За счет чего турбина увеличивает мощность

Как турбина влияет на мощность двигателя. Система турбонаддува и как она работает

Выбор правильного автомобиля как средства передвижения является важным решением. Здесь необходимо учитывать цену, потребление, комфорт, но есть и другие незаменимые факторы. Одним из таких факторов, который привлекает внимание к авто, является двигатель с турбонаддувом (турбина). Данная система помогает повысить мощность двигателя и предлагает экономию потребления топлива. Что такое турбонаддув, как турбина влияет мощность двигателя и общую производительность автомобиля – об этом расскажем в данном посте.

Содержание

1. Турбонаддув – что это простыми словами.
2. Работа турбонаддува в машине.
3. Влияние турбины на двигатель и производительность авто.

Что такое турбонаддув

Тот, кто работает за рулем, даже если он не очень осведомлен в механике, имеет острое представление о том, как работает машина. Мощность, измеряемая в лошадиных силах, является способностью двигателя превращать топливо в движение и скорость. А это и есть тот значимый элемент, когда речь идет об эффективной, качественной и экономичной работе автомобиля.

На практике это выглядит так: каждая быстрая машина – мощная, но не всякая мощная – быстрая. Это связано с тем, что чем тяжелее транспортное средство, тем больше силы оно использует для движения.

Турбонаддув (система двигателя внутреннего сгорания на основе турбокомпрессора, или турбины) – это способ повысить мощность двигателя, используя компрессор для вытягивания и сжатия большего количества воздуха в камеру сгорания, увеличивая мощность сгорания топлива и, следовательно, увеличивая скорость передвижения авто, вне зависимости от его веса.

Как работает турбонаддув в машине

Двигатель с турбонаддувом состоит из двух частей – выпускного коллектора и турбокомпрессора. Первый отвечает за сбор газов из каждого цилиндра, которые будут поступать в выхлопную систему и выбрасываться в атмосферу.

Турбина собирает воздух, который, в свою очередь, приводит в движение винт, производя прохладный, чистый воздух. Этот воздух передается в компрессор, который уплотняет его и направляет в радиатор промежуточного охладителя, тем самым, охлаждая воздух. Таким образом, большее количество воздуха проходит через цилиндры и попадает в зону сгорания.

Схема работы турбонаддува

Двигатель работает на взрыве, а это значит, что ему нужен огонь, верно? То есть: тепло + топливо + кислород (газы, собираемые из выхлопных газов). Чем больше воздуха в системе, тем больше возможностей сжигать бензин и вырабатывать больше энергии. Прелесть в том, что он создает действенный круг, в котором тот самый газ, генерируемый двигателем (посредством взрывов), становится силой, приводящей в движение турбо систему.

Как турбина влияет на производительность автомобиля

После теоретической части следует объяснить, как турбина влияет на мощность двигателя и производительность автомобиля. Самым большим преимуществом турбины является экономный расход топлива. Но чтобы добиться такой экономии, водителю также необходимо внести свой вклад, научившись управлять своим транспортным средством безопасно, с наименьшим количеством тормозов и внезапным ускорением.

Помимо экономного расхода топлива, турбина помогает снизить выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду. И, конечно же, с турбиной производительность авто будет на высоте (из-за нехватки кислорода транспортные средства теряют около 25% своей мощности). Двигатели с турбонаддувом повторно используют выхлопные газы.

Турбонаддув сегодня признан самым действенным механизмом усиления мощности двигателя внутреннего сгорания без увеличения частоты оборота его коленчатого вала и рабочего объема цилиндров. Система с турбонаддувом используется на бензиновых и дизельных двигателях, однако её максимальная действенность доказана на дизельных двигателях за счет высокой степени сжатия в двигателе и относительно невысокой частоты оборота коленчатого вала. В бензиновом двигателе турбонаддув может вызвать эффект детонации по причине резкого увеличения частоты оборотов двигателя, а также высокой температуры отработанных газов и сильного нагрева турбины.

Интересная статья о турбинах

Когда люди говорят о гоночных машинах или мощных спортивных авто, рано или поздо всплывает тема турбин(турбо компрессоры также устанавливают на больших дизельных моторах). Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного увеличения его размеров/веса, что является основным преимуществом которое сделало турбины столь популярными.

В данной главе вы узнаете о том как турбокомпрессор увеличивает отдачу двигателя работая в экстримальных условиях. Также вы узнаете как вестгейты, керамические крыльчатки турбин и шарикоподшипники помогают турбокомпрессорам выполнять свою работу еще лучше. Турбокомпрессоры — тип усиленной впускной системы. Они сжимают воздух во впускном тракте. Преимущество сжатия воздуха в том что двигатель получает возможность «запихнуть» в камеру сгорания больший объем воздуха, а большему кол-ву воздуха нужен больший объем топлива. Таким образом мы получаем больше мощности от каждого взрыва в каждом циллиндре. Турбированный двигатель производит больше мощности по сравнению с таким же НЕ турбированным двигателем. Турбина может значительно улучшить соотношение мощность/вес для вашего двигателя.

Для раскрутки/буста турбина использует поток выхлопных газов которые вращают крыльчатку турбины, которая в свою очередь соединена(находится на том же валу) с крыльчаткой аэро компрессора. Скорость вращения турбины может достигать150тыс. об./мин что почти в 30 раз быстрее скорости вращения самого двигателя. Естественно что при таких условиях работы, температура турбины тоже очень высока.

Одним из верных способов увеличения мощности двигателя является увеличение объема газо-бензиновой смеси которое он может сжечь. Этого можно достичь увеличив кол-во циллиндров, или сделать имеющиеся циллиндры больше. Иногда подобные изменения могут не дать должного эффекта, в отличие от турбины, которая является более простым, компактным решением для увеличения мощности, особенно если речь идет о производителях тюнинговых решений.

Турбины позволяют двигателю сжигать большее кол-во газо-топливной смеси путем большего нагнетания ее в имеющуюся камеру сгорания. По сравнению с обычным двигателем, турбина может нагнетать до 50% больше газотопливной смеси в камеру сгорания. Установкой турбины можно достичь 40-го % прироста мощности двигателя. Справедливо ожидать 50-ти процентного прироста мощности, но все не так замечательно, и вот почему. Установка турбины накладывает определенные ограничения на выпускную систему, тк выхлопные газы проходят через крыльчатку турбины, тем самым увеличивается сопростивление потоку выхлопных газов, что в свою очередь отнимает часть КПД от взрывов в циллиндрах которые происходят одновременно.

Турбокомпрессор и двигатель.

Турбокомпрессор устанавливается на выпускном коллекторе. Выхлопные газы раскручивают крыльчатку турбины которая работает по принципу газотурбинных двигателей. Вал турбины соединен с валом воздушного компрессора который схематически находится между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания двигателя.

Поток выхлопных газов проходящих сквозь крыльчатку турбины, разгоняет ее. Чем больше давление выхлопных газов оказываемое на крыльчатку турбины, тем быстрее она раскручивается.

На другом конце вала турбины установлен воздушный компрессор который нагнетает воздух в камеру сгорания. Компрессор работает по принципу центрифуги — он раскручивает воздух от центра к краям крыльчатки по ходу вращения.

Тк вал турбины раскручивается до огромных скоростей(150тыс об./мин.), необходимо обеспечить его надежную поддержку/закрепление. Большая часть подшипников взорвалась бы на таких скоростях, по этому в большей части турбокомпрессоров используется жидкий подшипник(маслянный клин). Данный тип подшипника поддерживает вал на тонком слое масла которое подается под давлением вокруг него(между валом и стенкой подшипника). Это делается по 2-м причинам:
1.Масло охлаждает вал и прилегающие части турбокомпрессора
2.Этот метод позволяет избежать большой силы трения между валом и стенками подшипника турбокомпрессора

Одной из главных проблем связанных с использованием турбокомпрессоров является то что они не могут моментально обеспечить рабочее давление наддува(буст) когда вы нажимаете на педаль акселератора. Проходит определенное время до того как турбина разгонится и начнет обеспечивать рабочее давление наддува. Это явление называется лаг(задержка), то есть мы ощущаем лаг когда давим на педаль акселератора, затем спустя определенное время(лаг) машина выстреливает вперед.
Для уменьшения турбо лага необходимо уменьшить силу инерции вращающихся частей, главным образом путем уменьшения их веса. Это позволит турбине и компрессору разгоняться быстрее, и раньше опеспечивать рабочее давление наддува. Одним из верных способов уменьшения силы инерции турбины и компрессора является уменьшение размера самого турбокомпрессора. Не большой турбокомпрессор обеспечит рабочее давление наддува на низких оборотах двигателя значительно быстрее, но не сможет обеспечить нормальное давление наддува на высоких оборотах, когда двигателю необходим значительно больший объем воздуха.Также для небольших турбокомпрессоров существует опасность слишком быстрого вращения на высоких оборотах двигателя, когда большой объем выхлопных газов проходит сквозь турбину.
Большие турбокомпрессоры могут обеспечить достаточное давление наддува на высоких оборотах двигателя, но им присущь больший турбо лаг тк их турбина и компрессор имеют больший вес и как следствие разгоняются дольше. К счастью есть несколько способов побороть эту проблему.
У большинства автомобильных турбокомпрессоров есть вестгейт, который позволяет использовать небольшие турбокомпрессоры для уменьшения лага, а также предотвращает их слишком быстрое вращение на высоких оборотах двигателя. Вестгейт — это клапан который позволяет проходить потоку выхлопных газов в обход крыльчатки турбины. Вестгейт распознает давление наддува.Если давление слишком высоко это может означать что турбина вращается слишком быстро, в этом случае вестгейт отводит(открывает клапан) часть потока выхлопных газов от крыльчатки турбины, что позволяет снизить скорость вращения турбины.
В строении некоторых турбокомпрессоров вместо жидких подшипников(маслянного клина) используются шарикоподшипники. Но это не обычные подшипники — это супер точные подшипники созданные с использованием передовых технологий/материалов призванных допустить их использование на таких скоростях и температурах присущих турбокомпрессорам. Такие подшипники позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем в обычных жидких подшипниках. Также шарикоподшипники позволяют использовать меньший и более легкий основной вал, что тоже положительно сказывается скорости раскручивания вала, и уменьшении турбо лага.
Керамическая крыльчатка легче стальной, используемой в большинстве турбокомпрессоров. Это тоже позволяет турбине раскручиваться быстрее, что в свою очередь помогает уменьшить турбо лаг.

В строении некоторых турбосистем используются два турбокомпрессора. Меньший турбокомпрессор раскручивается до рабочего давления наддува значительно быстрее, уменьшает лаг, пока больший турбокомпрессор раскручивается и срабатывает на высоких оборотах обеспечивая большее давление наддува.
Когда воздух сжимается — он подогревается и расширяется. Собственно часть от общего увеличения давления турбокомпрессором — результат нагрева воздуха до его попадания в камеру сгорания. Для того чтобы увеличить мощность двигателя необходимо «впихнуть» в камеру сгорания как можно больше молекул воздуха, а не просто воздух под большим давлением.
Интеркулер способствует увеличению мощности двигателя путем охлаждения сжатого воздуха который поступает из компрессора, перед его попаданием в камеру сгорания. Это означает что турбокомпрессор способен обеспечить определенное давление наддува, а та же система с интеркулером способна обеспечить то же давление наддува, но уже охлажденного сжатого воздуха(в котором больше молекул чем в НЕ охлажденном воздухе).

Основные термины:
Порог наддува(Boost threshold) — минимальные обороты двигателя при которых создается положительное давление наддува во впускном коллекторе, при максимальной нагрузке на двигатель.
Турболаг — время между «тапкавпол» и моментом когда турбокомпрессор опеспечивает рабочее давление наддува.

Какая турбина САМАЯ лучшая? Нет лучшей турбины. Как правило все тюнинговые турбины делятся на эти несколько классов:
1.Турбины позволяющие немного увеличить мощность двигателя
2.Турбины позволяющие значительно увеличить мощность двигателя
3.Быстро раскручивающиеся турбины

Что необходимо заменить для установки тюнинговой турбины? Как правило для установки тюнинговой турбины необходимо заменить топливный насос, форсунки, и программу управления двигателем.(отсебятина: и, как мне кажется — выхлопную систему)

Существует ли какой-нить метод доработки турбины, который не потребует других доработок? Существует. К стоковой турбине можно применить процедуру port&polish(шлифовка и полировка внутренней поверхности улиток турбокомпрессора). Также на короткое время можно установить буст контроллер, но по большому счет установка бустконтроллера глупая затея.

Какая турбина лучше всего подходит для небольшого увеличения мощности двигателя? Наиболее широко применяемые турбины для этих целей: VF30/VF34 и 16G

Какая турбина лучшая в классе «быстрораскручивающихся» турбин? Наиболее широко применяемые турбины для этих целей: стоковые турбины с отшлифованными и полированными внутренними поверхностями улиток.

Для того чтобы сделать правильный выбор, сначала необходимо определить какой именно ТИП турбин больше всего подходит для ваших нужд. По этому мы обсудим самые распространенные типы турбин. Собственно здесь представленна базовая информация, не стоит использовать ее как ОСНОВНОЙ источник информации для выбора турбины, тк существует еще куча факторов влияющих на подобный выбор. Для более верного выбора проконсультируйтесь с продавцом турбин, или мастерами тюнинга(в таких конторах как Плеяда, или Альпина).
Обычная турбина.
Обычная турбина в сущности насос который «запихивает» воздух под давлением во впускную систему двигателя, в результате наддув сжатого воздуха поздоляет увеличить мощность двигателя, к чему, как правило мы и стремимся. Но не стоит забывать что больше мощности даст больше тепла, и внутренние компоненты двигателя должны соответствовать уровню тюнинга. Замена стоковой турбины на большую — самый простой, быстрый, дешевый и правильный метод. Обычно для подобных замен на турбовых версиях субар используют следующие турбины: VF-30/34/22 и 16/18/20G. Подобный тюнинг еще называют Bolt-on.
Твинскролловая турбина
Твинскролловая турбина может быть установлена только с равнодлинным выпускным коллектором. Это обусловлено внутренним устройством данной турбины, а также требованием чтобы давление потока выхлопных газов на крыльчатку турбины было всегда одинаковым, что позволит твинскролловой турбине раскручиваться быстрее по сравнению с обычной турбиной такого же размера. Данное требование(установка равнодлинного выпускного коллектора) является обязательным к исполнению, не позволяйте сбить вас столку недобросовестной рекламой твинскролловых турбин. Если сравнить твинскролловую турбину в характеристике которой указано 500 CFM(Кубических футов в минуту — это характеристика воздушного потока прогоняемого в единиху времени конкретным воздушным компрессором), и обычную турбину в характеристике которой указаны те же 500CFM, твинскролловая турбина раньше обеспечит рабочее давление наддува. Ну и собственно если вы выбрали 2-е подходящие по размерам турбины, одна из которых твинскролловая, другая обычная — твинскролл будет лучшим выбором если вы готовы смириться со значительными затратами на выхлопную систему, и предпочитаете турбину которая раскручивается быстрее обычной.
В отличие от установки обычной более производительной/большей турбины — твинскролл требует больше затрат. В основном из-за необходимости использования равнодлинного выпускного коллектора, ап-пайпа другой конструкции, и возможно другого картера(тк в равнодлинном коллекторе трубы идущие от правой половины двигателя — длиннее, и если оставить стандартный картер — коллектор просто не встанет) и маслоуловителя. Куирт Крафорд из «Crawford Performance» недавно провел эксперимент, на Легасе с твинскролловой турбиной GT32. Он заменил равнодлинный коллектор на обычный, а также доработанный ап-пайп на стоковый, и замерил результаты. По ошушениям и на основе полученных результатов он обнаружил ухудшение отклика турбины на 750 об/мин, то есть увеличился лаг. Это должно послужить уроком для всех кто считает что установка твинскролловой турбины возможна и без лишних затрат на выпускную систему.
Еще одной важной особенностью установки твинскролловых турбин(и, соответственно равнодлинного коллектора) является изменение звука выхлопа. Равнодлинный коллектор сильно меняет звук выхлопа убирая столь популярное урчание опозитного двигателя. Для яростных поклонников родного звука субаровского мотора — только это может сыграть не в пользу установки твинскролла.

За счет чего турбина увеличивает мощность

Откуда возникает увеличение мощности турбины? Какова формула мощности любого двигателя, и как турбина в влияет на эту формулу? (Не пугайтесь до смерти при упоминании формул: те из них, о которых ниже идёт речь, являются простыми и легкими для понимания.) Чтобы ответить на эти вопросы, надо изучить линейное уравнение с одним неизвестным, которое связывает мощность с параметрами, описывающими двигатель внутреннего сгорания.

Мощность = P*L*A*N

Р — среднее полное давление в цилиндре. Проще представить себе Р как среднее давление, воздействующее на поршень.

L-длина хода. Она сообщает, как далеко будет двигаться поршень под действием этого давления.

А — площадь сечения цилиндра. Вот она, та самая площадь, к которой приложено давление.

N — число рабочих тактов двигателя за одну минуту. Это число показывает, сколько цилиндров у двигателя и каковы его обороты.

N = число цилиндров * частота вращения двигателя/2 ( Для четырехтактного двигателя, частота вращения разделена на 2 потому что каждый цилиндр совершает рабочий такт один раз за два оборота)

Здесь наблюдается несколько интересных зависимостей! Например, возьмите Р и умножьте на А, и Вы имеете произведение давления на площадь, которое является средней силой, действующей на поршень. Теперь умножьте Р*А(сила) на длину хода L (расстояние), и Вы имеете число, которое представляет собой момент, теперь берите это число и умножайте на N (с какой скоростью совершается работа), вот Вы и получите мощность (то, что и заказывали). Пожалуйста, заметьте, что это означает: мощность = момент * обороты в минуту.

Так как общая цель нашего упражнения — получение большей мощности, давайте изучим то, над чем позволяет нам поработать «P*L*A*N». Сначала давайте посмотрим на то, что может дать работа с N. Имеются два способа получить большее количество рабочих тактов в минуту: увеличить количество цилиндров или раскрутить двигатель до больших оборотов. Это дает некоторое поле для приложения усилий: старания целой области человеческой деятельности, известной как проектирование двигателей, направлены исключительно на достижение более высоких оборотов в минуту с определенным запасом прочности.

Помните, что ненавистные инерционные нагрузки растут в квадратичной зависимости от увеличения оборотов двигателя. Это означает, что при 7200 оборотах в минуту, инерционная нагрузка будет доставлять 144 % от нагрузки, возникающей при 6000 оборотах в минуту. Двигатель подвергается усиленному износу и разрушению. В конечном счете, увеличение отдаваемой мощности путем увеличения N не являйся ни дешевым, ни приятным и не способствует достижению большого ресурса. Так как мы, по вышеизложенным практическим причинам, не ищем значительно увеличивать мощность, увеличивая N, единственный оставшийся выбор — увеличить момент, делая что-то с P*L*A. Мы должны вернуться и посмотреть на P*L*A немного внимательней.

Попробуем изменить А, то есть площадь сечения цилиндра. Насколько это поможет? Измените диаметр цилиндра на 3 мм, и, возможно, вы получите прибавку мощности в 10 %. Не стоит заморачиваться. Мы можем также изменить L, ход поршня. Может быть, получим гдето 10 %. Очевидно, что если нашей целью является существенное увеличение мощности, то А и L не дадут нам многого.

Изменение Р становится нашей единственной надеждой. Как успешно изменять Р — это сложный вопрос. Р может быть изменено в 1.2,1.5,2,3,4, 5 раз… реальный потенциал не известен, так как инженеры постоянно нащупывают новый предел. Гоночные автомобиль Гран-при сезона 1987 довели развитие турбонагнетателя до высочайшего уровня, когда-либо достигнутого, доведя отдаваемые мощности почти до 1 л.с. с кубического сантиметра. Этого достаточно,чтобы сказать, что удвоение мощности нашего с вами обычного двигателя — это не детские фантазии, это наши оправданные ожидания. Здесь особенно важно заметить то, что мы значительно увеличиваем мощность без увеличения оборотов двигателя. Потому что момент РLA) — это то, что мы действительно изменяем. Турбина увеличивает момент, а момент это здорово!

Эластичность двигателя

Каковы ограничения накладываемые турбодвигателем на эластичность? Хорошая эластичность и отзывчивость на действия водителя для большинства сегодняшних автомобилей являются обязательными условиями. «Сел, завёл, поехал». Если не так, то современный потребитель — недоволен. Принято считать, что высокая мощность и хорошая эластичность не совместимы в одном автомобиле. Данное мнение является вполне справедливым для атмосферных двигателей, но совершенно не годится по отношении двигателей с турбонаддувом. Рассмотрим факторы, определяющие эластичность: консервативные профили распредвала, малые впускные каналы, гибкость и калибровки топливной системы.

Правильный двигатель с турбонаддувом имеет профиль распредвала с малым перекрытием, обычно называемый «экономичным распредвалом». Размеры каналов обычно малы, чтобы обеспечить хорошее наполнение цилиндров на низких оборотах и позволяющие компрессору затрамбовывать воздух в них, когда требуется высокое давление. Калибровка топливной системы должна быть точной, по крайней мере для случая электронно-управляемого впрыска топлива. Очевидно, что факторы, формирующие хорошую эластичность, присутствуют в автомобилях с турбомоторами. То, что турбонаддув позволяет подать большее количество воздуха в цилиндры, когда это необходимо, нисколько не влияет на «сел, завёл и поехал.» Однако имеются два фактора, влияющие на эластичность, которые начинают играть роль при использовании турбонаддува: порог наддува и задержка (лаг). Они, впрочем, не столь уж значительно ухудшают характеристики атмосферных двигателей, так как распредвал, степень сжатия, установка угла опережения зажигания, и топливная смесь остаются фактически теми же самыми.

Типичный пример разницы в кривых момента для турбомотора и атмосферного двигателя.

Порог наддува.

Порог наддува, отнесённый к категории терминов/для глоссария, по существу означает самые низкие обороты двигателя в минуту, при которых турбонагнетатель может создать давление наддува (с полностью открытой дроссельной заслонкой). Ниже этих оборотов турбонагнетатель просто не имеет достаточного количества энергии выхлопных газов, чтобы развить частоту вращения компрессора, необходимую для создания во впускном коллекторе давление выше атмосферного. До достижения оборотов порога наддува кривая момента двигателя остается фактически такой же, как у атмосферного двигателя. Если раскручивать двигатель далее при полностью открытой заслонке, водитель почувствует значительное увеличение мощности после порога наддува, поскольку кривая момента направлена вверх. Если дроссельная заслонка полностью не открыта, турбонагнетатель не вносит вклада в кривую момента, и ускорение будет таким же, как и у атмосферного двигателя. Кривая момента до порога наддува может иногда являться компромиссным вариантом из-за беспричинного понижением степени сжатия (объем камеры сгорания плюс рабочий объем цилиндра, деленный на объем камеры сгорания), причиняя неприятные ощущения при отсутствии наддува на низких оборотах.

Тут и выясняется, что некоторые из автомобильных производителей сделали серьезную инженерную экономическую ошибку, не устанавливая соответствующие интеркулеры для достаточного охлаждения воздуха на впуске. Это позволяю бы использовать более высокие степени сжатия, обеспечивая нагпятную реакцию двигателя на низких оборотах. Если Вы выбираете машину с турбонагнетателем, попробуйте спросить у продавца о параметрах эффективности промежуточного охладителя (само собой, только после того, как Вы спросите, имеет ли вообще машина интеркулер). Разумно ожидать, что эластичность на низких скоростях имеет чисто, если транспортное средство оснащено промежуточным охладителем, и степень сжатия составляет 8 -10.

Оценивать качество системы турбонаддува исключительно по наличию низкого порога наддува — значит допускать серьезную ошибку. Сложно доказать, что положительное давление наддува на низких оборотах двигателя — плохая вещь, но легко доказать, что это давление наддува на низких оборотах, достигнутое за счёт турбины меньших размеров — потенциальная проблема, связанная с более высоким обратным давлением отработанных газов. Тщательно разработанная система, в которой уделено должное внимание всем её параметрам, выдаст хорошее давление наддува на низких оборотах, и это будет лишь положительным её качеством.

Диаграмма увеличения момента при использовании малой, средней, и большой турбин установленных на одном и том же двигателе.

Небольшие турбины зачастую провоцируют раздражающую реакцию при незначительном открытии дроссельной заслонки. Это без сомнения влияет на эластичность двигателя, так как небольшое движение дроссельной заслонки производит быстрый и обычно нежелательный всплеск давления наддува, который ухудшает плавность движения автомобиля. Иногда это заставляет пассажира думать о водителе как о нервном и неуравновешенном. Этот небольшой всплеск часто дает водителю надежду, что автомобиль будет действительно лететь, когда дроссельная заслонка будет полностью открыта. Вместо этого, он с печально наблюдает, что всплеск этот — и было все давление наддува, которое смогло изобразить лишь небольшой «дыр-р-р».

Производители то и дело поступают именно так, надеясь, что мы будет думать, будто автомобиль имеет мгновенную реакцию и момент во всем диапазоне оборотов. Они вообще пропустили тот факт, что основные наши ожидания — это действительно высокая мощность. Эта ошибка производителей имеет и оборотную сторону — многие журналисты, писатели, крутые водители, и другие социальные изгои с удивлением вопрошают -» Где же, блин, мясо!? » Серийные турбодвигатели, как правило, далеки от того, чтобы энтузиасты и инженеры называли их совершенными. Позвольте нам называть серийные турбодвигатели консервативными.

Задержка.

Обсуждение турбин редко обходится без упоминания о задержке (лаге турбины). На самом деле участники обсуждения редко говорят действительно о задержке. Обычно они говорят о пороге наддува. Пожалуйста, прочтите определения задержки (лага), порога наддува, и приемистости в глоссарии. Применительно к турбонагнетателю задержка по существу означает, как долго Вы должны ждать давления наддува после того, как открыли дроссельную заслонку. Стало быть, это явление не полезное по определению. Но задержка не имеет никакого отношения к приемистости. Приемистость в данном случае имеет одинаковый смысл как для турбодвигателя, так и для атмосферного. Ситуация сводится к следующему — либо имеется некоторая задержка и огромное увеличение момента или напротив — отсутствие задержки и отсутствие увеличения момента. Если Вы не имеете никакой задержки, Вы не имеете никакого наддува. Поэтому Вы не можете ожидать никакого значительного увеличения момента. Задержка уменьшается с увеличением частоты оборотов двигателя. В то время как задержка может иметь длительность в секунду или более при низких оборотах двигателя, при увеличении наддува, на оборотах приблизительно 4000 или больше задержка фактически исчезает. Например, в должным образом сконструированной системе наддува, давление наддува будет всегда следовать за положением вашей педали при оборотах более чем 4000 оборотов в минуту. Реакция здесь фактически мгновенна.

Форма кривой момента двигателя с турбонаддувом достаточно сильно отличается от таковой у атмосферного двигателя. На двигателях с турбонаддувом максимум момента фактически всегда находится на более низких оборотах. Сопоставьте характеристики всех известных двигателей и придёте именно к такому выводу. Чем больше форсирован атмосферный двигатель, тем больше его отличие от двигателя с турбонаддувом. Как результат для водителя это означает, что он или она не должен сильно раскручивать мотор с турбонаддувом, чтобы двигаться быстрей. Это логическое заключение идёт совершенно вразрез с популярным мнением, но факт налицо.

Сопоставление величин задержки малой, средней, и большой турбин.

Горячий и холодный запуск часто представляют как проблемы высокофорсированных двигателей. До некоторой степени это справедливо системах турбонаддува с карбюраторами, но такие системы немногочисленны. Системы впрыска топлива зависят исключительно от разумных показаний температурных датчиков для холодного и горячего запуска и являются полностью автоматическими. Запуск из холодного стояния — проблема для двигателей с более низкими степенями сжатия. Если двигатель имеет проблемы в этом отношении без турбонагнетателя, он будет, вероятно, иметь те же самые проблемы с турбонагнетателем, так как нагнетатель не влияет ни на эти температуры ни на электронику. В любом случае, эта трудность не связана с турбонаддувом.

Просто езда.

Турбина находится на заднем плане на всех режимах работы кроме тех, на которых необходимо иметь давление наддува, чтобы достичь особенной скорости. Предположим, что данное транспортное средство может достичь максимальной скорости, скажем, в 200 км/ч без турбонагнетателя. Теперь установим турбину. Разумно говорить, что транспортное средство достигнет приблизительно 200 км/ч без потребности в дополнительной мощности; следовательно, для этого не требуется никакого давления наддува. Для всех практических целей, даже для самых диких и невообразимых скоростей, вряд ли потребуется любое давление наддува, чтобы поддерживать такую скорость. Мысль, что супер мощный, с максимальной отдачей турбо автомобиль великолепно приспособлен для движения на полной скорости, но похож на неприрученного злобного зверя на низких скоростях, не является столь уж неблагоразумной. Но слишком в неё углубляться мы не станем. Чтобы создать эффективный автомобиль с приличным турбонагнетателем, Вам необходимо только проделать на более продвинутом уровне всё то же, что требуется для создания турбо автомобиля вообще: отвести большее количество теплоты, увеличить подачу топлива, увеличить октановое число и убедиться, что конструкция двигателя отвечает предъявляемым требованиям. Факторы, которые являются основой хорошего поведения на низких оборотах — консервативные профили распредвалов, малые впускные каналы, и калибровка топливной системы, неизменны и для более высоких давлений наддува. Совершенно неразумно говорить, что 500-сильный уличный турбо автомобиль, который при полном открытии дросселя на второй передаче может оставить на асфальте следы от колес, имеет проблемы с эластичностью.

Почему Турбина «ест масло»

«Турбина ест масло» или «Турбина гонит масло»— такое выражение можно часто услышать от водителей или мастеров, ремонтирующих турбированные моторы автомобилей, и это означает то, что узел приходит в негодность, и его в скором времени придется менять. При изношенности деталей турбины теряется мощность, пропадает динамика авто, приходится проверять уровень и доливать моторное масло через каждую 1 тыс. км, а то и чаще.

Турбина – достаточно «капризная» вещь, выходит из строя по разным причинам. Чтобы она служила как можно дольше, необходимо проводить ряд профилактических мер, иначе замены автомобильного турбокомпрессора не избежать – ремонт здесь обходится не дешевле, чем само устройство в сборе, и во многих случаях нецелесообразен.

Для чего нужна автомобильная турбина

Турбокомпрессор предназначен для нагнетания дополнительной порции кислорода в камеры сгорания ДВС (двигателя внутреннего сгорания), так как при стандартной подаче топливовоздушной смеси в цилиндры воздуха не хватает, из-за этого теряется КПД, соответственно, эффективность работы мотора снижается.

Система сконструирована так, что часть выпускных газов поступает в корпус турбины на «горячую» крыльчатку, которая, вращаясь, начинает нагнетать воздух во впускной тракт ДВС. Вал крыльчатки вращается в подшипниках, сам механизм от раскаленного выхлопа сильно нагревается. Чтобы как-то охладить работающий узел, придуман интеркулер, который остужает воздушный поток до температуры 50-60 градусов. ИЗОБРАЖЕНИЕ

Также в турбине имеется и другая крыльчатка, «холодная», которая закачивает воздух со стороны впускного коллектора, но она тоже нагревается от остальных частей механизма, только не настолько сильно. Одним словом, турбина устанавливается для того, чтобы увеличить мощность двигателя, повысить коэффициент полезного действия автомобильного двигателя, сделать мотор более приемистым и динамичным. Но турбокомпрессор работает при большой нагрузке и в тяжелом температурном режиме, поэтому требует ухода и соблюдения правил эксплуатации авто.

Наиболее частые поломки в системе турбонаддува

В процессе эксплуатации автомобиля турбированный двигатель подвергается износу, так как все узлы и агрегаты ДВС имеют свой определенный ресурс. Также со временем изнашиваются детали турбины, но турбокомпрессор может выйти из строя и раньше положенного времени, и основные причины неисправностей здесь следующие:

• • в моторе используется грязное масло;
• • произошел удар, из-за которого пострадали детали турбины;
• • масла в двигателе недостаточно;
• • турбокомпрессор перегрелся.

В основном поломки в системе турбонаддува происходят из-за нарушений правила эксплуатации авто, несвоевременного техобслуживания.

1. Механические повреждения турбины

Крыльчатка, подшипники или вал могут пострадать в результате удара во время аварии, в таком случае турбину ремонтировать бесполезно, ее следует менять. Может произойти и другая ситуация, например, на лопасти попал посторонний предмет (гайка, болт и прочее). Поэтому перед установкой турбокомпрессора необходимо внимательно проверить каналы впускного и выпускного тракта, здесь не должно быть лишних деталей. Также коллекторы следует очистить от пыли и грязи, из-за загрязнения происходит интенсивный износ трущихся частей турбокомпрессора.

Повреждения лопастей «холодной» крыльчатки свидетельствует о том, что во впускной тракт попал посторонний предмет, это может быть крепеж, ветошь или что-то другое. Если повреждаются лопасти «горячей» крыльчатки (со стороны выпускного коллектора), большая вероятность того, что имеются серьезные неисправности в самом двигателе. Когда «горячая» крыльчатка имеет повреждения, вероятно, что в двигателе повреждены поршни, поршневые кольца или седла клапанов. Правда, здесь следует оговориться: если разрушается седло клапана, оно сразу же разлетается по всем цилиндрам, появляется сильный стук, и мотор может заклинить в любой момент.

Если вы занимаетесь снятием и установкой турбины, ее очисткой от грязи, ни в коем случае не сгибайте лопасти – это приведет к поломке турбокомпрессора, и последствия таких действий будут весьма печальными.

2. Последствия работы мотора на грязном масле

О своевременной смене масла в ДВС сказано много, также понятно, что нельзя использовать расходные материалы низкого качества, а тем более фальсификат. Но грязь, частицы абразива и кокс, присутствующие в смазке, оказывают негативное влияние не только на ДВС, но и на детали турбокомпрессора – изнашиваются подшипники и вал ротора, из-за попадания абразивных частиц в узел происходит перегрев. Грязным масло бывает не только из-за того, что оно не вовремя меняется, или не соответствует требованиям к качеству, здесь причины еще могут быть следующими:

• • в масляном фильтре неисправен обратный клапан;
• • маслофильтр засорен (допустим, он остался старым при очередной замене масла);
• • мастера во время проведения ремонта занесли грязь в двигатель.

Чтобы избежать преждевременной поломки турбины, следует использовать только высококачественные моторные масла и маслофильтры, применять лишь те расходные материалы, которые рекомендованы заводом-изготовителем.

3. Низкий уровень масла в ДВС

Для любого дизельного двигателя ямз необходимо поддерживать достаточный уровень масла, если смазки в системе будет меньше, чем нужно, может произойти масляное голодание, и даже застучать коленчатый вал. Но если для ДВС кратковременная нехватка смазки еще как-то допустима (например, уровень масла по щупу немного ниже отметки MIN), то турбина не терпит масляного голодания. В этом случае детали турбокомпрессора подвержены интенсивному износу в результате перегрева и работы «на сухую».

Другие причины, из-за которых могло произойти масляное голодание турбины:

• • недостаточное давление масла – изношены шестерни маслонасоса, присутствует общий износ трущихся деталей в двигателе (коренных шеек коленвала, опор распредвалов);
• • некорректная установка турбины, из-за чего произошел «сухой» старт;
• • запуск двигателя после длительного простоя автомобиля;
• • попадание охлаждающей жидкости или топлива в смазку, поэтому масло частично потеряло свои смазочные свойства;
• • обрыв маслопровода (шланга масляного радиатора), в результате вытекло масло;
• • попадание герметика в масляную систему;
• • неисправный редукционный клапан, по этой причине давление масла упало ниже нормы;
• • сужение канала в маслоподающей трубке.

Чтобы турбина не пострадала от масляного голодания, водителю необходимо регулярно проверять уровень масла по щупу, следить за давлением в масляной системе по датчикам, периодически осматривать состояние масляных патрубков.

4. Перегрев турбокомпрессора

Под воздействием высоких температур и при недостаточном количестве масла в турбокомпрессоре образуется сажа и копоть, детали турбины закоксовываются — или, другими словами, образуется нагар. Если двигатель заглушить на больших оборотах, смазка на ротор турбины перестанет подаваться, хотя лопасти еще некоторое время будут продолжать крутиться. Из-за этого происходит перегрев, и как следствие, быстрый износ трущихся частей системы турбонаддува.

Чтобы турбина лишний раз не перегревалась, а ее детали достаточно смазывались, прежде чем заглушить мотор, необходимо дать ДВС некоторое время поработать на холостых оборотах. В этом случае нагрузка на турбокомпрессор будет минимальной, и он успеет остыть. Также водителю следует учитывать, что работа двигателя с повышенной нагрузкой приводит к деформации подшипников вал ротора, подгоранию масла, вследствие чего образуется кокс. Из-за перегрева на валу ротора образуются задиры, теряют свою герметичность уплотнения.

Другие причины, по которым может перегреваться турбокомпрессор:

• • засорен воздушный фильтр, из-за этого вместе с воздухом на ротор попадает пыль;
• • замена масла производится реже, чем положено, из-за грязи возникает повышенное трение, детали перегреваются;
• • турбина установлена неквалифицированными мастерами;
• • использовано моторное масло, не соответствующее техническим условиям, оно обладает низкими смазывающими свойствами.

Из-за перегрева разрушаются различные части турбокомпрессора, в том числе и «улитки» (корпуса) впускной и выпускной системы. Также перегрев происходит из-за тяжелых условий эксплуатации – при высокой нагрузке, постоянной работе двигателя в пыльных условиях, в жаркое время года.

Почему из турбины может вытекать масло

Течь масла через турбокомпрессор – достаточно частое явление, и оно не всегда проявляется из-за дефектов самой турбины.

Причины здесь могут быть разными:

• • уровень масла в системе больше положенного;
• • забита вентиляция картерных газов ДВС;
• • изношена цилиндро-поршневая группа, из-за этого внутри двигателя создается большое давление;
• • засорен катализатор (каталитический нейтрализатор);
• • забился маслосливной канал турбины;
• • в соединении сливного патрубка с турбиной было использовано много герметика, за счет чего диаметр сливного отверстия уменьшился.

По всем вышеперечисленным причинам можно понять, что многие из них связаны с проблемами слива масла. В «улитку» турбины смазка подается под давлением через подающую магистраль, затем происходит ее смешивание с воздухом и выпускными газами. В результате образуется масляная пенка, в дальнейшем она стекает в нижнюю часть корпуса турбины, и только затем попадает в маслосливную магистраль, а по ней уже возвращается в поддон двигателя.

Если сливной канал будет недостаточно широким, или масла окажется больше нормы, оно будет задерживаться в корпусе турбокомпрессора, вытекать через уплотнители. Здесь нужно удостовериться, что в сливе нет лишних изгибов, где может скапливаться масло. Также следует проверить, что сливная линия расположена выше уровня смазки в поддоне ДВС. Если все в порядке, можно приступать к проверке состояния вентиляционной системы двигателя, проводить диагностику поршневой.

Уплотнительные кольца в турбине

Многие ошибочно думают, что уплотнения турбокомпрессора предназначены только для того, чтобы не происходило попадание масла в корпус турбины. Отчасти это так, но основная задача уплотнений – не позволять газам под большим давлением попадать в «улитку» турбины, а затем и в картер ДВС. Некоторые марки турбокомпрессоров выпускаются промышленностью вообще без уплотнительного кольца со стороны впускного тракта, несмотря на это, течи масла здесь не происходит.

Течь масла в результате засора воздушного фильтра

Во время эксплуатации автомобиля от пыльного и грязного воздуха постепенно начинает засоряться воздушный фильтр ДВС, в фильтрующем элементе скапливаются пылинки, частички абразива. Сопротивление воздушному потоку увеличивается, и за счет этого на входе турбокомпрессора создается некоторый вакуум. На средних и больших оборотах при засоренном фильтре двигатель ведет себя нормально, так как за колесом компрессора имеется избыток давления, поэтому течи масла нет.

Но на холостом ходу и малых оборотах вакуум создается на выходе и входе, когда мотор работает на малой нагрузке долго, масло под воздействием разрежения начинает подниматься с нижней части корпуса турбины и появляться во впускном коллекторе. Решить проблему здесь достаточно просто – нужно из корпуса воздушного фильтра достать фильтрующий элемент и произвести его визуальный осмотр на предмет засорения. Если нет возможности сразу купить новый фильтр, его можно продуть сжатым воздухом. Вообще замену фильтра следует проводить по регламенту, установленному заводом-изготовителем, но если авто ездит по пыльным дорогам, элемент меняется чаще.

Влияние засоренного катализатора на турбину

Если копотью и сажей забивается катализатор, то в этом случае создается сопротивление выпускным газам, из-за чего возрастает нагрузка на ротор турбокомпрессора. Эксплуатация автомобиля с забитым каталитическим нейтрализатором приводит не только к повышенному расходу топлива, ухудшению динамики и снижению мощности ДВС, но и к преждевременному износу подшипников ротора турбины. В результате приходится или ремонтировать турбокомпрессор, или полностью его менять.

Что делать, если течет турбина

Причин течи масла из турбокомпрессора много, но если в этом виновата лишь сама турбина, ее необходимо менять:

• • качественный ремонт турбокомпрессора могут выполнить только высококвалифицированные специалисты, профессионалов в этом деле мало;
• • стоимость подобной работы высока, во многих случаях она сопоставима с ценой новой турбины, или может быть даже выше.

Если вы определили, что через турбокомпрессор течет масло, рекомендуется сразу же обращаться к квалифицированным мастерам на станцию техобслуживания.

Продление срока службы турбокомпрессора

Основная причина масляной течи через турбину – избыток давления, создаваемый в картере двигателя, чтобы его не возникало, необходимо регулярно проводить ряд профилактических мер. Также следует не забывать о своевременном ТО, профессионалы автомобильного ремонта советуют выполнять следующее:

• • своевременно производить замену моторного масла и маслофильтра, грязь в масляной системе пагубно влияет на турбину, «убивает» ее;
• • проверять состояние воздушного фильтра даже в том случае, если еще не пришел срок его замены. При этом осматривается не только сам фильтрующий элемент, но и корпус фильтра, воздушный патрубок;
• • периодически снимать и очищать патрубки, идущие от турбокомпрессора;
• • проверять герметичность самого корпуса воздушного фильтра. Если короб не герметичен, в обход фильтрующего элемента пыль будет попадать на крыльчатку турбокомпрессора.

Эксплуатируя автомобиль с турбированным двигателем, нельзя экономить на расходных материалах: следует заливать в мотор лишь качественное моторное масло, использовать фильтры оригинального производства. Также нужно помнить, что серийная машина с турбодвигателем не предназначена для гонок, хотя и обладает достаточно мощным силовым агрегатом.

В случае выхода из строя турбины ее замену нужно доверять профессионалам, и на собственные силы не надеяться. Есть немало примеров, когда самостоятельный монтаж и демонтаж турбокомпрессора приводил к плачевным результатам, и владельцу автомобиля приходилось дорого расплачиваться за свою неквалифицированную работу.

Поделиться:

• ПРЕДЫДУЩАЯ ЗАПИСЬ
• В НАЧАЛО
• СЛЕДУЮЩАЯ ЗАПИСЬ