имеющуюся камеру сгорания. По сравнению с обычным двигателем, турбина может нагнетать до 50% больше газотопливной смеси в камеру сгорания. Установкой турбины можно достичь 40-го % прироста мощности двигателя. Статья взята из паблика Машины. Справедливо ожидать 50-ти процентного прироста мощности, но все не так замечательно, и вот почему. Установка турбины накладывает определенные ограничения на выпускную систему, тк выхлопные газы проходят через крыльчатку турбины, тем самым увеличивается сопростивление потоку выхлопных газов, что в свою очередь отнимает часть КПД от взрывов в циллиндрах которые происходят одновременно.

Турбокомпрессор и двигатель.

Турбокомпрессор устанавливается на выпускном коллекторе. Выхлопные газы раскручивают крыльчатку турбины которая работает по принципу газотурбинных двигателей. Вал турбины соединен с валом воздушного компрессора который схематически находится между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания двигателя.

Поток выхлопных газов проходящих сквозь крыльчатку турбины, разгоняет ее. Чем больше давление выхлопных газов оказываемое на крыльчатку турбины, тем быстрее она раскручивается.

На другом конце вала турбины установлен воздушный компрессор который нагнетает воздух в камеру сгорания. Компрессор работает по принципу центрифуги — он раскручивает воздух от центра к краям крыльчатки по ходу вращения.

Тк вал турбины раскручивается до огромных скоростей(150тыс об./мин.), необходимо обеспечить его надежную поддержку/закрепление. Большая часть подшипников взорвалась бы на таких скоростях, по этому в большей части турбокомпрессоров используется жидкий подшипник(маслянный клин). Данный тип подшипника поддерживает вал на тонком слое масла которое подается под давлением вокруг него(между валом и стенкой подшипника). Это делается по 2-м причинам:
1.Масло охлаждает вал и прилегающие части турбокомпрессора
2.Этот метод позволяет избежать большой силы трения между валом и стенками подшипника турбокомпрессора

Конструкция турбокомпрессора.

Одной из главных проблем связанных с использованием турбокомпрессоров является то что они не могут моментально обеспечить рабочее давление наддува(буст) когда вы нажимаете на педаль акселератора. Проходит определенное время до того как турбина разгонится и начнет обеспечивать рабочее давление наддува. Это явление называется лаг(задержка), то есть мы ощущаем лаг когда давим на педаль акселератора, затем спустя определенное время(лаг) машина выстреливает вперед.
Для уменьшения турбо лага необходимо уменьшить силу инерции вращающихся частей, главным образом путем уменьшения их веса. Это позволит турбине и компрессору разгоняться быстрее, и раньше опеспечивать рабочее давление наддува. Одним из верных способов уменьшения силы инерции турбины и компрессора является уменьшение размера самого турбокомпрессора. Не большой турбокомпрессор обеспечит рабочее давление наддува на низких оборотах двигателя значительно быстрее, но не сможет обеспечить нормальное давление наддува на высоких оборотах, когда двигателю необходим значительно больший объем воздуха.Также для небольших турбокомпрессоров существует опасность слишком быстрого вращения на высоких оборотах двигателя, когда большой объем выхлопных газов проходит сквозь турбину.
Большие турбокомпрессоры могут обеспечить достаточное давление наддува на высоких оборотах двигателя, но им присущь больший турбо лаг тк их турбина и компрессор имеют больший вес и как следствие разгоняются дольше. К счастью есть несколько способов побороть эту проблему.
У большинства автомобильных турбокомпрессоров есть вестгейт, который позволяет использовать небольшие турбокомпрессоры для уменьшения лага, а также предотвращает их слишком быстрое вращение на высоких оборотах двигателя. Вестгейт — это клапан который позволяет проходить потоку выхлопных газов в обход крыльчатки турбины. Вестгейт распознает давление наддува.Если давление слишком высоко это может означать что турбина вращается слишком быстро, в этом случае вестгейт отводит(открывает клапан) часть потока выхлопных газов от крыльчатки турбины, что позволяет снизить скорость вращения турбины.
В строении некоторых турбокомпрессоров вместо жидких подшипников(маслянного клина) используются шарикоподшипники. Но это не обычные подшипники — это супер точные подшипники созданные с использованием передовых технологий/материалов призванных допустить их использование на таких скоростях и температурах присущих турбокомпрессорам. Такие подшипники позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем в обычных жидких подшипниках. Также шарикоподшипники позволяют использовать меньший и более легкий основной вал, что тоже положительно сказывается скорости раскручивания вала, и уменьшении турбо лага.
Керамическая крыльчатка легче стальной, используемой в большинстве турбокомпрессоров. Это тоже позволяет турбине раскручиваться быстрее, что в свою очередь помогает уменьшить турбо лаг.

Компоненты турбокомпрессора.

В строении некоторых турбосистем используются два турбокомпрессора. Меньший турбокомпрессор раскручивается до рабочего давления наддува значительно быстрее, уменьшает лаг, пока больший турбокомпрессор раскручивается и срабатывает на высоких оборотах обеспечивая большее давление наддува.
Когда воздух сжимается — он подогревается и расширяется. Собственно часть от общего увеличения давления турбокомпрессором — результат нагрева воздуха до его попадания в камеру сгорания. Для того чтобы увеличить мощность двигателя необходимо «впихнуть» в камеру сгорания как можно больше молекул воздуха, а не просто воздух под большим давлением.
Интеркулер способствует увеличению мощности двигателя путем охлаждения сжатого воздуха который поступает из компрессора, перед его попаданием в камеру сгорания. Это означает что турбокомпрессор способен обеспечить определенное давление наддува, а та же система с интеркулером способна обеспечить то же давление наддува, но уже охлажденного сжатого воздуха(в котором больше молекул чем в НЕ охлажденном воздухе).

Основные термины:
Порог наддува(Boost threshold) — минимальные обороты двигателя при которых создается положительное давление наддува во впускном коллекторе, при максимальной нагрузке на двигатель.
Турболаг — время между «тапкавпол» и моментом когда турбокомпрессор опеспечивает рабочее давление наддува.

Какая турбина САМАЯ лучшая? Нет лучшей турбины. Как правило все тюнинговые турбины делятся на эти несколько классов:
1.Турбины позволяющие немного увеличить мощность двигателя
2.Турбины позволяющие значительно увеличить мощность двигателя
3.Быстро раскручивающиеся турбины

Что необходимо заменить для установки тюнинговой турбины? Как правило для установки тюнинговой турбины необходимо заменить топливный насос, форсунки, и программу управления двигателем.(отсебятина: и, как мне кажется — выхлопную систему)

Существует ли какой-нить метод доработки турбины, который не потребует других доработок? Существует. К стоковой турбине можно применить процедуру port&polish(шлифовка и полировка внутренней поверхности улиток турбокомпрессора). Также на короткое время можно установить буст контроллер, но по большому счет установка бустконтроллера глупая затея.

Какая турбина лучше всего подходит для небольшого увеличения мощности двигателя? Наиболее широко применяемые турбины для этих целей: VF30/VF34 и 16G

Какая турбина лучшая в классе «быстрораскручивающихся» турбин? Наиболее широко применяемые турбины для этих целей: стоковые турбины с отшлифованными и полированными внутренними поверхностями улиток.

Выбераем турбу:

Для того чтобы сделать правильный выбор, сначала необходимо определить какой именно ТИП турбин больше всего подходит для ваших нужд. По этому мы обсудим самые распространенные типы турбин. Собственно здесь представленна базовая информация, не стоит использовать ее как ОСНОВНОЙ источник информации для выбора турбины, тк существует еще к

Автомобильные турбокомпрессоры: Все самые важные факты

Автомобильные турбины: Функции и как увеличить срок службы

Автомобильные турбокомпрессоры являются ключевым компонентом для увеличения мощности любого автомобиля. В последние годы все больше новых автомобилей стали оснащаться турбинами. Благодаря турбокомпрессорам автопроизводители не только повышают мощность автомобилям, но и делает их выхлоп экологически чище. К сожалению, помимо плюсов, есть и минусы при использовании автомобильных турбин. Главный минус- это ресурс турбокомпрессора. К счастью, существуют некоторые рекомендации, которые позволяют увеличить срок службы компонентов турбонаддува. Предлагаем вам узнать, как работают турбокомпрессоры в современных автомобилях, а также узнать, как вы можете предотвратить преждевременный выход турбины из строя.

 

Турбонаддув: принцип действия, достоинства, недостатки

 

Приобретая в наши дни новый автомобиль, скорее всего, он будет оснащен турбированным двигателем, благодаря чему транспортное средство имеет неплохую мощность, низкий расход топлива и более чистый выхлоп. Давайте подробнее узнаем, что же такое турбокомпрессор, а также узнаем самые важные факты о нем. В том числе, мы расскажем о самых частых дефектах и поломках автомобильных турбин.

 

На сегодняшнем рынке пока не все автомобили оснащаются турбинами. Но уже через несколько лет купить машину без турбированного мотора у вас вряд ли получится. Причем это касается не только бензиновых моделей автомобилей. Дело в том, что турбиной оснащаются, в том числе, и дизельные двигатели.

 

Так что турбокомпрессоры в наши дни стали неотъемлемой частью большинства современных автомобилей. Но, несмотря на то, что турбированные двигатели стали очень популярны несколько лет назад, технология двигателей, оснащенных турбокомпрессорами, появилась уже более 100 лет назад.

 

В 1905 году Швейцарский изобретатель Альфред Бучи изобрел систему нагнетания, которая работала от выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания. Смысл этого изобретения прост и основан на принципе работы лопастей ветряной мельницы, которые вращаются потоком ветра. Только вместо ветра в изобретении Альфреда использовался выхлоп отработанных газов силового агрегата, который и вращал лопасти.

К сожалению, в те годы Альфреду удалось получить только патент на изобретение. Увы, построить партию опытных образцов у изобретателя не было возможности.

В 1913 Французский профессор Огюст Рато впервые в мире оснастил самолет турбокомпрессором, основанным на изобретении Бучи.

В 1915 году Альфред Бучи построил прототип корабля, оснащенного дизельным двигателем с турбиной.

Позднее, турбокомпрессоры пришли в мир автоспорта, где перевернули представление о мощности автомобилей.

 

Недавно автопроизводители вспомнили о технологиях турбированных моторов, которые намного эффективнее обычных двигателей. В первую очередь автомобильные компании стали оснащать турбокомпрессорами дизельные маломощные двигатели. В итоге, благодаря турбонаддуву многие современные дизельные моторы по мощности приблизились к бензиновым силовым агрегатам.

 

Это интересно: Как начать самостоятельно обслуживать автомобиль?

 

В итоге сегодня турбомоторы стали незаменимыми для автопроизводителей, которые вынуждены подстраиваться под новые экологические нормы, которые действуют в США и Европе. Благодаря использованию турбокомпрессоров, современные автомобили стали намного экономичнее, мощнее, а также имеют низкий уровень вредных веществ в выхлопе.

 

В конечном итоге все современные автомобили в наши дни, выпускаемые в автопромышленности, являются самыми экологическими чистыми за всю историю автомира.

 

Функция турбины, настройка и ее дефекты

Функция турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличивать выходную мощность и крутящий момент двигателя. Благодаря турбине производители могут уменьшать количество рабочих цилиндров в двигателе без снижения мощности и крутящего момента.

 

Например, только трехцилиндровый 1,0 литровый турбомотор может выдавать мощность в 90 л.с. Добиться такой же производительности обычный бензиновый трехцилиндровый мотор без дорогостоящих модификаций не сможет ни один автопроизводитель.

 

Также 1,0 литровый турбированный трехцилиндровый двигатель имеет более низкий расход топлива и небольшой уровень выхлопных газов СО2.

 

Обкатка двигателя: Что нужно знать?

 

Именно поэтому турбированные моторы стали очень распространенными в малолитражных бензиновых автомобилях за последние несколько лет.

 

Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.

 

В большинстве случаев работа современных турбокомпрессоров основана на тех же принципах, которые создал Швейцарский изобретатель Альфред Бучи. То есть большинство турбин в современных автомобилях работают от давления, образующего от выхлопных газах в камере сгорания двигателя.

 

Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя. Например, подобная турбо технология используется в дизельном 4,0 литровом моторе Audi V8 TDI, который устанавливается на кроссовер SQ7.

 

Эксплуатация и техническое обслуживание автомобильных турбин

С каждым годом во всем мире ужесточаются экологические требования к выхлопу современных автомобилей. В результате все больше новых автомобилей оснащаются турбинами. Таким образом автопроизводители пытаются выпускать автомобили, которые будут соответствовать жёстким экологическим нормам. Увы, без использования турбин в современных автомобилях добиться сокращения уровня вредных веществ в выхлопе без миллиардных инвестиций невозможно.

 

Наше интернет издание 1GAI.RU в связи с массовой распространенностью турбированных двигателей в автопромышленности решила собрать для вас все самые важные вопросы и ответы об автомобильных турбокомпрессорах, об их техническом обслуживании, также о многом другом:

 

Как работает турбина в автомобиле?

Работа турбокомпрессора основана на принципе увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания за счет большого количества воздуха (кислорода) необходимого для воспламенения топлива в камере сгорания. То есть автомобильная турбина больше не делает ничего кроме поставки двигателю большой массы кислорода.

 

Воздух из турбины подается непосредственно во впускное отверстие цилиндра двигателя.

 

Чтобы привести лопасти турбины в движение компрессор турбо нагнетателя использует для этого выхлопные газы двигателя. Для этого используется законы физики: преобразование тепловой энергии в кинетическую (горячие выхлопные газы начинают вращать лопатки турбины, которые и направляют большие потоки кислорода в двигатель, за счет чего и увеличивается мощность).

 

Что такое турбо лаг (турбо-яма)?

Количества выхлопных газов на низких скоростях автомобиля (низкие обороты двигателя) не достаточно для приведения в действие работы турбины турбокомпрессора. Именно поэтому турбина может создать достаточное давление воздуха для подачи в двигатель только при движении машины на средней скорости (средние обороты двигателя).

 

Смотрите также: По каким принципам работает двигатель Инфинити с изменяемой степенью сжатия, подробная информация

 

Давление топлива в турбированных автомобилях регулируется в зависимости от давления турбонагнетателя. То есть, если обороты двигателя маленькие, то давление топлива будет небольшое и топливная смесь будет не богатой кислородом из-за того, что турбокомпрессор не будет давать достаточного давления кислорода. То же самое происходит не только на малых оборотах двигателя, но и при резком нажатии на педаль газа с места. В этот момент машина не начнет максимально динамичный разгон, так как крыльчатке турбокомпрессора будет не хватать необходимого давления выхлопных газов для создания сжатого потока кислорода и подаче его в камеру сгорания двигателя. В итоге на короткое время в двигателе будет наблюдаться дефицит топливной смеси для эффективного воспламенения (кислород+топливо). Это и приводит к кратковременной задержке разгона, которая и называется турбо-лаг или "турбо яма". Вот почему многие владельцы турбированных автомобилей часто жалуются, что при резком разгоне с малых оборотов двигателя автомобиль после нажатия педали газа на 1-2 секунду не сразу реагирует на увеличение оборотов двигателя.

 

В некоторых премиальных автомобилях в последние годы стали появляться по две или даже три турбины, которые решают проблему турбо-ям (одна турбина работает при маленьких оборотах двигателя, другая включается на более высокой скорости работы мотора). Также недавно стали появляться турбокомпрессоры с адаптивными крыльчатками (регулируемые лопатки в турбине), которые умеют адаптироваться к любому диапазону оборотов двигателя. Таким образом достигается высокий крутящий момент автомобиля на низких скоростях.

 

В чем разница между турбокомпрессором и турбонагнетателем (турбонаддув)?

Турбокомпрессоры и турбонагнетатели работают аналогичным образом. Функция их проста: сжатие всасываемого воздуха и подача его в камеру сгорания двигателя. Но, несмотря на одинаковый смысл работы между двумя видами турбин, существуют отличия. 

 

Главное отличие двух видов турбин это система их питания.

 

Турбокомпрессор получает питание от ременного привода, который передает крутящий момент двигателя на турбину, точно также, как силовой агрегат передает с помощью ремней и роликов крутящий момент на электрический генератор автомобиля, который заряжает аккумуляторную батарею. То есть, по сути, турбокомпрессор питается от электричества.

 

Что касаемо турбонагнетателя или турбонаддува, то этот вид турбин работает от выхлопных газов. Как мы уже сказали выше, после нагнетания кислорода он подается под давлением в камеру сгорания увеличивая крутящий момент двигателя и его мощность.

 

Срок службы турбокомпрессора

 

Еще недавно турбокомпрессоры были ненадежны и часто выходили из строя, даже при надлежащем уходе. Современные компрессоры стали более надежны и некоторые из них имеют срок службы сравнимым с ресурсом двигателя. Тем не менее, для того чтобы турбина проработала как можно дольше, она нуждается в обслуживании и регулярном техническом осмотре для выявления на начальном этапе каких-либо неисправностей.

 

Смотрите также: История развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания

 

Во-первых, владельцы турбированных автомобилей ни в коем случае не должны затягивать с плановой заменой моторного масла и воздушного фильтра, поскольку даже малейшее загрязнение фильтра и масла могут негативно сказываться на работоспособности турбины и ее срока службы. То есть, если в автомобиле с обычным двигателем вы можете без особого вреда запаздывать с плановой заменой масла и воздушного фильтра, то в турбированных силовых агрегатах плановое ТО должно быть проведено даже немного раньше, чем рекомендовано автопроизводителем. Особенно это касается нашей страны, где качество топлива оставляет желать лучшего.

 

Также турбины требуют постоянной диагностики, чтобы вовремя заметить возможные неисправности. Главная задача не допустить увеличения давления наддува, которое может не только вывести из строя турбокомпрессор, но и серьезно повредить двигатель.

 

Можно ли с помощью тюнинга оснастить автомобиль с обычным двигателем турбокомпрессором?

Благодаря современным турбосистемам, фактически любая машина может быть оборудована турбонаддувом. В большинстве случаев для этого необходимо обратиться в специализированное тюнинг-ателье или автомастерскую. Перед установкой турбины специалисты проверят, выдержит ли ваш двигатель повышение мощности за счет турбонаддува. Также специалисты проведут диагностику топливной системы, которая играет важное значение в турбированных двигателях.

 

Смотрите также: Новый дизельный шестицилиндровый двигатель BMW имеет четыре турбины

 

Затем, если установка турбины возможна специалисты проведут ряд модернизаций вашего автомобиля: установка турбокомпрессора, изменение программного обеспечения блока управления двигателем, который отвечает за впрыск топлива, изменение системы выхлопа (изменение системы выпуска отработанных газов), изменение системы подачи топлива и т.п.

 

При тюнинге автомобиля во время которого устанавливается турбина, главная задача специалистов найти компромисс между производительностью двигателя и долговечностью работы силового агрегата и турбины.

Главный враг любого двигателя- это отработанные газы. Чем быстрее газы удаляются из двигателя, тем лучше.

 

Также вы должны помнить, что любая турбина за счет подачи кислорода под давлением увеличивает температуру воспламенения топлива в камере сгорания, что естественно сказывается на ресурсе двигателя.

Поэтому в процессе тюнинга специалисты тщательно настраивают оптимальное давление турбины для вашего автомобиля.

 

Дело в том, что, по сути, даже с небольшого двигателя можно выжить огромное количество мощности за счет подачи кислорода под высоким давлением в двигатель. Но в этом случае ресурс силового агрегата может сократиться более чем в 2-3 раза из-за повышенной температуры воспламенения топлива в камере сгорания.

Так что в процессе выбора марки и модели турбины специалисты стараются настроить давление турбины таким образом, чтобы оно не очень сильно повлияло на ресурс двигателя.

 

К сожалению, эта проблема относится не только автомобилям, на которые с помощью тюнинг работ были установлены турбокомпрессоры. Даже заводские турбированные двигатели в наши дни имеют не очень большой ресурс. Особенно это касается недорогих автомобилей, которые в последние годы стали оснащаться малолитражными двигателями, оснащенные турбинами. Производители таких автомобилей в погони за потребителем, стараются сделать транспортные средства самыми экономичными на рынке без потери мощности. Согласно законам физики, это возможно только за счет увеличения давления кислорода, который поступает в двигатель. Естественно, в этом случае производитель настраивает турбину на максимально высокое давление, что неизбежно ведет к существенному уменьшению срока службы двигателя.

 

Как увеличить срок службы турбокомпрессора?

Турбокомпрессор нуждается в постоянной масляной смазке. Когда вы запускаете автомобиль, то, как правило, первые секунды турбокомпрессор работает в режиме нехватки масляной смазки. Поэтому не советуем владельцев турбированных автомобилей трогаться с места сразу после запуска двигателя. Так что после того, как вы запустили мотор, подождите около 30 секунд, пока турбина равномерно не смажется маслом.

В крайнем случае вы можете все-таки тронуться с места сразу после запуска двигателя, но в таком случае езжайте на небольшой скорости (на низких оборотах двигателя). Таким образом вы избежите преждевременного износа внутренних компонентов турбины.

 

Также не советуем вам выключать двигатель после движения на высокой скорости. Дело в том, что если после движения на больших оборотах двигателя вы сразу заглушите мотор, то турбина еще будет крутиться по инерции еще около 20 секунд фактически без смазки, поскольку система масляной смазки работает только при включенном двигателе.

 

Кроме того, чтобы турбина преждевременно не вышла из строя, вы должны использовать моторное масло, только рекомендованное автопроизводителем. Желательно, если вы будете приобретать масло у официальных дилеров. Так вы снизите риск купить поддельное некачественное моторное масло, которое может не только в короткий срок вывести турбокомпрессор из строя, но и существенно снизить ресурс двигателя.

 

Что может сломаться в турбокомпрессоре автомобиля?

Большинство дефектов турбины происходят из-за недостаточной смазки. В случае недостаточной или не эффективной смазки (старое или поддельное моторное масло) внутренние компоненты могут быстро выйти из строя из-за повышенного трения друг с другом.

 

Еще одной частой причиной выхода из строя турбины является несвоевременная замена воздушного фильтра. Дело в том, что из-за грязного воздушного фильтра масло может быстро становится загрязненным, что в итоге приведет к неэффективной смазки турбокомпрессора. В первую очередь, в этом случае, может быстро выйти из строя подшипник турбины.

 

Так что, если вы заметите, что турбина автомобиля стала работать громче чем обычно, или появились вибрации, а также если вы обнаружили утечку масла с турбокомпрессора, то необходимо как можно скорее отправиться в технический центр для комплексной диагностики турбины и всех связанных с нею систем, чтобы, вовремя обнаружив проблему, не допустить выхода из строя не только турбины, но и двигателя.

 

Возможно ли отремонтировать турбину в автомобиле

На первых этапах развития турбированных двигателей, в случае выхода турбокомпрессоров из строя приходилось приобретать новую турбину, так как ремонту они не подлежали. Но благодаря развитию технологий автопроизводители научились производить турбокомпрессоры, которые в наши дни подлежат частичному ремонту с помощью специальных ремкомпектов.

 

К сожалению, произвести ремонт турбины самостоятельно у вас не получится. Помните, что ремонт турбокомпрессоров должен выполняться только квалифицированным персоналом, которые должны помимо своего опыта, иметь специальные инструменты и оборудование.

 

При ремонте турбин должны использоваться только оригинальные сертифицированные детали турбокомпрессоров. В противном случае некачественные детали турбины могут не только полностью вывести турбокомпрессор из строя, но серьезно повредить двигатель вашего автомобиля.

Как работает турбокомпрессор

Как работает турбокомпрессор
 
Содержание статьи
 
  1. Введение
  2. Турбокомпрессоры и двигатели
  3. Устройство турбокомпрессора
  4. Детали турбокомпрессора
  5. Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей
  6. Узнать больше
  7. Читайте также » Все статьи про работу двигателя
 
 
В этой статье мы узнаем, каким образом турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя в жестких условиях эксплуатации. Мы также узнаем о том, как регуляторы давления наддува, керамические лопатки турбины и шариковые подшипники улучшают работу турбокомпрессора. Турбокомпрессоры являются своего рода системой наддува. Они сжимают воздух, поступающий в двигатель (читайте статью "Как работает автомобильный двигатель" для описания движения воздуха в обычном двигателе). Преимущество сжатия воздуха состоит в том, что при этом можно впустить больше воздуха в цилиндр, и, соответственно, больше топлива. Таким образом, при каждом взрыве в цилиндрах высвобождается больше энергии. Двигатель с турбонаддувом является более мощным по сравнению с обычным двигателем. Благодаря этому существенно увеличивается удельная мощность двигателя (для получения более подробной информации, рекомендуем прочитать статью "Как работает лошадиная сила").
 
Для увеличения мощности двигателя, турбокомпрессор использует выхлопные газы для вращения турбины, которая, в свою очередь, вращает нагнетатель воздуха. Турбина турбокомпрессора вращается со скоростью до 150.000 оборотов в минуту (об/мин) - это примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения большинства автомобильных двигателей. В связи с тем, что выхлоп идет на турбокомпрессор, температура в турбине очень высокая.
 
Далее мы расскажем о том, как узнать, насколько увеличится мощность двигателя, если установить турбокомпрессор.

 
 
 

Система турбонаддува автомобиля Mitsubishi Lancer Evolution IX.
 
Турбокомпрессоры и двигатели
 
Одним из самых эффективных способов увеличения мощности двигателя является увеличение количества сгораемого воздуха и топлива. Для этого можно установить дополнительные цилиндры или увеличить их объем. В некоторых случаях невозможно осуществить эти модификации, поэтому установка турбокомпрессора может стать более простым и компактным способом увеличения мощности, особенно для подержанных автомобилей.
 
Турбокомпрессоры позволяют двигателю сжигать больше топлива и воздуха благодаря увеличению подачи смеси в цилиндры. Стандартное давление сжатия воздуха турбокомпрессором составляет 6-8 фунт/дюйм2 (0,4 - 0,55 бар). Учитывая, что нормальное атмосферное давление составляет 14,7 фунт/дюйм2 (1 бар), при помощи турбокомпрессора в двигатель поступает на 50% больше воздуха. Следовательно, можно рассчитывать на увеличение мощности двигателя на 50%. Однако, эта технология не идеальна, поэтому мощность увеличивается на 30 - 40%.
 
Одна причина недостаточной эффективности состоит в том, что энергия, которая вращает турбину, не является свободной. Турбина, установленная в потоке выхлопных газов, создает препятствие для выхода газов. Это означает, что во время такта выпуска двигатель должен преодолеть высокое противодавление. В связи с этим происходит расход энергии работающих цилиндров.
 

 
Расположение турбокомпрессора в автомобиле

 
Устройство турбокомпрессора
 
Турбокомпрессор крепится к выпускному коллектору двигателя при помощи болтового соединения. Выхлопы из цилиндра вращают турбину, которая работает как газотурбинный двигатель. Турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор сжимает воздух, поступающий в цилиндры.
 
Отработанные газы от цилиндра проходят через лопатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит через лопатки, тем быстрее происходит вращение.
 
С другой стороны вала, который установлен на турбине, компрессор вводит воздух в цилиндры. Компрессор представляет собой своего рода центробежный насос -- он втягивает воздух в центр лопаток и выпускает его под давлением во время вращения.
 
Для того, чтобы выдержать скорость вращения до 150.000 об/мин, вал турбины должен иметь надежную опору. Большинство подшипников не выдержит такую скорость и взорвется гидростатические подшипники. Такой тип подшипников поддерживает вал на тонком слое масла, которое непрерывно подается. Это обусловлено двумя причинами: Масло охлаждает вал и некоторые другие детали турбокомпрессора и позволяет валу вращаться, снижая трения.
 
Существует много различных решений, связанных с конструкцией турбокомпрессоров для автомобильных двигателей. На следующей странице мы расскажем о некоторых оптимальных вариантах и рассмотрим, как они влияют на работу двигателя.
 

Слишком сильное сжатие?

 

Когда воздух под давлением запускается в цилиндры при помощи турбокомпрессора и затем сжимается поршнями (читайте статью "Как работает автомобильный двигатель" для наглядного описания), существует риск самовозгорания смеси. Возгорание может произойти при сжатии воздуха, т.к. при этом возрастает температура. При высокой температуре может произойти возгорание еще до срабатывания свечи зажигания. Для предотвращения раннего сгорания топлива, автомобили с турбокомпрессором рекомендуется заправлять высокооктановым бензином. Если давление наддува слишком высокое, возможно придется уменьшить степень сжатия двигателя для того, чтобы избежать раннего сгорания топлива.

 

 

Как устанавливается турбокомпрессор
 
 
 

 

Как турбокомпрессор выглядит изнутри
 

 

 
Детали турбокомпрессора
 
Одна из основных проблем турбокомпрессоров состоит в том, что они не обеспечивают мгновенный форсированный наддув по нажатию на педаль газа. Турбине требуется несколько секунд для того, чтобы набрать скорость вращения, необходимую для наддува. В результате возникает задержка между временем нажатия на педаль газа и временем начала ускорения автомобиля при срабатывании турбины.
 
Одним из способов устранения задержки является снижение инерции вращающихся деталей, благодаря снижению их массы. Это способствует более быстрому набору скорости вращения турбины и компрессора и раннему началу наддува. Одним из наиболее надежных способов снижения инерции турбины и компрессора является уменьшение их размеров. Небольшой турбокомпрессор быстрее начнет наддув при низкой скорости работы двигателя, однако он не сможет обеспечить достаточный наддув при больших скоростях двигателя, когда в цилиндры поступает значительные объемы воздуха. Также существует риск слишком быстрого вращения на высоких скоростях двигателя, т.к. при этом через турбину проходит значительный объем выхлопа.
 
Большой турбокомпрессор может обеспечить сильный наддув при высокой скорости вращения двигателя, однако при этом может наблюдаться сильная задержка наддува, т.к. необходимо определенное время на разгон тяжелой турбины и компрессора. К счастью, существует ряд решений данных проблем.
 
В большинстве автомобильных турбокомпрессоров используется регулятор давления наддува, который позволяет уменьшить время задержки наддува небольших турбокомпрессоров, предотвращая слишком быстрое вращение при высокой скорости вращения двигателя. Регулятор давления наддува представляет собой клапан, который обеспечивает выпуск выхлопа в обход лопаток турбины. Регулятор давления наддува измеряет давление наддува. Если давление слишком высокое, это означает, что турбина вращается слишком быстро, поэтому регулятор давления наддува выпускает определенное количество выхлопа в обход лопаток для снижения скорости вращения турбины.
 
В некоторых турбокомпрессорах используются шариковые подшипники вместо гидростатических подшипников для поддержки вала. Но это не обычные шариковые подшипники – это особые подшипники, изготовленные из специального материала, которые могут выдержать скорости и температуры турбокомпрессора. Они снижают трение вала турбины при вращении, как и гидростатические подшипники. Они также позволяют использовать меньший и облегченный вал. Благодаря этому происходит быстрый набор скорости турбокомпрессором, что, в свою очередь, снижает задержку.
 
Керамические лопатки турбины легче стальных лопаток, которые используются в большинстве турбокомпрессоров. Благодаря этому опять же происходит быстрый набор скорости турбокомпрессором, что снижает задержку.
 

 

Турбокомпрессор обеспечивает наддув при большой скорости вращения двигателя.
 

 
Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей
 
На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.
 
Когда воздух сжимается, он нагревается, а при нагревании воздух расширяется. Поэтому повышение давления от турбокомпрессора происходит в результате нагревания воздуха до его впуска в двигатель. Для того, чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо впустить в цилиндр как можно больше молекул воздуха, при этом не обязательно сжимать воздух сильнее.
 
Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. При впуске воздух проходит через герметичный канал в охладитель, при этом более холодный воздух подается снаружи по ребрам при помощи вентиляторов охлаждения двигателя.
 
Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. Это значит, что если турбокомпрессор сжимает воздух под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), охладитель осуществит подачу охлажденного воздуха под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), который является более плотним и содержит больше молекул, чет теплый воздух.
 
Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.
 
В старых автомобилях с карбюраторами автоматически увеличивается подачу топлива в соответствии с увеличением подачи воздуха. В современных автомобилях происходит то же самое. Система впрыска топлива ориентируется на данные датчика кислорода в выхлопе для определения необходимого соотношения топлива и воздуха, так что система автоматически увеличивает подачу топлива при установленном турбокомпрессоре.
 
При установке мощного турбокомпрессора на двигатель с впрыском топлива, система может не обеспечить необходимое количество топлива - либо программное обеспечение контроллера не допустит, либо инжекторы и насос не смогут осуществить необходимую подачу. В этом случае необходимо осуществлять уже другие модификации для максимального использования преимуществ турбокомпрессора.
 
Для получения большей информации по турбокомпрессорам, рекомендуем ознакомиться со ссылками на следующей странице.
 

 

Mazda RX-8 купе-кабриолет с установленной системой турбонаддува
 
Источник:  https://auto.howstuffworks.com/

Двигатель с турбонаддувом. Турбо или атмо, кто быстрее? — DRIVE2

Турбо или атмо, кто быстрее?

С тех пор, как начали появляться первые турбины на тюнингованных автомобилях, возникает вопрос — кто быстрее, автомобили с турбонаддувом или атмосферники с большими распредвалами?

Ответ однозначен — правильно собранный турбо мотор не оставит никакого шанса самому "злому атмо".

Самый мощный атмосферный двигатель на данный момент применяется в боллидах Формула-1, с одного литра объёма двигателя снимается около 300 л/с.

Для примера: правильно собранный турбо мотор выдаёт до 900 л/с с литра объёма, при наддуве 5,5 атмосфер. Такие моторы применялись на Формуле-1 во времена турбо-эры с 1977 по 1988 г, с мотора объёмом 1,5 литра снимали от 700 до 1400 л/с .
Подобные моторы сейчас применяются в драг рейсинге класса "top fuel" в США, с мотора объёмом 8,2 литра снимается 7000 л/с.

От куда же берутся эти лошадиные силы? Ведь обычный мотор внутреннего сгорания имеет около 60 л/с с литра.

Обычный мотор рассчитан на езду в городских условиях, с крутящим моментом на низких оборотах. Такая компоновка имеет свои ограничения в максимальной мощности и скорости. Цилиндры двигателя имеют огромный потенциал для увеличения мощности без увеличения объёма двигателя.

На сколько можно повысить мощность двигателя с помощью турбины? При увеличении наддува на 1 атмосферу, мощность увеличивается примерно на 100%. То есть если двигатель имел изначально 100 л/с, то при давлении турбонаддува 3 атмосферы (3 бар), его мощность возрастёт на 300 л/с. Естественно двигатель должен быть подготовлен к такой нагрузке: резко возрастает тепловой режим работы мотора — повышается температура клапанов, поршней, масла, охлаждающей жидкости, выпускной системы. Эти элементы должны быть доработаны к условиям возросшей температуры. Возрастает нагрузка на поршни, шатуны, коленвал, блок двигателя, сцепление, трансмиссию. Эти элементы автомобиля должны быть подобраны в соответствии с возросшей мощностью.

Степень сжатия на турбо моторах должна быть уменьшена в зависимости от давления наддува. На самом деле высокая степень сжатия с использованием высокооктанового топлива даёт не такую уж большую прибавку мощности, как разница в цене на топливо. При увеличении степени сжатия на единицу — мощность возрастает примерно на 1,5%. Конечно существует топливо с высоким октановым числом — метиловый спирт. Его использование на атмосферном двигателе позволяет применять степень сжатия 1:16, но прибавка мощности с высокооктановым топливом не слишком существенна. Так что не нужно скупиться на уменьшении степени сжатия на турбо моторах, и в моторах с закисью азота. На мощных турбо моторах степень сжатия находится в пределах 7-8, в зависимости от применяемого топлива. Детонация очень разрушает мотор, так что лучше меньше, чем больше.

▪Выбор турбокомпрессора.

— Турбокомпрессоры Garrett.

Широкое распространение в использовании на серийных дизельных и бензиновых двигателях получили турбины Garrett, которые производятся на 14 заводах по всему миру. Они так же активно используются в автоспорте и тюнинге. Имеются турбины Garrett не только с подшипниками скольжения (бронзовые втулки) как на ТКР, но и с шарикоподшипниками, которые имеют обозначение с буквой "R", например GT42R. Шарикоподшипники менее чувствительны к масляному голоданию, повышенным оборотам, имеют меньшее трение, и соответственно быстрее раскручиваются. Так же имеются турбины с каналом для охлаждения подшипника с помощью охлаждающей жидкости, что благоприятно сказывается на их сроке службы.

— Турбокомпрессоры ТКР.

Турбокомпрессоры произведённые в России и странах СНГ имеют обозначение — ТКР, в Чехии C и K. По типоразмерам практически аналог старых турбин Garrett, но имеют крупную горячую часть, для больше объёмных двигателей. Существует несколько типов, которые отличаются размерами и производительностью, а так же КПД от 43 до 77%. Они используются на дизельных двигателях разной мощности, серийное применение на бензиновых двигателях данных турбин отсутствует.

Возможно ли применение турбин от дизеля на бензиновых двигателях?
Да возможно.

Не сгорят ли лопасти турбины, предназначенной для дизельных двигателей, на бензиновом моторе, ведь температура горения бензина выше чем солярки?
Случаев сгорания лопастей турбины от дизеля на бензиновом двигателе в практике не обнаружено. Температура выхлопных газов прежде всего отдаётся поршням, клапанам, блоку цилиндров, выпускному коллектору, и только потом — турбине.

Турбокомпрессор для тюнинга стоит выбирать по размерам турбинной и компрессорной части. Чем меньше турбинная (горячая) часть, тем раньше начнётся наддув на двигателе. Но маленькая горячая часть на определённых оборотах начнёт "затыкать" двигатель. Для серийных и городских машин это вполне приемлимо.
То же самое можно сказать о компрессорной части, чем меньше, тем раньше затыкает впуск двигателя, и выдаёт относительно небольшое давление наддува.
Но большая компрессорная часть рассчитана на высокий наддув и мощность двигателя, поэтому для городских машин не применяется. Так же большое компрессорное колесо вызывает помпаж на малообъёмных двигателях.

— Прочие турбокомпрессоры.

Широкое применение в автотюнинге имеют турбины от японских раллийных автомобилей Mitsubishi TD04, TD05 и TD06, а так же их китайские, более дешёвые аналоги. Турбокомпрессор TD04 применяется на двигателях до 250 л/с, TD05 до 370 л/с, а TD06 до 450 л/с.

▪Расход воздуха турбинами и степень повышения наддува.

На данной схеме представлен расход воздуха турбин Garrett в фунтах/мин и степень повышения давления. Расход воздуха 10 фунтов в минуту равняется примерно 100 л/с конечной мощности двигателя.
Степень повышения давления на картах (абсолютное давление), всегда на единицу больше избыточного давления, которое показывает манометр во впуске.

Каждая турбина имеет определённую производительность накачки воздуха. Максимальное давление наддува получается на оптимальных оборотах ротора, превышать которые не стоит, иначе пострадает подшипник турбины. На данной схеме показана производительность турбин ТКР.

К примеру турбина ТКР-6, которая применяется на машинах типа "Бычок", "Валдай", выдаёт максимально 130 л/с на дизельном двигателе, и 250 л/с на бензиновом.
Имеются экземпляры автомобилей ВАЗ с гибридным турбокомпрессором ТКР 6-7, мощностью свыше 300 л/с. На ТКР-6 диаметр компрессорного колеса 60 мм, а на ТКР-10 соответственно 100 мм, это видно из маркировки турбин.
ТКР рассчитаны на двигатели большого объёма, поэтому есть смысл при применении на бензиновых малообъёмных двигателях составлять гибрид, то есть брать горячую часть от более мелкой турбины, для более ранней раскрутки турбинного вала (спул).

▪Клапан вестгейт (Wastegate).

Обходной клапан вестгейт служит для защиты подшипника турбины и двигателя от разрушения. Поток выхлопных газов старается раскрутить крыльчатку до бесконечности, тем самым нагнетая всё больше и больше воздуха в двигатель. Соответственно воздух увеличивает количество рабочей смеси, увеличивая поток выхлопных газов. Турбина раскручивается ещё быстрее. Получается замкнутый цикл.

Если этот цикл не остановить, турбина набирает обороты гораздо больше максимальных 100000-150000 об/мин, выдавая большое давление наддува. Если двигатель не рассчитан на такое давление, произойдёт детонация, и скорый выход из строя поршней. Так же высокие обороты турбины вызывают помпаж (Surge), это когда воздух уже идёт не в двигатель, а обратно на вход компрессора, с соответствующим звуком.

Обходной клапан бывает двух видов: встроенный и внешний. Встроенный (актуатор) крепится прямо на турбине, и имеет заслонку, которая отводит часть выхлопных газов, при достижении определённого давления, в обход турбины, в глушитель. У него ограниченные возможности, он не может отводить слишком большой поток выхлопных газов.
Внешний клапан выполняет те же функции, но крепится на выпускном коллекторе. При достиженнии заданного давления компрессора, открывается, и начинает стравливать выхлопные газы с выпускного коллектора, в обход турбины — в глушитель, не позволяя раскручиваться турбине больше положенного.

▪Клапан блоу-оф (Blow-Off).

Его так же называют — байпасс, перепускной клапан (Bypass valve). Блоу-офф сбрасывает воздух на улицу (с соответствующим звуком), а байпасс обратно на вход турбины, как правило применяется с ДМРВ. В отличии от вестгейта этот клапан открывается не от давления турбокомпрессора, а от вакуума, который создаётся во впуске при закрытии дроссельной заслонки. Клапан блоу-оф ставится на впускной патрубок, между компрессором и дросселем. А вакуум берётся там же, где и на тормоза: во впускном коллекторе.

Представьте ситуацию: вы разгоняете двигатель, турбина набирает максимальные обороты, давление воздуха во впуске 2,5 атмосферы, поток воздуха на большой скорости поступает в двигатель, и… вы бросаете газ, что бы переключить скорость. Дроссельная заслонка закрывается, но турбина крутится на тех же оборотах. Упс… кажется это был пневмоудар (помпаж). Лопаткам компрессора в этот момент не позавидуешь. Как правило частый помпаж гнёт вал компрессора, лопатки, изнашивает упорный подшипник.
В


Смотрите также