[email protected] 8-937-999-99-99 Консультант работает ПН-ПТ 9:00 - 19:00

Основы турбонаддува. Часть 1.

Принципы работы двигателя с турбонаддувом.

В силу конструктивных особенностей двигателя внутреннего сгорания ВАЗ, такие способы увеличения мощности мотора, как расточка цилиндров, установка спортивных распредвалов, доводка ГБЦ и изменение степени сжатия под более высокооктановое топливо не позволяют добиться существенного прироста – максимум 50–70 % от заводской мощности при условии возможности каждодневного использования. В тех случаях, когда необходимо добиться значительного увеличения крутящего момента (60-100% и более), самый эффективный способ, это – установка турбокомпрессора. Такое устройство позволяет увеличить количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха за счет его предварительно сжатия.

Чтобы разобраться в принципах работы турбокомпрессора, рассмотрим приведенную ниже диаграмму:

osn_nadduva1.jpg

Прохождение воздуха внутри двигателя с установленным турбкомпрессором состоит из следующих основных этапов:

- сперва воздух, очистившись в воздушном фильтре, поступает на вход турбокомпрессора (1);
- в турбокомпрессоре поступивший туда воздух сжимается, в связи с чем повышается его плотность и увеличивается количество кислорода, содержащееся в единице объема;
- однако, в процессе сжатия воздух нагревается и его плотность несколько уменьшается;
- чтобы восстановить температуру нагретого воздуха и увеличить его плотность, воздух из турбокомпрессора направляется в интеркулер (3), где частично охлаждается. Кстати, охлаждение воздуха позволяет не только увеличить его плотность, но и уменьшает вероятность детонации топливовоздушной смеси;
- охладившись в интеркулере, воздух через дроссель поступает во впускной коллектор (4), а затем на такте впуска попадает в цилиндры двигателя.

Хотя объем цилиндра и ограничен его диаметром и ходом поршня, количество попавшего в цилиндры кислорода становится значительно больше за счет увеличения плотности воздуха. Большее количество кислорода дает возможность сжечь за один такт большее количество топлива и, соответственно, повысить мощность двигателя по сравнению с обычным (атмосферным) вариантом.

После сгорания топливовоздушной смеси, она уходит в выпускной коллектор (5) (на такте выпуска), где этот поток разогретого до температуры 500-1100 градусов отработанного газа попадает на турбину (6). Пройдя через турбину, выхлопные газы начинают вращать вал турбины и, соответственно, компрессор, находящийся на другом конце вала. При этом температура и давление выхлопных газов уменьшается, так как часть их энергии уходит на вращение компрессора.

Приведенная ниже схема демонстрирует внутреннее устройство турбокомпрессора:

osn_nadduva2.jpg

В зависимости от компоновки двигателя и конкретной модели мотора, турбокомпрессор может комплектоваться дополнительными элементами, такими как Wastegate или Blow-off. Рассмотрим подробнее их устройство и принципы работы:

Blow-off

«Блоуофф» (дуть-отключить) - устройство, называемое также «перепускной клапан», которое устанавливается в воздушной системе между дроссельной заслонкой и выходом из компрессора, чтобы предотвратить выход компрессора в режим помпажа («surge»). Помпаж - это нежелательный процесс, возникающий при работе лопастных компрессоров. При этом, в трубопроводной системе происходит пульсация подачи и давления. Как правило, помпаж компрессора происходит при недостаточном расходе воздуха или слишком высоком давлении наддува. Таким образом при резком закрытии дросселя устройство блоуофф направляет в атмосферу избыток давления и предохраняет турбокомпрессор от перегрузок.

osn_nadduva3.jpg

Waste gate:

Система «вестгейт» (обходные ворота) состоит из механического клапана, установленного на выпускном коллекторе или на турбинной части. Этот клапан и обеспечивает контроль над давлением, которое создает турбокомпрессор. Вестгейт обеспечивает выхлопным газам возможность обхода турбины. Это позволяет управлять давлением наддува, которое создает компрессор. Для контроля над вышеописанным процессом вестгейт использует давление встроенной пружины и давление наддува.

Встроенный вестгейт состоит из встроенной в турбинный хаузинг (корпус турбины) заслонки, пневматического актуатора, и тяги от заслонки к актуатору.

osn_nadduva4.jpg

Внешний гейт состоит из клапана, установленного до турбины на выпускной коллектор. Преимущество внешнего гейта заключается в том, что сбрасываемый обходной поток можно возвратить в выхлопную систему на значительном расстоянии от выхода из турбины или сбросить в атмосферу (используется на спортивных автомобилях). Это приводит к улучшению прохождения газов в связи с отсутствием разнонаправленных потоков в турбинном хаузинге (корпусе турбины).

osn_nadduva5.jpg

Водяное и масляное охлаждение:

Использование шарикоподшипниковых турбин (например, Garrett) позволяет значительно снизить расход масла по сравнению с втулочными аналогами. Поэтому, при высоком давлении масла (более 4 атмосфер) рекомендуется установить масляный рестриктор. При этом слив масла необходимо завести в поддон выше основного уровня масла. Центральный картридж турбины необходимо направить сливом масла вниз, так как слив масла происходит под действием силы тяжести.

При резких остановках двигателя в центральном картридже происходит закоксовка масла, что приводит к выходу турбин их строя. Причиной закоксовки является теплообмен между нагретым выпускным коллектором и турбиной, возникающий при недостатке холодного воздуха и поступления свежего масла.

Для нейтрализации вышеописанного эффекта турбины обычно снабжают водяным охлаждением. С помощью водных шлангов, обеспечивающих эффект сифона, температура в центральном картридже снижается даже во время полной остановки мотора. При этом рекомендуется предусмотреть минимальную неравномерность по вертикали направления подачи воды, а также развернуть центральный картридж относительно оси турбины (не более 25 градусов).

Выбор турбины

Оптимальный выбор турбины зависит от многих факторов, включая как чисто технические (модель двигателя и автомобиля), так и условия, в которых планируется эксплуатировать форсированный двигатель. Основным критерием является мощность, которую необходимо получить от двигателя. Естественно, при этом следует исходить из реалистичных оценок возможностей имеющегося мотора, иначе такой двигатель прослужит весьма недолго. Определившись с необходимой мощностью, можно приступать к выбору турбины, которая сможет обеспечить достаточный приток воздуха.

Кроме производительности турбины другим важным критерием является скорость выхода в режим наддува и минимальные обороты двигателя, при которых это происходит. Улучшить эти показатели можно выбрав меньший горячий хаузинг (корпус турбины) или меньшую турбину. Однако, при этом окажется несколько сниженной максимальная мощность двигателя. Тем не менее, при правильном подборе даже небольшой турбины можно достичь большего эффекта, чем у большой турбины, имеющей большую пиковую мощность, но только в верхнем диапазоне работы двигателя. Преимущество при использовании небольших турбин достигается за счет быстрого выхода турбины в режим наддува и за счет увеличенного рабочего диапазона работы двигателя. На практике, большие турбины устанавливаются, в основном, на спортивных автомобилях.

Шарикоподшипниковые и втулочные турбины

Как уже отмечалось выше, несмотря на широкое распространение втулочных турбин, в последнее время их стали все более вытеснять более эффективные - шарикоподшипниковые турбины. Первоначально шарикоподшипниковые турбины были использованы Garrett Motorsport в гоночных модификациях турбин. Благодаря оригинальной конструкции центрального картриджа, шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают оптимальную отзывчивость турбины на дроссель и ускоренный выход в режим наддува (на 15% и более относительно их втулочных аналогов). Эта особенность шарикоподшипниковых турбин ощутимо снижает эффект турбо-ямы и приближает характеристики турбированного двигателя к «атмосфернику» большего объема.

osn_nadduva6.jpgosn_nadduva7.jpg

Кроме того, шарикоподшипниковые турбины потребляют значительно меньше масла, что не только приводит к существенной экономии, но и снижает вероятность закоксовки масла при остановке двигателя. К тому же, у шарикоподшипниковых турбин значительно реже происходит утечка масла через сальники, да и требования к качеству масла у таких турбин не такие высокие, как у втулочных.

osn_nadduva8.jpg

Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт, или Зарегистрируйтесь.

Раздел не найден.