Как турбировать атмосферный двигатель: Турбирование атмосферного двигателя своими руками
Турбина это сложное техническое устройство, которое позволяет развивать двигателю большую мощность. Установка турбины на атмосферный двигатель является доступной доработкой для улучшения динамических характеристик автомобиля.
Данное устройство устанавливается на некоторые автомобили с завода, но далеко не на все. В последнее время, очень популярны бензиновые малолитражки с мотором 1.2 или 1.4 и установленной на них турбиной. Примечательно, что расход топлива у них в городском цикле редко превышает 7 литров, а вот мощности хватит, чтобы уделывать со светофоров средние атмосферники.
Принцип работы турбины
Как видим, в корпус турбины попадают выхлопные газы, они крыльчатку или, другими словами, турбинное колеса, после того как они отработали они выходят из турбины. На одном валу турбинным валом находится рабочее колесо компрессора. Оно установлено внутри корпуса компрессора. На вход идет атмосферный воздух, а на выходе под большим давлением мы получаем, так называемый, надувочный воздух.
Турбонадув очень хорошо способствует увеличению мощности и снижению расхода топлива. Например, если на двигатель объемом 1.4 или 1.6 установить турбину, то вполне вероятно получить очень не плохую мощность автомобиля сравнимую с мощностью автомобиля без турбины, но с двигателем 1.8-2.0. Экономичнее из этих двух автомобилей, будет конечно-же автомобиль, с меньшим объемом двигателя. Эта технология очень популярна у немцев и некоторых японцах. Например, некоторые модели VW Golf идут с небольшими объемами мотора, но с хорошей мощностью, которая в свою очередь достигается за счет турбины.
Что необходимо для установки турбины
Помимо самой турбины, в системе присутствуют еще некоторые компоненты, которые не обходимы для её работы. Такими компонентами являются:
Выпускной коллектор турбины.
Так как турбина работает на отработавших газах, её нужно врезать в магистраль выхода выхлопных газов из двигателя. Поможет на в этом так называемый специальный выпускной коллектор. Вот так вот она выглядет в сборе с турбиной.
Пайп для вывода отработавших газов
Еще одним необходимым элементом системы с установленным турбокомпрессором является специальный пайп для вывода отработавших газов наружу.
Кстати говоря в него нужно встраивать датчик лямбда зонда. Вот так это выглядит.
Магистраль подачи воздуха
Следующий необходимый элемент это сооружение магистрали подачи воздуха. Тут используются алюминиевые трубки и силиконовые патрубки для их соединения.
Прежде чем попасть воздух в мотор, для его более эффективного использования его нужно охладить. Для этого применяется интеркуллер. Вот так вот он выглядит.
На картинки он уже вместе с необходимыми патрубками. Следует отметить, что так как в турбину поступают отработанные газы, то она очень сильно нагревается, и просто необходимо подвести к ней канал с охлаждающей жидкостью.
Так – же обороты крыльчатки турбины очень высокие, и для обеспечения её долгой и надежной работы, необходимо подвести к ней масло канал из двигателя.
Блоуофф
Все наверное слышали так называемый пшик у автомобилях с турбиной, или блоуофф. Нужен он для сброса лишнего давление воздуха.
Электроника
Если вы решили установить турбину на свой автомобиль, то необходимо позаботится о форсунках. Форсунки нужно приобреси с более высокой производительностью, так мощность двигателя возрастет и стандартных форсунок просто напросто не хватит. У народных тюнеров пользуются спросом форсунки от субару, ну или более дешевый вариант — поставить волговские.
Так же стоит уделить внимание и на ЭБУ. Так как стандартная программа больше не подойдет, ее нужно будет менять и откатывать онлайн. Для этого нужно будет воспользоваться услугами настройщиков у которых есть специальное оборудование для этого.
Проблемы турбированных двигателей
Самый главный враг надутых моторов, это детонация. С турбиной в моторе образуется большее количество воздушно топливной смеси. Существую несколько путей решения, как избежать детонации.
— установить поршни в двигатель с более низкой степенью сжатия
— использовать бензин с более высоким октановым числом
— уменьшить угол опережение зажигания
На большинстве стоковых моторов, при установке турбины нельзя дуть более 0.5 бар, так как при большем давлении есть риск, что стандартная поршневая может не выдержать. Поэтому для достижения более высоких показателей, устанавливают кованные поршни, которые рассчитаны на более высокие нагрузки.
На этом вводная статья заканчивается, но мы обязательно вернемся еще к этой теме, так как она в наше время очень актуальна.
Многие люди при выборе автомобиля интересуются, что лучше – турбированный или атмосферный двигатель.
Чтобы получить точный ответ на столь популярный вопрос, необходимо рассмотреть основные отличия этих моторов, их преимущества и недостатки.
Только на основании грамотного анализа можно делать какие-либо выводы. Чем мы, собственно, и займемся.
Особенности и отличия
Чем особенен атмосферный двигатель?
По сути, это классический мотор, который устанавливается на большинстве современных автомобилей (уже на первой машине стоял такой вид мотора).
Его название объясняется тем, что для создания топливной смеси необходим воздух. При движении поршня в нижнюю точку происходит его затягивание через карбюратор (ресивер инжектора) и смешивание с топливом (соляркой, бензином).
Чем особенен турбированный мотор?
Это модернизированный вид ДВС, в конструкции которого есть специальная турбина. Ее задача – закачать дополнительный объем воздуха к цилиндрам для увеличения мощности двигателя (в среднем прирост составляет 10-15%).
Таким образом, основное отличие атмосферного двигателя от турбированного для покупателя – это мощность и конструкция.
К примеру, при объеме 1.5 литра мощность первого будет 75 лошадиных сил. При этом турбированный мотор (при таком же объеме) будет иметь уже 100 лошадиных сил.
Для полноты картины упомянем и третий вид двигателя – форсированный.
И снова-таки это привычный ДВС, но отличающийся более сложной конструкцией.
Для его разработки часто применяются более дорогие материалы и современные конструкции, призванные повысить мощность до максимального уровня. При этом форсированные моторы могут быть с турбиной или без нее.
Преимущества
Теперь рассмотрим основные положительные черты каждого из видов двигателей.
Атмосферный мотор
Атмосферный мотор имеет следующие плюсы:
- Большой ресурс.
За все годы применения атмосферный тип двигателей показал себя в отношении трудоспособности и выносливости только с лучшей стороны.
При этом не имеет значения, какое топливо является основным – бензин или солярка. Есть моторы, которые спокойно проезжают по 400-500 тысяч километров без серьезного вмешательства.
Истории известны и такие экземпляры атмосферных «сердец», когда кузов полностью выгнивал, а мотор еще долго дохаживал на другом автомобиле.
- Простота в эксплуатации и надежность.
Все мы знаем, что чем проще аппарат, тем он надежнее. Здесь «золотая середина» идеально соблюдена.
Особый плюс, которым обладает атмосферный двигатель — способность справляться даже с бензином очень низкого качества.
Здесь более подробно можно узнать про автомобильное топливо и его стандарты.
Конечно, не исключены определенные сбои, но на общую функциональность и ресурс это сказывается незначительно.
Если же и потребуется ремонт, то затраты на него будут минимальными.
- Ремонтопригодность.
Обусловлена простотой конструкции, о которой мы уже упоминали. Атмосферный мотор при необходимости можно перебрать до последнего винтика и собрать все обратно.
Следовательно, в сравнении с турбированным двигателем ремонт обходится намного дешевле.
Турбированный мотор
Турбированный мотор имеет следующие преимущества:
- более высокую мощность и крутящий момент, если сравнивать с обычным ДВС при аналогичном объеме двигателя. В итоге автолюбитель может наслаждаться много лучшей динамикой в движении;
- данный вид мотора менее вреден для окружающей среды, ведь за счет дополнительного наддува воздуха поступающая топливная смесь сгорает практически без остатка;
- меньшую шумность (атмосферный мотор этим не может похвастаться).
Недостатки
К минусам атмосферных двигателей можно отнести:
- слишком большой вес;
- низкую мощность;
- невозможность выдавать номинальную мощность при езде в горной местности, где имеет место разреженный воздух;
- более низкую динамику.
Все показатели приведены в сравнении с «конкурентом».
Турбированный двигатель и его минусы:
- слишком «хитрая» конструкция, которая существенно усложняет эксплуатацию двигателя;
- чувствительность к топливу и маслу низкого качества, здесь уже приходится выбирать только лучшие материалы;
- необходимость частой замены масляного фильтра и самого масла (данные расходные материалы служат почти в два раза меньше, чем в «атмосферниках»). При этом очень важно следить за их состоянием и своевременно производить замену;
- более высокий расход бензина (солярки). Турбированный мотор затягивает больший объема воздуха. Как следствие, и топлива в один раз попадает много больше;
- при частой эксплуатации турбина выходит из строя намного быстрее и приходится делать замену. Чтобы данный узел работал дольше, необходимо перед отключением давать ему немного поработать на холостых.
Какой двигатель лучше?
Остается определиться, какой двигатель выбрать. Здесь однозначного ответа нет.
Если касательно мощности и динамики, то первый вариант выглядит более предпочтительно. Но с турбированным двигателем необходимо быть готовым к максимальным затратам – на качественный бензин, масло и эксплуатацию.
В свою очередь, атмосферный мотор менее прихотливый и требовательный, поэтому подойдет для людей с меньшим бюджетом.
Как турбировать атмосферный двигатель
И напоследок давайте рассмотрим, как турбировать атмосферный двигатель.
Если раньше за такую работу никто не брался, то сегодня некоторые квалифицированные автосервисы способны сделать из обычного мотора настоящего «зверя».
Единственное, что нужно помнить – данная работа выльется владельцу в серьезные затраты на покупку дополнительных материалов и их установку.
В частности, необходимо дополнительно смонтировать интеркулер, турбину, дополнительный блок-перехватчик и так далее. Но и это еще не все.
Чтобы получить турбированный мотор, существенная оптимизация должна быть внесена в топливную систему – придется установить более мощный бензонасос, усилить поршневую группу, потратиться на форсунки с большей пропускной способностью и так далее.
Таким образом, получиться своеобразный тюнинг двигателя и в случае переделки последнего необходимо несколько раз пересчитать затраты, чтобы убедиться в актуальности такого мероприятия.
Выводы
Теперь после прочтения статьи можно принять решение — турбированный или атмосферный двигатель будет стоять на вашем автомобиле.
И помните, что нужно учитывать не только скорость и мощность, но и потенциальные затраты, ведь автомобиль покупается на долгие года и его необходимо обслуживать.
Сила воздуха
Из курса физики мы знаем, что пламя костра горит сильнее, быстрее и при более высокой температуре, если в него надувать воздух. Стоит помахать над шашлыками веером, как угли разгорятся ярче. Если переусердствовать, то мясо даже подгорит. Так же и в моторе. Чем сильнее вкачивать воздух, тем горячее и быстрее будет горение топлива.
Конструктивно турбированный мотор отличается от атмосферного. Его система впуска работает с давлением гораздо выше атмосферного. Если обычный рядный двигатель всасывает воздух под действием внутреннего разрежения и давление там не может быть выше 1 атм, то турбоагрегат имеет специальное техническое устройство для повышения давления. Для накачки воздуха применяют турбину или механический компрессор-нагнетатель, которые сжимают воздух на впуске и доводят давление до 2 атм и выше. Этого достаточно, чтобы так насытить горючую смесь кислородом, чтобы она подрывалась с выделением гораздо большего количества тепла и энергии. Бензин и воздух впрыскиваются в камеры сгорания в виде аэрозоля, который подрывается искрой.При большом количестве кислорода бензин сгорает быстро и почти полностью, благодаря чему остаточные газы содержат меньше вредных веществ. Топливо преобразуется в энергию, и КПД растет. И чем больше воздуха, тем меньше бензина потребуется для осуществления мотором запланированной работы. Поэтому становится возможным сделать мотор компактнее при сохранении мощности.
К примеру, 1,4-литровые турбированные двигатели сейчас развивают ту же мощность, что и 2,0-литровые атмосферные агрегаты, а по крутящему моменту существенно их превосходят. Потребление топлива у них тоже сокращается. К примеру, у кроссовера KIA Sportage 2,0-литровый атмосферный мотор в городском ритме потребляет 10,9 л бензина на 100 км пути, а у Volkswagen Tiguan турбированный 1,4-литровый агрегат при идентичной мощности съедает только 8,8 л.
Когда экономичность турбированных моторов сходит на нет?
Между тем турбонаддув — это палка о двух концах. Принято считать, что турбированные моторы имеют меньшую надежность, чем атмосферные. Отчасти это справедливо, так как деталям приходится работать при высоком давлении. Идет нагрузка на поршни, на клапанный механизм и т. д. Нагруженные высокооборотистые моторы довольно требовательны к качеству топлива и моторного масла. Они потребляют гораздо больше смазывающей жидкости, чем атмосферные. Если не уделять должного внимания смазке и затягивать со сменой масла, то турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км.
Да и к экономичности есть большие вопросы. При спокойной езде, когда турбоагрегаты не раскручиваются свыше 3 тысяч оборотов, потребление топлива действительно ниже, чем у атмосферных. Однако при динамичной езде на пике мощности и крутящего момента впрыск готовит такую смесь, чтобы обеспечить максимальную тягу. Для примера: 2,0-литровый атмосферный мотор у KIA Sportage развивает 192 Нм, а турбированный двигатель 1,4 TSI у Volkswagen Tiguan — 250 Нм. А так как моторы могут развивать гораздо больший крутящий момент, то и бензина для достижения заявленных характеристик требуется больше.
Смесь обогащается, вбирает в себя больше бензина, чем у атмосферных, благодаря чему растет тяга и потребление топлива.Таким образом, при активной спортивной езде турбированные моторы могут удивить: бензин в них течет рекой, а потребление топлива опережает показатели атмосферных двигателей примерно на 30%.
Турбированный двигатель: что это такое?
Начнем с того, что ситуация на современном рынке новых автомобилей заметно поменялась за последние 15-20 лет. Изменения в автоиндустрии коснулись как исполнения, уровня оснащения и решений в плане активной и пассивной безопасности, так и устройства силовых агрегатов. Привычные атмосферные моторы на бензине с тем или иным рабочим объемом, которые раньше фактически являлись показателем класса и престижности авто, сегодня активно вытесняются турбированным двигателем.
В случае с турбомоторами объем двигателя перестал выступать базовой характеристикой, определяющей мощность, крутящий момент, динамику разгона и т.д. В этой статье мы намерены сравнить двигатели с турбиной и атмосферные версии, а также ответить на вопрос, в чем состоит принципиальное отличие атмосферных ДВС от турбированных аналогов. Параллельно будут проанализированы основные преимущества и недостатки моторов с турбонаддувом. Также в итоге будет дана оценка, стоит ли покупать новые и подержанные бензиновые и дизельные машины с турбированным двигателем.
Содержание статьи
Турбированные двигатели и «атмосферники»: главные отличия
Для начала немного истории и теории. В основу работы любого ДВС положен принцип сгорания топливно-воздушной смеси в закрытой камере. Как известно, чем больше воздуха удается подать в цилиндры, тем больше горючего получается сжечь за один цикл. От количества сгоревшего топлива будет напрямую зависеть количество высвобождающейся энергии, которая толкает поршни. В атмосферных моторах забор воздуха происходит благодаря образованию разрежения во впускном коллекторе.
Другими словами, мотор буквально «засасывает» в себя наружный воздух на такте впуска самостоятельно, а объем поместившегося воздуха зависит от физического объема камеры сгорания. Получается, чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха он может уместить в цилиндрах и тем большее количество топлива получится сжечь. В результате мощность атмосферного ДВС и крутящий момент сильно зависят от объема мотора.
Рекомендуем также прочитать отдельную статью о том, что такое рабочий объем двигателя. Из этой статьи вы узнаете, какие параметры определяют данную характеристику, чем измеряется объем мотора и на что влияет данный показатель.Принципиальной особенностью двигателей с нагнетателем является принудительная подача воздуха в цилиндры под определенным давлением. Данное решение позволяет силовому агрегату развивать больше мощности без необходимости физически увеличивать рабочий объем камеры сгорания. Добавим, что системами нагнетания воздуха может быть как турбина (турбокомпрессор), так и механический компрессор.
На практике это выглядит следующим образом. Для получения мощного мотора можно пойти двумя путями:
- увеличить объем камеры сгорания и/или изготовить двигатель с большим количеством цилиндров;
- подать в цилиндры воздух под давлением, что исключает необходимость увеличивать камеру сгорания и количество таких камер;
В результате моторы от V6 до V12 с большим рабочим объемом долгое время являлись эталоном производительности. Также не стоит забывать и о надежности, так как конструкция атмосферных двигателей всегда оставалась проверенным временем решением. Параллельно с этим главными минусами мощных атмосферных агрегатов справедливо считается большой вес и повышенный расход топлива, а также токсичность. Получается, на определенном этапе развития двигателестроения увеличение рабочего объема оказалось попросту нецелесообразным.
Теперь о турбомоторах. Еще одним типом агрегатов на фоне популярных «атмосферников» всегда оставались менее распространенные агрегаты с приставкой «турбо», а также компрессорные двигатели. Такие ДВС появились достаточно давно и изначально шли по другому пути развития, получив системы для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, механический компрессор или турбина. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках указанных систем нагнетания воздуха, а также о том, какой мотор выбрать, с компрессором или турбированный.Стоит отметить, что значительной популяризации моторов с наддувом и быстрому внедрению подобных агрегатов в широкие массы долгое время препятствовала высокая стоимость автомобилей с нагнетателем. Другими словами, двигатели с наддувом были редким явлением. Объясняется это просто, так как на раннем этапе машины с турбодвигателем, механическим компрессором или одновременной комбинацией сразу двух решений зачастую ставились на дорогостоящие спортивные модели авто.
Немаловажным фактором оказалась и надежность агрегатов данного типа, которые требовали повышенного внимания в процессе обслуживания и уступали по показателям моторесурса атмосферным ДВС. Кстати, сегодня это утверждение также справедливо для двигателей с турбиной, которые конструктивно сложнее компрессорных аналогов и еще дальше ушли от атмосферных версий.
Преимущества и недостатки современного турбомотора
Перед тем, как мы приступим к анализу плюсов и минусов турбодвигателя, хотелось бы еще раз обратить ваше внимание на один нюанс. Как утверждают маркетологи, доля реализуемых новых автомобилей с турбонаддувом сегодня существенно увеличилась.
Более того, многочисленные источники делают акцент на том, что турбодвигатели все больше и больше теснят «атмосферники», автолюбители зачастую выбирают именно «турбо», так как считают атмосферные двигатели безнадежно устаревшим типом ДВС и т.п. Давайте разбираться, так ли хорош турбомотр на самом деле.
Плюсы турбодвигателя
- Начнем с явных плюсов. Действительно, турбодвигатель легче по весу, меньше по рабочему объему, но при этом выдает высокую максимальную мощность. Также моторы с турбиной обеспечивают высокий крутящий момент, который доступен на низких оборотах и является стабильным в широком диапазоне. Другими словами, турбомоторы имеют ровную полку крутящего момента, доступную с самых «низов» и до относительно высоких оборотов.
- В атмосферном двигателе такой ровной полки нет, так как тяга напрямую зависит от оборотов двигателя. На низки оборотах атмомотор обычно выдает меньший крутящий момент, то есть его нужно раскручивать для получения приемлемой динамики. На высоких оборотах мотор выходит на максимум мощности, но крутящий момент снижается в результате возникающих естественных потерь.
- Теперь несколько слов об экономичности турбодвигателей. Такие моторы и правда расходуют меньше топлива по сравнению с атмосферными агрегатами в определенных условиях. Дело в том, что процесс наполнения цилиндров воздухом и топливом полностью контролируется электроникой. Получается, ЭБУ следит за тем, чтобы соотношение компонентов смеси было оптимальным на любых режимах работы турбированного ДВС, благодаря чему достигается полноценное сгорание заряда и происходит отдача максимума полезной энергии. В случае с атмосферными двигателями наполнение зависит как от оборотов коленвала, так и от температуры наружного воздуха, атмосферного давления и ряда других факторов.
- Если учесть небольшой вес самого агрегата с турбиной, доступную тягу на низких оборотах и отсутствие зависимости от внешних факторов, турбомотор закономерно расходует в штатных режимах эксплуатации меньше топлива. При этом следует помнить, что данное преимущество полностью исчезает в том случае, если постоянно ездить в режиме «газ в пол». Тогда расход топлива на турбодвигателе может оказаться даже большим, чем у атмосферных аналогов.
Минусы турбированного ДВС
Итак, с основными плюсами разобрались. Что касается минусов, они также присутствуют. Вполне очевидно, что турбомотор сложнее как в плане электроники и исполнительных устройств, так и в плане реализации самой схемы турбонаддува. Повышенные требования к качеству топлива и моторного масла тоже никуда не делись.
Дело в том, что небольшой по размерам и объему агрегат работает в условиях высоких механических и тепловых нагрузок. Давление наддува и температура в цилиндрах намного выше по сравнению с атмосферными двигателями, что означает ускоренный износ турбомотора.
Производители учитывают разные нюансы, закладывая больший запас прочности в агрегат, но во время ремонта турбодвигателя стоимость усиленных деталей получается ощутимо выше. Также двигатель с турбиной имеет большое количество датчиков и магистралей, а также дополнительных систем, что усложняет диагностику в случае возникновения неисправностей.
- Очень важным моментом является ресурс самой турбины. Турбонагнетатель повсеместно устанавливается на современные ДВС, окончательно вытеснив механический компрессор. При этом турбина на бензиновом двигателе обычно «ходит» всего около 150 тыс. км, на дизеле этот показатель в среднем составляет до 250 тыс. км. Затем турбокомпрессор нуждается в дорогом ремонте или полной замене.
- Что касается известной проблемы в виде «турбоямы» или «турболага», на современных двигателях этот недостаток практически устранен посредством установки турбин с изменяемой геометрией, путем использования технологий «би-турбо» и т.д. Почему практически, а не до конца? Дело в том, что идеальной остроты отклика во время дозирования тяги в процессе дросселирования, которая свойственна атмосферным моторам, все равно нет. Параллельно с этим более сложные системы турбонаддува требуют повышенных затрат, создают определенные затруднения, которые связаны с обслуживанием и ремонтом.
Что в итоге
Помните, в начале статьи мы говорили о том, что доля турбомоторов на рынке в последнее время заметно возросла. Да, это так, но исключительно благодаря турбодизельным агрегатам. Практически любой современный дизельный двигатель сегодня оборудован турбонаддувом. Дело в том, что именно турбина позволяет дизельному мотору обеспечить достойные эксплуатационные характеристики в сочетании с высокой топливной экономичностью. По этой причине турбодизели пользуются огромной популярностью.
Однако, ситуация с турбобензиновыми агрегатами несколько иная. Подавляющее большинство производителей продолжают выпускать модели в сегментах от «бюджет» до «премиум» с простым атмосферным двигателем. Только в отдельных случаях в линейку добавляются турбированные бензиновые версии. Что касается стран СНГ, авто с турбонаддувом на бензине продолжают заметно уступать машинам с атмосферными бензиновыми ДВС по общему количеству на дорогах. Причин для этого много, начиная от низкого спроса в результате высокой начальной стоимости «надувных» бензиновых авто и заканчивая политикой автодилеров. Последние стараются избавить себя от гарантийных обязательств перед потребителем в случае возникновения проблем с более сложной технически турбированной бензиновой машиной.
Другими словами, турбобензиновые версии завозятся намного реже, так как продавцы учитывают низкое качество горючего и недостаточное количество квалифицированных технических специалистов по ремонту и обслуживанию таких авто на территории СНГ. Добавим, что подавляющее большинство турбированных бензиновых автомобилей на отечественных дорогах представлены моделями немецкого концерна WAG (Audi, Volkswagen, Skoda и т.д.).
Подводя итоги, ответим на еще один важный вопрос. Многие автолюбители интересуются, стоит ли покупать бензиновый автомобиль с турбиной. Если вы присматриваете новую машину, планируете проездить на ней условные 3-5 лет или 100-150 тыс. км, тогда почему бы и нет. Только будьте готовы изначально переплатить за более «продвинутый» мотор и с самого начала приучите себя к мысли, что такому авто требуется частое плановое обслуживание. При этом крайне желательно выполнять регламентные работы и ремонтировать машину в официальном сервисе со всеми вытекающими допрасходами.
Если же вы хотите приобрести подержанный турбированный автомобиль, в таком случае нужно более чем основательно подумать. В случае с дизелем будет необходима глубокая диагностика состояние самого ДВС и готовность заменить изношенную турбину. Когда речь заходит о бензиновых версиях, тогда нашим ответом будет практически однозначное «нет». Дело в том, что актуальная ситуация на рынке турбобензиновых автомобилей б/у достаточно сложная.
- Всегда помните о небольшом ресурсе турбины. В том случае, если на конкретной модели их установлено сразу две или более, сумма ремонта заметно возрастает.
- Обращайте внимание на пробег и предыдущих владельцев. Зачастую турбоавтомобили берут «гонщики» или амбициозная молодежь. Если первые целенаправленно «укатывают» мощную машину, вторые, как правило, попросту не обслуживают такой автомобиль должным образом и достаточно небрежно его эксплуатируют.
В обоих случаях получается целесообразнее продать машину с пробегом 100-150 тыс. км. другому владельцу по бросовой цене, чем ремонтировать или менять высокотехнологичный турбированный двигатель. То же самое вполне справедливо и для турбированных малолитражек, например, с рабочим объемом 1.2 литра. Моторы данного типа и вовсе считаются «одноразовыми», так как имеют относительно небольшой ресурс около 150-200 тыс. км. и плохо поддаются серьезному ремонту.
Читайте также
Турбокомпрессор на высоте — Garrett Motion
Турбокомпрессор на высоте
Вы когда-нибудь пытались напрягаться на высоте и замечали, что у вас перехватило дыхание быстрее, чем на уровне моря? Это связано с тем, что плотность кислорода в воздухе, которым вы дышите, уменьшается с ростом высоты. Аналогичная вещь происходит с мощностью двигателя. Когда автомобиль поднимается выше по горной дороге, он начинает терять все больше и больше лошадиных сил, потому что все меньше кислорода поступает в цилиндр за цикл.Эта статья научит вас больше о том, как турбонаддув на высоте.
Вопреки убеждению, чем выше вы находитесь на высоте, тем меньше атмосферное давление вы испытываете. Тем не менее, уровни кислорода в любом заданном объеме (дыхание воздуха или цикл двигателя) на уровне моря содержат больше кислорода, чем тот же (дыхание воздуха или цикл двигателя) на более высоком уровне. На приведенной ниже диаграмме показано, как давление изменяется с повышением. Чем выше давление окружающей среды (psia), тем больше кислорода в нем содержится.
Как правило, двигатель внутреннего сгорания без наддува будет терять 3% своей мощности на каждые 1000 футов повышения высоты.Если у вас есть 100 лошадиных сил на уровне моря к тому времени, когда вы поднимаетесь на 5000 футов, ваш двигатель развивает 85 лошадиных сил.
- На высоте 10000 футов ваш двигатель будет развивать 70 лошадиных сил.
- На высоте 15 000 футов ваш двигатель будет развивать 55 лошадиных сил.
- На высоте 15 000 футов ваш двигатель потеряет 45% своей мощности из-за меньшей плотности воздуха.
Преимущества турбокомпрессоров на высоте
Турбокомпрессор на высоте является эффективным способом минимизации потерь мощности из-за подъема и меньшей плотности воздуха.На больших высотах турбокомпрессоры сжимают больше воздуха в цилиндры двигателя, компенсируя меньшую плотность воздуха, позволяя двигателю генерировать мощность, как если бы она находилась на уровне моря. Эта дополнительная настраиваемость встречается только в приложениях с турбонаддувом.
Pikes Peak International Hill Climb — всемирно известная гонка, которая проходит в Колорадо-Спрингс, Колорадо, раз в год. Это дороги, близкие к общественному движению, поскольку гоночные команды со всего мира пилотируют свои машины через 156 раз, преодолевая 12,42 мили. который начинается на высоте 9000 футов и заканчивается на высоте 14 115 футов на вершине.«Гонка к облакам» — это то, что некоторые называют.
2019 года ознаменовался 96 -м пробегом этой престижной гонки, в которой было принято и допущено 100 автомобилей. Некоторые гонщики используют безнаддувные двигатели, а другие имеют форсированные двигатели. С представленной ранее информацией, можете ли вы представить, как транспортное средство с турбонаддувом обеспечивает преимущество перед двигателем без турбонаддува?
Гонщики, использующие форсированные двигатели, будут сопоставлять свои турбокомпрессоры с мощностью, которую они хотят развить на стартовой линии (9000 футов), и по мере увеличения высоты ECU будет регулировать давление наддува и другие параметры, чтобы поддерживать ту же мощность, что и турбокомпрессор может поддерживать дополнительный объем воздуха и скорость вала.
Используя наш бесплатный инструмент Boost Adviser, вы можете увидеть различия в давлении наддува, соотношении давления и скорректированном потоке воздуха, необходимые для получения одинаковой мощности на разных высотах. Здесь мы сравниваем уровень моря и 10 000 футов.
В качестве примера мы ввели следующие параметры: 500 лошадиных сил цели, двигатель 3,5 л, один турбонагнетатель, E85, воздухо-воздушный интеркуллер, 3 клапана на цилиндр, средний обороты 4000 об / мин. , Пиковая мощность 7000 об / мин, 75 ° F, показания высоты для 0 футов и 10000 футов
* Средние обороты в минуту — это мера пикового крутящего момента, а максимальная мощность в минуту — это пиковая мощность.
На графике выше приведены результаты расчетов. Обратите внимание на разницу в отношении давления и скорректированного воздушного потока, необходимого для получения одинаковой мощности на одном и том же двигателе на разных высотах. Надувное давление также должно увеличиваться, чтобы компенсировать более низкие уровни кислорода при увеличении уровня.
Точки среднего диапазона и максимальной мощности нанесены на карту компрессора GTX3582R Gen II ниже, чтобы помочь визуализировать выходную мощность колеса компрессора. Используя скорректированный поток в качестве оси X и отношение давления в качестве оси Y, цвета представляют разные высоты.По мере увеличения высоты точки перемещаются вверх и вправо из-за более высоких отношений давления, необходимых для создания воздушного потока для точки максимальной мощности.
Можно сделать вывод, что GTX3582R Gen II — не лучший вариант для гонок на 500 лошадиных сил на морском уровне. Но, рассматривая его для применения в 500 лошадиных сил на высоте 10 000 футов, вы можете быть уверены, что это турбо будет поддерживать поток воздуха, необходимый для достижения целевой мощности, и при этом оставаться в безопасных рабочих пределах турбины.
Датчик скорости также является хорошим аксессуаром для вашего турбонагнетателя, поскольку он измеряет информацию о скорости вращения вала, определяя, достигает ли турбокомпрессор максимальной производительности, проверяет соответствие турбокомпрессора и обеспечивает, чтобы он не превышал скорость, позволяя вам чтобы избежать потенциально вредных условий эксплуатации. Наборы датчиков скорости Garrett совместимы с регистраторами данных для улучшения возможностей настройки двигателя. Датчик ускорения сохраняет максимальную скорость вращения колеса в течение пяти минут для удобного картирования.
Большинство транспортных средств не работают на экстремальных высотах, как на Пайкс-Пик, но один фактор всегда будет постоянным в том, что транспортные средства с турбонаддувом могут компенсировать потерю плотности воздуха, сжимая больше воздуха в двигатель, позволяя лошадиным силам оставаться стабильными, в то время как приложения с турбонаддувом будут постоянно терять мощность с повышением. Чтобы узнать больше о других наших темах в области турбо технологий, посетите
Garrett Speed Sensor Street Kit поставляется с датчиком, жгутом проводов, крепежом и датчиком наддува.(Датчик не входит в комплект Pro)
(любезно предоставлены Old Smokey Photos) Toyo Tyres и Larry Chen
.Руководство по турбированному двигателю— Как установить двигатель с турбонаддувом
Иногда нам приходится задумываться над тем, почему кто-то пытается сделать мощность больше не применимой. Мы признаем, что существует множество правил гонок, чтобы помешать силовым сумматорам доминировать, а турбины выглядят довольно сложно. Но вам нужно преодолеть это. Мы поняли это после того, как подсадили , наблюдая за тем, как эти ребята с маленьким блоком с турбонаддувом на YouTube одержали победу над «Вайперами» и любыми любителями спортбайков, готовыми рискнуть на дороге. Забудьте о большой камере и свободном конвертере; они тебе не понадобятсяВам даже не нужно удивляться, как спрятать большой блок под капотом или где вырезать отверстие вентилятора. Все, что вам нужно, это турбо или два, чтобы сделать непристойную силу, и мы собираемся показать вам, как получить один.
Что нужно для установки Turbo
Первое: компрессор большой или маленький? На стороне давления или холода турбо системы находится компрессор . Когда отработанный воздух и топливо выходят из выпускного отверстия, он вращает колесо турбины, которое вращает вал турбины, соединенный с колесом компрессора.Размер и шаг колеса, а также форма корпуса определяют, где комбинация воздушного потока и давления наддува наиболее эффективна. Хитрость заключается в том, чтобы выбрать размер компрессора, который обеспечивает этот КПД в диапазоне полезных оборотов. Меньшее колесо компрессора будет более эффективным в диапазоне оборотов, но будет выделять больше тепла при более высоких оборотах двигателя. Это также ограничит поток при более высоких оборотах. Слишком большой компрессор вызовет задержку наддува и возможный скачок компрессора в диапазоне низких оборотов и будет наиболее эффективным при более высоких оборотах двигателя.Поскольку колесо компрессора предсказывает мощность, необходимую для турбины, очень важно правильно подобрать размеры. Слишком маленькая турбина быстро наматывает, но ограничивает верхнюю часть. Слишком большая турбина не может обеспечить достаточную мощность для компрессора на нижнем конце.
Просмотреть все 18 фотографий
Отношение давления и скорректированный массовый расход воздуха — это два числа, которые необходимо оценить компрессором на карте. Выберите турбо с картой компрессора, которая помещает две нанесенные точки между 65 и 70 процентами эффективности для уличного применения.Чтобы получить коэффициент давления, просто добавьте величину повышения в фунтах на квадратный дюйм к стандартному атмосферному давлению (14,7) и разделите его на 14,7. Мы будем использовать 10 фунтов на квадратный дюйм, потому что это приближается к порогу безопасности для газового двигателя с не охлажденным насосом. Коэффициент давления для 302-дюймового двигателя при 6000 об / мин составляет 1,68.
Глядя на карту компрессора, можно ошибиться, просто умножив общую CFM двигателя на коэффициент давления, чтобы получить скорректированный массовый поток воздуха и соединить точки. Правда состоит в том, что скорректированное число массовых воздушных потоков является результатом нескольких сложных вычислений, включающих плотность воздуха, коэффициент давления, CFM двигателя и даже плотность воздуха при наддуве.Если вам удастся пройти математику, вы заметите, что последний кусочек головоломки — это эффективность самого компрессора, определяемая таблицей.
Сокращение ко всему этому — то, что инженер по турбонетике Дейв Остин называет племенным знанием. Посмотрите, что делают другие парни, и посмотрите, работает ли он, или просто позвоните в уважаемую турбо-компанию, чтобы получить некоторые предложения. Например, у Turbonetics есть матрица популярного турбонагнетателя, классифицируемая по размеру двигателя и лошадиным силам, основанная на годах проб и ошибок.Вся сетка слишком велика, чтобы печатать здесь, но вы можете получить доступ к знаниям просто по электронной почте или позвонив в техническую линию. Только обязательно узнайте все подробности о вашем автомобиле и ваших планах по его использованию.
Просмотреть все 18 фотографий
Секунда: Турбина Выбор турбины включает в себя выбор колеса, которое достаточно мало, чтобы быстро и достаточно быстро реагировать на вращение колеса компрессора, чтобы создать желаемое давление наддува и минимизировать противодавление. Основное правило — выбрать наименьший диаметр колеса, который по-прежнему позволяет вам достигать лошадиных сил, не создавая излома.Современные турбины в конечном итоге настраиваются с помощью сменных корпусов турбин с часовым механизмом, поэтому вы можете точно настроить систему, если пропустите отметку.
Чтобы помочь вам выбрать корпус турбины в соответствии с вашими потребностями, производители турбины полагаются на упрощенный инструмент, называемый отношением A / R. A для области и R для радиуса. Отношение A / R — это соотношение между центральной точкой площади поперечного сечения в проходе и радиусом от центра колеса турбины на входе в улитку.Это простое деление A на R. Когда A становится меньше, скорость воздушного потока газа увеличивается, как и его влияние на скорость вращения колеса турбины. Если A становится слишком маленьким, он задохнется и не сможет подавать достаточно энергии в компрессор, и пиковая мощность пострадает. Противодавление в двигателе также становится слишком высоким, вызывая обратный поток в цилиндр при открытии выпускного клапана. По мере увеличения A он сможет доставлять больше энергии к колесу турбины за счет скорости. Эффективность турбины и конструкция турбинного колеса также оказывают влияние, но обычно это A / R и размер турбинного колеса, которые определяют намотку, общий поток воздуха и давление, которые доставляются.Как правило, A / R 1,5 будет обеспечивать большую мощность, а A / R 0,5 будет иметь более низкую скорость отклика. В соответствии с матрицей, двигатели объемом от 5,0 до 6,0 литров будут работать в диапазоне от 0,68 до 0,81 A / R.
В-третьих: отработанные газы и перепускные клапаны Как вы, вероятно, можете себе представить, поскольку давление наддува создается давлением выхлопных газов и вращающимся колесом компрессора, можно подавать двигателю больший наддув, чем октановое число топлива или даже сам двигатель. ручка. Это состояние называется избыточным, и его можно контролировать с помощью клапана, называемого перепускным клапаном, который обходит выхлопные газы вокруг турбины и в поток выхлопных газов.На сточные вентили действуют наддува, чтобы регулировать максимальное количество энергии, подаваемой на турбину, и, следовательно, величину наддува, создаваемого компрессором. Тип, расположение и размер шлюза являются ключом к эффективной системе.
Большинство заводских турбоагрегатов имеют встроенную заднюю дверь, механизм которой встроен в корпус турбины и приводится в действие рычагом, соединяющим компрессор с турбиной. Несмотря на то, что он компактен и функционален для установки с одним или двумя турбонаддувами с низким усилением, он не может быть синхронизирован для установки и помещает затвор в наименее желательную часть системы.Внешние вентиляционные отверстия имеют размер в зависимости от количества энергии, которое вы хотите произвести, и должны быть расположены там, где они могут собирать все импульсы выхлопа, такие как конец коллектора коллектора или коллектора. Следует избегать поворота газов на себя или резких поворотов для выхода из турбины. Поскольку газ пойдет по пути наименьшего сопротивления, возможно, что при высоких оборотах турбина продолжит увеличивать скорость, если путь к выхлопу ограничен или перепускной клапан слишком мал.
Просмотреть все 18 фотографий
Перепускной клапан установлен на холодной стороне системы и предназначен для предотвращения скачков напряжения и повреждения компрессора. В ситуации высоких оборотов / высокого наддува, если вы быстро поднимите дроссель, давление не попадет во впускной коллектор. Поскольку турбина и компрессор все еще вращаются, давление на лопасти дросселя складывается. Это давление может заблокировать колесо компрессора или вызвать помпаж, когда оно меняет направление, создавая область низкого давления и повышая и понижая скорость компрессора.Перепускной клапан просто сбрасывает давление в атмосферу, когда дроссель закрыт. Это также источник чирикающего звука, который вы иногда слышите, когда турбомашины поднимаются для переключения передач.
Четвертый: нагрев, детонация и промежуточное охлаждение Ранние заводские турбо-автомобили не имели промежуточного охладителя и, следовательно, не имели защиты от дополнительного нагрева, создаваемого способностью turbo быстро сжимать и нагревать поступающий воздух . Это, в сочетании с бензиновым насосом, привело к детонации, которая до сих пор является первым способом уничтожения вашего двигателя.Решение варьировалось от ужасных статических коэффициентов сжатия до 6,0: 1 до Turbo Rocket Fluid от Turbo Corvairs, который на самом деле представлял собой кувшин вода / метанол, который вводили в поток всасываемого воздуха для охлаждения заряда. Это работало отлично, пока вы не забыли заполнить его. Двигатели с низким сжатием и большими турбинами, предназначенные для вялых уличных автомобилей с низкой частотой вращения, которые внезапно просыпаются от внезапной избыточной поворачиваемости и диких дымных рыбьих хвостов. Спросите любого, кто владел Porsche 930 ранних 70-х.
Идея эффективного двигателя с разумной степенью сжатия, который имеет хороший отклик на низкой скорости и использует достаточное ускорение для создания реальной мощности, возможна с интеркулером.Промежуточный охладитель — это просто теплообменник, который расположен между компрессором и воздухозаборником для уменьшения тепла, которое было добавлено в процессе сжатия воздуха. На поверхности, промежуточное охлаждение воздушного заряда позволяет вам запускать больше наддува или использовать меньшую турбину на двигателе с масляным охлаждением. На самом деле он стабилизирует загрузку воздуха на впуске, чтобы предотвратить детонацию, и расширяет всю карту компрессора, что позволяет вам получать большую мощность с меньшим двигателем и меньшим насилием. Мы также рекомендуем использовать MSD с регулируемой кривой газораспределения или систему управления опорным временем, чтобы избежать дребезжания двигателя.
Просмотреть все 18 фотографий
Во избежание утечек из выхлопных газов в комплект входят шаровые фланцевые соединители. Вы можете купить их отдельно от Hellion, если вы хотите обновить свой текущий выхлоп.Пятый: Топливные системы Чтобы увеличить мощность, вам потребуется больше топлива. Существует трех типов установок : продувочные и протяжные карбюраторные и продувочные системы с впрыском топлива. В протяжной карбюраторной системе имеется ряд неисправностей, наихудшим из которых является наличие воздушно-топливной смеси, проходящей через компрессор, и отсутствие опции промежуточного охладителя.Система продувки немного менее загадочна и работает по тем же принципам, что и любая система продувки центробежных нагнетателей. Поэтому, прорывные углеводы, которые созданы специально для этой цели, уже доступны. Мы добились хороших результатов, используя Quick Fuel и Carb Shop с продувкой готовых карбюраторов и 10 фунтов ускорения, в том числе 600 л.с. с ATI ProCharger на Ford 302.
Если у вас есть двигатель с впрыском топлива и вы работаете 5 до 6 фунтов наддува, вы можете использовать FMU (блок управления топливом), который повышает давление топлива или добавляет топливо для обогащения каким-либо другим способом, или переходите к контроллеру вторичного рынка, чтобы переназначить кривую топлива и запустить более крупные инжекторы.На 5,0-литровом Mustang насос в баке объемом 255 галлонов в час и инжекторы 42 фунта / час можно настроить на 550 оборотов в час.
В карбюраторных автомобилях необходим регулятор топлива с наддувом, который увеличивает давление топлива вместе с кривой наддува.
Просмотреть все 18 фотографий
Шестое: Sourcing A Turbo Используя математику, вы можете построить полную систему на бумаге. Используя науку о картах компрессоров и некоторое представление о размерах и диапазоне оборотов вашего двигателя, вы можете добавить практически любой турбонаддув к любому двигателю .Хитрость заключается в наличии карт и соотношений A / R корпуса турбины и размеров колес турбины. Небольшие заводские двигатели дают небольшие турбины с внутренними задвижками, которые нужно будет запускать попарно на V-8. Они также обычно охлаждаются водой на оригинальных транспортных средствах для долговечности. Они полезны, но далеко не оптимальны. В качестве примера, давайте возьмем Garrett T03 от ’85 до ’86 T-Bird Turbo Coupe. У купе с автоматической коробкой передач есть один турбо с соотношением A / R 0,48, а у стандартного купе A / R = 0.63 и карте эффективности компрессора, рассчитанной на 2,3-литровый четырехцилиндровый двигатель. Используя карту на боковой панели Junkyard Turbo, вы можете увидеть, что при соотношении давления наддува 1,68 (14,7 + 10 / 14,7 = 1,68) легко снизить турбины до 65-68% эффективности. Чтобы повысить эффективность, вам нужно увеличить ускорение до неровного края повышения безопасности. С большим двигателем будет еще хуже. Это работоспособно; вам просто нужно быть осторожным с тем, что вы делаете.
Приманка на турбированной свалке за 80 долларов заманчива, но перед покупкой взгляните на парней, которые действительно развлекаются, и посмотрите, что они используют.Существует разрыв между оборудованием 80-х и новыми переработанными заводскими турбинами, которые появились в основном на импортных автомобилях в 90-х годах. Простые достижения, такие как количество компонентов, конструкция подшипников, колесные накладки и материалы, изменились в лучшую сторону. Давайте возьмем турбины Garrett GT в качестве примера. Количество движущихся частей было уменьшено с ранней модели T со среднего числа 54 компонентов до примерно 29. Это сокращение на 45 процентов деталей снижает риск отказов компонентов. У GT также есть патрон шарикоподшипника, который устраняет опорные подшипники (которые на самом деле больше похожи на втулки) и известный упорный подшипник со слабым звеном.Более качественные подшипники означают меньшее количество масла, проходящего через турбокомпрессор, и уменьшенную вероятность утечек или того, что вышедший из строя подшипник разрушит турбокомпрессор и загрязнит моторное масло.
Вы также получаете преимущество более легких, хорошо сконструированных компрессорных и турбинных колес, которые создают большую мощность с меньшими задержками и нагревом. Новые турбины оснащены современными картами компрессоров с более широким разнообразием соотношений A / R и корпусами турбин с часовым механизмом, различными вариантами размеров колес и технической поддержкой для решения проблем. Алюминиевые колеса компрессора могут быть сняты со стального вала, поэтому послепродажные компании могут предлагать различные варианты отделки для точных рабочих характеристик, а также смешивать и подбирать компрессоры и комбинации турбин.В результате получается отзывчивая система, которая работает круто и вырабатывает энергию вместо того, что вам не понравится.
Просмотреть все 18 фотографий
Обратите внимание на порт кислородного датчика для заводского EFI (стрелка). Выход турбины всегда должен быть больше, чем вход. Чтобы покрыть двигатель мощностью от 500 до 800 л.с., входное отверстие должно быть не менее 2,75 дюйма, а выходное отверстие должно быть не менее 3,5 дюйма в диаметре.Junkyard Turbo Герои Junkyard утверждают, что вы можете ударить по турбине Thunderbird и отправиться в город.Это может быть правдой, но вы многим от этого откажетесь. Помимо улучшений в технологии подшипников, которые увеличивают долговечность и производительность турбонагнетателя, карты эффективности компрессора на более новых компрессорах гораздо шире, что позволяет вам работать с большим ускорением в более широком диапазоне оборотов, чем у оригинального оборудования. Вы также можете избежать использования одной турбины для достижения того же уровня мощности.
Просмотреть все фотографии: 18
Это карта от «хорошего» Ford Thunderbird 85 до 86 года. Обратите внимание, что линия помпажа сужает область использования карт, и турбина должна вращаться примерно на 40000 об / мин быстрее, чем 60-1, чтобы выполнить работу.Turbo Условия Повышение: Любое давление над атмосферой, измеренное во впускном коллекторе.
Порог повышения: Самые низкие обороты двигателя, при которых турбина может производить полезное усиление.
Карта компрессора: Сетка чисел, используемая в качестве инструмента для оценки эффективности турбины по отношению к двигателю.
Компрессор компрессора: Воздух, который резервируется, вызывая нестабильность скорости турбины при внезапном закрытии дроссельной заслонки.
Lag: Задержка между изменением положения дроссельной заслонки и получением полезного ускорения.
Линия помпажа: Линия, которая следует за крайним левым краем острова эффективности на карте компрессора, где турбо становится нестабильным.
| Прохладные книги о Turbos | |
| Заголовок | Источник |
| Максимальный импульс от Corky Bell | Bentley Publishers |
| Руководство по производительности с турбонаддувом от Джеффа Хартмана | Motorbooks |
| Турбокомпрессоры от Hugh MacInnes | Motorbooks |
| Turbo: Реальные высокопроизводительные турбокомпрессорные системы от Jay K.Миллер | SA Design |
| Запчасти | ||
| Описание | PN | Цена |
| Hellion Heat System | N / A | $ 3,999 |
Крис Вудфорд. Последнее обновление: 6 января 2020 г.
Нет такого понятия, как совершенное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, более эффективный или более экологичный. Возьми внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приведенный в действие жидкостью может швырнуть Вас по шоссе или ускорить Вас через небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать.Но это всегда можно построить двигатель, который будет двигаться быстрее, дальше или использовать меньше топлива. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбонагнетатель пара вентиляторов, которые используют отработанную выхлопную мощность в задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше «ооо», чем вы в противном случае получить. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотрись!
Фото: типичный автомобильный турбонагнетатель использует пару вентиляторов в форме улитки, как это.Здесь вы видите Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делькора любезно предоставлено ВМС США.
Что такое турбокомпрессор?
Фото: два вида безмасляного турбонагнетателя, разработанного НАСА. Фото предоставлено Исследовательский центр Гленна НАСА (NASA-GRC).
Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины с дымящимися выхлопными газами? Очевидно, что выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше Очевидно, что они тратят энергию в то же время.Выхлоп есть смесь горячих газов, откачивающихся со скоростью и всей энергии содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезают бесполезно в атмосферу. Не было бы аккуратно, если бы двигатель Можно ли использовать эту затраченную энергию для ускорения движения машины? Это именно то, что делает турбокомпрессор.
Автомобильные двигатели получают мощность, сжигая топливо в прочных металлических банках, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, поворачивая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается назад, он откачивает отработанный воздух и топливная смесь из цилиндра в качестве выхлопа. Количество силы автомобиль может производить напрямую связан с тем, насколько быстро он сжигает топливо. Чем больше у вас баллонов и чем они больше, тем больше топлива автомобиль может гореть каждую секунду и (теоретически, по крайней мере) быстрее можешь идти.
Один из способов сделать машину быстрее, это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спортивные автомобили как правило, имеют четыре и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычной семейной машине.Другой вариант заключается в использовании турбокомпрессор, который каждую секунду нагнетает больше воздуха в цилиндры, они могут сжигать топливо с большей скоростью. Турбокомпрессор простой, относительно дешевый, дополнительный немного комплекта, который может получить больше энергии от того же двигателя!
Как работает турбокомпрессор?
Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбокомпрессора автомобиля. реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выбрасывает горячий воздух из спины.Так как горячий воздух уходит, он ревет мимо турбины (немного похоже на очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который выталкивает воздух в двигатель заставить топливо гореть правильно. Турбокомпрессор на автомобиль наносит очень принцип, аналогичный поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это раскручивает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбонагнетатель, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он питается от вращающегося коленчатого вала автомобиля. Обычно это недостаток: если турбонагнетатель работает от ненужной энергии в выхлопе, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника питания автомобиля (коленчатого вала), что, как правило, бесполезно.
Фото: сущность турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой поворачивается тоже. Фото любезно предоставлено NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Как работает турбонаддув на практике? Турбокомпрессор — фактически два маленьких воздушных вентилятора (также названный рабочими колесами или газовые насосы) сидят на одном металлическом валу так, что оба вращаются вокруг все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в поток выхлопных газов из цилиндров. Как цилиндры дуют горячий газ мимо лопасти вентилятора, они вращаются и вал, к которому они подключены (технически называется вращающийся узел центральной втулки или CHRA) вращается также.Второй вентилятор называется компрессором и, поскольку он сидит на одном валу с турбиной, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, поэтому при вращении он притягивает воздух в машину и выталкивает его в цилиндры.
Теперь здесь есть небольшая проблема. Если вы сжимаете газ, вы делаете его горячее (вот почему велосипедный насос прогревается, когда вы начинаете накачивать шины). Hotter воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше помогает сжигать топливо, поэтому было бы гораздо лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, охлаждался до его поступления цилиндры.Чтобы охладить его, выход компрессора проходит через теплообменник, который удаляет дополнительный нагрев и каналы это в другом месте.
Как работает турбокомпрессор — внимательнее
Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который направляет воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вот как это все работает:
- Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
- Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
- Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова выдувает его.
- Горячий сжатый воздух из компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
- Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре с большей скоростью.
- Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он вырабатывает энергию быстрее и может передавать больше энергии колесам через поршень, валы и шестерни.
- Отработанный газ из цилиндра выходит через выпускное отверстие.
- Горячие выхлопные газы, проходящие мимо вентилятора турбины, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
- Вращающаяся турбина установлена на том же валу, что и компрессор (показана здесь бледно-оранжевой линией). Таким образом, когда турбина вращается, компрессор тоже вращается.
- Выхлопные газы покидают автомобиль, тратя меньше энергии, чем в противном случае.
На практике компоненты могут быть подключены примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через воздухозаборник, приводя в действие компрессор (синяя слева), который забирает чистый наружный воздух и закачивает его в двигатель. Эта конкретная конструкция оснащена электрической системой охлаждения (зеленого цвета) между турбиной и компрессором.
Artwork: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США №7946118: охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением, выполненного Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выданным 24 мая 2011 года.Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Откуда берется дополнительная сила?
Турбокомпрессоры дают автомобилю большую мощность, но эта дополнительная мощность не поступают непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда смущает людей. С турбокомпрессором, мы используем часть энергии в выхлопе для привода компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо, где автомобиль имеет дополнительную мощность происходит от. Все выхлопные газы питают турбокомпрессор и, потому что турбокомпрессор не связан с коленчатым валом или колесами автомобиля, это не непосредственно , добавляя к движущей силе автомобиля любым способом.Это просто позволяет Тот же двигатель для сжигания топлива с большей скоростью, что делает его более мощным.
Сколько дополнительной мощности вы можете получить?
Если турбокомпрессор даст двигателю большую мощность, больший и лучший турбокомпрессор даст это еще большая сила. Теоретически, вы можете продолжать улучшать турбокомпрессор сделать ваш двигатель все более и более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры очень большие, и они могут сжечь столько топлива. Там только столько воздуха, что вы можете нагнетать в них через впуск определенного размера, и только столько выхлопных газов, которые вы можете выбросить, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для управления турбонагнетателем.Другими словами, в игру вступают другие ограничивающие факторы, которые вы должны принять во внимание. счет также; Вы не можете просто турбировать свой путь в бесконечность!
Преимущества и недостатки турбокомпрессоров
Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и на более или менее любых тип транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус). Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете больше мощности для двигателя одинакового размера (каждый такт поршня в каждом цилиндре вырабатывает больше энергии, чем в противном случае).Однако, чем больше мощность, тем больше энергии вырабатывается в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что это означает, что вы должны также вкладывать больше энергии, поэтому вы должны сжигать соответственно больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него. Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, вырабатывающий ту же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении.Производители теперь часто могут сойти с рук, установив гораздо меньший двигатель на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом вместо V6). И здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: работая хорошо, они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива. Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они имеют тенденцию сжигать его более тщательно и чисто, производя меньше загрязнения воздуха.
« Большинство экспертов отрасли ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, продаваемых в Соединенных Штатах, будут оснащены одним. ”
The New York Times, 2018
Больше мощности для двигателя того же размера звучит замечательно, так почему же не все двигатели с турбонаддувом? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как того требовали производители (стремящиеся использовать любые маркетинговые преимущества над своими конкурентами). В одном из исследований Consumer Reports 2013 года были обнаружены небольшие двигатели с турбонаддувом, обеспечивающие значительно более низкую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и сделан вывод: «Не принимайте эко-хвасту от двигателей с турбонаддувом по номинальной стоимости.Существуют более эффективные способы экономии топлива, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность также часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые можно Неправильно. Это может сделать обслуживание турбин значительно дороже. По определению, турбонаддув — это все, что нужно для получения большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к преждевременному выходу деталей из строя; поэтому, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом не работают так долго.Даже вождение может быть другим с турбинами: поскольку турбонагнетатель работает на выхлопных газах, часто существует значительная задержка («турбо-лаг») между тем, когда вы ставите ногу на акселератор, и когда включается турбина, и это может привести к турбо автомобили очень разные (а иногда и очень сложные) для вождения. В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывали частично или полностью электрические турбонагнетатели для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Borg — eBooster®.
кто изобрел турбокомпрессор?
Кого мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), автомобильный инженер, работающий в компании Gebrüder Sulzer Engine Company, Винтертур, Швейцария. Как и турбокомпрессор, который я проиллюстрировал выше, его оригинальная конструкция использовала вал турбины с приводом от выхлопа для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя. Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.
ОднакоБючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугальд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с использованием двух отдельных цилиндров. Это работало как наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндре, так и количество топлива, которое можно было сжечь. Другие инженеры, включая Луи Рено, Готлиба Даймлера и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.
Произведение искусства: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бучи, выпущенный в конце 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопной газ из цилиндра подается вокруг трубы (зеленого цвета), которая приводит в движение турбину. Это связано с оранжевым «нагнетателем» (компрессор) и охладителем (синяя коробка), который выталкивает воздух в цилиндр через синюю трубу.Существуют и другие сложные элементы, но я не буду вдаваться во все детали; если вам интересно, взгляните на патент США №1955620: двигатель внутреннего сгорания (подается через патенты Google). Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
,Как это работает: турбонаддув | Вождение
Раньше турбокомпрессоры использовались в основном на спортивных автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками. Они по-прежнему дают быстродействующим автомобилям дополнительный прирост мощности, но все чаще автопроизводители используют их на двигателях меньшего размера для повышения мощности при необходимости, но с большей общей экономией топлива. Они также используются практически на всех дизельных двигателях для увеличения мощности.
Турбокомпрессор — это, по сути, воздушный насос, который подает дополнительный кислород в двигатель по мере необходимости, так что он может сжигать больше топлива для увеличения мощности.
Двигатели содержат поршни, которые перемещаются вверх и вниз в цилиндрах. Они поворачивают тяжелый центральный коленчатый вал, так же, как ваши ноги двигаются вверх и вниз, приводя в движение велосипед. Вращательное движение коленчатого вала используется для поворота колес автомобиля.
Двигатель Audi 3.0-L V6 с двумя турбонагнетателями, установленными последовательно.Что заставляет все это двигаться, так это пары воздуха и бензина в верхней части поршня. Когда это зажигается свечой зажигания, сила сгорания толкает поршень вниз, чтобы повернуть рукоятку.Сгоревшие газы затем удаляются в виде выхлопных газов.
Каждый поршень смещается вниз в начале своего цикла, создавая вакуум. В нетурбинном двигателе, известном как безнаддувный, воздух приливается, когда открывается впускной клапан, но он может заполнять цилиндр только при атмосферном давлении. Сжигание большего количества топлива приводит к большей мощности, но поскольку топливно-воздушная смесь должна быть точной, чтобы двигатель работал правильно, добавление большего количества бензина не будет работать, и цилиндр не сможет втянуть дополнительный воздух.
В двигателе с турбонаддувом турбонагнетатель нагнетает больший объем воздуха под давлением, и компьютер автомобиля отвечает, добавляя правильное количество дополнительного топлива.
Турбо работает от выхлопных газов. Одна сторона турбины расположена у выпускного коллектора, другая — у воздухозаборника двигателя и содержит два небольших вентилятора, соединенных валом. Когда выхлоп проходит через турбо, он вращает один вентилятор, называемый турбиной. Это, в свою очередь, приводит в движение второй вентилятор, называемый компрессором, который всасывает свежий воздух, создает давление в нем и нагнетает его в двигатель. Разница между атмосферным давлением и величиной давления воздуха, которое обеспечивает турбонагнетатель, называется повышением и измеряется в фунтах на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм).
Вместо турбонаддува некоторые автомобили используют нагнетатель, который также нагнетает воздух, но механически движется от коленчатого вала двигателя вместо потока выхлопных газов.
Вырез турбокомпрессора, показывающий вентиляторы турбины и компрессора, соединенные валом.Одна из проблем, связанных с турбонаддувом, заключается в том, что воздух нагревается при сжатии, а это противоположно тому, что вы хотите. Холодный воздух более насыщен кислородом, поэтому его можно смешивать с большим количеством топлива и правильно сжигать в цилиндре.Автопроизводители добавляют теплообменник, называемый интеркулером, к турбосистеме, которая поглощает тепло и снижает температуру воздуха, поступающего в цилиндры двигателя.
Вентиляторы Turbo вращаются очень быстро — до 250 000 оборотов в минуту или более — и существует вероятность слишком высокого давления в двигателе при максимальной нагрузке. Если это произойдет, откроется клапан, называемый перепускным клапаном, который отводит некоторые выхлопные газы от турбины.
Турбокомпрессор не поддерживает двигатель все время.Если вы едете умеренно, достаточно воздуха, всасываемого при атмосферном давлении, и двигатель работает как атмосферный. Когда вы нажимаете на газ, двигатель работает тяжелее и создает большее давление выхлопных газов. Это раскручивает турбокомпрессор, который, в свою очередь, повышает мощность двигателя, который, в свою очередь, получает больше топлива — вот почему эти двигатели небольшого объема могут внезапно стать намного жаждущими, чем ожидалось, когда вы жестко управляете ими. (С другой стороны, дополнительный кислород способствует более полному сгоранию топлива в цилиндре, что повышает эффективность двигателя и снижает вредные выбросы.)
Турбокомпрессор также создает головную боль для инженеров, потому что он не сразу работает на полную мощность. Существует небольшая задержка между моментом, когда вы опускаете ногу, и когда турбонагнетатель разворачивается на достаточную скорость, чтобы обеспечить ускорение и дать вам желаемый всплеск ускорения. Это известно как турбо лаг.
Раньше это было гораздо более заметно на старых автомобилях, но сегодня автопроизводители используют разные методы, чтобы уменьшить его. Используются легкие лопатки турбин, поэтому для их вращения требуется меньше давления.Турбокомпрессоры меньшего размера вращаются быстрее, и некоторые автопроизводители ставят два из них на двигатель, комбинируя маленький для быстрого начального ускорения с большим, который может обеспечить большую мощность при более высоких оборотах двигателя. Для достижения этого несколько автопроизводителей, включая Volvo, используют как нагнетатель с механическим приводом, так и турбонагнетатель с выхлопом.
Другая технология — это изменяемая геометрия, которая автоматически регулирует поток выхлопных газов в колесо турбины в зависимости от частоты вращения двигателя и требований к мощности.
Двигатели с турбонаддувом, как правило, не требуют дополнительного обслуживания, за исключением случаев, когда автомобиль выполняет замену масла и замену свечи зажигания. Некоторые более новые турбодвигатели работают нормально на бензине обычного качества, но проверьте руководство своего владельца на предмет требований премиум-класса.
Большинство автопроизводителей просто говорят «с турбонаддувом», но некоторые используют фирменные названия, такие как TFSI от Audi (для многослойного впрыска с турбонаддувом) или Ford EcoBoost. Если вы не уверены, спросите, если это турбо, прежде чем купить.