Как устроен турбонаддув автомобиля. Турбированный двигатель: плюсы и минусы. Высокая максимальная мощность.
Основы турбо-наддува. Часть 1.
Основные принципы работы турбо двигателя.
Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливо-воздушной смеси попадающей в цилиндры. При прочих равных, двигатель большего объема пропустит через себя больше воздуха и, соответственно, выдаст больше мощности, чем двигатель меньшего объема. Если нам требуется что бы маленький двигатель выдавал мощности как большой или мы просто хотим что бы большой выдавал еще больше мощности, нашей основной задачей станет поместить больше воздуха в цилиндры этого двигателя. Естественно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, уеличив продувку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы даже можем оставить количество воздуха прежним, но поднять степень сжатия нашего мотора и перейти на более высокий октан топлива, тем самым подняв КПД системы. Все эти способы действенны и работают в случае когда требуемое увеличение мощности составляет 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность мотора - самым эффективным методом будет использование турбокомпрессора.
Будучи довольно общим, сначала есть два способа извлечь дополнительную мощность из двигателя. Первый - с помощью различных устройств, таких как: увеличение смещения, работа на голове, управление клапаном, переназначение впрыска, зажигание и т.д. использование этих «доходов» - комбинированных или индивидуально - также приводит к результатам, но за счет большей работы, иногда инвестиций и по-прежнему требует большей специализации и технических знаний.
Прежде всего - и как обычно для любого другого рецепта - адекватной и ответственной установки, требуется предварительная проверка общего состояния двигателя. Если это не 100%, забудьте об этом. Первый шаг в этом случае - оставить его в хорошем состоянии. Если этого недостаточно, вы должны знать, что все части и системы вашего автомобиля будут сокращать срок службы и что сроки и строгость обслуживания должны быть более интенсивными и частыми. Следующий шаг - определить, какое будет использование, которое будет сделано в автомобиле, то есть преимущественно в дорожном, городском или смешанном использовании?
Каким же образом турбокомпрессор позволит нам получить больше воздуха в цилиндрах нашего мотора? Давайте взгянем на приведенную ниже диаграмму:
Рассмотрим основные этапы прохождения воздуха в двигателе с турбокомпрессором:
Воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и попадает на вход турбокомпрессора (1)
- внутри турбокомпрессора вошедший воздух сжимается и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, что несколько снижает его плотность.
- Из турбокомпрессора воздух поступает в интеркулер (3) где охлаждается и в основной мере восстанавливает свою температуру, что кроме увеличения плотности воздуха ведет еще и к меньшей склонности к детонации нашей будущей топливо-воздушной смеси.
- После прохождения интеркулера воздух проходит через дросеель, попадает во впускной коллектор (4) и дальше на такте впуска - в цилиндры нашего двигателя.
Объем цилиндра является фиксированной величиной, обусловленной его диаметром и ходом поршня, но так как теперь он заполняется сжатым турбокомпрессором воздухом, количество кислорода зашедшее в цилиндр становится значительно больше чем в случае с атмосферным мотором. Большее количество кислорода позволяет сжечь большее количество топлива за такт, а сгорание большего количества топлива ведет к увеличению мощности выдаваемой двигателем.
- После того как топливо-воздушная смесь сгорела в цилиндре, она на такте выпуска уходит в выпускной коллекторе (5) где этот поток горячего (500С-1100С) газа попадает в турбину (6)
- Проходя через турбину поток выхлопных газов вращает вал турбины на другой стороне которого находится компрессор и тем самым совершает работу по сжатию очередной порции воздуха. При этом происходит падение давления и температуры выхлопного газа, поскольку часть его энергии ушла на обеспечение работу компрессора через вал турбины.
После проверки этих требований следует определить размер турбины, поскольку в зависимости от поведения, которое требуется, требуется разнообразный диапазон размеров. Даже менее ленивый, удобно, что у них есть хороший профессионал, так что вы не ставите турбину с неподходящими характеристиками на свое оборудование и тем, что вы хотите с точки зрения производительности. Неправильная габаритная турбина может принести ряд недостатков.
Вы не сможете использовать турбину, и, следовательно, ваша производительность будет как можно меньше. Посмотрите, что это всего лишь пример. Эта ситуация возникает с разумной частотой, когда «профессионал», который выполнял эту услугу, не имеет необходимых знаний для этого. Общепринято находить людей, бегущих таким образом, не осознавая истинной причины проблемы. Это лишь одна из многих «проблем», которые могут привести к неправильной настройке и установке системы.
Ниже приведена схема внутреннего устройства турбокомпрессора:
В зависимоти от конкретного мотора и его компоновки под капотом, турбокомпрессор может иметь дополнительные встроенные элементы, такие как Wastegate и Blow-Off. Рассмотрим их подробнее:
Blow-off
Блоуофф (перепускной клапан) это устройство установленное в воздушной системе между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой с целью недопустить выход компрессора на режим surge. В моменты когда дроссель резко закрывается, скорость потока и расход воздуха в системе резко падает, при этом турбина еще некоторое время продолжает вращаться по инерции со скоростью не соответствующей новому упавшему расходу воздуха. Это вызывает циклические скачки давления за компрессором и слышимый характерный звук прорывающегося через компрессор воздуха. Surge со временем приводит к выходу из строя опорных подшипников турбины, в виду значительной наргрузки на них в этих переходных режимах. БлоуОфф использует комбинацию давлений в коллекторе и установленной в нем пружины что бы определить момент закрытия дросселя. В случае резкого закрытия дросселя блоуофф сбрасывает в атмосферу, возникающий в воздушном тракте избыток давления и тем самым спасает турбокомпрессор от повреждения.
Но в конце концов, что такое «волшебство» за турбонаддувом? Его принцип и работа довольно просты. Сначала мы можем сказать, что он состоит из двух частей: улиток. Первый состоит из оболочки, обычно называемой «горячей» частью или просто турбиной. В горячей части имеется пропеллер, который перемещается выхлопными газами.
Этот пропеллер прикреплен к оси, которая приводит в движение второй винт в соседней оболочке или улитке, которая, используя соответствующую геометрию лезвия, втягивает в нее большое количество воздуха. Роль компрессора, как следует из названия, впрыскивает сжатый воздух в двигатель. Именно в этот момент происходит «волшебство». При большом количестве воздуха вы также можете иметь больше топлива и, следовательно, более мощные взрывы в каждом цилиндре, тем самым создавая желаемую дополнительную мощность.
Wastegate:
Представляет собой механический клапан устанавленный на турбинной части или на выпускном коллекторе и обеспечивающий контроль за создаваемым турбокомпрессором давлением. Некоторые дизельние моторы используют турбины без вейстгейтов. Тем не менее подавляющее большинство бензиновых моторов обязательно требуют его наличия. Основной задачей вейстгейта является обеспечивать выхлопным газам возможность выхода из системы в обход турбины. Пуская часть газов в обход турбины, мы контролируем количество энергии газов которое уходит через вал на компрессор и тем самым управляем давлением наддува, создаваемое компрессором. Как правило вейстгейт использует давление наддува и давление встроенной пружины что бы контролировать обходной поток выхлопных газов.
Встроенный вейстгейт состоит из заслонки встроенной в турбинный хаузинг (улитку), пневматического актуатора и тяги от актуатора к заслонке.
Внешний гейт представляет собой клапан устанавливаемый на выпускной коллектор до турбины. Преимуществом внешнего гейта является то, что сбрасываемый им обходной поток может быть возвращен в выхлопную систему далеко от выхода из турбины или вообще сброшен в атмосферу на спортивных автомобилях. Все это ведет к улучшению прохождения газов через турбину в виду отсутствия разнонаправленных потоков в компактном объеме турбинного хаузинга.
Турбины зависят от определенного вращения двигателя, чтобы начать повышение давления. Это снова связано с размером турбины. Это не означает, что небольшая турбина лучше. Как мы уже говорили, это будет зависеть от типа двигателя и коробки передач, которую имеет ваш автомобиль. Небольшие турбины имеют более быстрый отклик, что означает, что они заполняются быстрее и ниже. Напротив, они не подходят, когда требуются высокие давления.
Еще одно следствие использования небольшого турбонаддува, который, например, в поездке, всегда бодрствует. В возможной ситуации водитель не сможет ездить в ротации, совместимой с трафиком. При этом расход топлива значительно увеличивается и значительно снижает долговечность турбины, поскольку она всегда работает на максимальной скорости.
Водяное и маслянное обеспечение:
Шарикоподшипниковые турбины Garrett требуют значительно меньше масла чем втулочные аналоги. Поэтому установка маслянного рестриктора на входе в турбину крайне рекомендована если давление масла в вашей системе привышает 4 атм. Слив масла должен быть заведен в поддон выше уровня масла. Поскольку слив масла из турбины происходит естественным путем под действием гравитации, крайне важно что бы центральный картридж турбины был ориентирован сливом масла вниз.
Частой причиной выхода из строя турбин является закоксовка маслом в центральном картридже. Быстрая остановка мотора после больших продолжительных нагрузок ведет к теплообмену между турбиной и нагретым выпускным коллектором, что в отсутствии притока свежего масла и поступления холодного воздуха в компрессор ведет к общему перегреву картриджа и закоксовке имеющегося в нем масла.
Для минимизации этого эффекта турбины снабдили водяным охлаждением. Водные шланги обеспечивают эффект сифона снижая температуру в центральном картридже даже после остановки двигателя, когда нет принудительной циркуляции воды. Желательно так же обеспечить минимум неравномерности по вертикали линии подачи воды, а так же несколько развернуть центральный картридж вокруг оси турбины на угол до 25 градусов.
Хорошо решил размер вопроса, давайте определим, какое давление использовать. Здесь снова сила, жаждущая, захочет ходить с максимально возможным давлением. Для оригинального бензинового двигателя и в идеальных условиях вы можете использовать давление до 8 бар без серьезных проблем. В оригинальном спиртовом двигателе давление не должно превышать 4 бар. Это объясняется тем, что алкогольный двигатель сильно облагается налогом, то есть он имеет очень высокую степень сжатия по отношению к бензиновым двигателям.
Обратите внимание, что эти значения являются параметрами для менее безотказного использования, и никаких дальнейших механических изменений не требуется. Это очень надежные номера для повседневного использования. Если используются более высокие давления, требуется ряд модификаций. Основной из них - замена поршневого узла и шатунов с другим из более стойких материалов, чтобы выдерживать высокие давления и температуры. Чем выше давление, тем выше температура внутри цилиндров и тем больше давление, оказываемое на поршень и шатун.
Выбор турбины.
Правильный подбор турбины является ключевым моментом в постройке турбо-мотора и основан на многих вводных данных. Самым основным фактом выбора является требуемая от мотора мощность. Важно также выбирать эту цифру максимально реалистично для вашего мотора. Поскольку мощность мотора зависит от количества топливо-воздушной смеси которая через него проходит за единицу времени, опредлив целевую мощность мы приступим к выбору турбины способной обеспечить необходимый для этой мощности поток воздуха.
С этими изменениями вы сможете использовать гораздо большее давление. Но помните, что эти правила действительны для бензиновых двигателей. Алкогольные двигатели с даже коваными низкими частями подвергаются серьезной опасности разрыва из-за высокой скорости. Идеальным является использование двигателя, первоначально использующего бензин, и использования алкоголя в качестве топлива. Это потому, что алкоголь лучше горит и менее подвержен детонации.
Тот факт, что сверхмощные двигатели начинают работать с температурой внутри цилиндра слишком высоко, заставляет паруса также пересматриваться и заменяться более прохладными парусами. Для еще более высокого давления необходимо пересмотреть и заменить некоторые другие предметы. Первым элементом, подлежащим замене, является муфта.
Другим крайне важным фактором выбора турбины является скорость ее выхода на наддув и минимальные обороты двигателя на которых это происходит. Меньшая турбина или меньший горячий хаузинг позволяют улучшить эти показатели, но максимальная мощность при этом будет снижена. Тем не менее за счет большего рабочего диапазона работы двигателя и быстрого выход турбины на наддув при открытии дросселя в целом результат может быть значительно лучше, чем при использовании большей турбины с большой пиковой мощностью, но в узком верхнем диапазоне работы мотора.
С увеличением мощности он, вероятно, начнет кататься на коньках, и с этим мощность не будет полностью передана. Обмен, тормоза, подушки, во всяком случае, все нужно будет изменить. Подвеска, шины и колеса также будут получать больше запросов с увеличенной мощностью. Колеса и шины большего диаметра могут помочь с тягой.
В конце концов, как сказал старый «дилер шин»: «Это бесполезно для власти без контроля». Двигатели с комплектом турбокомпрессора также питаются двумя типами энергии, вакуумом или электронным впрыском. Двигатель турбокомпрессора работает под давлением, то есть работает с давлением в цилиндре. В отличии от безнаддувных двигателей, вдыхает воздух, турбокомпрессор толкает воздух в цилиндр выполнен в виде одной детали, как вентилятор. Почему преимущество в турбонаддувом к аспирированным двигателям? Это связано с тем, что турбонагнетатель всегда посылает воздух в цилиндры, используя преимущество стрельбы и генерируя больше мощности по отношению к аспирационным двигателям.
Втулочные и шарикоподшипниковые турбины.
Втулочные турбины были самыми распространенными в течении долгого времени, тем не менее новые и более эффективные шарикоподшипниковые турбины используются все чаще. Шарикоподшипниковые турбины появились как результат работы Garrett Motorsport во многих гоночных сериях.
Отзывчивость турбины на дроссель очень зависит от конструкции центрального картриджа. Шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают на 15% более быстрый выход на наддув относительно их втулочных аналогов, снижая эффект турбо-ямы и приближая ощущение от турбо-мотора к атмосферному большеобъемнику.
Шарикоподшипниковые турбины так же требуют значительно меньшего потока масла через картридж для смазки пошипников. Это снижает вероятность утечек масла через сальники. Так же такие турбины менее требовательны к качеству масла и менее склонны к закоксовке после глушения двигателя.
И очень легко получить мощность в двигателях с комплектом турбокомпрессора, который регулирует предохранительный клапан. Он используется больше в автомобилях, которые уже имеют высокую подготовку, потому что неправильное использование в дозировке нитро может вызвать перерывы в двигателе.
Обычно использование нитро осуществляется при высоких оборотах, но оно гарантирует мощность до конца резервуара, где хранится нитро, и в зависимости от того, как он «дозируется», он дает в среднем 10 нитродолей. Двигатели с отсасыванием питаются двумя типами энергии. Само название говорит, что он всасывает воздух, так что горит внутри цилиндра двигателя. Таким образом, мы определяем аспирационный двигатель. Поэтому аспирационный двигатель работает на более высоких скоростях, но он теряет силу на конечной скорости, потому что двигатель не может получить больше силы, чтобы всасывать воздух в цилиндр.
6 лет Метки: турбина
Каждый автолюбитель рано или поздно предстает перед выбором: машину с каким мотором, атмосферным или турбированным, ему приобрести. И у тех, и у других силовых установок есть свои достоинства и недостатки. О них – наш сегодняшний материал.
Чтобы получить еще несколько лошадей в аспирационных двигателях, гораздо более трудоемко поднимать свои затраты и выгоды, отличные от автомобилей с турбонаддувом. Ниже приведены причины этой стоимости и выгоды. Воздуходувка, также известная как объемный компрессор, сверхчувствительный или компрессор, представляет собой не что иное, как воздушный насос, соединенный с коленчатым валом двигателя ремнем, который, используя движущую силу, «толкает» больше воздуха, чем двигатель будет стремиться нормально.
Эффективный компрессор - это тот, который вытесняет большее количество воздуха, нагревая как можно меньше и с меньшими усилиями. Короче говоря, это тот, который имеет лучшую объемную и термическую эффективность. Они подразделяются на 3 типа. Суспензии.
Плюсы и минусы атмосферного мотора
Прежде всего, поясним, что собой представляет двигатель, который в обиходе называется атмосферным. Это двигатель внутреннего сгорания, в котором подаваемый через карбюратор или инжектор воздух участвует в образовании топливной смеси (1 часть бензина и 14 – воздуха), которая, воспламеняясь, создает энергию, приводящую в движение рабочие части мотора. Не будем вдаваться во все подробности работы таких двигателей – это не цель данного материала. Человеку, который выбирает автомобиль с атмосферным мотором, но все же поглядывает в сторону турбированного агрегата, важно понять, какие преимущества и недостатки есть у того мотора, которым будет оснащена его машина.
Тормоз. Повышенная безопасность; Аксессуары. Так что забудьте об этом, вы не заслуживаете турбомобиля. терпение; И, наконец, голова в том месте, кто едет на сильном автомобиле, думая о появлении, получает это. Каждый двигатель принимает турбо, будь то 0 или 2 и т.д. разница будет наборы, которые вы должны использовать в каждом случае, и какое давление вы ищете. Для тех, кто хочет только дать небольшой яд в автомобиле, только увеличение мощности указано с использованием давления 6, в котором нет необходимости качать в двигатель.
Для тех, кто ищет давление выше 0 га 2, необходимо заменить свечные провода, свечи, менять фильтры, сменить топливный переключатель на спирт. Для тех, кто ищет давление выше 2 давления, необходимо возиться в двигателе, в этом случае необходимо внести небольшие изменения, в этом случае существует критерий того, сколько вы хотите потратить, и насколько ваш двигатель может справиться. Давление выше 0, необходимо использовать уже подготовленные двигатели для такой турбины, в этом случае вы можете купить двигатель уже с турбиной, магазины получают ваш оригинал, а вы двигатель с турбиной, имеет в этом случае преимущества и недостатки.
Атмосферный двигатель
Несомненных плюсов у атмосферного двигателя три.
Большой моторесурс. Как показывает практика эксплуатации атмосферных двигателей, неважно, срок их ресурсной эксплуатации может исчисляться сотнями тысяч километров пробега. Известны факты, когда некоторые американские атмосферные двигатели «выхаживали» по 300-400, а то и по 500 тысяч километров без капитального ремонта. Причем, были экземпляры моторов-рекордсменов, которые устанавливали на другие автомобили, так как «родной» кузов уже сгнивал, и силовая установка работала до капремонта еще не один десяток тысяч километров пробега.
Преимущество в том, что вы делаете этот обмен в тот же день, вы уходите с готовой машиной. Недостаток, нельзя удалить турбину, либо вернуться к исходному двигателю, придется покупать другую. Другое дело, не ожидайте грубого начала использования нитроускорителя, он даст вам ответ, как только вы заполните заметное давление на турбину.
Другое дело, что износ, приносимый двигателю благодаря его использованию, является самой высокой нагрузкой, требуемой самой высокой производимой мощностью. Если это не тормоз на тормозах, даже не думайте о включении турбо в автомобиле, потому что автомобиль приходит с завода с тормозами, подготовленными к такой мощности, изменил эту мощность, вы должны изменить весь комплект тормозов, подумать об этом, автомобиль, который не имеет окончательный более 150 км и с турбо доходит до 220 км, как остановить это.
Надежность и простота эксплуатации. Такие рекордные показатели обусловлены относительной простотой конструкции атмосферных двигателей и их «лояльному» отношению к качеству топлива и моторного масла. Атмосферный двигатель неплохо переваривает даже самый паршивый бензин, которого в наших краях пруд пруди. Конечно, при частой заправке таким горючим и у атмосферника могут наступить перебои в работе, но восстановить его жизнедеятельность будет в разы дешевле, чем у того же турбированного агрегата.
Высокая ремонтопригодность. Упомянутая выше относительная простота конструкции атмосферного двигателя предполагает и его высокую ремонтопригодность. То есть, в случае выхода из строя того или иного узла двигателя его ремонт обойдется в сумму меньшую, чем ушла бы на починку мотора, оснащенного турбонаддувом.
Есть у атмосферных двигателей и свои недостатки. К ним можно отнести большую массу самого агрегата, меньшую, нежели у турбированного двигателя с аналогичным объемом, мощность, неспособность поддерживать высокую мощность при езде в гористой местности с разреженным воздухом. Наконец, автомобиль с атмосферным двигателем проигрывает турбированному в динамике.
Плюсы и минусы турбированного мотора
Первый турбированный двигатель был изобретен еще в 1905 году, а на легковых автомобилях моторы такого типа начали применять в середине ХХ века. Принцип его работы состоит в том, что установленная на двигатель использует выхлопные газы, чтобы создавать принудительное давление воздуха, который поступает в цилиндры, где образуется топливная смесь. Под воздействием давления в цилиндры закачивается большее количество воздуха, чем у атмосферного двигателя, что влечет за собой увеличение мощности двигателя (в среднем до 10%).
Турбированный двигатель.
К преимуществам турбированных моторов можно отнести высокую мощность при одинаковом с атмосферным двигателем рабочем объеме, более высокий крутящий момент – это сказывается на лучшей, чем у «атмосферника» динамике. К тому же турбированный мотор экологичнее (более эффективное сгорание топлива в цилиндрах), и издает меньше шума, чем атмосферный двигатель.
К недостаткам двигателя, оснащенного турбонаддувом, можно отнести сложности в эксплуатации. Такая силовая установка более чувствительна к и (для турбированных двигателей рекомендовано к использованию специальное масло). Срок службы масла и масляного фильтра в таком двигателе сокращен, по сравнению с таковым у атмосферного, в полтора – два раза из-за того, что турбине приходится работать при более высоких температурах. Необходимо тщательно следить за состоянием масла и фильтра и менять их с рекомендованной производителем двигателя периодичностью. Также нужно следить за состоянием воздушного фильтра: если он будет забит, это ухудшит работу компрессора.
Еще один минус турбированного мотора – повышенный, по сравнению с атмосферным, . Из-за того, что для приготовления смеси в цилиндрах используется больший объем воздуха, туда подается больший объем горючего. Не следует забывать, что турбина быстрее изнашивается, если сразу же при остановке автомобиля отключать мотор. Поэтому для продления срока эксплуатации турбины нужно давать мотору некоторое время поработать на холостых оборотах, чтобы охладилась турбина, и только затем выключать ее.
Словом, у обоих типов двигателей есть свои положительные и отрицательные стороны. Поэтому перед покупкой автомобиля с атмосферным или турбированным мотором нужно тщательно взвесить все за и против и лишь затем делать обдуманный выбор.