На сколько турбина увеличивает мощность двигателя

Двигатель с турбонаддувом. Турбо или атмо, кто быстрее?

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

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

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

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

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

▪Выбор турбокомпрессора.

— Турбокомпрессоры Garrett.

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

— Турбокомпрессоры ТКР.

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

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

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

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

— Прочие турбокомпрессоры.

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

▪Расход воздуха турбинами и степень повышения наддува.

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

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

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

▪Клапан вестгейт (Wastegate).

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

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

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

▪Клапан блоу-оф (Blow-Off).

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

Представьте ситуацию: вы разгоняете двигатель, турбина набирает максимальные обороты, давление воздуха во впуске 2,5 атмосферы, поток воздуха на большой скорости поступает в двигатель, и… вы бросаете газ, что бы переключить скорость. Дроссельная заслонка закрывается, но турбина крутится на тех же оборотах. Упс… кажется это был пневмоудар (помпаж). Лопаткам компрессора в этот момент не позавидуешь. Как правило частый помпаж гнёт вал компрессора, лопатки, изнашивает упорный подшипник.
Вы переключили скорость, а лопатки турбины уже уменьшили своё вращение, и нужно опять их раскручивать, а это потеря времени.
Для того, что бы при закрытии дросселя, воздух нашёл себе путь, и существует клапан блоу-оф. Вакуум образуемый при закрытии дроссельной заслонки мгновенно открывает перепускной клапан, и поток воздуха безпрепятственно выходит на улицу, или на вход турбокомпрессора. Крыльчатка турбины при этом не теряет своих оборотов, и готова раскручиваться вновь, на новой передаче.

▪Интеркулер.

Интеркулер ( промежуточный охладитель воздуха ) является неотъемлемой частью двигателя с турбонаддувом. Он работает примерно как радиатор в автомобиле, только охлаждает не тосол, а воздух, нагретый турбиной. Турбокомпрессор имеет две части — горячую и холодную. Горячая часть раскручивается выхлопными газами, и сильно нагревается. Холодная часть закачивает атмосферный воздух в мотор, при этом тоже сильно нагревается от горячей части.
Горячий воздух сильно расширен, и в нём меньше молекул кислорода, так нужного двигателю. Поэтому воздух нужно охладить, иначе весь эффект от турбонаддува не будет иметь смысла. Чем холоднее воздух, поступающий в двигатель, тем больше его мощность.

Читайте также  Замена ремня ГРМ Ауди А6 С5 с двигателем 2

Размер интеркулера тоже нельзя увеличивать бесконечно, чем больше интеркулер, тем больше турбопровал, то есть накачанный воздух пропадает в недрах слишком большого интеркулера при прибавке "газа". Но на мощных моторах он должен быть достаточно большим, иначе маленький интеркулер будет тормозить поток воздуха от большого турбокомпрессора. К примеру на моторе мощностью 1000 л/с входное и выходное отверстие интеркулера должно быть не менее 100 мм.
Интеркулер немного отличается по своему устройству от радиатора для тосола. В его каналах существуют дополнительные перегородки, для того чтобы воздух отдавал тепло как можно быстрее. Так же он выдерживает большое давление и температуру, и выполнен целиком из металла ( алюминия ) для большей прочности.

▪Мал золотник, да дорог.

Регулятор давления топлива (РДТ) применяется на инжекторных двигателях для поддержания постоянного давления топлива в топливной рейке, от которой питаются форсунки. Обычно давление топлива составляет 3 атмосферы, из этой цифры и расчитывается производительность форсунок у всех производителей. На новых моторах ВАЗ объёмом 1,6л (РДТ 380) давление топлива увеличено до 3,8 атм.
Но у РДТ 300 есть ещё одна полезная функция — он корректирует давление топлива, в зависимости от давления во впускном коллекторе. Для этого к регулятору подходит резиновый шланг. На атмосферных двигателях при закрытии дроссельной заслонки в коллекторе создаётся вакуум, и соответственно топливо начинает поступать в двигатель интенсивнее. Обратный эффект происходит на двигателях с турбонаддувом: во впускном коллекторе образуется большое давление наддува, и топливо из форсунок поступает в меньших количествах, чем рассчитывалось. Получается что производительность форсунок рассчитывается на атмосферное давление. Но регулятор с функцией корректировки давления топлива помогает справиться с этой задачей.

Рекомендуемая корректировка давления топлива — 1:1 к изменению давления воздуха.
Для справки: при увеличении давления топлива на 100%, производительность форсунок увеличивается на 50%.

▪Масляный радиатор.

На двигателях с турбонаддувом сильно возрастает тепловой режим работы двигателя. Количество сгоревшей рабочей смеси за единицу времени увеличивается пропорционально давлению наддува, соответственно тепло переходит не только в мощность двигателя, но и передаётся его частям. Сильно нагреваются поршни, цилиндры, выпускная система и турбина.

При температуре 260`С минеральные компоненты в масле могут закоксоваться, и отложиться в масляных каналах и подшипнике турбокомпрессора. Так же масло при большом нагреве становится очень жидким и теряет смазывающие свойства. Синтетическое масло менее подвержено воздействию нагрева, почти не теряет вязкость и не коксуется, поэтому предпочтительней для двигателей.

Чтобы не допустить перегрева масла, для этого служит масляный радиатор. Он подсоединяется к специальному переходнику под масляным фильтром. Большинство турбин не имеют канал для охлаждающей жидкости (тосола), и поэтому единственный способ охладить подшипник турбины — смазка холодным маслом.
Для отвода излишней температуры от турбо мотора все средства хороши, и поэтому иметь масляный радиатор желательно на каждой турбированной машине.

Как работают турбины

Когда говорят о гоночных или спортивных машинах, часто всплывает тема турбонаддува. Турбины неизменно сопровождают современные дизеля. Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного роста его веса. Это большое преимущество привело к популярности турбин!

Давайте разберемся, как турбина увеличивает мощность, выживая при этом в экстремальных условиях работы. Мы познакомимся с вестгейтами, керамическими лопастями турбин и подшипниками, которые помогают турбинам делать работу еще лучше. Турбины – системы принудительного нагнетания воздуха. Они сжимают воздух. Сжатый воздух дает преимущество по мощности: в двигатель поступает больше воздуха, а это значит, что больше топлива может быть добавлено. Следовательно, каждое сгорание смеси в цилиндре дает больше мощности. Турбированный двигатель в общем случае всегда мощнее аналогичного по объему атмосферного. Двигатель меньшей массы может выдавать больше мощности при наличии наддува.

Чтобы создать давление воздуха, турбина использует поток выхлопных газов из двигателя для раскручивания своей крыльчатки, которая в свою очередь раскручивает воздушный насос. Турбина вращается с частотой до 150,000 об/мин – это в 30 раз быстрее среднего двигателя. Так как турбина работает с выхлопными газами, ей приходится выдерживать большие термические нагрузки.
Чтобы снять больше мощности с двигателя, необходимо увеличить количество топливно-воздушной смеси, которая сгорает в цилиндрах. Один из способов – добавить количество цилиндров или увеличить их объем. Часто эти изменения очень дороги. Турбина дешевле добавляет мощность, и именно поэтому она так популярна на вторичном рынке.


Расположение турбины в машине

Турбина позволяет сгорать большему количеству топлива, увеличивая количество топлива и воздуха в цилиндрах. Типичная прибавка к давлению от турбины – 0.3 – 0.5 бар. Поскольку атмосферное давление на уровне моря 1 бар, легко подсчитать, что в камеры сгорания попадает на 50 % больше воздуха, следовательно увеличение мощности должно доходить до 50%. В действительности, эффект получается 30- 40 %.

Одна из причин этой неэффективности – сила, раскручивающая турбину, не приходит извне. Наличие турбины увеличивает сопротивление выхлопа. Это означает, что на отводе отработавших газов двигатель вынужден преодолевать возросшее обратное сопротивление, что уменьшает отдачу с цилиндров, в которых в этот момент происходит сгорание.


Турбина и ее внешние компоненты

Турбина крепится на выхлопном коллекторе двигателя. Выхлопные газы двигателя раскручивают турбину. Турбина покоится на одном валу с компрессором, который располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор накачивает воздух в цилиндры.


Внутри турбины

Выхлопной газ из цилиндров проходит через лопатки крыльчатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее крутится турбина.

С другой стороны вала турбины устанавливают компрессор центробежного типа – он засасывает воздух в центре крыльчатки и разбрасывает его от центра из-за вращающегося вала.

Слишком много давления?
Воздух закачивается в цилиндры под давление и дальше сжимается поршнями. В этом кроится опасность – детонация. Детонация происходит из-за резкого увеличения температуры воздуха, при котором топливная смесь сгорает до воспламенения свечи. Поэтому турбированные машины обычно ездят на высокооктановом топливе, чтобы не доводить дело до детонации. Если давление наддува очень высоко, компрессию двигателя можно снизать, чтобы не переходить в детонацию.

Чтобы работать на скоростях до 150,000 об/мин, вал турбины требует серьезной защиты. Большинство подшипников взрываются при таких скоростях, поэтому турбины часто используют жидкие подшипники. Этот тип подшипников создает вокруг вала постоянный тонкий слой масла, которое постоянно накачивается насосом. Это служит двум целям: охлаждение и снижение трения.
В следующей главе рассмотрим компромиссы, на которые вынуждены идти инженеры при проектировании турбонаддува..

Что такое турбонаддув

Такая вот небольшая с виду «улитка» — один из самых действенных способов увеличить мощность двигателя.

Несомненно, каждый из нас хоть раз в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как нарочно, делают эти шильдики небольшого размера и размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий не заметит и пройдёт мимо. А понимающий человек непременно остановится и заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.

Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) постоянно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как это сделать? нас и поджидают проблемы.

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 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 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?

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.

Читайте также  О двигателях для Mazda 6

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 условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель.

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 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.

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

По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели для своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позже. Случилось это в 1962 году, когда почти одновременно увидели свет Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.

Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Дело в том, что эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем не тянет, и только потом, тысяч после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно.

Почти избавиться от турбоямы помогает схема с последовательным наддувом, когда на малых оборотах двигателя работает небольшой малоинерционный турбокомпрессор, увеличивая тягу на «низах», а второй, побольше, включается на высоких оборотах с ростом давления на выпуске. В прошлом веке последовательный наддув использовался на суперкаре Porsche 959, а сегодня по такой схеме устроены, например, турбодизели фирм BMW и Land Rover. В бензиновых двигателях Volkswagen роль маленького «заводилы» играет приводной нагнетатель.

На рядных двигателях зачастую используется одиночный турбокомпрессор (пара «улиток») с двойным рабочим аппаратом. Каждая из «улиток» наполняется выхлопными газами от разных групп цилиндров. Но при этом обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её и на малых, и на больших оборотах

Но чаще по-прежнему встречается пара одинаковых турбокомпрессоров, параллельно обслуживающих отдельные группы цилиндров. Типичная схема для турбомоторов, где у каждого блока свой нагнетатель. Хотя двигатель V8 фирмы M GmbH, дебютировавший на автомобилях BMW X5 M и X6 M, оснащён перекрёстным выпускным коллектором, который позволяет компрессору получать выхлопные газы из цилиндров разных блоков, работающих в противофазе.

Заставить турбокомпрессор работать эффективнее во всём диапазоне оборотов, можно ещё изменяя геометрию рабочей части. В зависимости от оборотов внутри «улитки» поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.

Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо». Ну а установка турбины на бензиновые моторы позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую «зажигалку». Ту самую, с маленьким, едва заметным шильдиком «turbo».

На сколько увеличивает турбокомпрессор мощность двигателя.

В связи с тенденцией повышения энергонасыщенности силовых агрегатов в 70…90 годы прошлого столетия турбонаддув рассматривался как средство форсирования существующих двигателей. При работе двигателя с турбонаддувом выхлопные газы из цилиндров двигателя подаются в турбину , где отдают часть своей энергии и приводят в движение компрессор, жестко соединенный валом турбины.

Компрессор повышает давление воздуха и подает его в цилиндры двигателя, в одном и том же объеме можно сжечь больше топлива, а значит повысить его мощность, снизить удельный расход топлива и уменьшить количество вредных компонентов в выхлопных газах за счет более полного сгорания топлива.

За счет применения турбонагнетателя на дизеле, его мощность повышается от 20 до 50%. Конструкция двигателя практически не изменяется, доработки подлежит изменение воздушного и выпускного коллекторов и подвод масла от системы двигателя к турбокомпрессору и слив масла.

Установка турбокомпрессора на двигатель позволяет :

  • увеличить мощность за счет подачи большого количества топлива;
  • снизить удельный расход топлива за счет более эффективного его сгорания;
  • улучшить экологические показатели за счет более полного сгорания топлива;
  • уменьшить габариты и вес, чем аналогичный по мощности двигатель без турбонаддува;
  • стабильную работу на больших высотах;
  • уменьшить шум выхлопа.

Примером форсированного двигателя Д 240 является дизель Минского моторного завода Д 245 ( рис.2).

Д-240 Рисунок -2 Д-245

Параметры двигателей Д 240 и Д 245 приведены в таблице 1.

Показатели двигателя Д – 240 Д – 245Т (Д -240Т)
Мощность, квт 59 77
Число оборотов, об/мин. 2200 2200
Количество цилиндров 4 4
Диаметр поршня, мм 110 110
Ход поршня, мм 125 125
Объем ,л 4,75 4,75
Удельный расход топлива, г/кВт.с 238 210

Как видно из приведенной таблицы, применение турбонагнетателя позволило увеличить мощность двигателя и снизить удельный расход топлива при прочих равных условиях.

Дальнейшее форсирование двигателя с турбокомпрессором достигается за счет применения промежуточного охлаждения надувочного воздуха. Охлаждение воздуха увеличивает плотность его на впуске и увеличивает полноту сгорания топлива.

Схема двигателя с турбонаддувом и охладителем надувочного воздуха представлена на рис.3.


Рисунок 3

Как видно из рисунка, воздух из компрессора поступает в охладитель надувочного воздуха и охлаждается, после чего поступает в цилиндры двигателя. Простое техническое решение, в основе которого лежит принцип принудительного охлаждения надувочного воздуха, подаваемого в двигатель, позволяет увеличить его мощность за счет улучшения условий для оптимального сгорания топлива, а также снижения вредных веществ в отработавших газах.

Читайте также  На что влияет фактор объема двигателя в характере поездки авто

В современных высокофорсированных двигателях с турбокомпрессором и промежуточным охлаждением сжатого воздуха, в 2 – 3 раза превышает мощность двигателя с такими же размерами поршня и цилиндра, что и без наддува. Пределы форсирования определяются в основном теплонапряженностью деталей двигателя.

Мощность двигателя с турбонагнетателем может быть повышена за счет:

– применения охлаждения наддувочого воздуха;

– повышения коэффициента полезного действия турбокомпрессора;

– применение комбинированного наддува;

– применение двух турбокомпрессоров;

– доработки рабочего процесса двигателя;

– доработка топливной системы и другими способами.

По вопросам приобретения турбокомпрессоров и запасных частей к ним, обращайтесь к менеджерам завода турбокомпрессоров Таврия Турбо.

Увеличивает ли турбина расход топлива

Турбокомпрессор способен повысить мощность мотора на 30-50%. Автомобиль с таким агрегатом быстрее разгоняется и может перевозить внушительные грузы на длительное расстояние. При этом двигатель имеет компактные размеры и небольшой вес. То есть по силовым характеристикам он значительно превосходит атмосферники с аналогичным объемом. А увеличивает ли турбина расход топлива? Разберемся в статье, как система турбонаддува влияет на производительность и расход горючего, а также есть ли смысл оборудовать наддувом обычный атмосферный ДВС.

Как турбина влияет на мощность и производительность мотора?

Основная задача турбины – загнать больше воздуха в цилиндры, чтобы топливная смесь имела оптимальный состав и во время своего сгорания вырабатывала увеличенное количество энергии. Чем больше получит энергии двигатель, тем он будет производительнее. Турбокомпрессор позволяет повысить мощность на 30-50%, зависит от типа нагнетателя и особенностей конструкции мотора.

Можный автомобиль с турбиной

Конструктивно турбокомпрессор состоит из 2-х основных частей: компрессора и турбины. Выхлопные газы, попадая в турбину, раскручивают крыльчатку примерно до 15 тыс. об/мин. Эта крыльчатка размещена на валу, соединяющем турбину с компрессором. Вращаясь вал раскручивает и компрессорное колесо. Именно оно нагнетает воздушные массы в цилиндры.

Во время своей работы турбина увеличивает заводскую мощность силового агрегата где-то на 30 процентов и повышает топливную экономичность – автомобилю с атмосферным двигателем понадобится больше топлива для достижения таких же мощностных характеристик. К тому же турбокомпрессор позволяет понизить концентрацию углекислого газа в выхлопе.

В общем, благодаря турбине увеличивается нагрузка на узлы поршневой группы. Однако на скорость автомобиля турбокомпрессор никак не влияет, он лишь улучшает динамику разгона. Многое тут зависит от манеры вождения автомобилиста, а также индивидуальных характеристик мотора.

В среднем турбонагнетатель на дизеле выхаживает около 250 тыс. км, на бензиновом агрегате – до 150 тыс. км. Но иногда система выходит из строя раньше положенного времени, и турбина гонит масло в выхлопную трубу или появляются другие признаки поломок. Особенно срок «жизни» механизма сокращается при быстрой езде, а также нарушениях правил эксплуатации транспортного средства.

Как влияет турбина на расход топлива?

Некоторые владельцы автомобилей думают, что турбина увеличивает расход горючего. Ведь для того, чтобы повысить мощность мотора, нужно сжечь большее количество топлива. На самом деле это не так. Мощностные характеристики улучшаются благодаря увеличенному давлению в цилиндрах – большее давление на поршень способствует передаче увеличенного количества механической энергии к колесам.

Турбина снижает количество потребляемого бензина или ДТ за счет высокого КПД турбомотора. При сравнении одинаковых по мощности двигателей, к примеру 150 л. с., будет видна внушительная разница в расходе топлива: без турбины на 100 км потребуется 9-10 литров горючего, с турбиной – около 6-7 литров.

Увеличивать расход топлива турбина может, если она неисправна. По работе автомобиля это будет заметно: изменится цвет выхлопа, ухудшится динамика разгона, появится свист турбины под нагрузкой и т. п.

Как влияет неисправная турбина на расход топлива?

Считается, что турбина уменьшает расход топлива. Справедливо это только для полностью исправного агрегата. Если же имеют место поломки, то количество потребляемого топлива может резко увеличиться. Особенно заметен перерасход при езде по трассе или в гору.

Пример неисправной турбины

Неисправный турбокомпрессор

Иногда на расход топлива турбина влияет косвенно. Например, когда автовладельцы придерживаются агрессивной манеры езды, то при резком разгоне часть бензина просто вылетает в выхлопную. Но часто нужно искать причину поломки, почему турбокомпрессор увеличивает расход топлива. Обычно проявляются стандартные признаки неисправностей.

Возможные причины поломок турбины:

  • Повреждение патрубков, линии подачи сжатого воздуха или соединений системы всасывания воздушных масс – из-за нехватки воздуха в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь неправильной концентрации. В результате топлива сгорает больше, а из выхлопной трубы появляется черный дым.
  • Неправильно настроена геометрия – возможно проблема со штоком геометрии. После правильной настройки система уменьшает расход горючего. Возможно понадобится чистка геометрии со снятием турбины.
  • Забитый воздушный фильтр – приводит к тому, что в систему поступает недостаточное количество воздуха и топливно-воздушная смесь будет несбалансированной. К тому же загрязненный фильтр способствует перегреву турбины.
  • Низкосортное масло – негативно отражается на работе узлов и деталей турбины, что приводит к их быстрому износу.
  • Пробитый корпус интеркулера – часть воздушных масс выходит из пробоин в корпусе охлаждающего радиатора и в цилиндры поступает недостаточное количество сжатого воздуха.
  • Забитый катализатор и т. д.

В общем, если турбина неисправная, то на расход топлива она влияет. Из-за недодува топливовоздушная смесь бедная и во время сгорания не выделяет нужного количества энергии.

Бывает, что после замены нового турбокомпрессора расход топлива увеличивается. Происходить это может из-за того, что банально новая турбина в первое время будет дуть больше воздуха. Как результат, форсункам подается сигнал, что нужно лить больше топлива.

Если неисправностей нет, то турбина либо никак не влияет на расход топлива, либо снижает его, при условии правильной езды на автомобиле. Для достижения таких же показателей мощности атмосферным двигателям потребуется значительно больше горючего.

Увеличится ли расход если установить турбину на атмосферный двигатель?

С турбиной на атмосферном двигателе могут возникать проблемы. Не на каждый агрегат можно установить турбокомпрессор, проще монтировать компрессор, но он не сильно увеличивает мощность.

Что касается расхода топлива, то все зависит от настройки новой турбины. Если поставить на атмосферник систему турбонаддува, значительно возрастает мощность двигателя, объем при этом не поменяется. Силовое устройство 1,4 л сможет выдавать мощность, как мотор 1,8 л. Но во время такого апгрейда автомобиля придется поменять многие детали, а также перенастроить блок управления.

Интеркулер и новые патрубки для установки турбины на атмосферный мотор

Интеркулер и новые патрубки для установки турбины

Список необходимых комплектующих:

  • Сама турбина.
  • Патрубки.
  • Интеркулер.
  • Трубки для подачи масла, а также охлаждающей жидкости.
  • Выпускной коллектор.
  • Магистраль, подающая воздух.
  • Высокопродуктивные форсунки.
  • Даун-пайп/пайп со встроенным датчиком лямбда-зонда.
  • Электроника для контроля подачи горючего.

Кроме того, понадобится специальный турбоколлектор, перенаправляющий отработанные газы в турбину. Он должен быть изготовлен из качественных материалов, чтобы в процессе нагрева его корпус не треснул. От силового устройства к турбине нужно будет подвести масло. Обязателен к установке блоу-офф – предохранительный клапан, сбрасывающий излишки давления.

В гаражных условиях не получится установить турбину на атмосферник. Это трудоемкий процесс. Нужен хороший мастер с опытом. Для начала демонтируют все детали из систем впуска, а также выпуска воздуха. Турбину подсоединяют к турбоколлектору. При этом патрубки и их соединения должны быть полностью герметичными.

Установка турбины в гаражных условиях

Пример как делать нельзя 😉

Следующим этапом к турбине подключается подающая масло трубка. Второй ее конец подсоединяют к самому ДВС. Слив смазочных материалов осуществляется в поддон. Далее устанавливается система охлаждения.

Кроме новых форсунок, приходится и топливный насос менять. Часто замене подлежат поршни. Нужны прочные кованые изделия, поскольку стандартная поршневая не выдерживает значительных нагрузок.

За впрыск топлива в нужный момент отвечает контроллер ЭБУ. Электроника также контролирует избыточное давление в двигателе. Без правильной настройки блока управления турбина и мотор корректно работать не будут. Турбина на атмосфернике, конечно же, поможет повысить мощность. Однако не на все модели двигателей ее целесообразно устанавливать. Иногда дешевле купить другую машину, чем подобрать нужные детали. Своими руками без опыта и навыков с монтажом турбины справиться сложно. Но зато правильный монтаж позволит снизить шум от работы мотора, уменьшить расход горючего, увеличить мощность двигателя и сделать выхлоп более экологичным.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: