Что такое турбонаддув в автомобиле: Что такое турбонаддув в автомобиле и как он работает

Содержание

Что такое турбонаддув в автомобиле и как он работает

Турбонаддув современной конструкции – это сложное в техническом плане устройство. Первые системы для наддува двигателей появились еще в начале XX века. Наибольшее же распространение получила конструкция наддува, компрессор которой приводится от турбины, раскручиваемой выхлопными газами авто до высоких оборотов.

Энергия выхлопных газов бесплатна, поэтому мощность мотора при использовании турбокомпрессора значительно поднимается без ухудшения экономичности, а зачастую, экономичность двигателя даже улучшается (советы как уменьшить расход топлива). Из-за использования в конструкции турбины, такой вид наддува двигателя имеет всем хорошо известное название – турбонаддув.

Воздух при сжатии компрессором нагревается, плотность падает, и в цилиндры его помещается меньше, поэтому, довольно часто, после турбокомпрессора нагнетаемый воздух пропускают через специальный радиатор – интеркулер, в котором он охлаждается.

Частота вращения турбины и связанного с ней компрессора турбонаддува очень велика (больше ста тысяч оборотов в минуту), поэтому в них применяются подшипники скольжения с очень маленькими зазорами. Соответственно возрастает требовательность двигателя с турбонаддувом к качеству и чистоте масла. Конечно, стоимость этого агрегата тоже немаленькая.

Серьезным недостатком турбонаддува можно считать эффект так называемой ”турбоямы”. Он проявляется при резком нажатии на педаль акселератора – двигатель сперва ”задумывается” и только после этого начинает разгонять автомобиль.

Объясняется это тем, что турбине необходимо какое-то время для раскрутки до рабочих оборотов, и чтобы его уменьшить, на некоторых моделях турбокомпрессоров (как правило, предназначенных для легковых автомобилей) устанавливают специальный клапан, который перепускает часть воздуха с выхода компрессора обратно на его вход.

Таким образом, при закрытии дроссельной заслонки турбина продолжает вращаться с большой скоростью, а турбокомпрессор в это время работает “вхолостую”, перегоняя воздух по кругу. Нажатие на педаль газа закрывает этот клапан, и нагнетаемый воздух в полном объеме снова поступает во впускной коллектор. Обычно управление перепускным клапаном турбонаддува возлагают на электронику.

Другой разновидностью наддува является приводной компрессор, который, в отличии от турбонаддува, вращается коленчатым валом двигателя. Поскольку для его привода отбирается энергия у мотора, такие системы менее экономичны, чем аналогичные силовые агрегаты без компрессора или с турбонаддувом. Зато они надежнее, дешевле и не имеют ”турбоямы”, что очень важно для спортивных автомобилей, где при разгоне каждая доля секунды на счету.

Такие компрессоры часто используют западные тюнинговые компании для увеличения мощности моторов – это гораздо дешевле, чем увеличивать рабочий объем, организуя мелкосерийное производство поршней, коленвалов и других технологически сложных деталей. Их используют такие автомобильные “гранды” как Mercedes, General Motors, Ford, Jaguar, Mazda и другие автопроизводители.

​Турбонаддув – компактное решение глобальной проблемы. Зачем он нужен и как работает.

Перед тем как мы начнём, хочу сразу прояснить один момент. В данной статье я предполагаю, что читатель имеет хотя бы примерное представление о принципе работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания). И есть понимание, что в блоке цилиндров вверх-вниз двигаются поршни: засасывая и затем сжимая воздух с примесью бензина, а после, сжатую смесь поджигает искра и поршень идёт вниз, совершая полезную работу. Уже знаете? Отлично! Тогда разберёмся с турбиной.

С чего всё началось?

Давайте «на пальцах». Почти шекспировский вопрос: как увеличить мощность двигателя? Сейчас не будем лезть в дебри инженерии, а пойдём от простого, как рассуждали мотористы-проектировщики на заре автомобилизации. Самый очевидный способ – банально увеличить рабочий объём цилиндра! Здесь всё понятно: за один такт впуска поршень засосёт больше воздуха, топлива, соответственно, можно также добавить больше. «Заряд», который воспламенит свеча, будет мощнее – а значит, сильнее получится взрыв, который толкает поршень вниз на такте рабочего хода. Победа?.. И да, и нет. Увеличивая рабочий объём, мы волей-неволей тянем за собой и всё остальное: размеры деталей мотора и их масса тоже увеличиваются. А чем больше масса мотора, тем он менее экономичный, а шасси начинает испытывать проблемы с управляемостью… За примером далеко ходить не нужно – вспомним знаменитые масл-кары США годов, эдак, 60-х. Невероятный объём двигателя, относительно высокая мощность, при этом огромные размеры и… способность нормально «выстреливать» только на прямых. Серпантины, да и просто мало-мальски резкие повороты – всё это было таким машинам строго противопоказано. А про расход топлива я молчу вовсе: ну не брался тогда в серьёзный расчёт такой показатель. Вывод: эффективность мотора, мощность которого увеличена только за счёт рабочего объёма,

крайне мала.

Фото автогурман.com

И тогда придумали турбину. Суть идеи очень простая: за один такт впуска загнать в мотор как можно больше воздуха. Скажем так: больше, чем это можно сделать, засасывая воздух разрежением (естественным путём). Проще говоря, когда поршень движется вниз, а впускные клапаны открываются, воздух в цилиндр принудительно заталкивают, и его удельная масса в цилиндре увеличивается. Соответственно, на эту увеличенную массу воздуха можно подать больше топлива. А значит, заряд топливно-воздушной смеси станет более эффективным.

Тут справедливо задать вопрос: а что мешает просто добавить больше топлива, без всяких турбин?.. Отвечаю. Мешает то, что ДВС рассчитан на строго определённую пропорцию воздух/бензин. Академическое значение этой пропорции – 14.7 / 1. То есть, максимально эффективно двигатель будет работать при смешивании 14.7 частей воздуха к 1 части бензина. Если просто ливануть больше топлива – пропорция изменится, и эффективность сгорания снизится, а не увеличится. Поэтому, закон моторостроения неизменен: добавляешь бензина – добавляй и воздуха.

Фото autos.ca

Как этот зверь работает?

Турбина (турбокомпрессор) представляет собой некую похожую на раковину конструкцию (потому и прилепилось к ней прозвище «улитка»), внутри которой находится вал с лопатками. На одном конце вала лопатки «горячей» части – через них проходят раскалённые выхлопные газы двигателя, раскручивая вал. На другом конце находятся лопатки «холодной» части – они сжимают поступающий из воздушного фильтра воздух, который уже сжатый, под давлением, и подаётся в цилиндры. По большому счёту, чем выше обороты двигателя – тем сильнее выхлопные газы раскручивают турбину, и тем сильнее она «дует», увеличивая давление поступающего в мотор воздуха. Конечно, в этом алгоритме есть много нюансов, но это уже за пределами нашего сегодняшнего обсуждения.

А ещё есть механические компрессоры. Суть та же – сжимать воздух, но принцип работы отличается. Механические компрессоры (нагнетатели) приводятся не кинетической энергией выхлопных газов, а ремнём или шестернями, непосредственно от коленвала двигателя. Схема на сегодняшний день распространена слабо, поэтому вдаваться в подробности не будем.

Фото uazbuka.ru

А что на практике?

В заключение хочу дать пару простых советов по эксплуатации турбины. Благо, используется она уже повсеместно, и сегодня трудно встретить автопроизводителя, который не применял бы её даже на автомобилях среднего и нижнего класса. Итак.

Если вы активно «отжигали» - не стоит сразу глушить двигатель. Это самое важное правило, несоблюдение которого может привести к банальному выходу турбины из строя. А турбина – деталь не из дешёвых. Суть же в том, что турбокомпрессор при активной работе запросто может раскаляться докрасна. Дабы внутренние детали не заклинили от таких экстремальных температур (температура выхлопных газов достигает 1000 градусов), к турбокомпрессору подведены трубки охлаждения и смазки. Через оба этих контура циркуляция осуществляется только при работающем двигателе. То есть, сразу выключая двигатель при раскалённой турбине, вы перерубаете и циркуляцию масла и охлаждающей жидкости. Это может привести (и приводит) к закипанию этих жидкостей внутри турбины и фатальному перегреву её деталей.

Наверняка слышали про турботаймер. Вот это устройство как раз призвано предохранять «улитку» от локальных перегревов. Суть работы в том, что когда вы поворачиваете ключ зажигания в положение «

OFF», мотор ещё какое-то время продолжает работать. Для того, чтобы масло и ОЖ продолжали циркулировать через турбину, постепенно её охлаждая. Через определённое время (минута-две) двигатель заглушится сам. При этом, вашего присутствия не требуется: вы как обычно закрываете машину и уходите по своим делам.

Фото rosssport.com

Не стоит часами стоять на холостых оборотах. Это может способствовать «утеканию» масла из турбины во впуск, что ведёт к его загрязнению (нагар на клапанах и в камере сгорания). К слову, этот момент описан даже в инструкции по эксплуатации к любому турбированному автомобилю.

Плюсы и минусы турбированных двигателей

Многие производители используют турбонаддув для повышения мощности двигателя машины. Этот узел работает по достаточно простому принципу: выхлопные газы вращают крыльчатку турбины, а она передаёт полученный крутящий момент на крыльчатку компрессора, оснащённую широкими лопастями.

Компрессор в системе впуска автомобиля играет роль насоса — он повышает давление воздуха, позволяя одновременно подавать в цилиндры больше топлива без риска его неполного сгорания. Несмотря на возможность значительного повышения мощности и КПД двигателя, турбированные моторы не получили очень широкого распространения.

Чтобы понять, почему, а также решить, стоит ли приобретать автомобиль, оснащённый таким агрегатом, нужно рассмотреть плюсы и минусы турбированных двигателей.

Преимущества

Сразу стоит сказать, что дальше речь пойдёт только о бензиновых двигателях. Установка турбонаддува на дизельный мотор является практически единственным способом эффективно дозировать количество топливовоздушной смеси, попадающей в цилиндры. Около 90% современных легковых дизелей и 70% грузовых агрегатов оснащается турбонаддувом, поэтому говорить про их плюсы и недостатки будет некорректно.

Турбодизельный двигатель

Главной положительной стороной любого турбированного двигателя по сравнению с атмосферным является повышенная мощность. Причём производитель может создавать несколько вариантов мотора с различными показателями производительности — для этого достаточно только изменить максимальное давление наддува и перенастроить систему впуска. Серийные бензиновые двигатели с турбонаддувом имеют на 10–150% большую мощность, чем их аналоги, оснащённые обычными системами впуска и выхлопа.

Кроме того, плюсы турбированных агрегатов проявляются и в более эффективной работе за счёт оптимизированного процесса сгорания бензовоздушной смеси в цилиндрах. Благодаря этому удельный расход топлива в расчёте на одну лошадиную силу несколько снижается, хотя абсолютное значение может и вырасти за счёт повышенной мощности. Оптимизированный процесс сгорания также позволяет уменьшить уровень шума и неприятной вибрации по сравнению с атмосферными агрегатами. В особенности такие плюсы актуальны для моторов с неуравновешенной компоновкой,например, с двумя, тремя и пятью цилиндрами.

Видео, как работает турбированный двигатель:

Более эффективное сгорание топлива даёт возможность уменьшить объём токсических веществ, которые выбрасываются в воздух через выхлопную трубу. Именно поэтому многие производители начали выпуск турбированных агрегатов очень малого объёма вместо привычных атмосферных моторов. По оценкам специалистов, введение новых норм токсичности выхлопа в Европе и США на 25% увеличило количество выпускаемых турбированных моторов.

Недостатки

Установка турбонаддува на автомобиль способствует повышению его стоимости — комплект деталей для повышения мощности двигателя оценивается примерно в 1–3 тысячи долларов. Конечно, некоторые производители могут снижать цены, чтобы стимулировать продажи авто с турбированными двигателями, но общая закономерность именно такова. Стоит сказать и про стоимость ремонта турбированного агрегата — она возрастает за счёт увеличенной сложности разборки всего мотора, а также за счёт необходимости обслуживания нового узла. Средний срок службы турбины составляет 100–150 тысяч километров, после чего ей потребуется капитальный ремонт либо полная замена.

Недостатки проявляются и в необходимости частой замены масла. Межсервисные интервалы для турбированных двигателей сокращены примерно на 30–40%, что связано с большими нагрузками, приходящимися на все узлы силового агрегата. Несвоевременная замена масла приведёт к полной потере его свойств за счёт окисления. Смазывающая жидкость подвергается сильному нагреву в системе турбонаддува, что приводит к полному изменению её параметров.

Нужно вовремя менять масло в турбированных двигателях

Управлять автомобилем с турбированным двигателем не столь удобно — наверняка все слышали про такое понятие, как «турбояма». Она представляет собой определённый диапазон оборотов, в котором давления выхлопных газов недостаточно для того, чтобы раскрутить крыльчатку турбины до рабочей скорости. Поскольку двигатель рассчитан на работу с увеличенным давлением в системе впуска, его динамика будет сильно ухудшена, пока водитель не увеличит обороты. Конечно, на современные автомобили устанавливаются системы турбонаддува с изменяемой геометрией крыльчатки, с малоинерционной турбиной или вовсе с двумя компрессорами наддува, отличающимися базовыми параметрами, но недостаток остаётся актуальным, хотя и не столь очевидным.

Все, знакомые с физикой и сопротивлением материалов также знают, что при быстром изменении температурного режима работы металлические детали теряют свою прочность и быстро выходят из строя. Это правило актуально и для турбированных двигателей. Поэтому силовому агрегату стоит дать поработать на невысоких оборотах около 1–2 минут в следующих случаях:

  • Перед началом езды;
  • После окончания поездки;
  • После активной езды или во время сильных морозов время может увеличиваться до 3 минут.

Многие водители ставят на свои автомобили «турботаймеры», которые позволяют засечь время, необходимое для прогрева или должного охлаждения силового агрегата.

Быть или не быть?

Большинство турбированных моторов предназначено для активной езды — их повышенная мощность позволяет улучшить разгонную динамику. Хотя современные силовые агрегаты малого объёма, оснащённые турбонаддувом, разрабатывались скорее для снижения токсичности выхлопа по сравнению с атмосферными двигателями большего объёма, но аналогичной мощности. В любом случае турбированный двигатель имеет более высокие показатели эффективности работы и позволяет лучше использовать все возможности автомобиля.

Однако при этом водителю придётся мириться с некоторыми неудобствами, связанными с необходимостью прогрева и охлаждения двигателя, а также поддержания определённого минимального уровня оборотов. Кроме того, установка турбонаддува повышает цену машины и стоимость её ремонта.

Магия турбонаддува: как это устроено?

В 80-х компания SAAB, создающая реактивные самолеты и уже выпустившая несколько весьма неоднозначных (в плохом смысле) автомобилей, наконец совершила грандиозный ход — установила турбонаддув на свою новую серийную модель. Сейчас такое решение вряд ли назовут грандиозным, да и в те времена SAAB были далеко не первыми. Однако сразу после появления на свет SAAB 99 Turbo началась настоящая турбо-лихорадка. Слово «турбо» стало синонимом слова «круто». Появилось турбо-всё: турбо-холодильники, турбо-бритвы, турбо-очки, турбо-жвачка и т. д. Даже еженедельная рубрика телеканала Discovery по понедельникам называется Turbo! Но, возвращаясь к турбонаддуву, что это такое и как он работает? Рассказываем далее.

Говоря простым языком, если машина «турбо», значит у нее под капотом есть «кастрюля» с вентилятором, который крутится и изо всех сил толкает по каналам в мотор воздух, а дальше, как сказал известный телеведущий, творится колдовство и машина едет быстрее.

Если говорить более техническим языком, то все немного сложнее. Зачем вообще турбонаддув нужен? Автомобили ездят на горючем топливе. Топливу нужен кислород, чтобы гореть. В атмосферных двигателях воздух попадает в камеру сгорания самостоятельно, как бы по приглашению. Он засасывается прямо из атмосферы с, соответственно, атмосферным давлением. В турбированные же движки воздух попадает в том количестве и под тем давлением, как это будет решено конструкторами, что очень благоприятно сказывается на показателях мощности.

А теперь поговорим непосредственно про турбонаддув. Во-первых, на самом деле он называется нагнетатель. Во-вторых, он бывает разный. Основу любого нагнетателя составляет воздушный компрессор — та самая кастрюля с вентилятором, которая загоняет в мотор дополнительный воздух. А различие составляет способ получения энергии для работы. Таким образом, нагнетатели делятся на две категории: турбонагнетатель и механический нагнетатель.

Говоря простым языком, если машина «турбо», значит у нее под капотом есть «кастрюля» с вентилятором, который крутится и изо всех сил толкает по каналам в мотор воздух, а дальше, как сказал известный телеведущий, творится колдовство и машина едет быстрее.

Турбонагнетатель (турбина) получает энергию от переработанного топлива. В выхлопной системе устанавливается небольшая турбина, которую раскручивают выхлопные газы. Ее вращение передается в воздушный компрессор, и он делает свое дело. Механический нагнетатель, который гораздо чаще называют просто компрессор, работает на ременном приводе: он забирает энергию вращения непосредственно у двигателя, как, например, автомобильный генератор. В русском языке существует некая путанница между понятиями «турбина», «компрессор» и «нагнетатель», а вот в английском все очень просто — у них есть turbocharger и supercharger.


А какая между ними разница? Ведь установка того или иного нагнетателя сильно влияет на мощность и динамику автомобиля. Давайте разбираться.

Турбина забирает энергию вращения от потока выхлопных газов. А пока потока нет — турбина не крутится, следовательно мотор работает как простой атмосферник, и автомобиль едет соответственно. Это называется понятием «турбояма» и характерно для всех двигателей с турбиной. Компрессор же забирает вращение непосредственно от мотора, а следовательно подхватывает ваше желание ехать быстрее уже на низких оборотах двигателя, что положительно сказывается на общей динамике автомобиля. Однако турбина, все так же за счет работы от выхлопных газов, дает в итоге больший прирост мощности, чем компрессор. Существуют модели автомобилей, заводские и тюнингованные, на которые хитрецы устанавливают и то, и другое, решая тем самым проблему турбоямы и недостатка мощности. Стоит сказать и про надежность — у турбины гораздо больше сложных деталей, а значит выше вероятность поломки.

А как в итоге воздух попадает через нагнетатель в двигатель? В отличе от атмосферников, он совершает целое путешествие. Помимо воздушного фильтра, он проходит через нагнетатель, а потом через интеркуллер. Это устройство по сути является обычным радиатором, охлаждающим разогретый в нагнетателе воздух. У прохладного воздуха больше плотность, он занимает меньший объем, и таким образом подавать в мотор охлажденный воздух гораздо выгоднее. Дальше происходит стандартный для камеры сгорания процесс: воздух и топливо сжигаются и отправляются через выхлопную систему прочь из автомобиля, по пути раскручивая турбину, если, конечно, она там есть.

Турбо-день на телеканале Discovery! Каждую неделю по понедельникам в 22:00 (мск) смотрите новые серии шоу «Быстрые и громкие», а в 22:55 (мск) — шоу «В ГАС на прокачку».

Установка турбины на двигатель дизельный, бензиновый, принцип работы турбонаддува, эксплуатация

Автопромышленность развивается семимильными шагами, и для современных автовладельцев знания о различных новых автомобильных технологиях оказываются весьма полезными. Двигатели с турбинами, роботизированные коробки передач и вариаторы, системы защиты автомобиля, навигация и многое другое — становятся новой реальностью.

В блоке полезной информации контакты ресурса https://sinkai.ru/brand/cummins/, где можно найти все необходимые запчасти для двигателя CUMMINS. Гильзы двигателя, коленвалы, блоки цилиндров, масляные насосы, турбины, шатуны и вообще все что необходимо для ремонта мотора.

А в данной статье поговорим о том, что дает установка турбины на бензиновый и дизельный двигатель, каковы отзывы и неисправности, особенности эксплуатации и ремонта турбин, разберем плюсы и минусы, принципы работы турбонаддува.

Действительно, едва ли можно встретить человека, которой ни разу в своей жизни не заметил бы машину, по крайней мере внешне ничем не отличающуюся от обычных, с небольшим шильдиком «turbo». И только посвященному в возможности турбонаддува известно, сколько интересного и захватывающего скрыто под этой скромной надписью.

Принцип работы турбонаддува

Немного физики. Перед автомобильными конструкторами стоит извечная проблема повышения мощности двигателя. Еще со школьной скамьи мы помним, что мощность мотора находится в прямой зависимости от объема сжигаемого за рабочий цикл топлива. Иначе говоря, чем больше горючего сжигается, тем большую мощность получают. Но не все так просто на пути увеличения количества лошадиных сил под капотом – как правило, здесь конструкторов-мотористов поджидает немало проблем.

Как известно, процесс горения топлива проходит в присутствии кислорода, поэтому
в цилиндрах фактически сгорает не топливо, а смешанные в определенном соотношении топливо и воздух. Особенности процесса топливного горения зависят, например, от состава горючего или режима работы мотора, и некоторых других факторов. К примеру, в случае бензиновых двигателей топливо и воздух находятся в соотношении один к 14–15, то есть воздуха требуется довольно много. Увеличить подачу топлива – не проблема, чего не скажешь о столь значительном увеличения подачи воздуха.
В основе работы обычного ДВС лежит разница между давлением непосредственно в цилиндрах и атмосферным столбом, благодаря чему необходимый воздух попадает в двигатель самостоятельно. В этом случае получается прямая зависимость между объемом цилиндра и кислородом, который попадает в него на каждом цикле. По этому пути пошли американцы – выпущенные ими огромные двигатели имеют умопомрачительный расход горючего.

Как загнать в цилиндр больше воздуха? Первый способ увеличить в определенном объеме количество воздуха придумал немецкий инженер-конструктор Готлиб Вильгельм Даймлер. Это та самая светлая голова, чье имя стало частью названия знаменитой автомобильной марки Daimler Benz AG. 1885 год был ознаменован рождением нового мотора, который при своем незначительном весе и небольших размерах обеспечивал большую мощность. Воздух в него закачивался посредством специального нагнетателя, представляющего собой вентилятор (компрессор). Получив вращение напрямую от вала двигателя, он загонял сжатый воздух в цилиндры.
В начале XX века швейцарскому инженеру-изобретателю Альфреду Бюхи удалось пойти еще дальше. Под его руководством в производственной фирме Sulzer Brothers проходили работы по разработке дизельных двигателей. С одной стороны ему категорически не нравились большие и тяжелые, к тому же маломощные моторы, с другой – не хотелось использовать и идею вращения приводного компрессора за счет энергии движка. Это и привело к поискам нового решения нагнетания воздуха. Так, в 1905 году впервые в мире было запатентовано новое устройство нагнетания, основанное на использовании энергии выхлопных газов в качестве движителя.

Идея турбонаддува – проста, как, впрочем, и все гениальное. Аналогично работе ветра по вращению крыльев мельницы, колесо с лопатками здесь крутят отработавшие газы. Ротор турбины, как называют маленькое колесо с большим количеством лопаток, и колесо компрессора посажены на один вал. Полученную конструкцию, турбонагнетатель или турбокомпрессор (лат. turbo – вихрь, compressio – сжатие) можно условно разделить на:

  • ротор – вращается под действием выхлопных газов
  • и компрессор – будучи соединенным с ротором, он выступает в роли вентилятора, нагнетающего дополнительный воздух в цилиндры.

Воздух, попадающий в цилиндры турбомотора, часто нуждается в дополнительном охлаждении. В этом случае, загнав туда больше кислорода, можно будет повысить его давление, поскольку уже в цилиндре ДВС сжать холодный воздух гораздо легче, чем горячий. При прохождении через турбину воздух за счет сжатия и разогретых выхлопными газами деталей турбонаддува нагревается. Его охлаждают с помощью промежуточного охладителя, интеркулера. Это радиатор, который установлен по ходу движения воздуха межу компрессором и цилиндрами мотора. При прохождении через интеркулер воздух отдает тепло атмосфере и охлаждается. А уже холодный, более плотный воздух можно загонять в цилиндр в большем объеме.
Получается определенная цепочка – большее количество выхлопных газов, попавших в турбину, заставляет ее быстрее вращаться, а больший объем дополнительного воздуха, поступающего в цилиндры, повышает мощность.
Решение это – довольно эффективное, поскольку по сравнению, допустим, с приводным нагнетателем требуется значительно меньше затрат энергии двигателя (порядка 1,5%) на самообслуживание наддува. Это легко объясняется тем, что источником энергии ротора турбины является не замедление выхлопных газов, а их охлаждение – выхлопные газы после турбины идут так же быстро, но они более холодные.
Более того, на сжатие воздуха затрачивается даровая энергия, что способствует повышению КПД двигателя. К тому же, возможность получить большую мощность с рабочего объема поменьше приводит к меньшим потерям на трении, меньшей массе мотора (следственно и машины в целом).

Плюсы и минусы турбонаддува

Таким образом, автомобиль с турбонаддувом оказался значительно экономичнее своих атмосферных собратьев равной мощности. Тем не менее, оптимальным такое решение не назовешь по нескольким причинам. Начнем, к примеру, со скорости вращения турбины, которая может достигать порядка 200 тысяч оборот/мин или температуры раскаленных газов, достигающей, трудно даже представить, 1000°C. Очевидно, что создание и установка турбонаддува, способного в течение длительного времени выдерживать столь сильные нагрузки — это довольно дорого и непросто.
Именно поэтому установка турбины на двигатель первоначально получила достаточно широкое распространение исключительно в годы Второй мировой войны, причем только в авиации. В последующем, в 50-е годы ХХ века, турбонаддув стали использовать в тракторах американской компании Caterpillar и первых турбодизелях для грузовиков компании Cummins. И только в 1962 году они появились на серийных легковых автомобилях, причем почти одновременно на Chevrolet Corvair Monza (Шевроле Корвэйр Монца) и Oldsmobile Jetfire (Олдсмобиле Джетфайер).

Однако сложность конструкции и ее дороговизна оказались не единственными недостатками турбонаддува. Насколько эффективно будет проходить эксплуатация двигателя с турбиной во многом определяется оборотами движка. Действительно, на малых оборотах и, соответственно, небольшом объеме выхлопных газов ротор раскручивается слабо, и компрессор, в свою очередь, почти не задувает дополнительный воздух в цилиндры. Порой даже до 3000 оборот/мин мотор вообще не тянет, и «выстреливает» только где-то после четырёх-пяти тысяч. Подобная ситуация называется турбоямой.
Еще один момент — сложный и дорогой ремонт турбины в случае возникновения неисправностей турбированного двигателя, поскольку обслуживание таких агрегатов остается прерогативой сертифицированных станций фирменного техосблуживания.

Эксплуатация двигателя с турбиной

Поскольку для большей турбины необходимо больше времени на раскрутку, то турбоямы, как правило, грозят в первую очередь моторам, имеющим очень высокую удельную мощность и турбины высокого давления. Что же касается турбин с низким давлением, то у них провалов тяги, можно сказать, нет, однако мощность они способны поднять не очень сильно.
От турбоямы удается почти избавиться при использовании схемы с последовательным наддувом, суть которой в следующем: на малых оборотах мотора работает малоинерционный небольшой турбокомпрессор, который на низах увеличивает тягу, а на высоких оборотах по мере роста давления на выпуске включается второй, побольше.
В прошлом веке этот принцип был использован на суперкаре Порше 959. Сегодня же эта схема используется, к примеру, на турбодизелях фирм Land Rover и BMW. В бензиновых двигателях с турбинами Volkswagen в качестве маленького турбокомпрессора выступает приводной нагнетатель.
В случае рядных двигателей чаще используют одиночный турбокомпрессор типа twin-scroll с двойным рабочим аппаратом. Каждую из «улиток» наполняют выхлопные газы от различных групп цилиндров, но они обе подают газы при этом на одну турбину, достаточно эффективно раскручивая ее и на малых оборотах, и на больших.
Но чаще всего можно встретить пару одинаковых турбокомпрессоров, обслуживающих параллельно различные группы цилиндров. Типичной схемой для V-образных турбомоторов является следующая: каждому блоку – свой нагнетатель, хотя и не без исключений. Например, двигатель V8 от Motorsport Gmbh (дочерняя компания BMW AG), который впервые был использован на автомобилях BMW серии X5 M и X6 M, имеет перекрестный выпускной коллектор, позволяющий получать компрессору twin-scroll выхлопные газы из работающих в противофазе цилиндров различных блоков.

Эффективность двигателя с турбиной

Еще один вариант повышения эффективности работы турбокомпрессора с охватом всего диапазона оборотов – это изменение геометрии рабочей части. Специальные лопатки, поворачиваясь внутри «улитки», в зависимости от оборотов, варьируют форму сопла. В итоге получается «супертурбина», которая хорошо работает при любых оборотах. Хотя идея эта – не из новых, но реализовать ее удалось не так уж давно. Установка подобных турбин началась с дизельных двигателей, а из бензиновых первым примерил турбину с изменяемой геометрией Porsche 911 Turbo.

В последнее время популярность турбомоторов резко возросла, поскольку помимо форсирования силовых агрегатов они повышают экономичность и чистоту выхлопа. Это особенно важно для дизельных двигателей. Сегодня редко какой дизель обходится без приставки «турбо», а по отзывам, если поставить турбину на бензиновый двигатель обычного автомобиля, это превратит его в настоящую «зажигалку». Да и просто заурядные, но современные седаны, универсалы и хэтчбеки скрывают под капотом бензиновые и дизельные двигатели, оснащаемые турбинами, позволяющими уменьшить количество цилиндров, рабочий объем мотора, а соответственно не только массу, но и расход постоянно увеличивающегося в цене топлива.

О турбонаддуве

Нагнетание воздуха при помощи турбокомпрессора

Мощность, которую может развивать двигатель внутреннего сгорания, зависит от количества воздуха и топлива, которые поступают в двигатель. Таким образом, добиться повышения мощности можно, увеличив количество этих компонентов. Увеличение количества топлива совершенно бессмысленно, если одновременно не увеличивается количество воздуха для его сгорания. Поэтому одним из решений проблемы повышения мощности двигателя является увеличение количества воздуха, поступающего в цилиндры; при этом можно сжечь больше топлива и получить, соответственно, большую энергию. Это подразумевает, что необходимый для сгорания топлива воздух должен быть сжат перед подачей в цилиндры. 

Увеличение мощности атмосферного двигателя может быть достигнуто путём увеличения либо его рабочего объёма, либо оборотов. Увеличение рабочего объёма сразу же увеличивает вес, размеры двигателя и, в конечном итоге, его стоимость. Увеличение оборотов проблематично из-за возникающих при этом технических проблем, особенно в случае двигателя со значительным рабочим объёмом. Технически приемлемым решением проблемы увеличения мощности является использование нагнетателя (компрессора). Это означает, что подающийся в двигатель воздух сжимается перед его впуском в камеру сгорания. 

Турбокомпрессор был впервые сконструирован швейцарским инженером Бюши ещё в 1905 году, но только много лет спустя он был доработан и использован на серийных двигателях с большим рабочим объёмом. В принципе, любой турбокомпрессор состоит из центробежного воздушного насоса и турбины, связанных при помощи общей жесткой оси между собой. Оба этих элемента вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Энергия потока отработавших газов, которая в обычных двигателях не используется, преобразуется здесь в крутящий момент, приводящий в действие компрессор. Происходит это так: выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление, они разгоняются до большой скорости и вступают в контакт с лопатками турбины, которая и преобразует их кинетическую энергию в механическую энергию вращения (крутящий момент).


Это преобразование энергии сопровождается снижением температуры газов и их давления. Компрессор засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Количество топлива, которое можно смешать с воздухом, при этом можно увеличить, что позволяет двигателю развивать большую мощность. Кроме того, улучшается процесс сгорания, что позволяет увеличить характеристики двигателя в широком диапазоне оборотов.

Между двигателем и турбокомпрессором существует связь только через поток отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора напрямую не зависит от числа оборотов двигателя и характеризуется некоторой инерционностью, т.е. сначала увеличивается подача топлива и энергия потока отработавших газов, а затем уже увеличиваются обороты турбины и давление нагнетания, и в цилиндры двигателя поступает ещё больше воздуха, что даёт возможность увеличить подачу топлива. 

Характеристики мотора напрямую зависят от давления наддува: чем больше воздуха удастся загнать в цилиндры, тем мощнее будет двигатель. При определенном стиле вождения появляются и другие плюсы – снижается расход топлива, мотор не боится горных дорог, где обычные двигатели буквально задыхаются от нехватки кислорода в разреженной атмосфере.

Все современные автомобили оснащены системой турбонаддува, которая позволяет повысить мощность двигателя на 20-35% при этом двигатель, оснащенный турбонаддувом, обладает более высоким крутящим моментом на средних и высоких оборотах, что делает автомобиль более динамичным и экономичным при движении. Но при торможении двигателем автомобиль останавливается медленней, за счет пониженной степени сжатия в цилиндрах. Турбина начинает эффективно работать на дизельном авто при 2200-2500 об/мин, на бензиновом при 2800 - 3500 об/мин. Промежуток оборотов двигателя от холостых оборотов до включения турбины называется турбо-яма. Современные системы управления турбиной позволяют минимизировать эффект турбо-ямы.

Показателем эффективности работы турбины является давление наддува, которое на дизельных двигателях обычно достигает до 0.6-0.7 бар а на бензиновых от 0.6-1.0 бар. Качество сгораемого топлива зависит от процентного содержания смеси топливо-воздух и определяет состояние выхлопных газов двигателя.

Все турбонаддувы можно условно разделить на два типа – низкого (0,20 бара) и высокого давления (0,82 бара). Первый, как показала практика, может вообще обходиться без регуляторов. К примеру, на мотор Saab 95 V6 Ecopower Turbo объемом 3,0 л установлена относительно маломощная, поэтому и менее «задумчивая» турбина Garrett. Интересно, что для достижения максимального давления 0,25 бара она использует энергию отработавших газов лишь трех цилиндров из шести. На больших оборотах турбонагнетатель не может как следует разогнаться, что и обеспечивает низкое давление наддува. Электронно управляемая заслонка в этой турбине тут же открывается при любом нажатии на педаль газа. Это позволяет турбине немедленно получать необходимое количество отработавших газов для того, чтобы закачивать в цилиндры больше воздуха. Как только «воздушный насос» раскрутился, заслонка возвращается в положение, соответствующее заданному числу оборотов двигателя. В результате максимальный момент 310 Нм этот мотор выдает при 2100 об/мин.

Но это исключение из правил. Обычно в качестве регуляторов давления в турбодвигателях используют предохранительные клапаны – механические, либо с электронным управлением. Первые открываются избыточным давлением наддуваемого воздуха, вторые имеют исполнительные механизмы, как правило, электромагнитные. Команду открыть-закрыть клапану дает ЭБУ двигателя, руководствуясь информацией целой группы датчиков: давления во впускном коллекторе, детонации, расходомера воздуха и т. д. Первым подобную систему применил Saab в 1981 году.

Давление наддува обычно регулируется с помощью клапанных систем, которые перепускают требуемое количество отработавших газов. Хотя встречаются модели, в которых избыточный воздух сбрасывается прямо под капот, что не совсем выгодно с точки зрения экономичности. Впрочем, и первый способ не идеален, ведь значительное количество отработавших газов не выполняет никаких полезных действий. Вот если бы объединить две турбины в одной! Тогда бы одна использывалась для малых оборотов двигателя, а другая – для максимальных. При этом перепускной клапан использовался бы эпизодически.

Что такое VTG?

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией VTG (Variable Turbo Geometry) – это вовсе не турбина с поворотными крыльчатками. Реализовать подобное затруднительно. Но зато ничто не мешает сделать подвижным направляющий аппарат, который в зависимости от нагрузки дозировал бы количество и скорость поступающих на «горячую крыльчатку» отработавших газов. Самый простой вариант использовали в роторном моторе Mazda RX7 в конце 80х. Здесь струя выхлопных газов была разделена на два потока. На малых оборотах они воздействовали только на верхнюю часть турбинного колеса. При достижении определенной частоты вращения коленвала срабатывал клапан, после чего отработавшие газы подавались уже на всю поверхность крыльчаток. Правда, оказалось, что данная система хорошо работала только в паре с роторнопоршневым двигателем Ванкеля.

Более удачной оказалась идея с несколькими поворотными лопатками, закрепленными в специальной обойме. Они регулировали скорость и давление потока отработавших газов в зависимости от режима работы. В грузовых автомобилях первой удачно применила этот метод фирма Mitsubishi в середине 80х, а в легковых – Audi и Volkswagen – фирма Allied Signal (Garrett) в 1995 году. Позже VTG-нагнетатетелями обзавелись легковые дизели BMW и MercedesBenz, а также AlfaRomeo. К слову, нечто подобное устанавливалось на советские танковые дизели с середины 60х.

Но пока, к сожалению, такая система прижилась только на дизельных моторах. Дело в том, что нежный направляющий аппарат теряет подвижность после долгой работы при высоких температурах выхлопных газов. Сравним 1050°С для бензинового двигателя и всего 600°С для дизеля. Кроме того, турбина с переменной геометрией дороже, чем обычная. А ее надежность и долговечность все-таки поменьше. Поэтому в ближайшее время вопрос о том, каким должен быть идеальный наддув, остается открытым. Один из перспективных путей – применение комбинированного наддува. К примеру, на малых оборотах воздух в цилиндры нагнетает приводной компрессор, а уже со средних в дело вступает турбонаддув.

Дизельный насос (ТНВД) имеет турбо-корректор, который подает топливо относительно поступаемого в камеру сгорания воздуха. Такая же коррекция происходит и в инжекторных системах. Окружная скорость вращения вала турбо-корректора достигает 50-70 м/с, что в несколько раз выше скорости движения автомобиля и на порядок выше окружной скорости коленчатого вала, если эти данные перевести в об/мин то ротор турбо-корректора вращается с 150000 - 210000 об/мин а коленвал с 5000-7000 об/мин. При этой скорости малейший дисбаланс превращает ротор в вибратор большего размера, что приводит к механичекому и акустическому шуму, утечке масла через уплотнения и неэффективной работы турбины, а в конечном итоге к заклиниванию вала и обрыву горячей крыльчатки. Вот зачем необходима балансировка вала до сборки турбокомпрессора и после. Особую роль нужно отдать диагностике работы двигателя и топливной системы.

Для проверки эффективности работы турбокомпрессора используется вакуумметр-манометр. Для проверки давления картерных газов используем напоромер. Данный прибор позволяет диагностировать состояние двигателя в целом. Ведь работа турбины на 99% зависит от состояния двигателя, а повышенный расход масла и топлива ошибочно указывает на изношенное состояние турбокомпрессора. Что касается диагностики топливной системы автомобиля, то лучше это сделать на специализированной СТО, но некоторые неисправности очевидны. Так средний пробег распылителей форсунок составляет 100 тыс. км. пробега, работа свечей накала 50 тыс. км., свечей зажигания обычных 25 тыс. км. а платиновых 60 тыс. км. Периодическая профилактическая чистка топливной системы составляет около 25 тыс. км. км пробега. Клиенты к нам обращаются как в плане консультации при покупке автомобиля, так и с просьбой диагностики турбины и двигателя для определения реального состояния цилиндро-поршневой группы и ремонта.

Преимущества турбокомпрессорного двигателя

Двигатель, оснащённый турбокомпрессором, обладает техническими и экономическими преимуществами по сравнению с атмосферным (безнаддувным) двигателем:

  • Соотношение «масса/мощность» у двигателя с турбокомпрессором выше, чем у атмосферного двигателя.
  • Двигатель с турбокомпрессором менее громоздок, чем атмосферный двигатель той же мощности.
  • Кривая крутящего момента двигателя с турбокомпрессором может быть лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации. При этом, водитель тяжёлого грузовика должен намного реже переключать передачи на горной дороге, и само вождение будет более «мягким». 

Кроме того, можно на базе атмосферных двигателей создавать версии, оснащённые турбокомпрессором и различающиеся по мощности. Ещё более ощутимы преимущества двигателя с турбокомпрессором на высоте. Атмосферный двигатель теряет мощность из-за разрежения воздуха, а турбокомпрессор, обеспечивая повышенную подачу воздуха, компенсирует снижение атмосферного давления, почти не ухудшая характеристики двигателя. Количество нагнетаемого воздуха станет лишь ненамного меньше, чем на более низкой высоте, то есть двигатель практически сохраняет свою обычную мощность. Кроме того:

  • Двигатель с турбокомпрессором обеспечивает лучшее сгорание топлива.Подтверждением тому служит уменьшение потребления топлива грузовиками на больших пробегах.
  • Поскольку турбокомпрессор улучшает сгорание, он также способствует уменьшению токсичности отработавших газов.
Ремонт турбин дизельных двигателей

Турбированный дизельный двигатель с неисправным компрессором теряет от 30 до 60 процентов своей мощности. К сожалению, вывести этот агрегат из строя довольно легко: достаточно несколько раз после холодного пуска дать двигателю высокие обороты. Если к тому же моторное масло не соответствует типу двигателя или засорен фильтр, ремонт турбокомпрессора придется делать почти наверняка.

Рекомендации по эксплуатации автомобиля с турбиной

Очевидно, что классическое обслуживание автомобиля — ещё не гарантия того, что Турбина и двигатель может пройти 500 000 км до капремонта. В регламентное обслуживание необходимо вводить такие работы: очистка топливной системы, диагностика-регулировка топливо-воздушной системы, проверка на загрязнение катализатора в выхлопной системе.

    • При запуске двигателя используйте минимальный газ и не меньше минуты держите двигатель на холостых оборотах. Газовать на двигателе, который лишь несколько секунд назад завелся, значит, заставлять турбину вращаться на высоких скоростях в условиях ограниченной смазки.
    • После больших оборотов и нагрузки двигателя не выключайте зажигание, дайте двигателю поработать на холостых оборотах от 15 до 30секунд (в зависимости от режима работы двигателя). При нагруженном двигателе крыльчатка турбины вращается на очень высоких оборотах. Быстрое же выключение зажигания приводит к прекращению подачи масла в то время когда крыльчатка ещё вращается с большой скоростью...
    • Избегайте длительной работы на холостых оборотах. При этом давление масла в турбине больше, чем воздуха в компрессорной части. Масло может вытекать в улитки и появится сизый дым.
    • Масло, на котором эксплуатируется ваш автомобиль - это действительно самая главная деталь в работоспособности турбонаддува.
Практические советы по обслуживанию, диагностике

Сегодня многие СТО «боятся» автомобилей с турбокомпрессорами. Это происходит из-за нехватки информации с одной стороны и нежелании механиков получать дополнительные знания по автодиагностике. Предлагаем Вам ознакомиться с подходом к турбокомпрессору. Не нужно бояться турбин, нужно технически грамотно представлять процесс проверки турбокомпрессора. 

Если автомобиль нуждается в ремонте, а признаки указывают, что неисправность связана с турбокомпрессором, важно точно установить, поврежден он или нет. Это можно сделать, пользуясь таблицей, приведенной ниже. Если точно установлено, что турбокомпрессор неисправен, нужно обязательно отыскать причину этого. Если её не устранить, новый компрессор, установленный взамен неисправного, тоже выйдет из строя, иногда это происходит в первые же секунды после запуска двигателя.

Методика диагностирования турбокомпрессора на двигателе
  1. Необходимо подсоединиться к системе впускного коллектора с помощью тройника, так как система должна быть герметична.
  2. Произвести запуск двигателя, дать возможность прогреться двигателю до температуры 70°С.
  3. Статическая проверка турбонаддува:
    • на инжекторных автомобилях показания прибора при холостых оборотах должны быть в секторе вакуумирования (левая зелёная зона). На дизельных автомобилях показания прибора колеблются около "0";
    • для дизельных автомобилей: при холостых оборотах стрелка на приборах находится в "0", при резком и кратковременном нажатии на педаль газа может быть в пределах 0,5 – 0,8 бар при 2200 –3500 об/мин, нагнетание становится эффективным от 2200 об/мин;
    • на инжекторных автомобилях при плавном нажатии на педаль акселератора на оборотах двигателя 2000 об/мин показания прибора достигают 0 – 0,2 бар. При резком нажатии на педаль акселератора показания прибора достигают 0,3 – 0,5 бар, и происходит сброс давления, т.к. двигатель не нагружен. Поэтому инжекторный автомобиль необходимо диагностировать в движении. Эффективность нагнетания происходит от 2800 об/мин двигателя.

4. Динамическая проверка турбонаддува:

    • необходимо вывести прибор в салон автомобиля;
    • произвести измерение на 2-й передаче с максимальным ускорением, при этом показания прибора на инжекторных автомобилях достигают 0,8 – 1,0 бар, а на дизельных – 0,6 – 0,8 бар.

5. После измерения турбонаддува необходимо все соединения вернуть в начальное состояние.

Внимание!!! Если давление турбонаддува для дизеля ниже 0,5 бар, то необходимо уделить серьёзное внимание топливной аппаратуре. Если ниже 0,3 бар при исправном двигателе, то турбокомпрессор требует ремонта. 

Внимание!!! Если давление турбонаддува превышает максимально допустимые параметры, то существует большая вероятность выхода из строя цилиндропоршневой группы (прогар поршня).
Вопреки распространенному мнению, можно починить практически любой компрессор. Однако сам процесс ремонта турбин очень сложен, и кроме опыта требует специального оборудования.

 Сначала агрегат разбирается и проводится тщательная ревизия состояния всех его деталей. После этого делается собственно ремонт турбокомпрессора, для чего применяются лишь фирменные запчасти, а все подшипники и компрессионные кольца заменяются новыми. Затем турбину тщательно балансируют и картридж собирают. Далее на стенде добиваются идеальной балансировки уже самого картриджа, после чего турбину можно устанавливать на двигатель.

Замена турбокомпрессора

При самостоятельной установке турбины следует выполнять приведённые указания:

  1. Проверить сливные маслопроводы, снять и полностью их прочистить. Убедиться в отсутствии вмятин, повреждений, пережатий. Случается, что шланги и резиновые патрубки через некоторое время разбухают изнутри, что затрудняет движение масла. В случае сомнений рекомендуется заменить резиновые части новыми деталями.
  2. Проверить сапун двигателя, снять и полностью очистить его. Нужно следовать тем же указаниям, что и для маслопроводов. Проверить, при необходимости заменить клапаны (если они есть). На сапуне часто устанавливают небольшой конденсатор масла, его также нужно очистить и проверить. Одним словом, давление картерных газов не должно превышать 50 кг/м2.
  3. Пред установкой турбокомпрессора (далее ТКР) заглушить патрубок маслоподачи и слива на ТКР.
  4. Прогреть двигатель до рабочей температуры, произвести замер давления масла в патрубке подачи масла на ТКР ( не менее 0,8 кг/см2 ) на холостых оборотах и (не более 6,5 кг/см2) на максимальных оборотах.
  5. Слить отработанное масло с двигателя.
  6. Произвести замену всех фильтров (масляного, воздушного, топливного). Очистить внутренние полости корпуса воздушного фильтра от инородных частиц и мусора.
  7. Залить масло, соответствующее требованиям завода-изготовителя для данного типа двигателя (смотреть инструкцию по эксплуатации автомобиля).
  8. Произвести чистку и проверить герметичность воздушных патрубков подачи и слива масла (патрубки трубопроводов должны соответствовать требованию завода-изготовителя).
  9. При наличии интеркулера промыть его от остатков масла.
  10. При наличии катализатора в выхлопной системе необходимо проверить сопротивление противовыхлопа (не более 0,2кг/см2 на оборотах).
    При завышенном давлении, или если автомобиль имеет пробег более 100 тыс. км, катализатор нужно заменить или удалить.
  11. Снять заглушку с маслоподающего патрубка. На стартерном режиме произвести прокачивание маслом подающей трубки, слить в ёмкость примерно 100 г масла.
  12. Произвести монтаж ТКР, не подключая патрубки всасывания и наддува воздуха.
  13. Подключить маслоподающую трубку к ТКР.
  14. На стартерном режиме произвести прокачивание масла через ТКР в ёмкость примерно 100 г, контролируя появление масла на сливной трубке.
  15. Подсоединить маслосливную трубку к ТКР.
  16. Запустить двигатель, не пользуясь педалью акселератора. Дать поработать двигателю 5–10 минут на холостых оборотах, при этом контролировать температуру патрубка подачи масла (50–60°С), контролировать герметичность всех соединений.
  17. Увеличить обороты двигателя до 2500/3000 об/мин. При этом отслеживать выброс масла из нагнетающего патрубка улитки ТКР.
  18. Убедившись, что ТКР не выбрасывает через нагнетающий патрубок улитки масло, произвести монтаж воздушных патрубков.
  19. Запустить двигатель, проверить герметичность всех соединений.
  20. Замерить давление во всасывающем тракте после турбины.

Если обнаружены неисправности, конечно же следует их устранить.

С уважением СТО «Ковш»

Турбонаддув!? Кто это? Системы агрегатного наддува воздуха

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. Таким образом, чем выше обороты работы двигателя, тем больше он вырабатывает газов и тем больше воздуха впоследствии получает. Идеальный замкнутый круг с бесконечным потенциалом повышения мощности?

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. Büchi) 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 условнотурбонагнетатель 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.

Но до реализации этих решений в автомобилях прошло некоторое время — первый серийный легковой автомобиль «наддули» с помощью приводного нагнетателя в 1921 году — им стал Mercedes-Benz. Турбонагнетатели же стали получать распространение в авиационных двигателях 1920-х годов, так как там было особенно важно справляться с потерей мощности по мере набора высоты, где плотность воздуха становится меньше. Вскоре газовые нагнетатели нашли своё применение и в грузоперевозках — прибавка в крутящем моменте оказалась для дизелей судов и локомотивов очень кстати. Первой легковушкой с турбонагнетателем под капотом стало купе-хардтоп Oldsmobile Jetfire с 215-сильным V8.

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

В отличие от питающегося «бесплатными» выхлопными газами турбокомпрессора, механический нагнетатель приводится в движение энергией вращающегося коленвала. Соответственно, чтобы получить дополнительную мощность, двигатель сначала часть мощности отдаёт, поэтому КПД такого решения ниже. Но, тем не менее, производители не спешат отказываться от приводных нагнетателей, потому как они наделяют автомобиль моментальной тягой с самых низких оборотов 

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.

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.

Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбонаддув до очень высоких температур. А также сжимают подаваемый воздух, чем повышают и его температуру. ёплый воздух имеет меньшую плотность, а порог разрушающей мотор детонации при использовании горячего воздуха становится ниже. Поэтому для охлаждения воздуха между нагнетателем и впускным коллектором в системах наддува предусмотрен промежуточный охладитель или, иными словами, интеркулер. Он представляет собой теплообменник (то есть радиатор), через который по пути в камеру сгорания проходит весь нагнетаемый воздух. По конструкции интеркулеры делятся на системы вида: «воздух-воздух» и «воздух-вода».

 

Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Шатунно-поршневая группа каждого мотора рассчитана на определённые нагрузки, и превышение их приведёт к разрушению двигателя. Во избежание бесконтрольного роста давления наддува в горячей части нагнетателя предусмотрена специальная калитка-клапан под названием «вейстгейт» (в переводе — клапан для излишков), которая открывается с помощью пневматики или сервопривода при достижении пикового расчётного давления в системе. В результате «лишние» газы просто идут в обход турбинного колеса прямиком в выхлопной тракт и не раскручивают компрессор сверх меры.

Как правило, в моторах есть и ещё одна страховка от «передува» — при превышении критического порога давления блок управления двигателем ограничивает увеличение подачи топлива на безопасной отметке, и мотор перестаёт производить слишком много выхлопных газов.  Еще 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».

Чтобы понизить порог наддува, когда турбина создаёт избыточное давление, и сократить зону турбоямы, создатели турбокомпрессоров используют различные конструктивные ухищрения. Самые распространённые из них — крыльчатка с изменяемой геометрией и твинскролльная горячая «улитка».

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. TwinScroll предусматривает два параллельных, но разного размера и формы канала для выхлопных газов в едином корпусе улитки — газы в каждый из каналов попадают от своей группы цилиндров, но крутят единое турбинное колесо. Его лопатки выполнены таким образом, что одинаково эффективно воспринимают импульсы из обоих каналов.

Из-за различной геометрии каналов и достигается хорошая тяга одновременно и на низких, и на средних и высоких оборотах, а отсутствие столкновения и завихрения потоков газов от разных групп цилиндров улучшает газодинамические свойства системы. Турбины же с изменяемой геометрией имеют специальные, приводимые актуатором, подвижные лопатки-заслонки, которые в разных положениях позволяют менять форму газового канала в горячей улитке

 

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Идеального изобретения не бывает: всегда можно сделать что-нибудь лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбросить вас по шоссе или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель - использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух в переднюю часть, обеспечивая больше "привлекательности", чем в противном случае получать. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки.Тот, который вы видите здесь, - это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо проезжают автомобили, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую.Выхлоп смесь горячих газов, откачиваемых на скорости, и вся энергия в ней содержит - тепло и движение (кинетическая энергия) - исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли бы как-нибудь использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля - это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спорткары обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле.Другой вариант - использовать турбонагнетатель, который каждую секунду нагнетает в цилиндры больше воздуха, они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор - это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.В качестве горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбокомпрессор, но вместо того, чтобы приводиться в действие выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отходов энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор - это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы) сидят на одном металлическом валу, так что оба вращаются вместе. Один из этих вентиляторов, названный turbine , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются и вал, с которым они соединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор - подробнее

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

  1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
  2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
  3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух, а затем снова его выдувает.
  4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
  5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
  6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
  7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
  8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
  9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
  10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через свой впуск, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый внешний воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа - и это иногда сбивает людей с толку. С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо - вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не напрямую, каким-либо образом увеличивает мощность автомобиля.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете большую выходную мощность. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует большую мощность, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии, выход в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны сжигать, соответственно, больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем.

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя - это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю - короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув - это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбонагнетатель приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонаддува, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга - eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), инженер-автомобилестроитель, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его оригинальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Однако

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, в том числе Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Если вам понравилась эта статья ...

... вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На сайте

Книги для старших читателей

Книги для юных читателей

  • Car Science Ричард Хаммонд. Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

  • Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Терпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
  • Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы в Кюль-де-Сак, автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
  • Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис. Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
  • Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
  • Автопроизводители считают, что турбины - мощный путь к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, так активно продвигают двигатели с турбонаддувом.
  • 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конце концов преодолели свои первые проблемы.
  • Чак Скватриглиа, «Если ты не водишь турбо», то скоро будешь. Wired, 24 сентября 2010 г.Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбонагнетателями увеличится вдвое, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
  • Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена. BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты - хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

  • Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж.Бючи, предоставлен 17 апреля 1934 года. Ранний турбодвигатель, спроектированный самим изобретателем турбокомпрессоров.
  • Патент США № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, разработанный Ричардом Дж. Ллойдом, Корпорация Гарретт, выдан 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
  • Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
  • Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г. Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https: // www.exploainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте ...

Как работают турбокомпрессоры | HowStuffWorks

В некоторых двигателях используются два турбокомпрессора разных размеров. Меньший из них очень быстро набирает скорость, уменьшая задержку, в то время как больший берет на себя при более высоких оборотах двигателя, обеспечивая больший прирост.

Когда воздух сжимается, он нагревается; а когда воздух нагревается, он расширяется.Таким образом, отчасти повышение давления от турбонагнетателя является результатом нагревания воздуха до того, как он попадет в двигатель. Чтобы увеличить мощность двигателя, цель состоит в том, чтобы в цилиндр попало больше молекул воздуха, а не обязательно большее давление воздуха.

Интеркулер или охладитель наддувочного воздуха - это дополнительный компонент, который выглядит как радиатор, за исключением того, что воздух проходит как внутри, так и снаружи промежуточного охладителя. Всасываемый воздух проходит через герметичные проходы внутри охладителя, а более холодный воздух снаружи обдувается охлаждающим вентилятором двигателя через ребра.

Промежуточный охладитель дополнительно увеличивает мощность двигателя за счет охлаждения сжатого воздуха, выходящего из компрессора, прежде чем он попадет в двигатель. Это означает, что если турбокомпрессор работает с наддувом 7 фунтов на квадратный дюйм, система с промежуточным охлаждением будет подавать 7 фунтов на квадратный дюйм более холодного воздуха, который является более плотным и содержит больше молекул воздуха, чем более теплый воздух.

Турбокомпрессор также помогает на больших высотах , где воздух менее плотный. Обычные двигатели будут испытывать снижение мощности на больших высотах, потому что с каждым ходом поршня двигатель будет получать меньшую массу воздуха.Двигатель с турбонаддувом также может иметь пониженную мощность, но это снижение будет менее значительным, поскольку более разреженный воздух турбонагнетателю легче перекачивать.

Старые автомобили с карбюраторами автоматически увеличивают расход топлива, чтобы соответствовать увеличенному потоку воздуха, поступающего в цилиндры. Современные автомобили с впрыском топлива также сделают это в определенной степени. Система впрыска топлива полагается на кислородные датчики в выхлопе, чтобы определить правильность соотношения воздух-топливо, поэтому эти системы автоматически увеличивают поток топлива, если добавлен турбонаддув.

Если турбонагнетатель со слишком большим наддувом добавляется к автомобилю с впрыском топлива, система может не обеспечивать достаточно топлива - либо программное обеспечение, запрограммированное в контроллере, не позволяет этого, либо насос и форсунки не могут его подавать . В этом случае придется внести другие изменения, чтобы получить от турбокомпрессора максимальную пользу.

Для получения дополнительной информации о турбонагнетателях и связанных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Первоначально опубликовано: 4 декабря 2000 г.

Turbocharger Vs.Нагнетатель: основы принудительной индукции

Есть большая вероятность, что в какой-то момент вашей жизни у вас был автомобиль с турбонаддувом или наддувом. Наличие турбонагнетателя или нагнетателя могло сыграть или не сыграть роль в вашем решении о покупке, но, тем не менее, вы воспользовались преимуществами лучшей производительности и экономии топлива. Хотя турбокомпрессоры сегодня широко используются в автомобилях, это относительно недавняя разработка с точки зрения истории автомобилестроения.Давайте посмотрим, почему автопроизводители используют турбокомпрессоры и нагнетатели, и поговорим о преимуществах, которые они могут предложить.

Зачем форсировать?

На протяжении многих лет автопроизводители пробовали практически все, чтобы придать своим автомобилям больше мощности и улучшить экономию топлива. Очевидное решение вопроса большой мощности - двигатель большего размера. Старая поговорка о том, что «вытеснению нет замены», появилась потому, что большой двигатель обычно производит больше мощности, чем маленький. Мускулистые автомобили 1960-х и 1970-х годов - отличные примеры этой школы мысли, и у них двигатели были больше, чем у многих современных пикапов.Они великолепно звучат, обеспечивают мускулатуру, необходимую для впечатляющего выгорания, и могут толкнуть вас обратно в сиденье, когда педаль заделана. Обратной стороной этих двигателей-монстров является экономия топлива, а точнее ее отсутствие. В конце концов, это был один из последних гвоздей в крышку гроба для случайного использования двигателей гигантского рабочего объема.

Когда-то зарезервированный для дорогостоящего оборудования, теперь турбонаддув используется во всем автомобильном спектре, включая Kia Soul, изображенную здесь. Kia

Поскольку запасы топлива сократились и цены подскочили во второй половине двадцатого века, производители были вынуждены изо всех сил пытаются придумать способ привести свои автомобили в действие без необходимости четыре фута на галлон большого блока V8.Сначала ответ заключался в том, чтобы делать маленькие автомобили. с небольшими двигателями. Компакты Ford Pinto, Chevrolet Vega AMC Gremlin были все рождено этой стратегией. Вторая часть плана заключалась в добавлении меньшего, менее мощный двигатель по сравнению с существующими автомобилями. Это и встреча постоянно ужесточающиеся стандарты выбросов, в результате чего на целое десятилетие были выпущены автомобили, которые были медленными, шумными и совсем не увлекательными. Термин «Эпоха недуга» используется для описывают американские автомобили с начала 70-х до начала 80-х годов прошлого века. которые многие модели были просто ужасны в управлении и повседневной жизни.

Как только производители разобрались со стандартами выбросов, они начали изучать возможность широкого использования турбокомпрессоров и нагнетателей в транспортных средствах. (Хотя малотоннажные автомобили с турбонаддувом от GM, Porsche и BMW, среди прочих, существовали десятилетиями, Saab 99 Turbo 1977 года часто объявляется первым коммерчески жизнеспособным серийным турбомотором современной эпохи; Volvo дебютировала с 240 Turbo в 1980 году. .)

Volvo 240 Turbo был первым серийным автомобилем с турбонаддувом для многих людей, достигших совершеннолетия в 1970-х и 80-х годах. Volvo

В совокупности именуются «принудительное индукции », добавление наддува с помощью турбонагнетателя или нагнетателя позволило уменьшить двигатели для увеличения мощности без ущерба для экономии топлива, что, в свою очередь, привело к появлению гораздо более привлекательных автомобилей.

Что такое турбокомпрессоры?

Турбокомпрессоры используют автомобильные выхлопные газы для вращения турбины в потоке выхлопных газов, который вращает компрессор на стороне индукции. Затем этот компрессор раскручивает и нагнетает больше воздуха в двигатель; больше воздуха означает больше топлива, а это может увеличить мощность.С другой стороны, нагнетатели вращаются с помощью шестерни или ремня. Если мы говорим о том, какой из них более эффективен, турбины всегда будут в выигрыше, потому что они повторное использование отработанного выхлопного газа вместо того, чтобы позволить ему уйти в атмосферу. В Напротив, нагнетатель отбирает часть мощности двигателя непосредственно для раскрутки двигателя. роторы.

На этом разрезе пятицилиндрового двигателя AUDI TTRS показано, как выхлопная турбина (слева) и вентилятор впускного компрессора (справа) соединены валом и размещены внутри контура впускного / выпускного трубопровода. Audi AG

Производительность и постоянство другие области, где две системы расходятся. Турбокомпрессорам нужен воздух, чтобы раскручиваться, что может занять время. Это явление известно как турбо-задержка, когда турбокомпрессор не раскручивается на полную мощность и поэтому не обеспечение максимального разгона двигателю. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может чувствую, как он бьет ключом при достижении определенного числа оборотов или скорости. Это также создает приятный звук свиста, который нравится людям.

Что такое нагнетатели?

В отличие от турбонагнетателя управляется непосредственно двигателем, поэтому нет лагов. Нагнетатель запускается вырабатывает мощность, как только нажата педаль акселератора, и увеличивается соразмерно при оборотах двигателя. Одним из значительных преимуществ нагнетателей является то, что они могут быть более легко настраивается для обеспечения мощности и повышения в широком диапазоне оборотов в минуту, в отличие от к турбокомпрессорам, которые сравнительно наиболее эффективно работают в небольшом диапазоне мощности.С другой стороны, обычно наблюдается небольшой процент потерь мощности из-за двигатель, чтобы получить преимущества мощности от нагнетателя. В конце концов, однако, любой потери обычно значительно перекрываются увеличением мощности двигателя. Они тоже часто демонстрируют уникальный звук. описывается как отчетливое нытье.

Dodge ошеломил мир маслкаров, представив в 2016 году 6,2-литровый двигатель Hellcat V8 с наддувом мощностью 707 лошадиных сил. Под большим алюминиевым корпусом в верхней части двигателя находится интеркулер; двухвинтовой нагнетатель находится прямо под ним. Dodge

Нагнетатели обычно делятся на одну из четырех категорий: корневые и двухшнековые или центробежные, приводимые в движение либо мощностью двигателя, либо электродвигателем. Наука немного сложнее, но это основная разбивка.

В чем смысл?

Каждая система имеет свои преимущества. Турбокомпрессоры увеличить мощность без увеличения объема двигателя, что приводит к повышение экономии топлива. Вот почему сейчас у нас так много мощных автомобилей с турбонаддувом. четырехцилиндровые и шестицилиндровые двигатели вместо V8 и даже V12, которые мы видели много лет назад.Автомобильная промышленность с энтузиазмом приняла турбонаддув, и количество новых автомобилей с турбонаддувом намного превышает количество автомобилей с нагнетателем. широкий запас.

С другой стороны, нагнетатели

хорошо работают в приложениях, где конечной целью являются максимальная мощность и крутящий момент. Прекрасным примером этого являются автомобили Dodge SRT Hellcat, у которых уже есть большой двигатель V8, а затем добавлен нагнетатель для создания уровней мощности, которых нет больше нигде в отечественной автомобильной промышленности. В настоящее время Dodge Challenger SRT Hellcat Redeye с мощностью 797 лошадиных сил не только прочен, но и надежен.

Большинство производителей также используют промежуточный охладитель на стороне впуска для охлаждения сжатого воздуха. Подобно радиатору, но для воздуха, производит более плотный, более богатый кислородом воздух, что позволяет подавать больше топлива в цикл горения, увеличивая мощность двигателя. Надежность также повышается за счет постоянной температуры на впуске, которая позволяет более точно управлять топливно-воздушной смесью.

Какие есть альтернативы?

Некоторые автопроизводители решили не выбирать между двумя платформами.Такие компании, как Volvo, решили использовать в новых автомобилях как турбонагнетатель, так и нагнетатель. Некоторые модели Volvo используют небольшой нагнетатель для увеличения мощности вне сети, после того, как он набирает обороты, работает турбонагнетатель. Эту систему иногда называют «двойной зарядкой».

Некоторые модели Volvo используют турбонагнетатель и нагнетатель в процессе, называемом двойным зарядом. На рисунке показан свежий воздух (синий), смешанный с наддувом (красный). Позднее воздушный поток сжимается турбокомпрессором, установленным ниже. Volvo

Другие автомобили также используют принцип «больше - значит лучше». Lancia и Nissan использовали как турбонаддув, так и наддув в раллийных автомобилях 1980-х годов. Несколько лет спустя Volkswagen выпустил автомобиль, в котором использовался 1,4-литровый двигатель с двойным наддувом, который производил такую ​​же мощность, как 2,3-литровый двигатель, но с 20-процентным улучшением экономии топлива.

Другие компании, особенно в вторичного рынка, работают над улучшением и модернизацией нагнетателя для использование в новых экономичных транспортных средствах.BorgWarner работает с Mercedes-Benz, чтобы разработать электрический нагнетатель, который вместо этого использует электродвигатель. выкачивания мощности из двигателя автомобиля для повышения его мощности.

Производители дали понять какой привкус буста он предпочитает для современных автомобилей. Турбокомпрессоры далеко более распространены и находятся под капотами гораздо большего количества новых автомобилей, чем нагнетатели.

В любом случае, турбо- и нагнетатели давно превзошли свою раннюю репутацию привередливых и дорогая технология, предназначенная для дорогой экзотики и гоночных автомобилей.В паре с передовые системы подачи топлива, комплексное программирование управления двигателем и значительно улучшился контроль качества, кажется, старый "нет замена на вытеснение », указ готов к отмене.

Плюсы и минусы двигателей с турбонаддувом

Скорость и мощность идут рука об руку как самые захватывающие аттракционы, касающиеся автомобильной карьеры и автомобильной культуры.Существует бесчисленное множество фильмов о машинах, летящих с головокружительной скоростью, и наша одержимость гонками Формулы-1 лишь укрепляет идеал скорости и мощности как конечную цель автомобиля. Однако, когда дело доходит до двигателей с турбонаддувом и суперкаров, они могут оказаться не такими, какими их придумывают. При всей демонической скорости и потрясающем крутящем моменте, которые они предлагают, двигатели с турбонаддувом определенно имеют некоторые недостатки. Итак, каковы плюсы и минусы разгона вашего двигателя?

Плюсы

Самым очевидным преимуществом установки двигателя с турбонаддувом в вашем автомобиле является то, что вы получите гораздо более быструю и мощную езду, но вам не нужен автомеханик , чтобы сказать вам об этом.Тем не менее, ваш автомобиль будет иметь гораздо большую мощность, чем позволяет вам естественный двигатель или наддув, а это означает, что если вы действительно хотите получить максимальную отдачу от этого рычащего V8, для вас может иметь смысл вложить деньги в его турбонаддув.

Поскольку двигатели с турбонаддувом в основном работают за счет выхлопных газов, газов, которые в противном случае были бы потрачены впустую, вы ничего не потеряете при использовании турбомотора. Это также означает, что вы можете получить больше мощности от меньшего двигателя без необходимости модернизации.Большие и мощные двигатели занимают гораздо больше места и дороже в эксплуатации, поэтому турбонаддув для небольшого двигателя - отличный компромисс.

Однако, несмотря на все, казалось бы, положительные стороны турбонаддува, у этого процесса есть и вопиющие минусы.

Минусы

Самый очевидный минус двигателя с турбонаддувом - это деньги и время, которые на это затрачиваются. Вам придется заплатить приличную сумму автомобильному технику , чтобы ваш обычный двигатель получил повышенную мощность и турбонаддув.Более того, это потребует некоторого переключения и перемещения под капотом, поскольку двигатель с турбонаддувом требует дополнительной проводки и трубок для правильной работы - автомобили с переполненными передними частями не применимы. Хотя многие автомобильные компании, такие как Volkswagen, предлагают модели заводского изготовления с двигателями с турбонаддувом, те, кто хочет обновить их самостоятельно, могут столкнуться с неудачами.

Также растет беспокойство по поводу того, что, несмотря на заявления автомобильных компаний об обратном, турбонаддув двигателя приводит к довольно значительной потере экономии топлива.Исследование, проведенное Consumer Reports в 2013 году, проверило одиннадцать автомобилей с двигателями с турбонаддувом и показало, что в целом каждое транспортное средство проезжает меньше миль на галлон, чем их аналоги без турбонаддува. Например, Ford Fusion 2.0L Turbo, рекламируемый как имеющий в среднем 26 миль на галлон, показал в среднем 22 мили на галлон во многих суровых дорожных тестах.

Таким образом, хотя двигатели с турбонаддувом могут дать некоторые преимущества в области скорости и мощности, они пока не приносят никакой пользы окружающей среде.Однако такие компании, как Volkswagen, находят способы обойти это, например, с их гибридным турбодизельным двигателем VW XL1, который считается самым эффективным автомобилем в мире. Посмотрите это видео с его удивительными функциями:

Однако таких примеров, как VW XL1, немного, и пока что автомобили с турбонаддувом приносят в жертву экономию.

Категории: Новости УВД, Суррей
Теги: автосервис, автомеханик, автомеханик

с турбонаддувом в безнаддувном двигателе?

Распространено заблуждение, что установить турбокомпрессор так же просто, как прикрутить его болтами!

Некоторые думают, что в 99% случаев, будь то бензиновый или дизельный, двигатель просто никогда не был рассчитан на такое увеличение мощности и крутящего момента.Итак, прежде чем вы даже начнете думать о подборе и установке турбокомпрессора, вы должны сначала подумать о двигателе.

Основные различия между безнаддувным двигателем и двигателем с турбонаддувом: степень сжатия, профиль распределительного вала, заправка топливом, момент зажигания, тип поршней и прочность некоторых вращающихся частей.

Турбокомпрессор в качестве компонента двигателя может довольно легко увеличить выходную мощность на 30%, а в некоторых случаях - до 100%. Поэтому первое, на что стоит обратить внимание, - это сам двигатель.

Способен ли двигатель выдерживать такое увеличение в его нынешнем состоянии? Была ли она способна, когда была новой? Точно так же сцепление, трансмиссия и тормоза справляются со своей задачей?

Чтобы провести переоборудование двигателя без наддува, для эффективного завершения модернизации потребуются следующие модификации двигателя:

Распредвалы и поршни

Изготовление впускных и выпускных коллекторов для конкретного применения.Степень сжатия двигателя следует проверить и при необходимости снизить, в идеале она должна составлять от 7,5: 1 до 8,5: 1 (обычно), чтобы можно было использовать любое значительное давление наддува.

Это может быть достигнуто в одном из трех способов: преимущественно фитинг кованых поршней низкого сжатия, обработки верхней части стандартных поршней или установки более толстой прокладка головки или распорной пластины.

Спецификация распределительного вала

Следует также проверить спецификацию распределительного вала, чтобы убедиться, что продолжительность и перекрытие клапанов не слишком велики для применения.В идеале это должен быть распредвал небольшой продолжительности и перекрытия.

Топливная система

, то есть форсунки, топливный насос, давление и отображение системы зажигания также должны быть изменены с учетом повышенных требований турбонагнетателя. При повышении давления наддува необходимо замедлить момент зажигания.

Чтобы указать правильный турбокомпрессор для области применения, нам потребуется следующая основная информация:

a) Объем двигателя
b) Максимальная частота вращения
c) Применение или использование i.е. трамвай / дрэг / гонка и т. д.
d) Предполагаемые требования к мощности и крутящему моменту
e) Требования к давлению наддува
f) Если двигатель должен иметь промежуточное или наддувное охлаждение

Если вы твердо намерены продолжить работу над турбонаддувом вашего автомобиля, вам необходимо сначала найти специалиста по переоборудованию и посоветоваться с ним.

Turbo Dynamics не выполняет этот тип работ, а просто предоставляет консультации, подбор и поставку турбокомпрессора, а также некоторые вспомогательные продукты (например, входные и выходные фланцы турбины; маслопроводы, фитинги и фланцы; силиконовые шланги высокого давления длины и колена; дамп клапаны...)

Мы можем предоставить чертежи фланцев с указанием размеров для изготовления коллектора. Преобразование может быть очень дорогостоящим (обычно от 2500 до 5000 фунтов стерлингов), поэтому получите предложение у своего специалиста по конверсии, прежде чем рассматривать проект дальше.

Руководство по двигателю с турбонаддувом - Как установить Turbo Any Engine

Иногда мы должны задаться вопросом, почему кто-то пытается сделать мощность н / д больше. Мы признаем, что существует множество правил гонок, которые не позволяют сумматорам мощности доминировать, а турбины выглядят довольно сложно.Но тебе нужно это пережить. Мы поняли это после того, как увлеклись , наблюдая, как эти парни из с турбонаддувом на YouTube чертовски побеждают Гадюк и любого спортбайкера, готового рискнуть на дорожную сыпь на дорогах. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Забудьте о большом кулачке и незакрепленном преобразователе; они тебе не понадобятся. Вам даже не нужно задумываться, как спрятать большой блок под капотом или где вырезать отверстие для воздуходувки. Все, что вам нужно, это турбо или два, чтобы получить непристойную мощь, и мы собираемся показать вам, как ее получить.

Что нужно для установки Turbo

Первое: компрессор Большой или маленький? На нагнетательной или холодной стороне турбонагнетателя находится компрессор .Когда отработанный воздух и топливо покидают выхлопное отверстие, оно вращает колесо выхлопной турбины, которое вращает вал турбины, соединенный с крыльчаткой компрессора. Размер и шаг колеса, а также форма корпуса определяют, где сочетание воздушного потока и давления наддува является наиболее эффективным. Хитрость заключается в том, чтобы выбрать размер компрессора, который обеспечивает такую ​​эффективность в используемом диапазоне оборотов. Колесо компрессора меньшего размера будет более эффективным при низких оборотах, но будет выделять больше тепла при более высоких оборотах двигателя.Это также ограничит поток при более высоких оборотах. Слишком большой компрессор вызовет задержку наддува и возможный помпаж компрессора в диапазоне низких оборотов и будет наиболее эффективным при высоких оборотах двигателя. Поскольку колесо компрессора определяет мощность, необходимую для турбины, очень важно выбрать правильные размеры. Слишком маленькая турбина вращается быстро, но ограничивает верхнюю часть. Слишком большая турбина не может передать достаточно мощности компрессору на нижнем уровне.

Просмотреть все 18 фотографий

Степень давления и скорректированный массовый расход воздуха - это два числа, которые вам нужны для оценки компрессора на карте.Выберите турбонаддув с картой компрессора, которая помещает две нанесенные точки между 65 и 70 процентами эффективности для уличного применения. Чтобы получить коэффициент давления, просто добавьте величину наддува в фунтах на квадратный дюйм к стандартному атмосферному давлению (14,7) и разделите его на 14,7. Мы будем использовать 10 фунтов на квадратный дюйм, потому что это приближается к порогу безопасности для газового двигателя с насосом без переохлаждения. Степень давления для 302-дюймового двигателя при 6000 об / мин составляет 1,68.

Глядя на карту компрессора, можно совершить ошибку, просто умножив общий куб.фут / мин двигателя на коэффициент давлений, чтобы получить скорректированный массовый расход воздуха и соединив точки.Правда в том, что скорректированное число массового расхода воздуха является результатом нескольких сложных вычислений, включающих плотность воздуха, степень сжатия, CFM двигателя и даже плотность воздуха при наддуве. Если вам удастся разобраться в математике, вы заметите, что последний кусок головоломки - это эффективность самого компрессора, определяемая таблицей.

Кратчайший путь ко всему этому - то, что инженер Turbonetics Дэйв Остин называет племенными знаниями. Посмотрите, что делают другие ребята, и посмотрите, работает ли это, или просто позвоните в авторитетную турбо-компанию, чтобы получить некоторые предложения.Turbonetics, например, имеет матрицу своего популярного турбонагнетателя, классифицированного по размеру двигателя и мощности на основе многолетних проб и ошибок. Вся сетка слишком велика для печати здесь, но вы можете получить доступ к информации, отправив простое электронное письмо или позвонив в службу технической поддержки. Просто обязательно знайте все подробности о своей машине и своих планах по ее использованию.

Посмотреть все 18 фотографий

Вторая: Турбина Выбор турбины включает в себя выбор колеса, достаточно маленького, чтобы реагировать быстро, и достаточно большого, чтобы колесо компрессора вращалось достаточно быстро, чтобы обеспечить желаемое давление наддува и минимизировать противодавление.Практическое правило: выбирает колеса наименьшего диаметра, который по-прежнему позволяет вам достичь поставленных целей в лошадиных сил, не теряя при этом мощности. Современные турбины в конечном итоге можно настраивать с помощью сменных корпусов турбины с синхронизацией, поэтому вы можете точно настроить систему, если промахнетесь.

Чтобы помочь вам выбрать корпус турбины в соответствии с вашими потребностями, производители турбонагнетателей полагаются на упрощенный инструмент, называемый соотношением A / R. A означает площадь, а R - радиус. Отношение A / R - это соотношение между центральной точкой площади поперечного сечения в канале и радиусом от центра турбинного колеса на входе до улитки.Это простое деление A на R. По мере того, как A становится меньше, скорость газа увеличивается, как и его влияние на скорость турбинного колеса. Если A станет слишком маленьким, он задохнется и не сможет передать достаточно энергии компрессору, и пиковая мощность пострадает. Противодавление в двигателе также станет слишком высоким, что вызовет обратный поток в цилиндр при открытии выпускного клапана. По мере того, как A становится больше, он сможет передавать больше энергии турбинному колесу за счет скорости. Эффективность турбонагнетателя и конструкция турбинного колеса также имеют значение, но обычно это A / R и размер турбинного колеса, которые определяют нагнетание, общий воздушный поток и давление.Как правило, A / R 1,5 обеспечивает большую мощность, а A / R 0,5 дает лучший отклик на низких скоростях. Согласно матрице, двигателям от 5,0 до 6,0 литров понравится диапазон от 0,68 до 0,81 A / R.

Третий: отработанные газы и перепускные клапаны Как вы, наверное, догадались, поскольку давление наддува создается за счет давления выхлопных газов и вращающегося колеса компрессора, можно подавать в двигатель больший наддув, чем октановое число топлива или даже сам двигатель. ручка. Это состояние называется избыточным усилением, и им можно управлять с помощью клапана, называемого перепускным клапаном, который отводит выхлопные газы вокруг турбины в поток выхлопных газов.Для регулирования максимального количества энергии, подаваемой на турбину, и, следовательно, количества наддува, создаваемого компрессором, используются заслонки с наддувом. Тип, расположение и размер вестгейта являются ключами к эффективной системе.

Большинство заводских турбин имеют встроенный перепускной клапан, механизм которого встроен в корпус турбонагнетателя и приводится в действие рычагом, который соединяет компрессор с турбиной. Хотя он компактен и функционален для установки с одним или двумя турбинами с низким наддувом, он не может быть синхронизирован для установки и ставит ворота в наименее желательную часть системы.Внешние перепускные клапаны имеют размер в соответствии с мощностью, которую вы хотите производить, и должны располагаться там, где они могут собирать все импульсы выхлопа, например, на конце коллектора коллектора или коллектора. Следует избегать того, чтобы газы снова включались сами по себе или резко поворачивались для выхода из турбины. Поскольку газ пойдет по пути наименьшего сопротивления, возможно, что при высоких оборотах турбина продолжит увеличивать скорость, если путь к выхлопу ограничен или перепускная заслонка слишком мала.

Посмотреть все 18 фото

Перепускной клапан подсоединяется к холодной стороне системы и предназначен для предотвращения помпажа и повреждения компрессора. В ситуации высоких оборотов / высокого наддува, если вы быстро откроете дроссельную заслонку, давление не сможет попасть во впускной коллектор. Поскольку турбина и компрессор все еще вращаются, давление на лопатки дроссельной заслонки возрастает. Это давление может привести к остановке крыльчатки компрессора или к скачку давления при изменении направления вращения, создавая зону низкого давления и повышая или понижая скорость компрессора.Перепускной клапан просто сбрасывает давление в атмосферу, когда дроссельная заслонка закрыта. Это также источник чирикающего шума, который вы иногда слышите, когда автомобили с турбонаддувом поднимаются для переключения передач.

Четвертое: тепло, детонация и промежуточное охлаждение Ранние заводские автомобили с турбонаддувом не имели промежуточного охладителя и, следовательно, не имели защиты от дополнительного тепла, создаваемого способностью турбонагнетателя быстро сжимать и нагревать поступающий воздух . Это, в сочетании с перекачкой бензина, привело к детонации, которая по-прежнему остается способом номер один разрушить ваш двигатель.Решение варьировалось от ужасных статических степеней сжатия всего 6,0: 1 до турбо-реактивной жидкости Corvairs Turbo Rocket Fluid, которая на самом деле представляла собой просто кувшин воды / метанола, который вводили в поток всасываемого воздуха для охлаждения заряда. Он отлично работал, пока вы не забыли его заполнить. Двигатели с низкой степенью сжатия и большими турбинами созданы для вялых уличных автомобилей с низкими оборотами, которые внезапно просыпались из-за резкой избыточной поворачиваемости и диких дымных «рыбьих хвостов». Спросите любого, кто владел Porsche 930 начала 70-х годов.

Идея эффективного двигателя с разумной степенью сжатия, который имеет хороший отклик на низких оборотах и ​​использует достаточно наддува для создания реальной мощности, возможна с промежуточным охладителем.Промежуточный охладитель - это просто теплообменник, который находится между компрессором и воздухозаборником, чтобы уменьшить количество тепла, добавляемого в процессе сжатия воздуха. На первый взгляд, промежуточное охлаждение воздушного заряда позволяет использовать более мощный наддув или меньший турбонаддув на двигателе с масляным охлаждением. На самом деле он стабилизирует заряд всасываемого воздуха, чтобы предотвратить детонацию, и расширяет всю схему компрессора, что позволяет вам получить больше мощности с меньшим двигателем и меньшим насилием. Мы также рекомендуем МСД с регулируемой кривой синхронизации или систему управления синхронизацией наддува, чтобы избежать дребезжания двигателя.

Посмотреть все 18 фото Для предотвращения утечки выхлопных газов в комплект повсюду входят шаровые фланцевые соединители. Вы можете купить их отдельно у Hellion, если хотите обновить свой текущий выхлоп.

Пятое: Топливные системы Чтобы получить больше мощности, вам понадобится больше топлива. Существует установок трех типов: продувочные и проточные карбюраторные и продувочные системы впрыска топлива. Система проточного карбюратора имеет ряд неисправностей, худшими из которых являются наличие воздушно-топливной смеси, проходящей через компрессор, и отсутствие опции промежуточного охладителя.Система продувки немного менее загадочна и работает по тем же принципам, что и любая система продувки центробежного нагнетателя. Поэтому уже доступны продувочные углеводы, которые созданы специально для этой цели. Мы добились хорошей мощности, используя продувку карбюраторов Quick Fuel и Carb Shop и 10 фунтов наддува, включая пробег 600 л.с. с ATI ProCharger на Ford 302.

Если у вас двигатель с впрыском топлива и вы используете 5 до 6 фунтов наддува вы можете использовать FMU (блок управления подачей топлива), который повышает давление топлива или добавляет топливо для обогащения каким-либо другим способом, или переходить к контроллеру вторичного рынка, чтобы переназначить топливную кривую и запустить более крупные форсунки.На 5,0-литровом Mustang насос в баке на 255 галлонов в час и форсунки на 42 фунта / час могут быть настроены на 550 об / ч.

Карбюраторные автомобили нуждаются в регуляторе топлива с опорой на наддув, который увеличивает давление топлива вместе с кривой наддува.

Просмотреть все 18 фотографий

Шестое: получение Turbo Используя математику, вы можете построить полную систему на бумаге. Используя науку о схемах компрессоров и некоторое представление о размере и диапазоне оборотов вашего двигателя, вы, , можете добавить практически любую турбину к любому двигателю . Уловка заключается в наличии карт и соотношений A / R корпуса турбины и размеров турбинных колес.Небольшие заводские двигатели производят небольшие турбины с внутренними перепускными клапанами, которые нужно будет запускать парами на V-8. Они также обычно имеют водяное охлаждение на автомобилях оригинального производителя для увеличения срока службы. Они годны к употреблению, но далеки от оптимального. В качестве примера возьмем Garrett T03 с турбонаддува T-Bird с 1985 по 1986 год. Купе с автоматической трансмиссией оснащено одним турбонаддувом с соотношением A / R 0,48, а стандартное купе имеет A / R 0,63 и карту эффективности компрессора, разработанную для четырехцилиндрового двигателя объемом 2,3 л. Используя карту на боковой панели Junkyard Turbo, вы можете увидеть это с коэффициентом давления наддува, равным 1.68 (14,7 + 10 / 14,7 = 1,68), легко снизить эффективность турбонагнетателя примерно до 65-68 процентов. Чтобы повысить эффективность, вам нужно увеличить наддув до предела безопасности наддува. С более мощным двигателем станет еще хуже. Это работоспособно; вам просто нужно быть осторожным в том, что вы делаете.

Приманка турбо-свалки за 80 долларов соблазняет, но перед покупкой взгляните на ребят, которые действительно развлекаются, и посмотрите, что они используют. Существует разрыв между оборудованием 80-х и новыми модернизированными заводскими турбинами, которые в основном появлялись на импортных автомобилях в 90-х.Простые нововведения, такие как количество компонентов, конструкция подшипников, накладки колес и материалы, изменились к лучшему. Возьмем, к примеру, турбины Garrett GT. Количество движущихся частей было уменьшено по сравнению с ранней моделью T с 54 компонентов в среднем до 29. Это 45-процентное сокращение количества деталей снижает риск отказа компонентов. В GT также есть картридж с шарикоподшипниками, который исключает опорные подшипники (которые на самом деле больше похожи на втулки) и знаменитый упорный подшипник слабой связи.Лучшие подшипники означают меньшее количество масла, проходящего через турбонагнетатель, и меньшую вероятность утечек или того, что вышедший из строя подшипник разрушит турбонагнетатель и загрязнит ваше моторное масло.

Вы также получаете преимущество более легких, хорошо спроектированных колес компрессора и турбины, которые создают большую мощность с меньшими задержками и тепловыделением. Новые турбины имеют современные схемы компрессоров с более широким разнообразием соотношений A / R и корпусов турбин с синхронизацией, различные варианты размеров колес и техническую поддержку для решения проблем. Алюминиевые колеса компрессора могут быть сняты со стального вала, поэтому компании, занимающиеся послепродажным обслуживанием, могут предложить различные варианты отделки для точных технических характеристик и подобрать компрессоры и комбинации турбин.В результате получается отзывчивая система, которая отлично работает и вырабатывает мощность вместо того, что вам не понравится.

Посмотреть все 18 фотографий Обратите внимание на порт датчика кислорода для заводского EFI (стрелка). Выход турбины всегда должен быть больше входа. Чтобы охватить двигатель мощностью от 500 до 800 л.с., входное отверстие должно быть не менее 2,75 дюйма, а выходное отверстие - не менее 3,5 дюймов в диаметре.

Турбо на свалке Герои на свалке утверждают, что вы можете установить турбины Thunderbird и отправиться в город.Это может быть правдой, но при этом вы от многого откажетесь. Помимо усовершенствований в технологии подшипников, которые увеличивают долговечность и производительность турбонагнетателя, карты эффективности компрессора на более новых компрессорах намного шире, что позволяет вам работать с большим наддувом в более широком диапазоне оборотов, чем у оригинального оборудования. Вы также можете обойтись одним турбонаддувом для достижения тех же уровней мощности.

Посмотреть все 18 фотоЭто карта от "хорошего" Ford Thunderbird '85 до '86. Обратите внимание, что линия помпажа сужает полезную область карты, и турбонагнетатель должен вращаться примерно на 40 000 об / мин быстрее, чем 60-1, чтобы выполнить свою работу.

Условия турбонаддува Boost: Любое давление выше атмосферного, измеренное во впускном коллекторе.

Порог наддува: Самая низкая частота вращения двигателя, при которой турбонаддув может обеспечить полезный наддув.

Карта компрессора: Сетка чисел, используемая в качестве инструмента для оценки эффективности турбонаддува по отношению к двигателю.

Помпаж компрессора: Воздух, создающий резервную копию, в результате чего скорость турбонагнетателя становится нестабильной, когда дроссельная заслонка внезапно закрывается.

Lag: Задержка между изменением положения дроссельной заслонки и производством полезного наддува.

Линия помпажа: Линия, которая следует за крайним левым уголком КПД на карте компрессора, где турбо становится нестабильным.

Классные книги о турбокомпрессорах
Название Источник
Максимальное усиление по Corky Bell Издательство Bentley
Руководство по производительности турбонаддува Джеффа Хартмана Моторбуки
Турбокомпрессоры от Hugh MacInnes Моторбуки
Turbo: Реальные высокопроизводительные системы турбонаддува от Джея К.Миллер SA Модель
Показать все
Детали
Описание PN Цена
Hellion Heat System НЕТ 3 999 долл. США

Ремонт и техническое обслуживание турбокомпрессоров | Mobil ™

Майк Бамбек , www.automedia.com

Первая большая волна автомобильного турбонаддува пришла в автосалоны в 80-х годах.Все, от универсалов Chrysler K-car, покупающих продукты, до высококлассных спортивных автомобилей Porsche, укомплектовано турбонагнетателем под капотом. Казалось, что эти автомобили с турбонаддувом не могли покинуть завод без надписи «TURBO» где-нибудь, если не повсюду. Дело в том, что турбокомпрессор может добавить производительность по требованию к двигателю, ориентированному на экономию. Двигатели с турбонаддувом снова становятся все более распространенными, поскольку потребители требуют больше мощности при большей экономии топлива.

Теоретически просто
Турбокомпрессор находится между двигателем и выхлопом и использует энергию, которая обычно выходит из выхлопной трубы, и позволяет ей лучше использовать. Внутри турбонагнетателя находятся два колеса с оребрением, которые вращаются вместе на общем валу. Турбинное колесо с горячей стороной улавливает мощность выхлопа. Колесо компрессора с холодной стороны забирает энергию, захваченную турбинным колесом, и использует ее для нагнетания воздуха обратно в двигатель. Затем воздух смешивается с топливом и готово - меньший четырехцилиндровый двигатель чихуахуа внезапно может похвастаться мощностью Доберман V-8.Поскольку сжатый воздух, нагнетаемый в камеры сгорания, содержит больше кислорода, двигатель может генерировать больше мощности, чем при работе без турбонаддува. Когда водителю не нужна дополнительная мощность, турбонагнетатель вращается для поездки, позволяя двигатель должен работать с улучшенной экономией топлива.

Уход и смазка
Хотя сам по себе турбокомпрессор является относительно простым устройством, его замена может оказаться дорогостоящей. Новый турбонагнетатель на замену может стоить несколько тысяч долларов без учета установки и труда.Способ избежать преждевременного отказа турбонагнетателя - строго следовать рекомендациям производителя по моторному маслу и сервисному обслуживанию. Двигатели
Turbo могут быть очень жесткими с моторным маслом. Тот же выхлоп, который вращает турбинное колесо, дал название горячей стороне. Корпус с горячей стороны может заметно раскалиться. Поскольку вал может вращаться в диапазоне 100 000 об / мин, использование высококачественного моторного масла является ключом к выживанию турбокомпрессора.
Достижения в области моторного масла и корпуса турбокомпрессора с водяным охлаждением сделали двигатели с турбонаддувом более удобными для потребителя, чем когда-либо, но пренебрежение заменой масла по-прежнему может означать конец турбокомпрессора раньше времени.

На балансе
Цена нового турбонагнетателя на замену может быть ошеломляющей. Если отказ турбокомпрессора вызван нормальным износом, то возможен вариант его восстановления. Плохая новость заключается в том, что восстановление турбокомпрессора выходит за рамки большинства домашних мастеров. Разборка и осмотр возможны, но любая обработка и балансировка требуют как специализированного оборудования, так и опыта.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *