Элементы турбины для автомобиля

В этой статье мы расскажем о том, что необходимо приобрести и какие доработки необходимы при сборке турбонаддувного двигателя.
Существует распространенное заблуждение, что для того, чтобы двигатель стал турбонаддувным – достаточно просто приобрести турбокомпрессор, прикрутить его к двигателю, и он тут же готов к полноценной эксплуатации. Само собой разумеется – это далеко не так. Нужно понимать, что турбокомпрессор – это всего лишь часть звена, хоть и достаточно важная. Для того, чтобы понять, что вообще нужно сделать, чтобы в двигатель начал поступать воздух под давлением, необходимо хотя бы поверхностно вникнуть в суть того, как это работает.

Выпускной коллектор

Турбокомпрессор состоит из холодной части, горячей части, картриджа, вала и крыльчаток. Воздух нагнетается непосредственно внутри холодной части крыльчаткой, которая приводится в движение за счет того, что в горячей части другую крыльчатку раскручивают под давлением выхлопные газы. Т.е., исходя из этого, нам нужно подводить выхлопные газы к турбокомпрессору, из чего следует – нам нужен как минимум специальный коллектор под турбокомпрессор. Т.к. турбокомпрессоров существует великое множество – существует очень много разных “посадочных мест” турбокомпрессора, так называемых “фланцев”, и необходимо понимать, что выпускной коллектор под одну турбину запросто может полностью быть несовместимым с какой-то другой. Поэтому при выборе выпускного коллектора обязательно убедитесь, что он совместим с выбранным турбокомпрессором.

Даунпайп

Мы уже разобрались с тем, что для работы турбокомпрессору необходим коллектор, по которому в него под давлением поступают выхлопные газы. Но совершив полезную работу и раскрутив вал турбокомпрессора, эти выхлопные газы должны идти дальше в выхлопную магистраль, и для этого нам понадобится т.н. даунпайп (downpipe – англ.). По сути даунпайп – это фланец выхода с турбокомпрессора, к которому приварена часть магистрали различной формы (в зависимости от индивидуальной компоновки на конкретном автомобиле). Для дальнейшей калибровки двигателя в даунпайп необходимо вварить гайку под лямбда-зонд (подходит ступичная гайка от классики) на расстоянии 90 миллиметров от выпускных клапанов (порядка 30-40 сантиметров от турбокомпрессора), хотя этот момент и не так критичен – допустима практически любая удаленность лямбда-зонда от турбокомпрессора, главное условие – не менее полутора метров до окончания выхлопа. Также во избежание нагрузок на излом во время перемещения двигателя настоятельно рекомендуется вварить в даунпайп гофру.

Прокладки

Для более эффективного уплотнения мест соединений турбокомпрессора с выпускным коллектором и даунпайпом применяются специальные прокладки. Не стоит экономить на этом казалось бы пустяковом пункте при постройке двигателя, используйте только оригинальные прокладки для вашего турбокомпрессора – это избавит от постоянных прогораний и вечных поисков решения проблемы, которой изначально не было, если бы не было желания немного сэкономить.

Воздушная магистраль

Мы отлично знаем о том, что вся суть турбонаддува заключается в том, что сжатый турбокомпрессором воздух под давлением подается в двигатель, но для того, чтобы он туда попал – необходима воздушная магистраль, которая включает в себя алюминиевые (или стальные) трубы, соединенные силиконовыми патрубками. Схема движения сжатого воздуха обычно выглядит так: турбокомпрессор – интеркулер – впускной коллектор – двигатель. Т.е., для того, чтобы обеспечить правильную работу – необходимо проложить магистраль от турбокомпрессора до интеркулера и от интеркулера до впускного коллектора. Помимо того, что трубы должны быть соединены силиконовыми патрубками, их необходимо жестко зафиксировать, чтобы воздух под давлением не скидывал эти самые силиконовые патрубки с труб, для этого используются специальные силовые хомуты. Можно воспользоваться обычными хомутами “под отвертку”, которые продаются в магазинах, подобрав нужный диаметр, но их усилия зачастую не достаточно для надежной и безотказной работы.

Обвязка турбокомпрессора

Для того, чтобы турбокомпрессор мог работать продолжительное время, ему необходимы смазка и охлаждение. В качестве смазки используется моторное масло, которое подается под давлением из системы смазки самого двигателя. Но для того, чтобы обеспечить турбокомпрессор смазкой, необходима масляная магистраль, так называемая маслоподача. Помимо смазывающей функции, масло еще и охлаждает турбокомпрессор, но зачастую на бензиновых двигателях, где температура работы турбокомпрессора может быть очень высокой, этого охлаждения недостаточно. Чтобы еще больше увеличить охлаждение турбокомпрессора к нему подводится охлаждающая жидкость из системы охлаждения двигателя, и для обеспечения магистрали подачи также необходима так называемая тосольная подача.Масло и охлаждающую жидкость после турбокомпрессора необходимо отводить для возвращения в системы, из которых они были взяты, для чего на турбокомпрессор необходимо подвести также маслослив и магистраль отвода охлаждающей жидкости. Очень не рекомендуем экономить на этих пунктах, потому что самодельные маслоподача и тосольные магистрали очень часто выходят из строя, что приводит к действительно серьезным последствиям – выходу из строя турбокомпрессора, понижению давления масла в системе смазки двигателя и как следствие выходу его из строя, и даже пожару в подкапотном пространстве.

Клапан сброса

Есть еще один немаловажный компонент воздушной магистрали, который стоит вынести в отдельный пункт. Во время работы турбокомпрессора создается избыточное давление в воздушной магистрали, когда открыта дроссельная заслонка – все отлично, воздух под давлением поступает в двигатель, и он работает с повышенной мощностью. Но как только дроссельная заслонка закрывается – избыточное давление в воздушной магистрали не способно также резко исчезнуть, ведь турбинный вал все еще вращается на очень больших оборотах, и воздух все еще нагнетается. Для того, чтобы сбросить избыточное давление в магистрали, устанавливается клапан сброса, т.н. байпас. Он представляет собой клапан, который открывается создавшимся во впускном коллекторе разрежением вследствие закрытия дросселя и сбрасывает весь лишний воздух обратно на вход турбокомпрессора. Блоуофф – это одна из разновидностей байпасного клапана, отличающаяся тем, что лишний воздух сбрасывается не на вход турбокомпрессора, а наружу, создавая при этом различные шипящие/свистящие звуки, в зависимости от модели блоуоффа.

Форсунки

Увеличив количество поступающего в мотор воздуха путем поднятия давления, мы естественно подняли и его потребность в количестве топлива. Так как стандартные топливные форсунки не способны обеспечить топливоподачу даже при минимальном наддуве – их обязательно нужно заменить на более производительные. Стоить помнить о том, что производительность форсунок не стоит брать с потолка, равно как и не стоит выбирать форсунки по принципу “из того, что было”. Выбор форсунок всегда нужно обговаривать с человеком, который будет настраивать мотор после его окончательной сборки.

Топливный насос

Помимо увеличения производительности топливных форсунок, необходимо позаботиться и о производительности топливного насоса – стандартный топливный насос способен обеспечить лишь небольшой прирост мощности, порог которого перешагивается в большинстве случаев при установке и дальнейшей доработке турбонаддувного двигателя.

Поршневая

Это очень объемный пункт, который стоит осветить более подробно. Увеличивая количество топливно-воздушной смеси, мы увеличиваем также динамическую степень сжатия, что приводит к увеличивающейся вероятности возникновения детонации, которая губительна для мотора. Есть много способов борьбы с этим эффектом:
а) Увеличение октанового числа топлива, что снижает вероятность возникновения детонации, но является достаточно дорогостоящим и мало-приемлемым мероприятием в случае каждодневного использования автомобиля, ведь нам не нужны лишние траты на разницу в стоимостях бензинов;
б) Обогащение топливно-воздушной смеси – достаточно распространенный, но в действительности недостаточно эффективный и разумный способ снижения вероятности детонации, ведь увеличивая количество топлива на единицу воздуха, мы снижаем КПД двигателя, увеличиваем расход топлива и уменьшаем его ресурс. Кроме того, сильно обогащенные составы вредны для выпускного коллектора и турбонагнетателя – не сгоревшее топливо начинает догорать уже за пределами цилиндров, сильно нагревая выпускной коллектор, турбокомпрессор и весь выпускной тракт.
в) Уменьшение угла опережения зажигания – более эффективный метод борьбы с детонацией, но требующий более тщательной настройки и так или иначе снижающий эффективность работы двигателя.
г) Снижение степени сжатия – наиболее приемлемый способ, так как он в высшей степени эффективен, хоть и требует механического вмешательства в двигатель. Есть несколько способов снижения степени сжатия, но наиболее удачный и разумный из них – установка специальных поршней. В виду их малой цены и очень большой устойчивости к повышенным мощностям (до 400 л.с. — гарантировано) – этот способ является фактически единственным верным при постройке турбонаддувного двигателя для повседневного использования.

Система управления

Для того, чтобы двигатель с установленным турбонаддувом работал правильно – им необходимо правильно управлять. При установке турбонагнетателя индивидуальная калибровка (настройка) программного обеспечения должна проводиться в обязательном порядке. Более того, программа должна быть очень тщательно настроена под конкретный двигатель, ибо вероятность разрушения двигателя вследствие неправильной настройки – гораздо выше, чем на атмосферных двигателях. Существует великое множество систем управления и программ для управления турбонаддувными двигателями, и забота правильного выбора и соответственно правильной настройки – ложится на плечи человека, который будет настраивать двигатель.

Доработка системы охлаждения двигателя

При увеличении мощности двигателя возрастает его температурная нагруженность, что делает эксплуатацию достаточно мощного двигателя менее комфортным (а в некоторых случаях даже нереальным) при каждодневном использовании в условиях города. Существует несколько мер, которые очень желательно принять при увеличении мощности двигателя. Более подробно они описаны в нашей статье.

Бустконтроллер

Для того, чтобы эффективно управлять давлением наддува, необходим бустконтроллер. Бустконтроллеры могут быть механическими и электронными. Механические бустконтроллеры более просты в принципе своей работы и более дешевы, но приносят достаточно много дискомфорта, если давлением наддува нужно оперативно управлять.
Электрические бустконтроллеры более продвинуты – многие модели способны управлять наддувам как по выбранной передаче, так и по положению дросселя и оборотам двигателя. Настройка этой функции полезна и даже неизбежно необходима в большинстве случаев для достижения максимального результата на каких-либо спортивных мероприятиях.

Источник статьи: http://clubturbo.ru/inter/komponenty_dlya_turbonadduva/

Турбокомпрессор автомобиля: что это такое, устройство и принцип работы

Турбокомпрессор представляет собой устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в цилиндры. Это повышает интенсивность воспламенения топливной смеси и увеличивает мощность двигателя. В среднем она возрастает на 30 – 40 %. Поговорим более подробно, как устроена деталь, где находится и как работает.

Что такое турбокомпрессор в автомобиле

Первые турбинные компрессоры появились в начале ХХ века. Их изобретение связывают с американским изобретателем Альфредом Бюхи. Именно он в 1911 году зарегистрирован устройство в патентном бюро США 1911 году. Бюхи удалось добиться очень неплохих показателей – прирост мощности при использовании турбины составил 120 %.

Изначально турбокомпрессоры применяли на корабельных дизельных и авиационных бензиновых двигателях. Впервые на колесных транспортных средствах их начали использовать в 1938 году. Именно тогда автомобилестроительная компания из Швейцарии Swiss Machine Works Sauer сконструировала грузовик, в котором использовалась эта технология. Вскоре турбинные компрессоры стали широко применять и на легковых автомобилях.

По сути, турбокомпрессор представляет собой воздушную турбину с несложным строением, которая работает за счет выхлопных газов, выходящих из выпускных клапанов цилиндров. Образовавшаяся энергия используется для нагнетания воздуха в цилиндры. Оно выполняет две функции:

увеличивает давление внутри цилиндра;
обеспечивает поступление большего количества кислорода.

Оба фактора благотворно влияют на воспламенение топливной смеси – оно становится более интенсивным и ровным. Это, в свою очередь, уменьшает эффективный расход топлива и увеличивает мощность мотора. Таким образом, технология позволяет увеличить силу двигателя, не увеличивая его объем. Именно это основное назначение рассматриваемого узла автомобильного двигателя.

В настоящее время турбинный компрессор используется в в подавляющем большинстве моделей легковых автомобилей. Это и не удивительно: устройство позволяет существенно повысить общую мощность автомобильного двигателя, сохранив при этом стоимость транспортного средства почти неизменной.

Двигатели, оснащенные турбокомпрессором, принято называть турбопоршневыми. А система подачи воздуха в цилиндры с помощью устройства называется турбонаддув.

Устройство турбокомпрессора

Конструкция состоит из следующих элементов:

Корпус. Представляет собой стальной короб, в который монтируют все остальные детали. Изготавливается из термостойких материалов (обычно стали), так как через компрессор проходят раскаленные отработавшие газы.
Колесо турбины. Представляет собой колесо с лопастями, зафиксированное на вале. Когда через лопасти проходят выхлопные газы, колесо начинает вращаться. Также изготавливается из термостойких сплавов.
Компрессионное колесо. Выполняет функцию, противоположную турбинному – нагнетает воздух в цилиндры. Закреплено на противоположном конце вала. Поскольку в области компрессионного колеса температура близка к нормальной, чаще всего его изготавливают из алюминиевого сплава. Это позволяет предотвратить потери энергии во время вращения. Обычно со стороны компрессионного колеса имеется отверстие, через которое и происходит забор атмосферного воздуха. Однако на некоторых моделях транспортных средств эта часть приспособления присоединена к воздухофильтру. Это помогает избежать попадания внутрь цилиндров пыли и других загрязнений, которые могу негативно отразиться на их работе.
Вал. Проходит через весь корпус приспособления. Представляет собой ось, которая соединяет турбинное и компрессионное колеса. Обеспечивает передачу вращения от одной детали к другой.
Подшипники. Обеспечивают свободное вращение вала внутри корпуса.
Клапан. Представляет собой клапан, который регулирует количество поступающих на вал турбины выхлопных газов. Чем оно выше, тем больше объем воздуха, поступающего в цилиндры. Положение клапана регулируется блоком управления на основе показаний датчиков, что не требует участия водителя в работе устройства.

Оба колеса и вал составляют единый узел – ротор турбинного компрессора. Это обусловлено тем, что они жестко связаны воедино.

Компрессор обычно располагается в непосредственной близости от цилиндроблока. Это обеспечивает максимально короткий путь отработавших газов до устройства. Благодаря этому они теряют минимум своей энергии и обеспечивают наиболее эффективное вращение крыльчатки.

По популярности
Сначала дешёвые
Сначала дорогие
По рейтингу и цене
По размеру скидки

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы приспособления выглядит следующим образом:

отработавшие газы из выпускных клапанов по специальному патрубку направляют в часть корпуса устройства, в которой расположено колесо турбины;
под воздействием газов колесо начинает вращаться и приводит в движение вал, который расположен в продольной оси корпуса;
вал, в свою очередь, приводит в движение компрессионное колесо;
компрессионное колесо непосредственно из атмосферы или через воздушный фильтр забирает воздух и нагнетает его во впускные клапаны;
в результате в цилиндрах формируется более высокое давление и образуется более высокая концентрация кислорода.

При этом поступление отработавших газов на колесо регулируется впускным клапаном. Положение его заслонки определяет ЭБУ. Это делается на основе показаний различных датчиков. Чем большая мощность необходима в конкретных условиях передвижения транспортного средства, тем шире открывается заслонка. Действует и обратное правило – при избыточной мощность просвет клапана уменьшается, и работа турбокомпрессора делается менее интенсивной.

По популярности
Сначала дешёвые
Сначала дорогие
По рейтингу и цене
По размеру скидки

Виды турбин

Турбины бывают нескольких видов.

Традиционный. Наиболее простой тип турбокомпрессора. Его устройство и принцип действия описаны выше.
С изменяемой геометрией. В этой разновидности устройства регулировка объема поступающих на турбинное колесо отработавших газов осуществляется не за счет впускного клапана, а за счет изменения положения лопастей колеса. Таким образом, удается максимально точно согласовать нагнетание воздуха в цилиндры и количество оборотов. Чаще всего подобная конструкция используется на дизельных моторах. Однако ее применяют и на бензиновых (обычно на гоночных автомобилях).
Раздельный (также его называют twin-scroll). Отличительная особенность этой разновидности турбины заключается в том, что на крыльчатку отработавшие газы поступают сразу несколькими путями. Обычно для этого используется пара трубок (по 2 на каждую пару цилиндров). Одна из них предназначена для быстрого реагирования прибора, а вторая – для постоянного поддержания мощности двигателя на достаточном уровне.
Электрический. В отличие от всех остальных разновидностей турбокомпрессоров, электрический работает на за счет выхлопных газов, а от электродвигателя. Он, в свою очередь, запитывается от бортовой электросети транспортного средства. Подобная конструкция позволяет максимально эффективно регулировать нагнетание воздуха в цилиндры – ведь теперь оно не зависит от давления отработавших газов. Чаще всего сегодня электрокомпрессоры устанавливают на гибридные авто.
Гибридные. Отличается тем, что представляют собой смесь традиционного и электрического компрессора. Основную часть воздушного потока генерирует именно турбина. Однако если его недостаточно, начинает работать электрический нагнетатель и помогает турбокомпрессору. В результате удается добиться максимально стабильной работы приспособления.
Механический. Строго говоря, этот тип нагнетателя не является турбинным, хотя и выполняет ту же самую функцию. Он работает не за счет выхлопных газов, а за счет энергии двигателя. Она передается с карданного вала посредством приводного ремня. Главный недостаток устройств, созданных по этой схеме, заключается в том, что они отнимают часть полезной энергии у мотора и в целом менее эффективны, чем турбины.

Неисправности и ремонт турбокомпрессоров

«Симптомами», которые могут говорить о неисправности прибора, могут быть следующие проявления:

существенное снижение мощности двигателя машины;
падение скорости;
появление черного или синего дыма из выхлопной трубы;
шум при работе мотора.

Среди наиболее распространенных неисправностей можно выделить следующие.

Утечка воздуха или отработавших газов. Может происходить как из корпуса прибора, так и из патрубков. Приводит к недостаточной силе нагнетания воздуха в цилиндры и потере мощности. Проблема решается заменой прокладок или прибора целиком.
Засорение или поломка клапана. Вызывает недостаточную подачу воздуха и потерю мощности мотора. Проблему решают путем чистки клапана или его замены.
Утечка масла в турбину. Смазка компрессора осуществляется за счет общей системы смазки двигателя. Если масло начнет попадать в корпус приспособления, то начнет сгорать в цилиндрах. Это приводит к снижению КПД двигателя и появлению синего дыма. Проблему решают путем устранения неисправности системы смазки.
Нарушение вращения ротора. Вследствие ослабления креплений или поломки подшипников может нарушиться свободных ход вала, из-за чего эффективность прибора также упадет. Проблему решают путем подтяжки всех крепления или замены подшипников.

Также следует иметь в виду, что поломка может произойти из-за физического износа устройства, который происходит по окончании срока службы. Он в среднем составляет 150 – 200 тысяч километров пробега.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5aaa8710256d5c571b5de1c6/turbokompressor-avtomobilia-chto-eto-takoe-ustroistvo-i-princip-raboty-5edf3dbfafcfa82939952de5

Элементы турбины для автомобиля