Autokombi.ru

Авто-портал
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Турбонаддув в теории и на практике

Теория турбонаддува

Кто из автолюбителей не слышал волшебное слово "турбо"? Звенит в ушах, воображение рисует нечто мощное, стремительное. На этом фоне как-то скучно звучат термины "механический компрессор" или, хуже того — "объемный нагнетатель". На деле — не совсем так. Или совсем не так.

Какой водитель не мечтал о том что бы в его автомобиле жило намного больше лошадок под капотом чем есть. Если кто-то заявит, что он не из таких, то наверняка слукавит. Благо последнее время данную проблему довольно легко решить, вариантов увеличения мощности двигателя, да и комплектующих как грязи. В нашу жизнь плотно вошло слово "тюнинг" и многие тюнинговых ателье берутся сделать с вашим любимцем все, что угодно.

В русский язык с давних пор вошел термин "форсировка" (от английского force — сила), который означает "увеличение мощности". Стоит вспомнить, что мощность двигателя напрямую связана со следующими его основными параметрами:

— рабочим объемом цилиндров;

— количеством подаваемой топливо-воздушной смеси;

— эффективностью ее сжигания;

— энергетической "заряженностью" топлива.

Стоит заметить, что есть ещё несколько вариантов увеличения мощности — полировка впускного/выпускного каналов, применение фильтров нулегого сопротивления, применение прямоточной системы выхлопа, изменение параметров программного обеспечения (чип-тюнинг), расточка цилиндров или переходе с бензина на "нитру" (закись азота).

Перечисленные решения позволяют увеличить мощность, но не существенно, раз ве что это не касается "нитроса". Кардинальное решение одно — увеличение подачи топливо-воздушной смеси. Чем больше топлива сжигается в единицу времени, тем выше мощность мотора. Но бензин не горит "просто так", для этого нужен воздух (кислород) — во вполне определенных количествах. Чтобы увеличить подачу топлива, вначале придется соответствующим образом увеличить подачу воздуха. Сам мотор с этой задачей не справится — его возможности по всасыванию воздуха ограничены (даже при применении фильтров с нулевым сопротивлением). Поэтому и появились те самые "турбо", "компрессоры" и "нагнетатели". Они разные, и дают разные результаты.

Для начала немного теории:

Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный — на пути воздуха (горючей смеси) находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах — еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном — тогда горючей смеси (для дизелей — воздуха) в цилиндре "поместится" больше. Энергия сгорания заряда с большим количеством топлива, само собой, станет выше; вырастет и общая мощность двигателя.

Для этих целей было придумано довольно много решений, но распространение получили не многие. 1. Роторный нагнетатель Roots.

Создан Фрэнсисом Рутсом еще в 1860 году. Первоначально использовался как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Суть конструкции: две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые "шестерни", помещенные в общий кожух (напоминает современный маслонасос). Объемы воздуха в пространстве между зубьями шестерен и внутренней стенкой корпуса благополучно доставляются от впускного коллектора до выпускного. В 1949 году другой американский изобретатель — Итон — усовершенствовал конструкцию: прямозубые "шестерни" превратились в косозубые роторы, и воздух теперь перемещался не поперек их осей вращения, а вдоль. Принцип работы при этом не изменился — воздух внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в другой объем, отсюда и название — объемный нагнетатель, а не компрессор.

2. Спиральный компессор Lysholm.

Автор идеи — немецкий инженер Кригар, время рождения — конец позапрошлого века, первоначальное назначение — промышленное, сейчас известен под именем Lysholm благодаря работам шведского инженера Алфа Лизхолма, который в конце 30-х годов прошлого века приспособил конструкцию для автомобильного применения. Внешне — если не снимать кожух — очень похож на нагнетатель Roots. Отличия внутри. Вроде бы те же два ротора, вращающиеся навстречу друг другу перекачивают объемы воздуха вдоль осей, но сильно лихо закручены. Сечения роторов намного сложнее, они разные. Самое главное: шаг закрутки роторов меняется по длине, и при перемещении вдоль осей объем перекачиваемого воздуха в каждой ячейке уменьшается — воздух сжимается. Поэтому Lysholm — не просто нагнетатель, а чистой воды компрессор.

3. Центробежный компрессор

(устоявшегося "фирменного" названия не имеет). В корпусе-улитке вращается крыльчатка сложной формы. Воздух засасывается по центру и отбрасывается по периферии, при этом благодаря действию центробежных сил происходит его сжатие. По этому это не просто нагнетатель, а тоже компрессор.

4. Турбокомпрессор, оно же турбонагнетатель.

По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от "турбо", пусть даже и "би…", и "твин…". Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов, так сказать, по второй производной. Для данной конструкции присуща замедленная реакция на быстый "подхват".

Читайте так же:
Причины неработающего корректора фар

Как следует из определения, механический нагнетатель/компрессор — роторный, спиральный или центробежный — имеет механический привод, который осуществляется ремнем от коленвала двигателя (иногда через промежуточные шкивы). Здесь главное в том, что обороты нагнетателя/компрессора жестко связаны с оборотами коленвала.

Нагнетатель Roots и компрессор Lysholm

Нагнетатель Roots, и компрессор Lysholm имеют линейные характеристики, обороты компрессора увеличиваются синхронно с оборотами коленчатого вала, пропорционально растет подача воздуха, и кривая крутящего момента двигателя, практически не меняя свою форму, равномерно перемещается вверх. У центробежного и турбокомпрессоров характеристики нелинейные — их производительность увеличивается с ростом числа оборотов. Поэтому установка того или иного агрегата по-разному меняет характеристики (кривые мощности и крутящего момента) двигателя.

Оба типа компрессоров весьма эффективны с самых низких оборотов, но Lysholm обеспечивает более плоскую характеристику на высших, у Roots ее спад начинается несколько раньше. К преимуществам Lysholm можно отнести и более высокий КПД, и лучшее соотношение габариты/масса, к тому же он меньше нагревается при работе. Рабочая частота вращения обычно 12-14 тыс. оборотов, но может доходить до 25 тыс. об./мин. (Стоит заметить что компания Mercedes-Benz одна из первых начала использовать компрессора в своих автомобилях, при чем предпостение они отдали имено роторным конструкциям.)

Роторы Lysholm с их сложной формой требуют высочайшей точности изготовления — компрессоры этого типа появились на рынке заметно позже других. Главные их производители — шведские компании Lysholm и Autorotor. Более известные потребителю фирмы Kleemann, Whipple и пр. в основном поставляют готовые комплекты на шведской основе, разработанные для конкретных двигателей. Комплекты включают интеркулер, систему привода, входной коллектор, переходники и разную мелочевку…

Механический центробежный компрессор

Механический центробежный компрессор конструктивно наиболее прост и компактен, из-за чего весьма популярен — у американских "самодельщиков". Правда, тут требуется промежуточное механическое устройство для повышения числа оборотов ротора (обычный диапазон — до 100.000 об./мин.). Производительность нелинейная — чем выше частота вращения, тем больше воздуха подается за каждый оборот. На низах эффективность практически нулевая, поэтому увеличения тяги здесь ожидать не приходится. Где-нибудь повыше можно получить заметный подъем кривой крутящего момента, но лишь в довольно узком диапазоне оборотов. Следовательно, понадобится коробка со сближенным рядом и постоянная активно-утомительная работа ее рычагом…

Турбокомпрессор/турбонагнетатель.

Турбокомпрессор, по большому счету — тот же центро-бежный компрессор, но с принципиально иным приводом. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Явное достоинство: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Минус — инерционность: "вдавил" резко газ и жди, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя — и наконец, "пойдет" воздух. Но с этим явлением, именуемым "турбо-яма" (по-английски "turbo-lag", что правильнее было бы перевести как "турбо-задержка" или "турбо-пауза"), научились бороться…

Поэтому, кроме собственно агрегата наддува, под капотом "поселились" два перепускных клапана: один — для отработавших газов, а другой — чтобы перепускать излишний воздух из коллектора двигателя в трубопровод до компрессора. Этот клапан также управляется давлением во впускном коллекторе. Таким образом, частота вращения ротора турбины при сбросе газа снижается незначительно, и при последующем нажатии на педаль задержка подачи воздуха составляет десятые доли секунды — время закрытия клапана.

В последнее время стали применять такой способ регулирования подачи воздуха, как изменяемый угол наклона лопаток компрессора. Идея эта, опять-таки, давняя, а вот воплотить ее долго не могли; в качестве примера назовем новейший агрегат наддува "опелевских" дизелей "Экотек".

Еще одна проблема использования тубин — это их небольшой срок жизни, хотя в последнее время удалось значительно увеличить это время. Как уже упоминалось, частота вращения ротора турбины должна быть очень велика. До 150-200 тысяч об/мин. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала именно долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли только недавно, когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Сперва это сделали японские фирмы, а затем и шведский СКФ — и машины с такими подшипниками появились на дорогах. Однако достойно удивления не применение керамики — подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен! На очереди — металлокерамический ротор турбины, который примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции.

Читайте так же:
Как уменьшить расход бензина автомобилем

По своему влиянию на характеристику крутящего момента двигателя турбокомпрессор вроде бы схож с механическим центробежным. Но "опосредствованная" система привода позволяет подстраивать характеристики турбокомпрессора в более широком диапазоне, выравнивая изначальные дефекты кривой крутящего момента мотора. Турбины низкого и высокого давления на сравнительно "маломерных" двигателях Volvo, Volkswagen или Saab — это ли не примеры.

Что касается "битурбо" и "твинтурбо" вместо одной турбокомпрессорной установки используются две — параллельно (бывает и последовательно, но реже). Каждый ротор поменьше, полегче, менее инерционен, более отзывчив. И управлять диапазонами их работы при последовательном надду-ве можно по-разному, добиваясь нужной итоговой характеристики.

Дело в том что ротор турбокомпрессора нельзя сделать большим! И все потому, что чем больше диаметр турбины, тем выше ее момент инерции. Стало быть, даже если водитель при разгоне порезче нажмет на педаль акселератора, быстрого ускорения все равно не получится: придется подождать, пока турбина наберет соответствующие обороты. Итак, турбину следует сделать как можно меньше по диаметру. Но поступление воздуха зависит от окружной скорости лопаток, которая тем меньше, чем меньше диаметр ротора: Остается увеличивать обороты, хотя и тут есть ограничение, на этот раз со стороны допустимых нагрузок на материалы. Вот и используют несколько турбин с меньшим диаметром в паралель.

Система Интеркуллер.

Вы скорее всего встречали на машинах надпись "интеркулер" на борту. Сжимаемый компрессором воздух неизбежно нагревается. При этом уменьшается его плотность и содержание в нем кислорода, ради которого, собственно, все и затевалось. Посему перед подачей в двигатель сжатый воздух стоит охладить — в дополнительном радиаторе, который и именуется интеркулером. При умеренной форсировке мотора без интеркулера можно обойтись, но если делать все "по-большому", его применение неизбежно.

Турбонаддув: теория и практика

Постоянные читатели статей нашей Школы автодиагностики наверняка знают о моем пристрастии к мотортестерам. Это связано прежде всего с тем, что в основном мне приходится работать с подержанными автомобилями, иногда довольно старыми. И чаша весов при диагностике таких автомобилей часто склоняется в сторону мотортестера, а не сканера.

Однако в последние годы происходит невероятное: мотортестер находит применение на достаточно свежих машинах! И возникло это не на пустом месте. Автопроизводители все больше делают из диагностов бездумных роботов, сокращая список переменных в потоке данных из электронного блока управления (ЭБУ). И то, что раньше легко тестировалось сканером, сегодня опять приходится диагностировать при помощи мотортестера.

Далеко за примером ходить не нужно. Автомобиль Infiniti QX70 30d, оснащенный дизельным мотором V6 3.0 V9X от Renault. У этого автомобиля крайне неинформативная диагностика, и сканером в режиме Data Monitor читаются всего полтора десятка параметров. Приходится опять брать в руки мотортестер. Все это из-за альянса Renault и Nissan, теперь и на японских автомобилях прослеживаются не самые удачные европейские тенденции.

Кстати, о тенденциях. Если вы давно занимаетесь диагностикой двигателей, то наверняка обратили внимание на интересный факт: все больше моторов оснащается турбонаддувом. Ну, на дизельных двигателях он используется достаточно давно, и это оправдано. Однако в последние годы турбонаддув прочно обосновался под капотом бензиновых малолитражек. Почему это произошло? Попробуем ответить на поставленный вопрос.

Прежде всего, цель турбонаддува, как в бензиновых, так и в дизельных двигателях — увеличить цикловое наполнение цилиндров воздухом. А увеличив наполнение воздухом и, соответственно, подачу топлива, можно усилить давление на поршень и получить более высокий крутящий момент и мощность двигателя. С одной стороны, все логично.

А с другой стороны, значительно усложняется конструкция двигателя и заметно снижается его ресурс. Не говоря уже о цене автомобиля: она, конечно же, растет.

Так в чем же «фишка» применения турбонаддува на бензиновых двигателях?

В ходе исследований выяснилось, что полное открытие дросселя используется водителями крайне редко. Возникает интересная ситуация: в режимах частичных нагрузок, а они при движении автомобиля самые распространенные, наддува практически нет. Водитель вынужден открывать дроссель на больший угол, а это приводит к уменьшению насосных потерь. Как следствие, увеличивается КПД двигателя и уменьшается выброс СО2.

Если рассматривать процесс внедрения турбонаддува с точки зрения борьбы за снижение эмиссии СО2, то оказывается, что турбированный мотор выгоднее. Его габариты и масса снижаются, но мощность при этом остается на прежнем уровне. Сегодня с двигателя объемом 1.4 л, оснащенного наддувом, снимают такую же мощность, что и ранее с атмосферного двигателя объемом 2 л.

Одним словом, внедрение турбонаддува обусловлено не повышением потребительских качеств автомобиля, а борьбой за снижение эмиссии диоксида углерода. У атмосферных моторов совершенно другая кривая крутящего момента, наиболее приемлемая для комфортного вождения. Но конечный потребитель, как правило, дилетант, и живет по рекомендациям маркетологов.

Читайте так же:
Как составить объявление о продаже автомобиля

Систем турбонаддува разработано великое множество. Безусловно, для бензиновых и для дизельных двигателей эти системы различаются конструктивно, хотя бы в силу очевидной разницы этих моторов. Но все системы можно разделить как минимум на две большие группы, и критерием этого разделения будет управление давлением наддува.

Управление давлением наддува

Самое главное, что должен знать и понимать диагност, это принцип управления давлением наддува. По большому счету на сегодняшний день здесь можно выделить два типа систем:

  • регулирование с применением байпасного канала Waste Gate Turbine, WGT;
  • регулирование путем изменения геометрии направляющих лопаток Variable Geometry Turbine, VGT.

Рассмотрим вкратце обе конструкции.

Waste Gate Turbine

Для управления наддувом здесь используется непосредственно само давление наддува, создаваемое колесом компрессора. Это давление подается на электропневматический преобразователь давления (ЭПД), который смешивает давление наддува с атмосферным давлением. Иначе говоря, в выходной трубке ЭПД давление находится в диапазоне между атмосферным давлением и избыточным давлением, создаваемым турбиной.

Каково будет значение давления в выходной трубке ЭПД, зависит от скважности управляющих импульсов, подаваемых электронным блоком управления. Итоговое давление воздействует на мембрану клапана регулирования давления наддува, приоткрывая либо наоборот, закрывая байпасный канал, тот самый Waste Gate. В результате меняется поток газов через турбинное колесо, и соответственно, производительность компрессора.

Схема с WGT используется преимущественно на бензиновых двигателях.

Variable Geometry Turbine

Такая схема используется преимущественно на дизельных двигателях.

Принцип регулирования здесь заложен очень простой и остроумный. Заключается он в поворачивании лопаток, направляющих поток отработавших газов на лопасти турбинного колеса. Лопатки соединены в единую систему с помощью кольца, в свою очередь кольцо перемещается под воздействием специального привода. Характеристика регулирования гораздо более гибкая, чем у систем с Waste Gate.

Если лопатки максимально сведены, то отработавшие газы поступают на периферию крыльчатки турбинного колеса, на самый его край, вызывая максимальную эффективность работы турбины с точки зрения рычага приложения силы.

И наоборот, для ограничения давления наддува лопатки разводят, поток газов направляется к центру турбинного колеса, минимально воздействуя на турбину. Скорость вращения турбокомпрессора уменьшается, давление наддува падает.

Перемещение лопаток осуществляется двумя способами:

  • Вакуумным приводом. Таких двигателей большинство из-за низкой стоимости и простоты привода;
  • Электрическим приводом.

Диагностика электрического привода не представляет собой больших сложностей. Как правило, при любых проблемах с этим типом привода в ЭБУ двигателя заносится соответствующий код неисправности. По сути диагностика сводится к проверке качества питания и массы мощной лампой, так как привод потребляет весьма большой ток.

Наибольшую сложность представляет собой вакуумный привод. Для управления положением лопаток используется вакуумный актюатор. Он использует вакуум, создаваемый вакуумным насосом двигателя.

Разберем логику работы такой системы. Начнем с ситуации, когда зажигание выключено и автомобиль неподвижен. Преобразователь давления обесточен и находится в таком положении, что в полости вакуумного привода присутствует атмосферное давление. Чтобы сдвинуть привод с места, нужен вакуум, которого пока что нет. Поэтому лопатки системы VGT разведены, что соответствует минимальному давлению наддува.

Как только двигатель запустили, в магистрали появился вакуум, а на обмотку преобразователя давления из ЭБУ подается ШИМ-сигнал с коэффициентом заполнения 70%..90%.

В полости вакуумного привода появляется разрежение примерно 50..60 кПа. Этого достаточно, чтобы вакуумный привод полностью свел управляющие лопатки, что соответствует максимальному давлению наддува. В итоге даже при работе двигателя на холостом ходу турбокомпрессор уже «дует».

Если частота вращения коленчатого вала растет, то растет и давление наддува. ЭБУ контролирует значение давления наддува, и, когда оно приближается к заданному, начинает разводить лопатки. Для этого на ЭПД подается ШИМ-сигнал с меньшим коэффициентом заполнения, и часть вакуума из полости вакуумного привода стравливается в атмосферу.

При диагностике такой системы главным образом используется вакуумметр. Проверяемая цепь выглядит так: вакуумный насос – преобразователь давления – вакуумный привод лопаток.

Первым шагом проверяется исправность вакуумного насоса. В магистраль между ЭПД и вакуумным насосом устанавливается вакуумметр. При исправном вакуумном насосе в этой точке разрежение составит 80 кПа или более. Это вакуум, создаваемый насосом.

Вторым шагом вакуумметр подключается к магистрали между ЭПД и вакуумным приводом. Здесь разрежение при работе двигателя на холостом ходу должно быть примерно 50..60 кПа.

Описанная ситуация будет наблюдаться при полностью исправной и герметичной системе. При неисправности ЭПД или негерметичности магистрали нужно анализировать значение разрежения и выстраивать дальнейшую логическую цепь поиска.

Работаем Автоскопом

А теперь давайте вернемся к разговору о методиках диагностики турбонаддува двигателя автомобиля Infiniti QX70. Так как выводимых на сканер параметров недостаточно для нормальной работы, можно проверить функционирование ЭПД при помощи мотортестера. В качестве вакуумметра будем использовать датчик разрежения, а скважность будем наблюдать по осциллограмме ШИМ-сигнала. Вот так это выглядит под капотом:

Читайте так же:
Шиномонтажный станок своими руками

Один щуп подключим к управляющему ШИМ-сигналу с ЭБУ, это канал 1. Датчик разряжения устанавливаем на выходную трубку преобразователя давления, канал 2. Вначале пусть двигатель поработает на холостом ходу, затем выжмем «в пол» педаль акселератора.

Пару слов обязательно следует сказать о ШИМ-сигнале, который мы наблюдаем на осциллограмме. Так как управление преобразователем давления идет путем подключения одного из выводов его обмотки к массе, активная фаза ШИМ-сигнала соответствует низкому уровню сигнала.

Обратимся к осциллограмме. Это участок, соответствующий холостому ходу:

Скважность ШИМ-сигнала составила 76%, а формируемое преобразователем разрежение 0,6 бар. Лопатки механизма VGT максимально сведены. Теперь нажмем на педаль акселератора:

Скважность снизилась до 29%, а значение разрежения, в свою очередь, до 0,18 бар. Лопатки разведены, чтобы снизить давление наддува. А вот так выглядит осциллограмма, если ее максимально сжать по горизонтали:

Отлично видно, как ЭБУ, меняя коэффициент заполнения ШИМ-сигнала, изменяет величину разряжения на вакуумном приводе VGT.

Следует отметить, что ЭПД – пожалуй, самое слабое звено системы турбонаддува и выходит из строя с завидной регулярностью.

Разумеется, в рамках одной статьи невозможно охватить все существующие конструкции систем турбонаддува, описать методики их диагностики и типичные дефекты. Мы рассмотрели лишь диагностику вакуумного привода системы VGT с применением мотортестера.

Вся информация о диагностике систем турбонаддува содержится в обучающем курсе нашей Школы, который так и называется, «Диагностика турбонаддува». Изучите его!

Турбонаддув в теории и на практике

Идея дополнительного нагнетания воздуха зародилась едва не сразу же после постройки первых полноценных двигателей внутреннего сгорания. Изначально использование энергии выхлопных газов для повышения мощности ограничивалась корабельными ДВС, позже турбонаддув пришел в авиастроение. И только в 1931 году первый турбокомпрессор был установлен на грузовой автомобиль. Что такое турбонаддув и как использование нагнетателей сказывается на КПД двигателя – тема сегодняшней статьи.

Теория газообмена в ДВС

Основной принцип работы 4-х тактного ДВС мы уже рассматривали, поэтому для автолюбителей, только начинающих свое изучение технической составляющей автомобиля, было бы крайне полезно ознакомиться со статьей для лучшего понимания предназначения турбонаддува.

Знание того, что двигатель внутреннего сгорания работает на воздухе, является основополагающим для понимания предназначения турбонаддува. Формулировка именно такова, поскольку подача в цилиндры топлива на современном этапе развития техники не является проблемой. Технически реализовать крайне производительный бензонасос, ТНВД и топливные форсунки очень просто. Одна из главных проблем в работе двигателя – подача в цилиндры воздуха. Чем больше воздуха мы можем подать в цилиндры, тем больший объем топливовоздушной смеси можно приготовить, а чем больший объем ТПВС мы имеем, тем большую отдачу мы получим при ее сгорании. В свою очередь, мощность, выдаваемая двигателем, напрямую зависит от работы, выполняемой при сгорании ТПВС.

Подача воздуха в цилиндр

В атмосферном двигателе всасывание воздуха происходит из-за разряжения, возникающего при движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ). В теории мы имеем определенное идеальное количество воздуха, которое может поместиться в цилиндр, ограничивающееся объемом цилиндра. В действительности из-за всевозможных потерь цилиндр наполняется лишь на 70-80% своего объема. Именно в этом моменте раскрывается главное предназначение турбонаддува – принудительное нагнетание воздуха в цилиндры.

Используя турбокомпрессор, мы можем не только заполнить полностью цилиндры, но и даже превысить этот показатель, подавая воздух под давлением, что ведет к увеличению плотности воздуха на единицу объема и, как следствие, увеличению массы воздуха.

Виды турбонаддува

Принципиальная разница заключается лишь в конструкции турбокомпрессора. Для дополнительного нагнетания воздуха могут использоваться:

  • турбина, которая приводится в действие энергией выхлопных газов. Конструктивно турбину можно представить как два вентилятора, которые расположены на одной оси. Один из вентиляторов сочленен с выхлопной системой автомобиля, второй располагается во впускном тракте. Выходящие на такте выпуска из цилиндра газы приводят в движении турбинное колесо. Поскольку оба «вентилятора» закреплены на одной оси, то колесо компрессора во впускном тракте также начинает вращаться, ускоряя тем самым прохождение воздуха. Чем выше обороты двигателя, тем большее давление выхлопных газов во впускном тракте, а чем большее давление на выпуске, тем быстрее будет вращаться турбинное колесо во впускном тракте. Соответственно, в цилиндры можно затолкнуть больше воздуха, подать больше топлива, сгенерировав больше выхлопных газов на выпуске;
  • механический нагнетатель, известный еще как Supercharger или Kompressor. Нагнетатель раскручивается приводным ремнем от шкива коленчатого вала, поэтому выхлопные газы в работе компрессора никак не используются.
    Турбонаддув в теории и на практике

Турбина

Очевидно, что для понимания устройства достаточно взглянуть на фото. Принцип работы турбонаддува также достаточно ясно продемонстрирован на видео. Более подробно остановимся на перепускном клапане и предназначении интеркуллера, который обязателен для эффективной работы авто с турбонаддувом.

В момент резкого закрытия дроссельной заслонки на больших оборотах двигателя во впускном тракте создается сильный помпаж. Колесо компрессора «холодной» части (впускной) турбины продолжает по инерции вращаться, создавая в перекрытом заслонкой канале избыток напряжения. Происходит резкое замедление компрессорного колеса, что автоматически ведет к замедлению турбинного колеса в выпускном тракте и созданию сильного противодействия выхлопным газам. Для предотвращения такого эффекта предназначен перепускной клапан, который либо сбрасывает избыток давления в атмосферу (Blow-off), либо перенаправляет поток опять на вход по направлению вращения турбинного колеса (Bypass).
Турбонаддув в теории и на практике

Читайте так же:
Как работает термостат

Страхи наддува: 5 мифов про турбомоторы

В формулу для расчета мощности входит, например, и частота вращения коленчатого вала. Повышаем обороты — пропорционально растет отдача. Еще в 90‑х годах прошлого века на автомобили Honda ставили двигатели рабочим объемом 1,6 л, развивавшие 160 л.с., то есть 100 л.с. с литра! Но всё это происходило при 8000 об/мин. Очевидно, что конструкция мотора должна быть целиком заточена под такие обороты. И сегодня такой двигатель ни за что не уложится в нормы токсичности.

Другим способом увеличения мощности является повышение степени сжатия. Способ почти неприменим для современных моторов, где она и так очень велика. Но старым агрегатам такой способ подходит. Немного подрезав головку блока цилиндров или изменив поршни, а также перейдя на более высокооктановый бензин, можно немного взбодрить ветерана (сократив его ресурс).

Не забываем и о том, что наддув вовсе необязательно приводится при помощи отработавших газов. Он может быть механическим: еще на довоенных авиационных двигателях применяли приводящиеся от коленвала компрессоры, впоследствии перешедшие на автомобили. А в последнее время получают распространение компрессоры с электроприводом.

2. Атмосферники надежнее и долговечнее. Да, это правда

На лекции в профильном вузе еще в прошлом тысячелетии профессор говорил «Мы, специалисты по автомобильным двигателям, — бедные. Все хорошие конструкционные материалы — в аэрокосмической промышленности да в оборонке, а нам достаются самые простые». С тех пор ничего не изменилось: автопроизводители всё так же экономят на материалах.

Мало того, вмешалась экология: количество блоков из чугуна сильно сократилось, поскольку это производство крайне вредное, вдобавок алюминиевые сплавы легче. Такие блоки и на безнаддувных моторах не особенно долговечны. А ведь при создании версии двигателя с турбонаддувом на базе безнаддувного усиливают коленвал, вкладыши, иногда шатуны, переделывают поршни, но редко модернизируют базовую деталь — блок. Вследствие этого геометрия цилиндров, теоретически не особо стабильная и в безнаддувном варианте, «плывет» ещё быстрее.

3. Турбонаддуву нужны мощные стартер и АКБ. Нет, это не так

Двигатели с наддувом имеют меньший рабочий объем, чем безнаддувные той же мощности. Мало того, у них часто степень сжатия ниже, так как воздух уже был сжат в компрессоре. А пустить малообъемный двигатель с небольшой степенью сжатия по силам даже небольшому стартеру и батарее обычной емкости.

4. Периодичность смены масла от турбонаддува не зависит. Это не так

Масло в наддувном моторе работает не только в самом двигателе, но и в турбокомпрессоре. Причем там оно подвергается действию высоких температур. Улитка турбины на интенсивных режимах движения может нагреваться до вишневого и даже красного цвета. Вместе с тем подшипники турбины чувствительны к содержанию в масле даже малейших посторонних частиц, потому что зазоры минимальны, а нагрузки огромны. Поэто­му желательно использовать высококачественные масла и менять их почаще.

Впрочем, разные автомобильные фирмы занимают неодинаковые позиции. Renault, видимо, с целью показать покупателям минимальную стоимость владения даже для наддувного мотора 1.3, который ставится на Duster, Kaptur и Аркану, рекомендует замену раз в 15 000 км. А даже некоторые китайские производители уменьшают пробег между заменами масла на автомобилях с турбомоторами до 10 000 км.

Еще дальше пошла группа Hyundai/Kia, которая на своих моторах T‑GDI велит менять масло через 6 месяцев или через 7000–8000 км. При прочих равных подход мотористов с Востока видится нам более правильным.

5. Подержанный автомобиль с турбонаддувом — это хлам. Не совсем так

Тут многое зависит от марки автомобиля и от его бывшего владельца. Если машина мощная, со спортивной жилкой, то наверняка жизнь у нее не была легкой — брали, чтобы «позажигать». Таких машин следует сторониться.

Некоторые производители в принципе не выпускают двигатели без наддува — например, Volvo. А покупателями могут быть самые разные люди — в том числе и спокойные водители. Поэтому важна диагностика перед покупкой: велик шанс найти вполне живую машину.

На другом полюсе находятся «турбожужжалки» — моторы совсем небольшого рабочего объема и мощности, но с наддувом. Здесь даже спокойные водители вынуждены прилично выкручивать моторчики, чтобы держаться в потоке. Ресурс таких двигателей вряд ли будет высоким.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию