8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Турбонаддув что это


Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель

Турбонаддув представляет собой разновидность наддува, позволяющий подавать воздух в цилиндры ДВС под высоким давлением, которое обеспечивается высвобождаемой от сгорания топлива энергией выхлопных газов.

За счет турбонаддува повышается рабочая мощность двигателя, при этом не увеличивается внутренние объемы цилиндров двигателя и количество оборотов, совершаемых коленвалом. Кроме всего прочего турбонаддув позволяет снизить прожорливость двигателя, а также уменьшить токсичность газов благодаря более эффективному сгоранию топливовоздушной смеси.

Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе. При этом использование системы турбонаддува на дизелях считается более выгодным благодаря высокому показателю сжатия ДВС и малой частоте оборотов коленвала.

В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • воздушный заборник и фильтр;
  • дроссельная заслонка;
  • турбинный компрессор;
  • интеркулер;
  • коллектор впускной;
  • соединительные патрубки;
  • напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.

Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Интеркулер

Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.

Регулятор давления наддува

Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува. 

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.

Принцип действия турбонаддува

Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.

Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:

  • Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно – это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
  • Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
  • Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем – механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.

Что такое турбонаддув … — DRIVE2

Несомненно, каждый из нас хоть раз в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как нарочно, делают эти шильдики небольшого размера и размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий не заметит и пройдёт мимо. А понимающий человек непременно остановится и заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.
Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) постоянно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как это сделать? Тут-то нас и поджидают проблемы.

Турбокомпрессор состоит из двух «улиток» — через одну проходят отработавшие газы, а вторая «качает» воздух в цилиндры.

Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Мешать топливо с воздухом нужно не на глазок, а в определённом соотношении. К примеру, для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 14–15 частей воздуха — в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов.
Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и поступали американцы, выпуская огромные двигатели с умопомрачительным расходом горючего. А есть ли способ загнать в тот же объём больше воздуха?

Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры. Перед тем как это произойдёт, воздух проходит через интеркулер и охлаждается — так можно повысить его плотность.

Есть, и впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знакомая фамилия? Ещё бы, именно она используется в названии DaimlerChrysler. Так вот, этот немец весьма неплохо соображал в моторах и ещё в 1885 году придумал, как загнать в них больше воздуха. Он догадался закачивать воздух в цилиндры с помощью нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение непосредственно от вала двигателя и загонял в цилиндры сжатый воздух.
Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Buchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, и ему категорически не нравилось, что моторы были большими и тяжёлыми, а мощности развивали мало. Отнимать энергию у «движка», чтобы вращать приводной компрессор, ему также не хотелось. Поэтому в 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Проще говоря, он придумал турбонаддув.

Идея умного швейцарца проста, как всё гениальное. Как ветра вращают крылья мельницы, также и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница только в том, что колесо это очень маленькое, а лопаток очень много. Колесо с лопатками называется ротором турбины и посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель.

Аналог турбонаддува — приводной нагнетатель — жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.

В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, часто приходится дополнительно охлаждать — тогда его давление можно будет сделать выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух (уже в цилиндре ДВС) легче, чем горячий.
Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, а также от деталей турбонаддува, разогретого выхлопными газами. Подаваемый в двигатель воздух охлаждают при помощи так называемого интеркулера (промежуточный охладитель). Это радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя через него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А холодный воздух более плотный — значит, его можно загнать в цилиндр ещё больше.

А вот так выглядит интеркулер.

Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем немного энергии двигателя — всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения — после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные. Кроме того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Всё это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, счастье. Ан нет, не всё так просто. Проблемы только начались.

Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов достигает, только попробуйте представить, 1000°C! Что всё это означает? То, что сделать турбонаддув, который сможет выдержать такие неслабые нагрузки длительное время, весьма дорого и непросто.

Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбонаддув до очень высоких температур.

По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели для своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позже. Случилось это в 1962 году, когда почти одновременно увидели свет Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.
Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Дело в том, что эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем не тянет, и только потом, тысяч после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно. Бывают и более изощрённые конструкции. Например, инженеры придумали устанавливать на мотор не одну, а две турбины. Одна работает на маленьких оборотах двигателя, создавая тягу на «низах», а вторая включается позже. Такое решение получило название twin-turbo и позволило убить сразу двух зайцев — и турбояму, и проблему нехватки мощности. В конце минувшего века автомобили с последовательной схемой подключения турбин имели некоторую популярность, их выпускали Nissan, Toyota, Mazda и даже Porsche. Однако в силу сложности конструкции век таких аппаратов оказался недолог, и распространение получили другие идеи. Например, параллельный турбонаддув, или biturbo. То есть вместо одной турбины ставят две маленькие одинаковые турбины, которые работают независимо друг от друга. Идея такова: чем меньше турбина, тем быстрее она раскручивается, тем более «отзывчивым» получается двигатель. Как правило, две маленькие турбины ставили на V-образные двигатели, по одной на каждую «половинку».
Ещё один вариант — турбины с двумя «улитками», или twin-scroll. Одна из них (чуть большего размера) принимает выхлопные газы от одной половины цилиндров двигателя, вторая (чуть меньшего размера) — от второй половины цилиндров. Обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её и на малых, и на больших оборотах.

Турбина twin-scroll имеет двойную «улитку» турбины — одна эффективно работает на высоких оборотах двигателя, вторая — на низких

Но и на этом конструкторы не успокоились. Естественно, чем городить две турбины, гораздо проще обойтись одной. Надо только сделать так, чтобы турбина одинаково эффективно работала во всём диапазоне оборотов. Так появились турбины с изменяемой геометрией. Здесь и начинается самое интересное. В зависимости от оборотов поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Иде

Немного про турбонаддув. Часть 1 — DRIVE2

Я тут недавно прочитал у кого-то на драйве про чип-тюнинг BMW 320d F-серии. Не помню точно, F34 это была или F30, но точно помню, что 320d. Человек был очень доволен и писал, что в его машину была залита оригинальная программа от мотора 25d. Он также утверждал, что его мотор, но с другой программой (т.е. мотор 25d), устанавливается на X5 и выдает там 218 сил. В общем, вроде как, все сводится к программному обеспечению. Прочитав пост я задумался, а так ли это на самом деле? Действительно ли на 320d и 325d устанавливается один и тот же мотор, но с разными прошивками? Короче я решил разобраться в этом вопросе и начал копаться в интернатах. В итоге копался я пару дней и накопал столько материала, что пришлось разбить его на несколько частей:

Часть 1. Введение и принцип действия турбонагнетателя.
Часть 2. Различные технологии турбонаддува.
Часть 3. Так какую же технологию использует BMW?

Итак, поехали — часть первая: введение и принцип действия турбонагнетателя.

Введение. Пример VAG
До трешки GT я ездил на VW Passat CC с мотором 2.0 TDI (140 л.с.). В гамме VW был также вариант Passat CC с мотором 2.0 TDI, но с отдачей 170 л.с. Вот там действительно мотор был один и тот же, различие заключалось лишь в программе управления двигателем, а именно в давлении наддува. У меня даже по началу были мысли прошить блок управления оригинальной программой под 170 л.с. Тут надо заметить, что вообще-то я не большой сторонник чип-тюнинга. Особенно если речь идет о дешевых «волшебных коробочках», которые подключаются к проводке авто и дают «небывалый прирост мощности и крутящего момента» за скромные деньги. Есть также конторы, которые сами пишут программы управления двигателем для разных моделей автомобилей. К ним у меня тоже отношение скептическое, так как невозможно написать качественную программу под каждый двигатель каждой модели каждой марки машин.

Другое дело оригинальная программа. Особенно если по железу моторы одинаковые, а разница только в ПО. Но внимательно почитав форумы мне все чаще встречалось мнение, что программа на 170 л.с. получилась у VW не очень удачная, и что моторы с отдачей в 140 л.с., якобы, более надежные. Поэтому я решил отказаться от этой затеи.

Часть 1. Принцип действия турбонагнетателя.
Чтобы понять, чем же отличаются друг от друга различные технологии турбонаддува, нужно вспомнить сам принцип его действия. В процессе подготовки этой статьи я нашел на YouTube канал одного паренька. У него там много видео, где он объясняет принцип действия различных узлов автомобиля. В том числе, есть отдельный раздел про турбонаддув и разные его типы. Довольно познавательно, надо заметить. Так что если кто владеет английским — загляните: www.youtube.com/channel/UClqhvGmHcvWL9w3R48t9QXQ

Итак, классический турбонагнетатель (см. рис. 1 ниже) состоит из двух крыльчаток, находящихся на одной оси, и работает следующим образом. После того, как в цилиндрах происходит воспламенение смеси, открываются выпускные клапаны и выводят выхлопные газы из цилиндров в выпускной коллектор. Далее поток выхлопных газов проходит через улитку турбины (закрученный корпус, с виду похож на улитку) и попадает на лопасти так называемой горячей крыльчатки (так как выхлопные газы на выходе из цилиндров имеют температуру около 900 градусов). Этот горячий поток раскручивает крыльчатку и уходит в выхлопную трубу. Обе крыльчатки турбины установлены на одной оси. Соответственно, раскручиваясь, горячая крыльчатка раскручивает и вторую, холодную крыльчатку, которая находится на другом конце оси. Холодная крыльчатка засасывает поступающий через систему впуска воздушный поток и нагнетает (или другими словами сжимает) его для подачи в цилиндры. Правда, перед тем как этот сжатый воздух подает в цилиндры, он проходит через интеркулер, чтобы понизить его температуру. Ведь в процессе сжатия воздух нагревается под давлением.

Рис. 1: классический турбонагнеталь

Понятно, что чем больше обороты двигателя, тем больше он производит выхлопных газов, а они, в свою очередь, сильнее раскручивают горячую крыльчатку. Но проблема классического турбонагнетателя в том, что на малых оборотах выходящий из цилиндров поток выхлопных газов не в состоянии раскрутить горячую крыльчатку до нужной скорости, так как не обладает достаточной интенсивностью. Холодная же крыльчатка, в свою очередь, не может сжать поступающий воздух до необходимого давления перед подачей в цилиндры, опять же из-за недостаточной скорости вращения. Происходит это потому, что форма горячей крыльчатки рассчитана на оптимальную работу при средних и высоких оборотах, когда поток выхлопных газов достаточно интенсивен. При низких оборотах, когда интенсивность потока выхлопных газов недостаточно велика, турбонагнетатель не может создать в системе впуска необходимое давление и появляется так называемый эффект турбо-ямы. Проще говоря, вы жмете на газ, а машина «не едет», и только когда двигатель достигает 2000-2500 об/мин турбина включается в работу и происходит рывок.

При слишком высоких оборотах классический турбонагнетатель также не слишком эффективен, потому что горячая крыльчакта в такой ситуации должна крутиться слишком быстро, что может вызвать недостаток смазки механизмов турбонагнетателя и, как следствие, масляное голодание. А работа турбины без смазки в течение всего пары секунд может вывести ее из строя. Чтобы предотвратить поломку турбины, вызванную ее работой на слишком высоких оборотах, в корпусе горячей крыльчатки предусмотрен клапан, при открытии которого излишние выхлопные газы выходят напрямую в выхлопную трубу, не попадая на крыльчатку турбины. И тем самым эффективность турбонагнеталя при открытом клапане падает.

Подытоживая все вышесказанное про классический турбонагнеталь, мы имеем вот что: эффект турбо-ямы на низких оборотах, неэффективная работа на высоких оборотах. Для водителя первое означает запоздалый и нелинейный отклик на педаль газа. Оба же описанных недостатка подразумевают частые переключения передач, чтобы постоянно держать двигатель "в тонусе", т.е. поддерживать обороты в диапазоне максимального крутящего момента. Эти проблемы заставили инженеров придумать более совершенную технологию, но об этом уже в следующей части. На последок несколько графиков зависимости мощности и крутящего момента от оборотов двигателя — атмосферный мотор (рис. 2) vs. турбо-мотор (рис. 3):

Рис. 2: характеристика мощности и крутящего момента в зависимости от оборотов двигателя — атмосферный мотор.

Рис. 3: характеристика мощности и крутящего момента в зависимости от оборотов двигателя — турбо-мотор.

На обоих графиках синяя линия изображает крутящий момент в ньютон-метрах, красная — мощность в киловаттах. Возможно сравнение не совсем корректное, так как на графике для турбо-мотора представлена характеристика дизеля, да еще и оппозитного. Но главное отличие тем не менее все равно можно проследить — на рис. 3 хорошо видно так называемую "полку" крутящего момента у турбо-мотора. То есть при оборотах двигателя в диапазоне от 1800 об/мин до 2400 об/мин доступен максимальный крутящий момент, который в данном случае составляет 350 ньютон-метров. У атмосферного же двигателя максимальный крутящий момент доступен только в одной точке. Скажу сразу, что разные технологии турбонаддува влияют на форму синей линии на рис. 3, а именно на то, насколько резко/полого она поднимается к "полке" и насколько резко/полого опускается после "полки". Другими словами, различные технологии призваны увеличить ширину "полки" крутящего момента, а также сделать так, чтобы начиналась эта "полка" как можно раньше.

На сегодня все и до встречи в следующей части!

Часть 2. Различные технологии турбонаддува.
Часть 3. Так какую же технологию использует BMW?

описание и принцип работы, плюсы и минусы

Среди всех возможных вариантов наддува двигателя внутреннего сгорания наибольшее распространение получил турбонаддув, в котором воздух подается в цилиндры при помощи специального устройства — турбокомпрессора (турбины). Вращение турбины осуществляют отработавшие газы, что позволяет существенно увеличить мощность двигателя без увеличения частоты оборотов последнего. Помимо этого, турбонаддув позволяет получать большие значения крутящего момента при небольшом расходе топлива. В сравнении с классическими конструкциями при аналогичной мощности турбированный двигатель имеет более компактные габаритные размеры.

Устройство системы турбонаддува

На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Принцип работы турбины

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • Воздухозаборник;
  • Воздушный фильтр;
  • Перепускной клапан — регулирует подачу отработавших газов;
  • Дроссельная заслонка — регулирует подачу воздуха на впуске;
  • Турбокомпрессор — повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
  • Интеркулер — охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
  • Датчики давления — фиксирует давление наддува в системе;
  • Впускной коллектор — распределяет воздух по цилиндрам;
  • Соединительные патрубки — необходимы для крепления элементов системы между собой.

Принцип работы турбонаддува

Схема работы турбонаддува двигателя

Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

  • Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо.
  • Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу.
  • Компрессор сжимает воздух, поступающий  из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер.
  • В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя.

В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе. Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом. В свою очередь, управление приводом осуществляется электронным блоком управления, который считывает информацию с датчика давления.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название «турбояма». Сущность явления заключается в следующем:

  • Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
  • Турбина вращается в соответствующем режиме.
  • При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
  • После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка — «турбояма». Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от «турбоямы»:

  • Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
  • Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
  • Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
  • Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

Что такое турботаймер и для чего он необходим

Турботаймер

Другой стороной инерционности системы с турбокомпрессором является необходимость снижать обороты постепенно. Нельзя резко выключать зажигание после того, как двигатель работал на высоких оборотах. Это обусловлено тем, что подшипники будут продолжать вращение, а поскольку масло не будет подаваться в систему — возникнет повышенное трение. Оно, в свою очередь, спровоцирует быстрый износ вала турбины.

Для решения этой проблемы применяется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается в цепь зажигания. После выключения з

Интересно про турбонаддув — DRIVE2

Виды наддува

Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е., чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат. Однако самое простое решение — повысить мощность двигателя путем увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции. Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом в этой ситуации является наддув.
Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный — на пути воздуха находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах — еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном — тогда воздуха в цилиндре "поместится" больше. 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.

Виды наддува

В ДВС применяют три типа наддува:

• резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)
• механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя
газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение
• потоком отработавших газов.

У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Резонансный наддув

Как уже отмечалось в начале статьи, для лучшего наполнения цилиндра следует поднять давление перед впускным клапаном. Между тем повышенное давление необходимо вовсе не постоянно — достаточно, чтобы оно поднялось в момент закрытия клапана и «догрузило» цилиндр дополнительной порцией воздуха. Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора. Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент. Теория проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины. При коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах, при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный впускной канал или его подключение. Последний вариант называют еще динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут ускорить течение впускного столба воздуха. Эффекты наддува, создаваемые за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Для полноты картины отметим, что существует еще инерционный наддув, при котором основным фактором создания избыточного давления перед клапаном является скоростной напор потока во впускном трубопроводе. Дает незначительную прибавку мощности при высоких (больше 140 км/ч) скоростях движения. Используется в основном на мотоциклах.

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.
Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.
Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors. Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.
Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «double screw» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку. Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.

Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе. Центробежные нагнетатели страдают аналогичным, хотя и менее заметным инерционным пороком, но есть и еще одна важная особенность. Фактически величина производимого давления пропорциональна квадрату скорости компрессорного колеса. Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере любительского тюнинга.
Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува. При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) 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 нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

Газотурбинный наддув

Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от "турбо". Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов.
К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую

Немного про турбонаддув. Часть 2 — DRIVE2

Часть 1. Введение и принцип действия турбонагнетателя.
Часть 3. Так какую же технологию использует BMW?

Часть 2. Различные технологии турбонаддува.
В этой части я опишу различные технологии турбонаддува, а именно:

— Twin-turbo (Bi-turbo) и основные его разновидности;
— турбонагнетатель с изменяемой геометрией;
— турбонагнетатель Twin-scroll.

Итак, поехали!

Twin-turbo & Bi-turbo
Сразу стоит отметить, что это одно и то же. Оба понятия подразумевают использование двух турбонагнетателей. В зависимости от типа двигателя существуют разные варианты двойного турбонаддува. На V-образных моторах чаще всего используется параллельная схема, когда два турбонагнетателя одинакового размера устанавливаются на разные «половинки» двигателя. Такая схема по сути аналогична классической схеме с одним турбонагнетателем, описанной в первой части. Две половинки мотора в такой схеме можно рассматривать как два отдельных двигателя.

Есть также последовательная схема, когда два одинаковых турбонагнетателя ставятся последовательно друг за другом. Такая схема используется в основном в рядных бензиновых 4- и 6-цилиндровых моторах. Тогда на низких оборотах, когда выхлопных газов недостаточно для того, чтобы раскрутить обе турбины, работает только один турбонагнетатель. При повышении оборотов двигателя подключается и второй. Работа их регулируется с помощью перепускных клапанов, которые могут перекрывать подачу выхлопных газов на одну из турбин и таким образом отключать ее.

Но меня в данном случае больше интересуют дизельные двигатели с двумя турбонагнетателями. Так вот на них чаще всего используется немного другая схема. Из-за того, что дизельные двигатели менее «оборотистые», чем бензиновые, то на малых оборотах они производят недостаточно выхлопных газов для раскрутки большой турбины. При этом турбонагнетатели также устанавливаются последовательно, но они разные по размеру. Такая схема на примере рядного 6-цилиндрового дизельного двигателя BMW N57 представлена на рис. 1 ниже:

Рис. 1: twin-turbo с последовательной схемой подключения турбин (6-цилиндровый дизель BMW N57).

На схеме отчетливо видно, что один из турбонагнетателей меньше другого. Также на рис. 1 представлено 3 сценария работы — на малых, средних и высоких оборотах. Кроме двух турбонагнетателей на схеме изображены три клапана, которые регулируют работу турбин. На малых оборотах все клапаны закрыты и поток выхлопных газов принудительно направляется на маленькую турбину, а затем на большую. Таким образом большая турбина предварительно сжимает входящий поток воздуха, а маленькая сжимает его еще сильнее и подает в цилиндры.

На средних оборотах один из перепускных клапанов приоткрывается и большая турбина включается в работу более активно, тогда оба нагнетателя работают вместе. На высоких же оборотах два перепускных клапана полностью открыты. При этом поток выхлопных газов идет по кратчайшему пути сразу на большую турбину и не попадает в маленькую, маленькая турбина отключается и работает только большая. То же самое происходит и в системе впуска — полностью открытый клапан не позволяет уже сжатому большой турбиной потоку входящего воздуха попасть на маленькую турбину, а идет сразу в цилиндры. Третий клапан (вверху слева на схеме) нужен для того, чтобы не перегрузить большую турбину.

Такая схема называется Variable Twin Turbo (из-за разных размеров турбин) и используется не только для устранения турбо-ямы, но и для увеличения мощности двигателя. Устанавливается как правило на самые мощные дизельные двигатели в гамме. На менее мощных дизелях используется другая технология, про которую я расскажу ниже.

Турбонагнеталь с изменяемой геометрией турбины
Эта технология еще называется Variable Geometry Turbine (VGT) или Variable Nozzle Turbine (VNT). Суть ее заключается в использовании одного турбонагнетателя, но за счет определенного ухищрения она позволяет устранить турбо-яму и одновременно расширить полку максимального крутящего момента.

Ухищрение состоит в том, что в корпусе турбины, в которой находится горячая крыльчатка, установлены лопасти, которые позволяют регулировать пропускную способность этой турбины (т.е. регулировать ее геометрию). Эти лопасти установлены на осях и могут поворачиваться. Схема такого турбонагнетателя изображена на рис. 2 ниже:

Рис 2: турбонагнетатель с изменяемой геометрией.

Так, на малых оборотах, когда поток выхлопных газов недостаточно интенсивен, лопасти прикрываются, чтобы уменьшить поперечное сечение турбины и таким образом увеличить скорость потока. Это позволяет избежать турбо-ямы на низких оборотах. Тогда как на высоких оборотах лопасти полностью открыты, что увеличивает сечение турбины до максимума и не дает ей крутиться слишком быстро. Лопасти закреплены на кольце, которое встроено в корпус турбины, а их положение регулируется с помощью актуатора (см. рис. 2 выше).

Таким образом, это решение является неким компромиссом между использованием одного классического турбокомпрессора и твит-турло схемы. К тому же, такая инсталляции легче и дешевле агрегата с твин-турбо. Но с другой стороны, мощность двигателя при использовании такой схемы ниже, чем в варианте с твин-турбо. Стоит отметить, что в абсолютном большинстве современных дизельных двигателей используется именно турбонагнетатель с изменяемой геометрией. Только лишь на самые мощные варианты устанавливают твин-турбо.

Twin-scroll
Наконец, последняя технология, о которой я хотел бы рассказать в этой статье, это технология под названием твин-скролл (twin-scroll). Используется эта технология на бензиновых 4- и 6-цилиндровых рядных турбомоторах. С виду турбокомпрессор твин-скролл сложно отличить от обычного классического турбокомпрессора. Разница видна только если посмотреть на твин-скролл в разрезе (см. рис. 3 ниже).

Рис 3: турбонагнетатель twin-scroll.

Суть технологии заключается в том, что выхлопные газы из одной половины цилиндров поступают в турбину изолированно от выхлопных газов из другой половины цилиндров. Рис. 4 показывает, как выглядит выпускной коллектор при использовании турбонагнетателя twin-scroll:

Рис. 4: выпускной коллектор для турбины twin-scroll.

Таким образом, за счет того, что два потока выхлопных газов подаются на турбину по разным каналам, есть возможность сделать эти каналы разного сечения и формы. Также можно запустить поток выхлопных газов на крыльчатку турбины под разными углами. В итоге, один из потоков идет по каналу меньшего сечения, но с более высокой скоростью, что позволяет избежать турбо-ямы на низких оборотах. Второй поток имеет большее сечение и подает большее количество выхлопных газов на крыльчатку при средних и высоких оборотах двигателя. Эта технология на бензиновых турбомоторах позволяет решать те же задачи, что и турбина с изменяемой геометрией на дизельных двигателях, а именно — минимизация эффекта турбо-ямы и увеличение диапазона, в котором доступен максимальный крутящий момент двигателя (расширение полки крутящего момента).

Часть 1. Введение и принцип действия турбонагнетателя.
Часть 3. Так какую же технологию использует BMW?

когда это хорошо? — DRIVE2

Как известно, мощность двигателя можно повысить несколькими путями. Самый распространенный путь – американский. «Объему нет альтернативы» – это именно их пословица. Другой вариант – повысить частоту вращения коленвала. Можно, но сложно. При высокой скорости вращения поршни догоняют клапаны, что «лечится» установкой пружин повышенной жесткости. Зато возникают другие проблемы – мала тяга и момент на «низах». Годы идут, научно-технический прогресс не дремлет и… появилась такая замечательная система, как VTEC.
Однако имеется еще один, самый эффективный способ. Есть великий соблазн увеличить количество рабочей смеси, попадающей в цилиндры. Тогда мощность будет ограничена только прочностью мотора. В принципе, любое усовершенствование всегда тянет за собой ворох проблем – в данном случае это октановое число (для бензиновых двигателей) и требовательность так называемых надувных агрегатов к качеству обслуживания.

Итак, схем для увеличения количества топливо-воздушной смеси, попадающей в цилиндры автомобильных двигателей, пока только две – компрессорная и турбонаддувная. Компрессор – это устройство для сжатия топливной смеси, имеющее привод от коленвала двигателя. Хороший способ, некоторые компании давно используют его и получают очень неплохие результаты по характеристикам моторов. В данном случае речь идет о таких грандах, как, например, Mercedes и Toyota. Mercedes до сих пор упорно использует этот прием, а Toyota практически полностью переключилась на турбонаддув, если речь идет о бензиновых двигателях.
Если же говорить о дизелях, то практически все моторы, имеющие мощность более 80 КВт, оснащены турбинами. Преимущества автомобильных двигателей, оснащенных турбокомпрессорами, очевидны:
1) хорошее соотношение масса/мощность;
2) кривая крутящего момента может быть лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации;
3) обеспечивается лучшее сгорание топлива;
4) уменьшенное количество токсичности отработанных газов;
5) работает более стабильно, а турбина уменьшает шум от выпуска (работает как глушитель).
Дизельные двигатели по удельной мощности не могут сравниться со своими бензиновыми собратьями, поэтому легковые автомобильные дизели практически все оборудованы турбонаддувом. Вспомним, например, YD25DDTi производства Nissan – объем 2,5 л, мощность на уровне продвинутых бензиновых аналогов (174 л. с.), а крутящий момент на «низах» всегда был сильной стороной дизелей. Турбина представляет собой две крыльчатки на единой оси – одна крыльчатка на впуске, другая – на выпуске. После того как мотор начинает работать, крыльчатку на выпуске заставляет вращаться поток выхлопных газов. Соответственно, крутится и крыльчатка на впуске, создавая избыточное давление.
Теоретически, чем выше обороты двигателя, тем быстрее и объемнее поток выхлопных газов. Соответственно, давление наддува пропорционально увеличивается. Это – замкнутый круг. При такой схеме мотор просто пойдет «вразнос». Спасает его от этого байпасный (перепускной) клапан, который стравливает избыточное давление. Производители рассчитывают, до какой величины можно «дуть» в двигатель, чтобы сохранить ресурс и работоспособность.
На самом деле все, конечно, не так просто. При малых оборотах давление выхлопных газов небольшое, а турбина – штука довольно тяжелая, производится из чугуна, пока раскрутятся крыльчатки, проходит какое-то время. Кроме того, степень сжатия по сравнению с атмосферными моторами снижена. Соответственно, на малых оборотах мы имеем провал по мощности, который называется «турбояма». На высоких оборотах, когда турбина уже раскрутилась, чувствуется ощутимый рывок, так называемый «турбоподхват». Тут опять возникает проблема – нагреваются обе крыльчатки, и на впуск идет горячий воздух, в то время как для оптимизации рабочего процесса нужен холодный. Поэтому применяется специальное охлаждение наддувного воздуха с помощью так называемого интеркулера – промежуточного охладителя. Прежде чем попасть в цилиндры, наддувный воздух идет через интеркулер.
Вообще, турбонаддув – нежная штука. При покупке автомобиля на вторичном рынке нужно внимательно осматривать крыльчатки на предмет замасленности. Если турбина «гонит» масло, жить такому агрегату осталось очень недолго, особенно при наличии катализатора на автомобиле. Турбина забивает маслом ячейки катализатора, тот снижает пропускную способность на выходе, ячейки обгорают, турбина «задыхается» и еще больше «гонит» масло. Получается замкнутый круг, в результате которого владелец подобного автомобиля «попадает» на две очень дорогие вещи: турбину и катализатор.
Об особенностях обслуживания турбированных моторов поговорим чуть позже, а пока остановимся на конструктивных особенностях подобных систем. Турбояма для гражданских автомобилей – явление очень вредное. В рваном городском режиме недостаток мощности на «низах» очень хорошо чувствуется. Для «спортсменов» это некритично, в любом случае они держат обороты двигателя не ниже оборотов максимального момента. Поэтому автомобили, претендующие на экстремальную спортивность, имеют одну турбину высокой производительности, которая позволяет максимально поднять мощность. Для гражданских версий применяются различные ухищрения. Например, ставятся турбины маленького диаметра, имеющие меньшую инерционность, а чтобы не снижать значительно мощность, применяется сразу несколько штук.

Если турбины стоят параллельно, то система называется Bi Turbo. Используется она, как правило, на V-образных двигателях, на каждую половинку – своя. Намного чаще применяется схема с последовательным подключением турбин – Twin Turbo. Такую компоновку можно встретить на серийных Nissan Skyline и Toyota Supra. До определенных оборотов работает одна, а при высоких – подключается вторая. Несмотря на небольшой диаметр турбин, турбоподхват на этих культовых автомобилях весьма ощутимый, за что их и любят.

Гражданские версии спортивных машин имеют приличный запас прочности, чем и пользуются любители тюнинга. Зачастую можно поднять мощность турбомотора с минимальными затратами. Рецепт прост – переписывается программа управления двигателем и используется буст-контроллер. Буст-контроллер – это прибор, управляющий клапаном отсечки. Можно выставить давление наддува, превышающее рекомендованное заводское. Но в этом тоже необходимо знать меру. Как правило, компании, торгующие «китами» для тюнинга, располагают подобной информацией. Советую прислушаться к их советам, чтобы потом не раскошеливаться на дорогостоящий ремонт.

Лет 10 назад появилась такая интересная вещь, как турбина с изменяемой геометрией. Принцип ее работы – изменение сечения на входе. При низких оборотах сечение уменьшается, на высоких – увеличивается с помощью вакуумного привода. Таким образом оптимизируются рабочие процессы, практически полностью убирается турбояма, да и турбоподхват тоже. Более того, при такой схеме работы байпасный клапан зачастую уже не нужен. Лопатки турбины могут менять наклон в зависимости от потока выхлопных газов, привод осуществляется вакуумом либо избыточным давлением с помощью кулачков или рычагов. Оптимизирует процесс электроника.

Идея турбины с изменяемой геометрией уже давно витала в воздухе, только осуществить ее было непросто. Такая система боится высокой температуры, а выхлопные газы в бензиновых двигателях зачастую нагреваются до 1000 оС, поэтому подобные решения стали применяться сначала на дизелях, благо, температура отработавших газов там значительно ниже. По мере роста технологий подобные агрегаты появились и на бензиновых моторах. Первой ласточкой была компания Porsche со своим легендарным 911-м.

Отдельно стоит упомянуть эксплуатацию моторов с приставкой Turbo. Они, безусловно, более капризны и требовательны к качеству обслуживания. Ротор в корпусе турбины вращается на гидродинамических подшипниках. Это – подшипники скольжения, в которых масляный клин, создающийся высоким давлением, не дает перейти на пограничное трение – металл по металлу. Нечто подобное можно наблюдать на коленвале и распредвале. Разница только в скорости вращения. Если у коленвала это 5-6 тыс. об./мин., то у турбины – 110-115 тыс. об./мин., а скорость на конце лопатки ротора – как у пули, 300 м/с. Отсюда – повышенные требования к системе смазки и рабочему давлению в гидродинамических подшипниках. Поэтому сразу нужно осознать одно – торопиться не нужно. Желательно прогреть двигатель перед поездкой, чтобы вязкость моторного масла пришла в норму. Поскольку требования к системе смазки повышенные, масло для таких моторов должно быть качественное и сертифицированное.

Торопиться не нужно и в конце поездки. При глушении мотора давление в системе смазки падает до нуля, а массивная турбина продолжает вращаться уже без масляного клина. Но даже это – полбеды. Хуже другое. Раскаленная турбина изменяет смазывающие свойства масла и превращает последнее в твердое тело – лак. В результате чего ротор может приклеиться к корпусу, и следующий запуск мотора станет последним. Если водитель вовремя не заметит горящую лампочку давления масла, выйдет из строя не только турбина, но и двигатель. Давление в системе смазки большое. Соответственно, масло из системы уйдет за минуту, а дальше – сами знаете. Поэтому покупайте сигнализацию с возможностью подключения турботаймера – это намного продлит срок службы такого прецизионного, требующего внимания, но очень полезного агрегата, как турбина.

Теория турбонаддува — DRIVE2

Кто из автолюбителей не слышал волшебное слово "турбо"? Звенит в ушах, воображение рисует нечто мощное, стремительное. На этом фоне как-то скучно звучат термины "механический компрессор" или, хуже того — "объемный нагнетатель". На деле — не совсем так. Или совсем не так.

Какой водитель не мечтал о том что бы в его автомобиле жило намного больше лошадок под капотом чем есть. Если кто-то заявит, что он не из таких, то наверняка слукавит. Благо последнее время данную проблему довольно легко решить, вариантов увеличения мощности двигателя, да и комплектующих как грязи. В нашу жизнь плотно вошло слово "тюнинг" и многие тюнинговых ателье берутся сделать с вашим любимцем все, что угодно.

В русский язык с давних пор вошел термин "форсировка" (от английского force — сила), который означает "увеличение мощности". Стоит вспомнить, что мощность двигателя напрямую связана со следующими его основными параметрами:

— рабочим объемом цилиндров;

— количеством подаваемой топливо-воздушной смеси;

— эффективностью ее сжигания;

— энергетической "заряженностью" топлива.

Стоит заметить, что есть ещё несколько вариантов увеличения мощности — полировка впускного/выпускного каналов, применение фильтров нулегого сопротивления, применение прямоточной системы выхлопа, изменение параметров программного обеспечения (чип-тюнинг), расточка цилиндров или переходе с бензина на "нитру" (закись азота).

Перечисленные решения позволяют увеличить мощность, но не существенно, раз ве что это не касается "нитроса". Кардинальное решение одно — увеличение подачи топливо-воздушной смеси. Чем больше топлива сжигается в единицу времени, тем выше мощность мотора. Но бензин не горит "просто так", для этого нужен воздух (кислород) — во вполне определенных количествах. Чтобы увеличить подачу топлива, вначале придется соответствующим образом увеличить подачу воздуха. Сам мотор с этой задачей не справится — его возможности по всасыванию воздуха ограничены (даже при применении фильтров с нулевым сопротивлением). Поэтому и появились те самые "турбо", "компрессоры" и "нагнетатели". Они разные, и дают разные результаты.

Для начала немного теории:

Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный — на пути воздуха (горючей смеси) находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах — еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном — тогда горючей смеси (для дизелей — воздуха) в цилиндре "поместится" больше. Энергия сгорания заряда с большим количеством топлива, само собой, станет выше; вырастет и общая мощность двигателя.

Для этих целей было придумано довольно много решений, но распространение получили не многие. 1. Роторный нагнетатель Roots.

Создан Фрэнсисом Рутсом еще в 1860 году. Первоначально использовался как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Суть конструкции: две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые "шестерни", помещенные в общий кожух (напоминает современный маслонасос). Объемы воздуха в пространстве между зубьями шестерен и внутренней стенкой корпуса благополучно доставляются от впускного коллектора до выпускного. В 1949 году другой американский изобретатель — Итон — усовершенствовал конструкцию: прямозубые "шестерни" превратились в косозубые роторы, и воздух теперь перемещался не поперек их осей вращения, а вдоль. Принцип работы при этом не изменился — воздух внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в другой объем, отсюда и название — объемный нагнетатель, а не компрессор.

2. Спиральный компессор Lysholm.

Автор идеи — немецкий инженер Кригар, время рождения — конец позапрошлого века, первоначальное назначение — промышленное, сейчас известен под именем Lysholm благодаря работам шведского инженера Алфа Лизхолма, который в конце 30-х годов прошлого века приспособил конструкцию для автомобильного применения. Внешне — если не снимать кожух — очень похож на нагнетатель Roots. Отличия внутри. Вроде бы те же два ротора, вращающиеся навстречу друг другу перекачивают объемы воздуха вдоль осей, но сильно лихо закручены. Сечения роторов намного сложнее, они разные. Самое главное: шаг закрутки роторов меняется по длине, и при перемещении вдоль осей объем перекачиваемого воздуха в каждой ячейке уменьшается — воздух сжимается. Поэтому Lysholm — не просто нагнетатель, а чистой воды компрессор.

3. Центробежный компрессор

(устоявшегося "фирменного" названия не имеет). В корпусе-улитке вращается крыльчатка сложной формы. Воздух засасывается по центру и отбрасывается по периферии, при этом благодаря действию центробежных сил происходит его сжатие. По этому это не просто нагнетатель, а тоже компрессор.

4. Турбокомпрессор, оно же турбонагнетатель.

По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от "турбо", пу

Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель

Теоретические аспекты

С самого своего появления, автомобили, стараниями своих создателей, претерпевают модернизации и более всего в вопросах мощности двигателей. Так как этот параметр напрямую связан с рабочим объемом мотора а также с качеством подаваемой воздушно-топливной смеси, для увеличения мощности есть два пути — либо увеличить объем агрегата (в современном массовом автомобилестроении этот способ не очень популярен), либо каким-то образом нагнетать в цилиндры больше воздуха.

Первый способ не популярен по понятным причинам — вместе с увеличением объема цилиндров возрастет и расход горючего, кроме того, сам агрегат существенно прибавит в размерах и массе, что тоже не всегда приемлемо. Поэтому автомобильными инженерами был найден способ увеличить подачу воздуха в цилиндры.

Конструкция «турбины»

В первую очередь мы хотим отметить, что больших различий в конструкции турбонаддувов для разных моделей машин нет. Есть лишь вариации в размерах и дизайне некоторых узлов. По словам инструкторов по вождению, большинство автомобилистов используют термин «турбина», хотя это не совсем верно.

Турбиной называют одну из составляющих турбонаддува, состоящую из корпуса, системы уплотнений, вала с крыльчатками, двух улиток (в них вращаются крыльчатки), одного упорного и двух опорных подшипников скольжения. Сюда же крепится пневмопривод, который приводит в работу перепускной клапан.

Когда на выходе давление воздуха превышает оптимальное, то пневмопривод, который открывает клапан, срабатывает, таким образом, какая-то небольшая часть выхлопных газов выходит напрямую в выхлопную систему, и из-за этого обороты турбины становятся меньше.

Турбина — это крыльчатка на валу, приводящая во вращение компрессор. Турбина изготавливается из жаростойкого сплава, вал — из среднелегированной стали, а компрессор — из алюминия. Напомним, что данные детали не ремонтируются, а просто заменяются. Исключением является вал, который иногда получается перешлифовать и сделать под него новые подшипники.

Какие бывают виды турбонаддува

Есть несколько способов нагнетания большего количество воздуха в двигатель:

  • резонансный наддув — реализуется без нагнетателя за счет кинетической энергии воздуха во впускных коллекторах;
  • механический наддув — подача воздуха увеличивается благодаря применению механического компрессора, который, в свою очередь, приводится в движение двигателем автомобиля;
  • газотурбинный наддув — турбину приводит в движение поток отработавших газов.

В первом случае наддув происходит лишь за счет особенной формы и размера впускных коллекторов без применения каких-либо нагнетателей. Поэтому мы не будем описывать его в этом материале, а остановимся подробнее на двух других вариантах, которые, на наш взгляд, заслуживают особого внимания.

Какие бывают виды турбонаддува

На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • Воздухозаборник
  • Воздушный фильтр
  • Перепускной клапан — регулирует подачу отработавших газов
  • Дроссельная заслонка — регулирует подачу воздуха на впуске
  • Турбокомпрессор — повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес  
  • Интеркулер — охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации
  • Датчики давления — фиксирует давление наддува в системе
  • Впускной коллектор — распределяет воздух по цилиндрам
  • Соединительные патрубки — необходимы для крепления элементов системы между собой

Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

  • Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо
  • Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу
  • Компрессор сжимает воздух, поступающий  из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер
  • В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя

В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе. Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом.

Подводя итоги, можно выделить плюсы и минусы использования на моторе турбонаддува. В числе достоинств:

  • увеличение мощности двигателя
  • повышение КПД двигателя
  • снижение расхода топлива

К минусам можно отнести:

  • Низкий крутящий момент на малых оборотах двигателя
  • Более высокая стоимость
  • Более сложное обслуживание и эксплуатация

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • воздушный заборник и фильтр;
  • дроссельная заслонка;
  • турбинный компрессор;
  • интеркулер;
  • коллектор впускной;
  • соединительные патрубки;
  • напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.

Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Интеркулер

Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.

Регулятор давления наддува

Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува.

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.

Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.

Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Интеркулер

Принципиальная разница заключается лишь в конструкции турбокомпрессора. Для дополнительного нагнетания воздуха могут использоваться:

  • турбина, которая приводится в действие энергией выхлопных газов. Конструктивно турбину можно представить как два вентилятора, которые расположены на одной оси. Один из вентиляторов сочленен с выхлопной системой автомобиля, второй располагается во впускном тракте. Выходящие на такте выпуска из цилиндра газы приводят в движении турбинное колесо. Поскольку оба «вентилятора» закреплены на одной оси, то колесо компрессора во впускном тракте также начинает вращаться, ускоряя тем самым прохождение воздуха. Чем выше обороты двигателя, тем большее давление выхлопных газов во впускном тракте, а чем большее давление на выпуске, тем быстрее будет вращаться турбинное колесо во впускном тракте. Соответственно, в цилиндры можно затолкнуть больше воздуха, подать больше топлива, сгенерировав больше выхлопных газов на выпуске. Подробно принцип работы рассмотрен в статье «Устройство турбины на пальцах«;
  • механический нагнетатель, известный еще как Supercharger или Kompressor. Нагнетатель раскручивается приводным ремнем от шкива коленчатого вала, поэтому выхлопные газы в работе компрессора никак не используются.

Турбина

Очевидно, что для понимания устройства достаточно взглянуть на фото. Принцип работы турбонаддува также достаточно ясно продемонстрирован на видео. Более подробно остановимся на перепускном клапане и предназначении интеркуллера, который обязателен для эффективной работы авто с турбонаддувом.

В момент резкого закрытия дроссельной заслонки на больших оборотах двигателя во впускном тракте создается сильный помпаж. Колесо компрессора «холодной» части (впускной) турбины продолжает по инерции вращаться, создавая в перекрытом заслонкой канале избыток давления.

Происходит резкое замедление компрессорного колеса, что автоматически ведет к замедлению турбинного колеса в выпускном тракте и созданию сильного противодействия выхлопным газам. Для предотвращения такого эффекта предназначен перепускной клапан, который либо сбрасывает избыток давления в атмосферу (Blow-off), либо перенаправляет поток опять на вход по направлению вращения турбинного колеса (Bypass).

Для контроля воздушного потока, а также сбрасывания избытка давления в горячей части используется wastegate. Избыточная скорость выхлопных газов приводит к тому, что воздушный поток срывается с лопастей колеса, снижая тем самым на ноль эффективность турбинного колеса.

Также увеличение сечения выпускной системы, за которое и отвечает клапан вестгейта, уменьшает подпор выхлопных газов на высоких оборотах. Для повышения эффективности, уменьшение турбоямы и большей эластичности на авто устанавливаются турбины с изменяемой геометрией.

Интеркулер в системе турбонаддува предназначен для охлаждения воздушного потока. При повышении температуры плотность воздуха уменьшается, что ведет к уменьшению массы на единицу объема.

Механический наддув — способ увеличения подачи воздуха в двигатель посредством использования компрессора. Принцип работы компрессора выглядит следующим образом: когда двигатель начинает работать, его коленвал приводит в действие весь механизм. То есть механический наддув работает с первых моментов запуска мотора автомобиля.

Несомненным плюсом такой системы можно назвать, то что воздух принудительно нагнетается в цилиндры на любых оборотах двигателя (даже самых низких) и давление, соответственно возрастает с увеличением оборотов коленчатого вала. Поэтому автомобилям с механическими компрессорами не знакомо такое понятие, как «турбояма».

Но такое устройство имеет и свои отрицательные стороны. Дело в том, что на приведение в движения компрессора мотор автомобиля расходует некоторую часть своей мощности, что снижает в итоге его КПД. Кроме того, для установки механического наддува нужно больше места в подкапотном пространстве. Также такое устройство создает повышенный уровень шума.

Нагнетание воздуха в мотор при помощи компрессора стало использоваться в автомобилестроении гораздо раньше, нежели применение газотурбинного механизма. Тем не менее, несмотря на некоторую устарелость, подобные устройства все еще можно встретить на современных автомобилях (ярким примером выступает компания Mercedes-Benz, на свежевыпущенных машинах которой до сих пор красуются шильдики «Kompressor»).

Плюсы и минусы турбонаддува

Что касается экологичности турбомоторов: хотя среди отечественных автолюбителей еще не так развита «экологическая сознательность», не следует забывать и о том, что турбированные моторы наносят меньше вреда окружающей среде. Все потому что в камере сгорания турбированного двигателя температура несколько меньше, поэтому снижается образование оксида азота, к тому же топливо сжигается более полно.

Впрочем, не обошлось и без недостатков. Первое о чем следует знать — турбина требует к себе бережного отношения. Пока мотор заведен на подшипники масло подается под давлением. Как только мотор заглушен масло к подшипникам поступать прекращает. Если мотор эксплуатировался под большими нагрузками, система наддува может перегреться и выйти из строя.

Дабы не допустить перегрева, прежде чем глушить турбированный двигатель, ему следует дать поработать несколько минут на холостых оборотах. Многие современные автомобили оснащаются с завода специально предназначенными для этого устройствами — турботаймерами.

Есть еще один немаловажный момент — на малых оборотах мотора эффективность турбины очень мала. Также следует упомянуть об эффекте турбоямы — турбина откликается на нажатие педали акселератора с некоторой задержкой. Турбонаддув может эффективно работать только в узком диапазоне оборотов мотора, кроме того, большое значение имеет размер самой турбины.

Для увеличения продуктивности этой системы многие автопроизводители устанавливают на свои автомобили две турбины разного размера или пару одинаковых турбин. Турбины разного размера позволяют существенно расширить диапазон эффективной работы турбонаддува — после того как первая турбина начинает терять продуктивность в работу вступает вторая.

Две одинаковые турбины позволяют увеличить производительность, улучшить разгонную динамику и уменьшить эффект турбоямы. Для снижения этого эффекта автопроизводители прибегают к таким ухищрениям, как снижение массы движущихся частей турбины. Благодаря этому турбине нужно меньше времени чтобы раскрутиться.

Турбонадув — DRIVE2

🔧Турбонаддув – это система, позволяющая увеличить максимальную мощность двигателя автомобиля, используя для этого энергию выхлопных газов. Эту систему еще часто называют просто «турбина» – по названию основного агрегата, который под давлением нагнетает отработанные мотором газы в турбокомпрессор, а тот, в свою очередь, подает в цилиндры двигателя большее количество воздуха, чем атмосферный мотор.

🔻 История

Многие водители полагают, что турбированные моторы появились относительно недавно — во второй половине ХХ века, когда турбонагнетателями стали оснащать силовые установки автомобилей немецких марок Mercedes-Benz и BMW. На самом деле датой рождения турбированного двигателя считают 1911 год, когда американец Альфред Бюхи получил патент на промышленное изготовление системы, позволявшей в несколько раз увеличить мощность обычного двигателя. Надо отметить, что за 15 лет до этого события двое немцев, Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель уже проводили испытание агрегатов, которые помогали более эффективно нагнетать воздух в цилиндры двигателя, но да патентования этой технологии дело так и не дошло.

Впрочем, первые турбины хотя и давали весьма ощутимую прибавку в мощности, но из-за своей громоздкости во много раз увеличивали и без того немаленький вес двигателей автомобилей тех лет. Так что распространение технологии турбонаддува для легковых автомобилей застопорилось на долгие годы, тогда как турбины довольно активно применялись на грузовом и специальном транспорте. В США, фактической и юридической родине турбонагнетательной системы, производители легкового транспорта не спешили применять ее в серийном производстве, сделав ставку на большие по объему и прожорливые атмосферные моторы. Хотя первые серийные модели, на которых устанавливался турбонаддув, появились именно в Соединенных Штатах – это были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire.

Более экономная Европа, по которой, к тому же, в середине ХХ века ударил бензиновый кризис, начала склоняться к популярной ныне идее даунсайзинга – уменьшения рабочего объема двигателя с одновременным повышением его мощности. Добиться такого результата помогала система турбонаддува. вк.ком/autobap За прошедшие с момента изобретения системы годы конструкторы усовершенствовали технологию, сделав элементы системы более легковесными, одновременно повысив ее производительность. Но одним из существенных недостатков, который так и не был искоренен по прошествии времени, являлся повышенный расход топлива. И именно поэтому модели, оборудовавшиеся турбированными бензиновыми моторами, не снискали популярности в народе.

Выход из ситуации был найден в 1970-х годах, когда компания Mercedes-Benz выпустила на рынок свою первую модель, оснащенную дизельным двигателем с турбонаддувом – 300 SD.

Конструкторам удалось решить одну из главных проблем турбодвигателя – расход топлива, ведь, как известно, дизельный агрегат менее «прожорливый», чем бензиновый. Еще один несомненный плюс дизельного топлива – его отработанные газы имеют температуру ниже, чем бензиновые, стало быть, основные агрегаты системы турбонаддува можно было производить из менее тяжеловесных и жаростойких материалов. А это, в свою очередь, влияло на конечную стоимость автомобиля, что довольно скоро оценили покупатели.

🔻 В чем отличия?

Системы турбонаддува для бензинового и дизельного моторов конструктивно практически не имеют отличий. В эту систему входят такие компоненты: турбина, турбокомпрессор и интеркулер (промежуточный охладитель). Некоторые водители ошибочно считают, что между турбонаддувом и турбокомпрессором есть какая-то разница. Ее нет, так как компрессор – лишь составляющий элемент системы наддува.

Турбина представляет собой улиткообразный патрубок, в который попадают выхлопные газы. Они вращают крыльчатку находящегося в патрубке ротора, благодаря чему газы идут дальше в турбокомпрессор. Он также представлен в виде улиткообразного патрубка, в котором есть своя крыльчатка. Ротор турбины объединен с ротором турбокомпрессора, следовательно, чем быстрее вращается крыльчатка первого, тем быстрее крутится крыльчатка второго. Попадающая в турбокомпрессор воздушная смесь под давлением, которое создается вращением крыльчатки, подается к цилиндрам двигателя.

На входе в цилиндры стоит третий основной компонент турбонаддува – интеркулер, который охлаждает поступающий из турбокомпрессора воздух, чтобы повысить его плотность и уменьшить объем – тогда в цилиндры попадет больше воздуха, который, смешиваясь с топливом, сгорает более эффективно. А эффективное сгорание топлива позволяет поднять мощность двигателя, при этом расход топлива, идущий на образование топливовоздушной смеси в цилиндрах уменьшается.

Еще один немаловажный компонент системы турбонаддува – приводной нагнетатель (либо малый турбокомпрессор), который создает давление в турбине на малых оборотах и помогает избежать такого явления как турбояма (когда двигатель не может развить мощность на малых оборотах из-за недостаточного поступления в систему турбонаддува выхлопных газов).

Помимо указанных выше основных компонентов турбонаддува, в систему входят еще такие элементы как регулировочный, перепускной и стравливающий клапаны, а также выпускной коллектор, воздушные и масляные патрубки.

Регулировочный клапан помогает поддерживать давление в системе на установленном уровне и при необходимости сбрасывать его в трубу приемки. Статья опубликована в паблике Auto. Если вы видите ее в другом сообществе, значит ленивые администраторы нагло воруют материал у нас и даже не читают его. Функция перепускного клапана состоит в нагнетании воздуха обратно во впускные патрубки, откуда он снова попадает в турбину – это происходит, когда дроссельная заслонка закрыта. Стравливающий клапан отводит избыточный воздух из системы турбонаддува при закрытой дроссельной заслонке. Воздушные патрубки подают воздух в турбину, а по масляным патрубкам подается жидкость для смазки и охлаждения системы турбонаддува.

🔻 Разновидности

В настоящее время производится два основных вида турбин: одинарные и двойные. Первые устанавливаются в основном на рядные двигатели: они используют энергию выхлопных газов от всех цилиндров мотора и подают воздух во все цилиндры. Вторыми комплектуются силовые установки с V-образным расположением цилиндров. Они имеют два турбокомпрессора, которые подают воздух в определенные цилиндры. Иногда для повышения мощности двигателя на таких турбинах используют так называемый перекрестный выпускной коллектор, который аккумулирует выхлопные газы из всех цилиндров мотора и направляет этот, более мощный поток к компрессорам, что повышает давление в турбине, и, соответственно, мощность двигателя.

Революционной в деле турбонаддува стала идея применения изменяемой геометрии турбины. Она позволяет регулировать геометрию сопла турбины, создавая более мощные потоки воздуха уже на низких оборотах, вследствие чего многократно повышается мощность двигателя.

Статья от aircrazy vk.com/aircrazy

ПЯТЬ МИФОВ О ТУРБОНАДДУВЕ — DRIVE2

Миф 1. Наддув снижает надёжность, турбины всё время ломаются
Пожалуй, это миф номер один, и доля правды в нём есть. Это связано с тем, что двигатель с наддувом имеет более сложную конструкцию, больше деталей и сложнее в проектировании, а значит — при прочих равных, — шанс, что в нём что-то сломается, выше, чем в случае с атмосферником. Однако конструктивные просчёты случаются и в безнаддувных моторах, поэтому удачная модель турбодвигателя не уступит в надёжности другому такому же удачному атмосфернику. Конечно, внутренние нагрузки в наддувных моторах выше, но каждый двигатель проектируется инженерами с учётом этих особенностей, поэтому все необходимые детали турбо- или компрессорного мотора изначально усилены. Сам по себе нагнетатель достаточно надёжен, но вследствие неправильной эксплуатации или конструктивных просчётов может выйти из строя, как и любая другая деталь. Даже если это случилось, то специализированные сервисы способны отремонтировать агрегат: для большинства современных моделей выпускаются запасные части и ремкомплекты, а точные измерения, необходимые для ремонта нагнетателя, вполне доступны квалифицированным мастерам. Резюме по мифу номер один: нагнетатель не является каким-либо особенно слабым звеном наддувного двигателя, а если его поломка и произошла, этот узел вполне поддаётся восстановлению или замене.
Миф 2. Автомобиль с наддувом потребляет больше топлива
Отчасти верно, но это касается, в основном, механических нагнетателей. Современные же турбированные двигатели создаются в основной своей массе именно с целью экономии топлива, так как в экономичном режиме вождения мотор с меньшим, чем у атмосферника сопоставимой мощности, рабочим объёмом потребляет меньше топлива, а в случае необходимости наддув даёт возможность распоряжаться существенной мощностью. Иными словами, много топлива расходуется только тогда, когда это действительно необходимо в соответствии с условиями движения. Повсеместный переход производителей на турбомоторы — лишнее тому подтверждение, ведь такое решение позволяет выпускать автомобили с более скромными показателями среднего расхода, а значит, и платить меньше обусловленных экологическим законодательством пошлин. Резюме по мифу номер два: современный автомобиль с турбонаддувом — это экономично.
Миф 3. Чем больше турбина, тем лучше
Размер нагнетателя — понятие, которое невозможно описать каким-то одним параметром. Это всегда совокупность размеров деталей компрессора, которые определяют его характеристики и совместимость системы с конкретным двигателем. В случае с турбокомпрессором основными и определяющими являются размеры и форма холодной и горячей частей, а производительность механического нагнетателя определяется габаритами винтовых элементов и соотношением диаметров приводных шкивов. Простой пример: если заменить турбину на автомобиле гольф-класса на узел от более объёмного мотора, то производимых компактным двигателем выхлопных газов может не хватить для эффективного раскручивания турбинного колеса, а значит, и компрессорная «холодная» крыльчатка не создаст нужного давления в системе. Некоторые турбокомпрессоры большего размера всё-таки помогут существенно увеличить мощность небольшого мотора, но доступна она будет только в узком диапазоне высоких оборотов, что удобно для трассы, но оборачивается чудовищной турбоямой в городе. Резюме по мифу номер три: размер нагнетателя требует инженерных расчётов и должен соответствовать параметрам двигателя и планируемым условиям эксплуатации автомобиля.
Миф 4. Владеть автомобилем с наддувом хлопотнее, чем обычным
В последние годы турбированные двигатели получили такое распространение, что далеко не все владельцы в курсе самого факта наличия нагнетателя под капотом. Разве владелице ярко-оранжевого Audi Q3 интересно, что шильдик TFSI на крышке багажника означает турбомотор? В эксплуатации современные автомобили с наддувом не требуют никаких особенных действий — нужно просто заливать соответствующее качественное топливо (не ниже 95 бензина в большинстве случаев и строго 98 для отдельных высокофорсированных моделей) и вовремя проходить регламентное обслуживание. Автомобили 10-20-летней давности с наддувными двигателями требовали более частого техобслуживания, однако сейчас у большинства производителей наддувные версии требуется загонять на сервис с той же регулярностью, что и атмосферные. Это стало возможным благодаря совершенствованию конструкции моторов, а также появлению новых видов масел.
Старые автомобили с наддувными моторами также боялись резкого глушения после «отжига» — детали турбины продолжали в таком случае вращаться по инерции, а подача масла уже прекращалась, что вело к повышенному износу. Для защиты механизма либо применялось устройство под названием турбо-таймер, которое давало поработать двигателю минуту-другую и затем автоматически его глушило, либо водитель сам ждал пару минут, прежде чем остановить мотор после активной поездки. Современные двигатели ничего подобного не требуют, так как система смазки турбокомпрессора рассчитана на такие условия. К примеру, на турбомоторах Volkswagen предусмотрена отдельная помпа, которая прокачивает через нагнетатель холодный антифриз после выключения зажигания. Резюме по мифу номер четыре: следите за качеством топлива и вовремя посещайте сервис — и можете не вдаваться в детали конструкции. Впрочем, это справедливо для любого автомобиля.
Миф 5. Наддув включается и отключается на определённых оборотах
Нагнетатель — это агрегат, который, как правило, всегда активен с самого момента запуска двигателя. Равно как с первым оборотом коленвала начинают вращаться приводящие механический компрессор шкивы, так даже на холостых оборотах мотор выделяет выхлопные газы, которые через горячую крыльчатку слегка вращают ось турбокомпрессора. Поэтому нагнетатель работает всегда, но вот быть эффективным начинает только с определённого момента. Порог, с которого нагнетатель создаёт избыточное давление, в каждой системе индивидуален, а рост давления может происходить быстро или медленно, но всегда относительно плавно. Резюме по мифу 5: нагнетатель не работает по принципу «вкл-выкл», а степень его участия в наполнении цилиндров воздухом зависит от оборотов двигателя. Исключение составляют системы, где присутствует более одного нагнетателя — в таких схемах обычно предусмотрено электронное управление потоками воздуха, и в зависимости от условий работы мотора специальные актуаторы и клапаны задействуют в нужный момент тот или иной компрессор.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ НАДДУВА
В настоящее время наблюдается всеобщая тенденция перехода на твинскролльные турбонагнетатели вкупе с уменьшением рабочего объёма двигателей. Эта схема практически не имеет недостатков: такой турбокомпрессор выходит на рабочее давление уже на низких оборотах и успешно «дует» вплоть до высоких. Таким образом, он успешно заменяет приводной нагнетатель в деле обеспечения тяги с самых низов, но при этом имеет более высокий коэффициент полезного действия и все преимущества традиционной турбины. А ровный, без «турбоям» и ярких подхватов, характер тяги делает вождение автомобилей с такими двигателями простым занятием для самого широкого круга водителей. Иной раз даже мы, откатавшие сотни разных машин журналисты, не сразу можем распознать наличие под капотом турбины. Но и приводные нагнетатели не потеряли окончательно своей актуальности. Во-первых, верность им сохраняют производители, для которых беспощадная тяга с самых низов является фирменной чертой характера. Типичный пример — компания Jaguar, чей 5-литровый V8 с механическим нагнетателем своей тягой и звуком пленил немало водительских сердец. Хотя тенденция неумолима: даже компания-первопроходец в области легкового приводного наддува, Mercedes-Benz, в последние годы совершила резкий переход на более эффективную турбокомпрессорную схему.

Это турбодвигатель Maserati Quattroporte нового поколения, на котором мы поездили в прошлом году. Maserati делала наддувные моторы ещё в прошлом веке, и сейчас после некоторого периода атмосферников вновь вернулась к этой схеме в числе многих других производителей


auto.mail.ru/article/4257…oi_maserati_quattroporte/
А во-вторых, компрессоры хороши для использования в… гибридах! Когда нужно состыковать тягу двигателя внутреннего сгорания и электромотора, более прогнозируемым и легко настраиваемым нагнетателем по словам инженеров некоторых автомобильных компаний является всё же механический. Один из примеров — Porsche Panamera S E-Hybrid, который мы недавно протестировали вместе с электрокаром Tesla Model S, а о ещё одном примере такой схемы мы расскажем вам уже на следующей неделе. Наконец, уменьшение рабочего объёма двигателя. Именно широкое распространение нагнетателей дало возможность производителям сделать моторы более компактными, лёгкими, малообъёмными и не жертвовать при этом мощностью. Такая игра идёт на всех уровнях легкового автопрома: взять хотя бы моторчики Fiat MultiAir (0,9 л) или Ford EcoBoost (1,0 л) для компактов, ещё недавно смехотворный для гольф-класса объём в 1,2 литра (например, Volkswagen TSI), распространённую ныне формулу «два-ноль-турбо» для автомобилей среднего класса, наддувные трёхлитровые «шестёрки» для больших седанов бизнес-сегмента и турбированные V8, которые пришли на смену атмосферным монстрам V10 и V12 в суперкарах.


Смотрите также