Принцип работы турбины на бензиновом двигателе ваз

Обновлено: 01.05.2024

Shaf999 › Блог › Принципы работы турбины на автомобиле ВАЗ.

Плюсы и минусы турбокомпрессора.
Все больше и больше становится популярным среди прочих альтернативных доработок двигателей автомобилей ВАЗ установка турбонаддува. У турбины есть ряд преимуществ по сравнению с компрессором, где присутствует потеря мощности в результате схемы привода. Турбокомпрессор устроен следующим образом: крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Это и позволяет снять с двигателя большую мощность, так как нет прямой связи вала турбины с коленчатым валом, как в случае компрессора, тем самым турбина не отнимает мощность у самого двигателя. В этом и заключается главное преимущество турбины, в «бою» со своим главным конкурентом – компрессором.
Единственный недостаток турбины является "турбояма". «Турбояма» — замедленный отклик двигателя, на работу педали акселератора.
Это явление объясняется очень просто — турбине требуется время, пока после нажатия педали газа (подачи топлива),
мотор начнёт набирать обороты, тем самым увеличив давление выхлопных газов, которые начнут раскручивать турбину,
соответственно в двигатель начнет поступать больший объем воздуха. По этой же причине, максимальную мощность турбо-двигатель, может выдать на высоких оборотах, турбина оживает обычно при 3000 об/мин и более в зависимости от настроек мотора.
Плюсы и минусы турбонаддува по сравнению с компрессором весьма наглядны, но давайте разберёмся, что сподвигает
автолюбителей устанавливать на автомобили ВАЗ именно турбокомпрессор? На сегодняшний день список компонентов для тюнинга двигателя ВАЗ достаточно большой и грамотные специалисты, могут снять с атмосферного мотора более 150 лошадей, с наименьшими при этом потерями на надёжности.
Можно выделить несколько основных причин, по которой предпочтение отдаётся турбодвигателю, а не атмосферному:
Основной причиной, – которая движет людьми в погоне за мощностью, сильно ограниченные возможности атмосферного двигателя при определенном объёме. Естественно турбо двигатель, тоже имеет свои границы, но он может поднять мощность в несколько раз,
тогда как атмосферный мотор с трудом преодолевает увеличение мощности в два раза по сравнению со стандартным. Но ведь не все строят автомобиль выходного дня с мощностью за 200 лощадиных сил, что тогда останавливает людей которые эксплуатируют автомобиль ежедневно просто доработать атмосферный двигатель, Зачем вкладывать деньги в установку турбо-комплекта?
У "заряженных" атмосферных моторов есть свои недостатки, вот основные из них:
Отсутствие тяги двигателя на низах. Сильно «раскрученный» атмосферник, едет лишь на высоких оборотах,
что абсолютно не удобно при езде в гражданском режиме (светофоры, пробки и т.д.);
Высокий холостой ход (ХХ), порой плавающие обороты ХХ. Высокий расход топлива.

турбонаддув
Турбо под капотом ВАЗ 2110
Каждый, кто решил, что под капотом его ВАЗ 2110 должна быть турбина должен понимать, что установка данного девайса,
потребует серьёзных вмешательств не только в работу самого двигателя, но и доработку: подвески, тормозов и возможно трансмиссии
(в зависимости от желаемого результата и в большей мере от полученной мощности). Перед тем как начать искать комплектующие, нужно решить какую мощность вы хотите получить от установки турбины на мотор. Условно турбины можно поделить на три типа: низкого, высокого и сверхвысокого давления.

Установка турбины на ВАЗ 2110 (низкого или высокого давления)
Рассмотрим подробнее, что необходимо доработать, заменить и установить в ВАЗ 2110, 2111 или 2112 для установки такой турбины:

1. Степень сжатия.
-Первостепенной задачей будет уменьшение степени сжатия, так как у атмосферного двигателя она выше. Для этого можно пойти различными путями: заменой поршней на специальные, доработать ГБЦ и т.д. Считается что при установке турбины низкого давления, можно обойтись и без уменьшения степени сжатия. Это весьма спорный момент и если уж не менять поршня (доработки низа мотора – сильно отразятся на стоимости всей работы), то не лишним будет доработать головку;
-В случае установки турбины высокого давления – уменьшение степени сжатия – операция необходимая и достигается обычно комплексной доработкой низа и ГБЦ одновременно.

2. Выпуск.
В ВАЗ 2110 турбина встраивается в приёмную трубу. Лучшим решением считается замена коллектора и приёмной трубы, общим «пауком», и уже в него встроить турбину. Этот вариант так же единственно возможный на 10-ках последних годов выпуска, где катализатор встроен в приёмную трубу.
Но важно учитывать, что неправильно сваренный выпускной коллектор может быстро прогореть, сломаться и да же повредить турбину, по этой причине, под конкретную турбину. Лучше купить приёмную трубу, адаптированную под ВАЗовский двигатель и проверенную временем. Если под вашу турбину таких труб нет, можно обратиться в фирму, которая изготавливает их на заказ. Многие начинают изготавливать трубу сами, так как стремление сэкономить, такое поведение среди владельцев Ваз весьма объяснимо. В этом случае – не забудьте изготовить кронштейн под свою турбину, через который она будет крепиться на двигатель. Турбина не должна висеть и держаться только на выпускном коллекторе.
-При установке турбины низкого давления остальной выхлоп можно оставить без изменений, но при наличие турбины, переход с обычного выхлопа, на прямоточный гораздо ощутимее, нежели на атмосферном двигателе;
-В случае установки турбины высокого давления переход на прямоточный выхлоп весьма предпочтителен, с попутным увеличением диаметра трубы выпуска, иначе турбина не сможет выдать весь потенциал через сильно зауженный для неё выхлоп.

ресивер
-Для турбины высокого давления, так же необходимо заменить бензонасос и форсунки.

4. ЭБУ.
-Потребуется перепрошивка ЭБУ под новую компоновку двигателя;
-На двигателе с турбиной высокого давления и расчётной мощностью более 200 л.с. потребуется заменить ДМРВ на датчик абсолютного давления (ДАД) и датчик температуры воздуха (ДТВ), так как штатный ДМРВ, попросту не рассчитан на проход такого количества воздуха, а следовательно он не даст грамотно откорректировать ЭСУД.

5. Система смазки.
Подача масла на турбину. Нужно обеспечить подачу масла на турбину. Сделать это можно следующим образом: под датчик давления масла поставить тройник от классического двигателя (такой стоял на тех моделях, где есть стрелочный прибор давления масла, например 2106). С помощью специального армированного масляного шланга соединить данный тройник и рестриктор (место подачи масла в турбину) Вашей турбины. Так же для избегания попадания грязи в турбину, многие в магистраль ставят фильтр. Можно пойти и другим путём: купить специальный переходник, который ставится, под масляный фильтр и уже от него сделать отвод масляного шланга;
Слив масла из турбины. Слив нужно обеспечить таким образом, что бы масло из турбины сливалось в поддон двигателя. Делается это металлической трубкой (из-за близости к системе выхлопа), которая соединяет двигатель и турбину.

6. Охлаждение.
Для охлаждения турбины может потребоваться подвод антифриза из общей системы охлаждения автомобиля (зависит от конструкции турбины). Обычно врезку делают в контур подогрева дросселя. Можно подключить, как параллельно, так и вместо подогрева дросселя.
Для охлаждения воздуха подаваемого турбиной в двигатель – необходимо установить интеркулер.

-При установки турбины низкого давления, многие пытаются построить компоновку без интеркулера, но такие системы, да же если и могут работать нормально, то в жаркую летнюю погоду всё равно начинают не справляться. И часто владельцы всё-таки приходят к установке интеркулера;
-Так же дополнительного охлаждения может потребовать и сам двигатель. В случае с ВАЗ-2110 есть одно идеальное решение – установка двухрядного медного радиатора. Как показывает практика – его хватает с полна и для его установки не требуется дополнительных доработок.

7. Блок (актуальнее для турбин высокого давления).
Если ваша цель, построить весь мощный городской автомобиль с расчетной мощностью более 200л.с., то подходить стоит основательно и Ваша цель будет уже не приладить турбину к двигателю, а собрать совершенно другой турбо двигатель.

-Для этих целей, лучше начать с замены блока. В случае с автомобилями десятого семейства, можно поставить блок от Калины. С Калиновским блоком и правильно подобранным коленчатым валом, можно достичь объёма 1600-1700 кубиков. Если Вы рассчитываете на более скромный бюджет, можно обойтись и родным блоком, заменив в нём поршня, шатуны, колено или только отдельные компоненты. Вариантов очень много и всё зависит только от Ваших целей, двигателя который у вас установлен и финансовых вложений, которые Вы готовы вложить в двигатель;
-Усилитель блока – весьма спорная доработка. Бытует мнение, что в ней нет необходимости, кто – то доказывает, что без неё не обойтись. Однозначного ответа на данный вопрос нет, но если мощность Вашего мотора будет превосходить номинальную в разы – то такая доработка точно не будет лишней, учитывая, что в родном блоке пастель КВ висит в воздухе и при возросшей нагрузке – слабое место может быть причиной поломки или повышенного износа. Такой усилитель можно купить в тюнинг магазине или изготовить самостоятельно из пластины ориентировочно 15мм+/-2 мм при наличие опыта подобных доработок.

8. Перепускной клапан.
Перепускной клапан нужен для сброса избыточного давления, которое образуется в магистрали при резко закрытом дросселе, но при этом вращающейся турбине. Чтобы это давление, не разорвало резиновые соединения впускной магистрали или не привело к другим последствиям, перепускной клапан может сбрасывать избыточное давление в воздух (Blowoff – клапан) или обратно на вход турбокомпрессора (Bypass — клапан).

9. Wastegate клапан.
Его назначение в том, чтобы часть выпускного газа, проходила в обход турбины, ограничив скорость вращения турбины и тем самым уменьшить избыточное давление на впуске. Клапана бывают внешние и внутренние:

10. Прочие доработки.
В зависимости от выбранной турбины, данный список может дорабатываться как в сторону увеличения, так и в сторону его сокращения. Так же не стоит забывать, что есть ещё масса систем в двигателе, которые так же могут потребовать замены или доработки, в зависимости от общей компоновки мотора. Например: поставить более «холодные» свечи, установить иной регулятор давления топлива и т.д. Поэтому не стоит рассматривать данный список – как инструкцию к действию. Каждая конкретная турбина, может потребовать своих дополнительных доработок. Например, установку более производительного бензонасоса, форсунок. Для установки отдельных элементов, может понадобиться переделка кузова. Например, под интеркулер может понадобиться резать бампер, телевизор, отверстия в телевизоре под патрубки и т.д.

Турбо КИТ на ВАЗ 2110, 2111, 2112
Перед тем, как установить турбину на ВАЗ 2110, нужно определиться с моделью турбины, и собирать под её установку необходимые комплектующие, что – то покупать, что – то изготавливать и т.д. Но если самостоятельно изготовить кронштейн, коллектор, маслослив и т.д. Вы не имеете возможности, то в таком случае проще будет купить КИТ турбо ВАЗ. Такой комплект включает в себя саму турбину и всё необходимое для её установки, уже адаптированное под конкретный двигатель ВАЗ. На сегодняшний день, существует большое количество готовых КИТ комплектов, от разных производителей, которые сделали всё возможное, чтобы упростить его установку. Не смотря на адаптацию комплекта не стоит забывать о дополнительных расходах, например, настройка и перепрошивка ЭБУ, возникшие сложности и трудности при установке комплекта (за частую связанные с кустарным производством).

BROD › Блог › Как работает турбина, принцип действия турбины

Термин «турбо» практически у всех на слуху. Свистит турбина, ревёт прямоток. Хоть единожды в жизни любому автолюбителю приходила в голову идея заиметь «турбомонстрика». Любому хочется увеличить поголовье «коняшек» под капотом. Но чаще всего приходится отказываться от мечты по причине мнимой дороговизны и непрактичности. Соответствует ли это реальности? Давайте разберёмся, как работает турбина, принцип действия турбины, обратившись к теории.

Мощность движка напрямую зависит от рабочего объёма цилиндров, от количества подаваемой воздушно-топливной смеси, от эффективности её сгорания, а также от энергетической части топлива. Назначение турбины увеличить подачу воздушно-топливной смеси. Мощность мотора повышается пропорционально увеличению количества сжигаемого за единицу времени топлива. Но для горения бензина необходим недюжинный запас воздуха в моторе. То есть, чем больше сжигаем бензина, тем большее количество воздуха нужно, которое необходимо «впихнуть» в мотор (именно, «впихнуть», так как сам мотор не справится с забором такого количества воздуха, и фильтры нулевого сопротивления в этом ему не помощники). Вот тут и выходит на сцену устрашающая маленькая деталь турбина.

У турбины нагнетатель-крыльчатка размещён на едином валу с турбиной-крыльчаткой, встроенной в выпускной коллектор, и приводимой в движение вращения с помощью отработанных газов. Величина частоты вращения часто выше 200 тыс. об/мин.

И здесь проявляется один минус: при резком нажатии газа, надо ждать увеличение оборотов мотора, увеличение давления выхлопных газов, раскрутку турбины, и загонку воздуха. Это явление называется turbo-lag (турбо-яма), и сегодня его умеют укрощать, справляться с данным эффектом. Для этих целей применяются два клапана. Один для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. Другой клапан для отработанных газов.

Управление первым клапаном осуществляем, помимо прочего, давлением, возникающим во впускном коллекторе. Благодаря этому при сбросе газа немного снижается частота вращения турбинного ротора, а при очередном нажимании на педаль, подача воздуха задерживается на крохотные доли секунды время, пока закрывается клапан.

В современных технологиях используется такой метод регулировки воздухоподачи, как изменение угла наклона компрессорных лопаток. Эта методика разработана давно, но долгое время не получалось применять её на практике. Примером может послужить в данном случае новое устройство наддува дизелей «Экотек» фирмы Opel. Основной недостаток применения турбин короткий срок службы. Это происходит из-за высокой частоты вращения турбинного ротора, которая составляет 150-200 тыс. об/мин.

До сегодняшнего дня ограничение срока службы происходило благодаря долговечности подшипников. Практически, это были особые вкладыши, похожие на вкладыши коленчатого вала, смазываемые под давлением маслом. Степень износа таких подшипников была велика, но шарикоподшипники не могли выдержать высоких температур и высокой частоты вращения. Недавно был найден оптимальный выход. А именно, были разработаны подшипники с применением керамических шариков, заполненных постоянно имеющимся резервом смазки, что делало ненужным канал от нормативной масляной системы движка. В проектах турбинный ротор из металлокерамики, обладающий меньшей инерцией и более лёгким весом (на 20% легче).

Существуют термины «твин-турбо» и «би-турбо». Бывает, что используют параллельно или последовательно две установки турбокомпрессоров, вместо одной. Диапазоны работ роторов управляются разными способами при последовательном наддуве.

Понятие «интеркулер» означает, что при неизбежном нагревании воздуха, который сжимается, в нём уменьшается содержание кислорода и плотность.

Поэтому воздух перед подачей нуждается в охлаждении в радиаторе, дополнительно встроенном, который называется интеркулером.

Как обеспечить максимально эффективную работу турбонаддува в сложных конструктивных условиях?

При запуске двигателя вал начинает обильно смазываться маслом, подающимся на подшипники по каналам. Во время вращения двигателя создаётся давление, под которым турбина нормально действует. При остановке двигателя перестаёт функционировать и масляный насос, а вот вал мгновенно затормозить не может, и работает по инерции уже без смазки.

Чтобы дольше сохранить от износа вал, надо регулярно менять фильтры и масло, которое предназначено именно для турбонаддувных двигателей. И обязательно надо давать двигателю прогреться, не глушить его в один момент, а дать поработать на холостом ходу какое-то время. Это обеспечит запас времени для охлаждения деталей. Целесообразна также установка турбо-таймера, если он не предусмотрен конструктивно в автомобиле.

Первые сигналы того, что надо обращаться в ремонтную контору появление густого белого дыма из глушителя и падение мощности. Это означает износ подшипников и уплотнительного кольца возле турбинной крыльчатки. Резко возрастает расход масла. Случается, что дыма нет, но мощность всё равно низка, а у дизелей регулярный чёрный дым, свидетельствующий об износе наддува и скоплении нагара, что приводит к недостатку воздуха и торможению рабочих оборотов компрессора.

Очевидно, что эксплуатация турбонаддува не является сложной процедурой, необходимо лишь следующее:
1. аккуратность,
2. своевременная смена фильтров и масла,
3. применение определённых сортов масла,
4. осторожность в отношении перегрева турбонаддува по причине долгой езды на высоких оборотах, или дефектов в системе впрыска и зажигания.

Не менее важные моменты состояние воздушного фильтра, его чистота. Нарушение целостности фильтра приводит к прониканию частиц пыли, разрушительно влияющих на срок службы компрессорной крыльчатки и двигателя.

В целом, от того, как мы обращаемся с турбонаддувом, зависит то, какой срок он прослужит.

Следует помнить, что погубить турбонаддув можно в течение двух дней, если при появлении первых симптомов не обратиться сразу в ремонтную фирму. Поэтому не следует затягивать с ремонтом, и желательно выполнять все вышеперечисленные рекомендации для предотвращения возникновения неполадок.

7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов

Атмосферный мотор засасывает воздух в цилиндры под действием разрежения, которое возникает, когда поршень движется к нижней мертвой точке. В большинстве случаев давление в цилиндре в конце хода впуска чуть ниже атмосферного. И вот с этим количеством воздуха и осуществляется рабочий цикл мотора. Наддувный двигатель получает на входе в цилиндр воздух, сжатый компрессором до определенного давления, а потому его в цилиндр войдет больше, чем у мотора со свободным всасыванием. Больше воздуха — больше кислорода, а значит, и топлива сгорит больше, и мощность при том же рабочем объеме поршневой части будет выше (или мотор компактнее при сохранении мощности).

Поскольку воздух в компрессоре подогревается, температуру перед подачей в цилиндр желательно снизить. Это делает специальный охладитель — интеркулер. Компрессоры могут использоваться разных типов — и с приводом от коленвала, и волновые обменники давления, но наиболее распространен турбонаддув. Последний способ использует энергию выхлопных газов для вращения центростремительной турбины, а сидящее на том же вале колесо центробежного компрессора обеспечивает сжатие воздуха перед подачей в цилиндры.

Как видим, конструкция наддувного мотора сложнее, чем атмосферника. Отсюда и первый недостаток турбомоторов.

1. Низкая надежность

Наддувные двигатели состоят из большего числа агрегатов, а надежность многокомпонентной системы всегда ниже, чем у более простой. Нагрузки на детали больше из-за большей литровой мощности. Да и конструкционные материалы в автомобильной промышленности используются преимущественно недорогие. Это же вам не аэрокосмическая отрасль…

К примеру, у турбокомпрессора есть система регулирования давления наддува, которая порой может заедать и отказывать. У редакционного Volkswagen Golf уже дважды при пробеге 80 000 и 100 000 км полностью теряла подвижность тяга привода клапана перепуска газов мимо турбины.

2. Недостаточный ресурс

Все мы вздыхаем по моторам-миллионникам конца прошлого века. Сейчас ресурс мотора в 400 000 км считается огромным достижением, а в прошлом он был нормой. Турбодвигатели современных автомобилей до таких пробегов не доживают. Турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км, а начавшая «хандрить» турбина вскоре может погубить и поршневую часть. Ведь турбокомпрессор может «выхлебать» весь запас моторного масла — в поддоне и поршневой части ничего не останется.

А еще многие производители с целью сэкономить «апгрейдят» атмосферные моторы до турбонаддувных, не особо заморачиваясь усилением некоторых деталей. Соответственно, высокие нагрузки на поршневую часть при небольшом усилении конструкции приводят к снижению ресурса.

3. Необходимость более частого и высококвалифицированного обслуживания

Многие производители для своих моделей с турбомоторами снизили периодичность ТО с 15 000 до 10 000 км. Так поступили, к примеру, Geely и Haval.

Наддувный мотор сложнее в обслуживании и особенно в диагностике. У него гораздо больше количество дополнительных соединений в системе турбонаддува. Потерять герметичность могут: подвод и отвод воздуха, подвод и отвод отработанных газов, системы подачи масла под давлением и его слива, а также подачи охлаждающей жидкости. Все это требует дополнительного внимания и опыта у сервисмена во время ТО.

4. Дорогой ремонт

Ремонт наддувного мотора всегда обходится дороже. Даже если турбокомпрессор в ремонтной фирме и не трогали, то прайс на восстановление двигателя все равно выше. Просто потому, что разбирать-собирать все перечисленные выше системы дольше и сложнее. А если предстоит замена турбокомпрессора, то готовьтесь выложить от 60 000 руб. Восстановление узла может потребовать половину этой суммы.

5. Обязательно применять хорошее топливо и смазки

Все современные моторы довольно требовательны к качеству топлива и моторного масла. Но если атмосферник на некачественных жидкостях «умрет» не сразу, то жизнь форсированного наддувного мотора будет измеряться минутами. Кроме того, расход даже самого дорогого масла у наддувного мотора будет выше, чем у большинства атмосферников.

Отдельного разговора требует расход топлива. Любой маркетолог, желающий продать вам машину с турбомотором, будет уверять, что она экономичнее, чем автомобиль с атмосферным двигателем. В теории так и есть. Но ведь турбомашина — это «великий провокатор». Некоторые автомобилисты сознательно выбирают турбодвигатель, чтобы ездить напористо и агрессивно. В этом случае расход будет не меньше, а даже больше, примерно на 30%, чем у спокойного водителя. Для неторопливого водителя мощность турбомашины может показаться избыточной, а повышенные затраты на содержание, (частые ТО, дорогие бензин и масло) — неоправданными.

6. Необходимость дополнительного охлаждения

Недаром многие сигнализации имеют опцию «турботаймер». Это устройство позволяет не глушить разогретый турбомотор сразу после остановки машины, а дает двигателю поработать на холостом ходу для охлаждения — прежде всего турбины. Похожий алгоритм у некоторых мощных автомобилей штатно заложен в блок управления двигателем. Без этого в остановившейся, но раскаленной докрасна турбине масло закоксуется, нарушив герметичность уплотнений. В итоге значительно вырастет расход масла на угар.

7. Проблемы с ликвидностью

Обо всех вышеперечисленных неприятностях осведомлены, в той или иной степени, многие автолюбители. Именно поэтому большинство предпочтет на вторичном рынке машину с атмосферным двигателем. А заезженные «турбозажигалки» приобретать будут, в основном, молодые поклонники всех серий «Форсажа».

Впрочем, есть у турбомоторов и неоспоримые плюсы.

1. Отличная характеристика крутящего момента

Разгон автомобиля — хоть с механической коробкой передач, хоть с автоматом — очень зависит от того, насколько быстро мотор из режима холостого хода сможет достигнуть оборотов максимальной мощности. А мощность, как известно, пропорциональна произведению оборотов коленвала на крутящий момент. Именно поэтому нужно, чтобы мотор на как можно более низких оборотах выдавал большой крутящий момент.

Наддувный мотор проектируют так, что турбокомпрессор обеспечивает довольно высокое давление наддува очень «рано», при небольших оборотах коленвала. В результате мы получаем большой крутящий момент на небольших оборотах. Далее момент увеличивать нельзя во избежание чрезмерных нагрузок на детали мотора. Начинает работать перепускной клапан, направляя часть выхлопных газов в обход турбины. Так производительность турбокомпрессора ограничивается, а на кривой крутящего момента появляется горизонтальная полка. Вот за такую характеристику турбомоторов их и любят, особенно активные водители.

2. Низкий расход топлива

У атмосферного двигателя значительная часть энергии сгоревших газов теряется вместе с горячими выхлопными газами. Наддувный двигатель использует температуру и давление выпускных газов, срабатывая их в турбине. Меньше энергии пропадает зря, значит, больше используется для движения автомобиля. Но, повторюсь, при условии спокойной манеры вождения.

Турбодвигатели совершенствуются и захватывают все новые модельные ряды автомобилей самых разных производителей на всех континентах. Вначале они оккупировали дороги старушки Европы. Япония давно и массово загружает ими внутренний рынок. США и Корея немного более сдержанны в распространении турбированных двигателей. Зато Китай в последнее время массово пересаживается на турбонаддув. Так что за наддувными двигателями будущее. Если, конечно, их не вытеснят электрокары.

ТУРБОНАДДУВ (ТУРБИНА) ДВИГАТЕЛЯ: ВИДЫ, КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

Добрый день, сегодня мы узнаем, что такое турбонаддув (турбина) двигателя внутреннего сгорания, каков принцип работы, конструкция, а также, какими плюсами и минусами обладают системы наддува мотора. Кроме того, в статье мы выясним, какие существуют виды систем наддува двигателя и, чем они отличаются. В заключении мы наглядно рассмотрим типовую схему функционирования турбонаддува силового агрегата.

Как мы знаем, мощность двигателя зависит от количества воздуха и смешанного с ним топлива, которое может быть доставлено в мотор. Если мы хотим увеличить мощность двигателя, необходимо увеличить как количество подаваемого воздуха, так и топлива. Подача большего количества топлива не имеет никакого эффекта до тех пор, пока не будет необходимого для его сгорания количество воздуха, иначе образуется избыток не сгоревшего топлива, что приводит к перегреву двигателя и повышенной непрозрачности или дымности от отработанных выхлопных газов, причем также, как это происходит при масложоре.

1. ОСОБЕННОСТИ И КОМПОНЕНТЫ ТУРБОНАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ

Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто путем увеличения либо его рабочего объема, либо частоты вращения коленчатого вала. Увеличение смещения увеличивает вес, размеры двигателя и, в конечном счете, его стоимость. Увеличение частоты вращения коленчатого вала проблематично из-за возникших технических проблем, особенно для двигателей с большим объемом.

Технически приемлемым решением проблемы увеличения мощности является использование нагнетателя (компрессора). Это означает, что поступающий в двигатель воздух сжимается перед входом в камеру сгорания. Другими словами, компрессор обеспечивает подачу необходимого количества воздуха, достаточного для полного сгорания увеличенной дозы топлива. Следовательно, при предыдущем рабочем объеме и той же частоте вращения коленчатого вала мы получаем больше мощности.

Существует две основные системы наддува: с механическим приводом, которая отражена ниже на изображении “A” и просто “турбо”, отражена на рисунке “B” (использующие энергию отработавших газов). Кроме того, существуют также комбинированные системы, например, турбо компаундная, отображена на рисунке “в”. Ниже на фото наглядно продемонстрированы вышеописанные системы наддува двигателя.

В случае компрессора с механическим приводом необходимое давление воздуха получают благодаря механической связи между коленчатым валом двигателя и компрессором. Давление воздуха турбокомпрессора достигается за счет вращения потока выхлопных газов турбины. Турбокомпрессор состоит из двух турбин впрыска и привод, соединенный с валом. Вал установлен на двух подшипниках, которые постоянно подается масло, оказывающие охлаждающее и смазочную поддержку.

Обе турбины вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они ускоряются до высокой скорости (около 10 000 оборотов в минуту) и соприкасаются с лопастным приводным колесом, и преобразуют свою кинетическую энергию в механическую вращательную энергию (крутящий момент). С такой же скоростью и давлением вращается колесо турбины, которое подает сжатый воздух в двигатель. Разрядное колесо сконструировано таким образом, что уже при небольшом расходе выхлопных газов достигается достаточное давление нагнетаемого воздуха. При полной нагрузке двигатель достигает максимального избыточного давления (от 1,1 до 1,6 атмосфер); при этом обороты двигателя составляют около 2000 оборотов в минуту и остаются постоянными при дальнейшем наборе частоты вращения до максимальной.

Между двигателем и турбокомпрессором имеется соединение только через поток выхлопных газов. Частота вращения турбины напрямую не зависит от скорости вращения коленчатого вала двигателя и характеризуется некоторой инерцией, то есть увеличением подачи топлива, увеличением энергии выхлопного потока, а затем увеличением частоты вращения турбины и напором разряда, а мотор, следовательно, получает больше воздуха в цилиндры, что позволяет увеличить подачу топлива. Ниже на фото продемонстрирована схема типового турбокомпрессора и его основных элементов.

Основные компоненты турбокомпрессора: 1 – трубопровод для подачи сжатого воздуха от турбины к диафрагме; 2 – нагнетательное колесо турбины; 3 – корпус нагнетательного колеса; 4 – промежуточный корпус; 5 – сбрасывающий клапан; 6 – диафрагма; 7 – пружина; 8 – диафрагменная камера; 9 – приводное колесо; 10 – корпус турбонагнетателя; 11, 12 – опоры; А – подача воздуха от воздушного фильтра; B – подача воздуха к впускным клапаном; C – обводной канал сбрасывающего клапана для ограничения давления нагнетания; D – подача отработавших газов от двигателя; E – подача отработавших газов к выпускной системе; H – подача смазки; J – отвод смазки; K – подача сжатого воздуха для открытия сбрасывающего клапана.

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ СИСТЕМ ТУРБОНАДДУВА

Для предотвращения нарастания давления более, чем необходимо на высоких оборотах двигателя, в компрессоре находится специальное устройство, состоящее из разгрузочного клапана и диафрагмы с пружиной, которое обеспечивает контроль давления и оборотов мотора. Полость перед мембраной связана с давлением поступающего воздуха через трубопровод. С увеличением давления, которое происходит с нарастанием частоты вращения коленчатого вала, диафрагма сгибается, сжимая пружину опуская и открывая клапан. Выхлопные газы таким образом проходят через дополнительный обводной канал с тем, чтобы снизить скорость вращения приводного колеса турбины, а значит и разгрузочного колеса. Повышение давления становится постоянным.

Для двигателей, работающих в широком диапазоне скоростей (например, в легковом автомобиле), высокое давление наддува желательно даже на низких оборотах. Поэтому будущее принадлежит турбокомпрессорам с регулируемым давлением. Небольшой диаметр современных турбин и специальные сечения газовых каналов способствуют уменьшению инерционности, то есть турбина очень быстро разгоняется, и давление воздуха очень быстро достигает требуемого показателя.

Для удовлетворения все возрастающих требований, которые необходимы для автомобильной техники в областях потребления топлива, выбросов выхлопных газов и шума, сегодня проектируются и разрабатываются электронные системы контроля за наддувом.

Принципы работы турбины на автомобиле ВАЗ

Самый эффективный способ добавить мощность двигателю это установить турбину. Почему именно турбина ? Чтобы ответить на этот вопрос, мы сравним работу турбо двигателя, атмосферного двигателя и мотора оборудованного компрессором.

Плюсы и минусы турбокомпрессора.
Все больше и больше становится популярным среди прочих альтернативных доработок двигателей автомобилей ВАЗ установка турбонаддува. У турбины есть ряд преимуществ по сравнению с компрессором, где присутствует потеря мощности в результате схемы привода. Турбокомпрессор устроен следующим образом: крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Это и позволяет снять с двигателя большую мощность, так как нет прямой связи вала турбины с коленчатым валом, как в случае компрессора, тем самым турбина не отнимает мощность у самого двигателя. В этом и заключается главное преимущество турбины, в «бою» со своим главным конкурентом – компрессором.
Единственный недостаток турбины является "турбояма". «Турбояма» - замедленный отклик двигателя, на работу педали акселератора.
Это явление объясняется очень просто - турбине требуется время, пока после нажатия педали газа (подачи топлива),
мотор начнёт набирать обороты, тем самым увеличив давление выхлопных газов, которые начнут раскручивать турбину,
соответственно в двигатель начнет поступать больший объем воздуха. По этой же причине, максимальную мощность турбо-двигатель, может выдать на высоких оборотах, турбина оживает обычно при 3000 об/мин и более в зависимости от настроек мотора.
Плюсы и минусы турбонаддува по сравнению с компрессором весьма наглядны, но давайте разберёмся, что сподвигает
автолюбителей устанавливать на автомобили ВАЗ именно турбокомпрессор? На сегодняшний день список компонентов для тюнинга двигателя ВАЗ достаточно большой и грамотные специалисты, могут снять с атмосферного мотора более 150 лошадей, с наименьшими при этом потерями на надёжности.
Можно выделить несколько основных причин, по которой предпочтение отдаётся турбодвигателю, а не атмосферному:
Основной причиной, – которая движет людьми в погоне за мощностью, сильно ограниченные возможности атмосферного двигателя при определенном объёме. Естественно турбо двигатель, тоже имеет свои границы, но он может поднять мощность в несколько раз,
тогда как атмосферный мотор с трудом преодолевает увеличение мощности в два раза по сравнению со стандартным. Но ведь не все строят автомобиль выходного дня с мощностью за 200 лощадиных сил, что тогда останавливает людей которые эксплуатируют автомобиль ежедневно просто доработать атмосферный двигатель, Зачем вкладывать деньги в установку турбо-комплекта?
У "заряженных" атмосферных моторов есть свои недостатки, вот основные из них:
Отсутствие тяги двигателя на низах. Сильно «раскрученный» атмосферник, едет лишь на высоких оборотах,
что абсолютно не удобно при езде в гражданском режиме (светофоры, пробки и т.д.);
Высокий холостой ход (ХХ), порой плавающие обороты ХХ. Высокий расход топлива.

турбонаддув
Турбо под капотом ВАЗ 2110
Каждый, кто решил, что под капотом его ВАЗ 2110 должна быть турбина должен понимать, что установка данного девайса,
потребует серьёзных вмешательств не только в работу самого двигателя, но и доработку: подвески, тормозов и возможно трансмиссии
(в зависимости от желаемого результата и в большей мере от полученной мощности). Перед тем как начать искать комплектующие,нужно решить какую мощность вы хотите получить от установки турбины на мотор. Условно турбины можно поделить на три типа: низкого, высокого и сверхвысокого давления.

-Турбины низкого давления (до 0,5 Бар), потребуют минимальных вмешательств в работу двигателя, но верить в обещания продавцов Кит комплектов, что такую турбину легко поставить на стоковый двигатель – то же не стоит;
-Турбины высокого давления (ориентировочно от 0,6 Бар) потребуют серьезных переделок двигателя, а возможно повлекут неминуемые переделки сцепления, КПП и пр;
-Под турбинами сверх высокого давления, будем считать, турбины, установленные на двигатели автомобилей, которым либо уже не суждено их приобретённым спортивным характером выезжать на дороги общего пользования, либо выезжать, но как автомобиль выходного дня. Тут уже не столь важно конкретное давление турбины, на такой автомобиль их можно поставить и две, особенность такого автомобиля в том, что использование его на каждый день, из-за приобретённых им характерных черт гоночного (именно – гоночного, а не спортивного) автомобиля, как минимум не комфортно и неудобно. Огромное количество л.с. потребуют крайне жёсткой подвески, переделки тормозной системы в целом, установки спортивного сцепления и многих других элементов – неотъемлемых составляющих гоночного автомобиля. Все это исключает комфортное передвижение и меняет предназначение данного автомобиля. Единственное что повлияет на компоновку и настройку такого автомобиля, его назначение: кольцо, прямая, дрифт и т.д.
Переделка десятки в гоночный автомобиль носит единичные случаи и не интересна для большинства обладателей ВАЗ, поэтому в данной статье подробнее рассмотрим установку турбины низкого и высокого давления. (Прим. автора – данная классификация носит условный характер, не стоит принимать её как единственно правильную, многие делят турбины, например на: гражданские и боевые).
Установка турбины на ВАЗ 2110 (низкого или высокого давления)
Рассмотрим подробнее, что необходимо доработать, заменить и установить в ВАЗ 2110, 2111 или 2112 для установки такой турбины:

1. Степень сжатия.
-Первостепенной задачей будет уменьшение степени сжатия, так как у атмосферного двигателя она выше. Для этого можно пойти различными путями: заменой поршней на специальные, доработать ГБЦ и т.д. Считается что при установке турбины низкого давления, можно обойтись и без уменьшения степени сжатия. Это весьма спорный момент и если уж не менять поршня (доработки низа мотора – сильно отразятся на стоимости всей работы), то не лишним будет доработать головку;
-В случае установки турбины высокого давления – уменьшение степени сжатия – операция необходимая и достигается обычно комплексной доработкой низа и ГБЦ одновременно.

3. Впрыск
-В зависимости от выбранной турбины, потребуется заменить ресивер на более производительный. В магазинах тюнинга – выбор ресиверов весьма огромен, но находятся умельцы, которые изготавливают их самостоятельно;

ресивер
-Для турбины высокого давления, так же необходимо заменить бензонасос и форсунки.

4. ЭБУ.
-Потребуется перепрошивка ЭБУ под новую компоновку двигателя;
-На двигателе с турбиной высокого давления и расчётной мощностью более 200 л.с. потребуется заменить ДМРВ на датчик абсолютного давления (ДАД) и датчик температуры воздуха (ДТВ), так как штатный ДМРВ, попросту не рассчитан на проход такого количества воздуха, а следовательно он не даст грамотно откорректировать ЭСУД.

5. Система смазки.

Подача масла на турбину. Нужно обеспечить подачу масла на турбину. Сделать это можно следующим образом: под датчик давления масла поставить тройник от классического двигателя (такой стоял на тех моделях, где есть стрелочный прибор давления масла, например 2106). С помощью специального армированного масляного шланга соединить данный тройник и рестриктор (место подачи масла в турбину) Вашей турбины. Так же для избегания попадания грязи в турбину, многие в магистраль ставят фильтр. Можно пойти и другим путём: купить специальный переходник, который ставится, под масляный фильтр и уже от него сделать отвод масляного шланга;
Слив масла из турбины. Слив нужно обеспечить таким образом, что бы масло из турбины сливалось в поддон двигателя. Делается это металлической трубкой (из-за близости к системе выхлопа), которая соединяет двигатель и турбину.

Если вы выберете Bypass – клапан, то его нужно установить в промежутке воздушной магистрали от турбины – до интеркулера;
Если Ваш выбор падёт на Blowoff – клапан, то его предпочтительнее поставить рядом с дроссельной заслонкой.
9. Wastegate клапан.
Его назначение в том, чтобы часть выпускного газа, проходила в обход турбины, ограничив скорость вращения турбины и тем самым уменьшить избыточное давление на впуске. Клапана бывают внешние и внутренние:

Внешние обычно огромные, чаще применяются именно на гоночных автомобилях, нежели гражданских, но они более надёжные и дают возможность регулировки;
На большинстве турбин Wastegate клапан встроенный и проблема установки и покупки клапана отпадает сама собой.

10. Прочие доработки.
В зависимости от выбранной турбины, данный список может дорабатываться как в сторону увеличения, так и в сторону его сокращения. Так же не стоит забывать, что есть ещё масса систем в двигателе, которые так же могут потребовать замены или доработки, в зависимости от общей компоновки мотора. Например: поставить более «холодные» свечи, установить иной регулятор давления топлива и т.д. Поэтому не стоит рассматривать данный список – как инструкцию к действию. Каждая конкретная турбина, может потребовать своих дополнительных доработок. Например, установку более производительного бензонасоса, форсунок. Для установки отдельных элементов, может понадобиться переделка кузова. Например, под интеркулер может понадобиться резать бампер, телевизор, отверстия в телевизоре под патрубки и т.д.

Читайте также: