Установка компрессора на атмосферный двигатель: Avto — турбирование атмосферных двигателей , СВАП, установка компрессоров |

Содержание

характеристика, функционал, особенности работы, установка и подключение компрессора

Всем известно, что мощность атмосферных двигателей внутреннего сгорания сильно зависит от рабочего объема. Также мощность ограничена физическим размером двигателя. Если говорить простыми словами, то атмосферные моторы затягивают воздух с улицы посредством разрежения, возникающего в результате движения поршней в цилиндрах. При этом от количества воздуха зависит и количество топлива, которое в дальнейшем сгорит. Чтобы повысить мощность атмосферных двигателей, необходимо увеличивать рабочий объем, но можно также поступить проще – установить компрессор для двигателя.

Так, мощность вырастет за счет подачи в камеры сгорания воздуха под определенным давлением. Объем цилиндра и число камер сгорания можно не увеличивать. Воздух будет нагнетаться внутрь двигателя в принудительном порядке, что автоматически увеличит количество горючего в топливной смеси. Такой заряд сгорит с максимальной отдачей. Это не что иное, как наддув.

Для технической реализации наддува используют системы турбонаддува и механические компрессоры для двигателя. Каждое решение имеет свои недостатки и преимущества. При этом нагнетатель механического типа можно установить даже своими руками на любой атмосферный двигатель автомобиля.

История наддува

Впервые идея принудительной подачи в двигатель большего количества воздуха посредством энергии вращения появилась в светлой голове Готтлиба Даймлера в 1885 году. Затем в 1905 году Альфред Бюхи, австриец, запатентовал аналогичное решение, работающее на мощности выхлопных газов. Однако, прежде чем это смогли реализовать, прошло немного времени. Первая машина, оснащенная механическим компрессором для двигателя, появилась лишь в 1921 году.

Тогда необходимо было решить проблему потери мощности при наборе высоты. Этой первой машиной оказался «Мерседес-Бенц». Конкретную модель история умалчивает. Затем технология наддува нашла применение в грузовых автомобилях и в грузоперевозках в целом. Дополнительная мощность была очень кстати на дизельных силовых агрегатах судов и поездов. Легковой автомобиль, на который впервые был установлен принудительный нагнетатель, – Oldsmobile Jetfire с V8 на 215 лошадиных сил.

Виды наддува

К наддувам, а под этим стоит понимать только механические схемы, относят компрессор с механическим приводом и турбокомпрессор. Приводные нагнетатели чаще всего устанавливаются вдоль блока цилиндров на рядных двигателях. На V-образных блоках компресс можно обнаружить в развале между половинками мотора. Такой компрессор для двигателя приводится в действие посредством приводного ремня, а крутящий момент отбирается от коленчатого вала. Воздух прессует двумя винтовыми роторами или же крыльчаткой. Устройство популярных моделей компрессоров мы рассмотрим позже.

Что касается турбины, то она приводится в действие за счет выхлопных газов, которые вылетают из камер сгорания под высоким давлением. Эти газы и заставляют вращаться крыльчатку турбины. Чаще всего турбокомпрессор установлен за выпускным коллектором. В некоторых моделях группы VAG («Фольксваген», «Ауди» и «Шкода») турбина является часть компрессора.

Отдельно стоят и электрические компрессоры на атмосферный двигатель. Их преимущество в том, что нет отбора мощности от двигателя и при работе отсутствует турбояма, характерная для турбокомпрессоров, так как он приводится в действие от электрического двигателя. Но эта схема пока провоцирует массу вопросов.

Также имеются и безагрегатные системы наддува. Это повышение давления на впускном тракте за счет скорости движения воздуха и особой формы и размеров воздушных патрубков. Избыточное давление – это дополнительная мера повышения мощности для атмосферных моторов. Такая схема реализована в автомобиле «Панамера GTX» от «Порше».

В этой группе можно выделить такие решения, как компрессор Рутса, Линсхольма, а также центробежный компрессор. Рассмотрим их устройство и особенности.

Все виды приводных нагнетателей объединяют общие преимущества. Это простота: установить компрессор на двигатель смогут даже люди, далекие от тюнинга. Также приводные конструкции эффективны на различных оборотах коленчатого вала. В них нет турбоямы, которая является особенностью турбин.

Недостатком считается то, что крутящий момент отбирается от двигателя. Мотор теряет мощность, на него повышается нагрузка. Однако после монтажа можно ощутить прирост мощности до 46 процентов.

Роторный компрессор Roots

Сейчас на авто можно встретить это решение. Например, такой компрессор двигателя на «Мерседес» в 230-м кузове. Он практически не менялся со времен изобретения. Два ротора, вращающихся навстречу друг другу с двумя, тремя или четырьмя лопастями подают воздух непосредственно во впускной коллектор двигателя, создавая в нем давление. Из коллектора воздух подается уже в камеры сгорания.

Винтовые компрессоры

Эти устройства работают немного на другом принципе. Так, в одном корпусе располагаются два винта, имеющих сложную форму.

Они также вращаются навстречу друг другу. Винты за счет особенностей захватывают воздух и доставляют его к выпуску, одновременно сжимая. Мощность и производительность этих моделей значительно выше, чем характеристики роторных решений. Компрессор не создает турбулентности воздушных потоков на высоких оборотах двигателя.

Особенности

И первый, и второй варианты функционируют без дополнительных смазочных материалов. Смазаны только подшипники на валах. Корпус, вращающиеся элементы разделяются между собой небольшими зазорами. Поэтому нет нужды и в охлаждении компрессора после того, как двигатель остановится.

Вращение валов синхронизируется при помощи шестеренчатой передачи от ведущего вала. Он соединен ремнем с коленчатым валом. Далее крутящий момент передается на ведомый. Так добиваются высокой точности работы без сильного трения и перегревов.

Устройство центробежного компрессора

В конструкции имеются лишь один-единственный вал. На нем надежно установлена крыльчатка. Когда она вращается, то захватывается поток воздуха из центра и отбрасывается по периметру. Далее воздушный поток поступает в специальный напорный патрубок. Это позволяет сделать компрессор с минимальными размерами, небольшим весом и высокой производительностью.

Турбокомпрессор

Конструкция такого нагнетателя также предельно простая. На одном валу установлены крыльчатки. Каждая из этих двух крыльчаток вращается в своем отдельном корпусе. Одна из них вращается за счет потока выхлопных газов. Вторая, связанная с первой, вращается и сдавливает воздух во впускной тракт. Чем выше обороты коленчатого вала, тем выше мощность компрессора.

Особенность в том, что здесь имеется зависимость оборотов турбины не от частоты вращения коленчатого вала, а от силы потока выхлопных газов. Здесь есть связь с так называемой турбоямой – это задержка реакции срабатывания турбины при нажатии на педаль газа. Внешне – это секундная задумчивость двигателя, которая затем сразу же сменяется резким подхватом. Инженеры всеми силами борются с этой проблемой самым разными методами – так, например, устанавливают электрический двигатель для воздушного компрессора, баллон со сжатым воздухом.

Процесс установки связан с определенными трудностями. Так как нагрузка достаточно высокая, а количество оборотов турбины может достигать 300 тысяч оборотов, то турбине нужна постоянная смазка. Ее подсоединяют к масляной магистрали и подводят под давлением смазку. Поэтому поставить компрессор на двигатель такого плана можно только при помощи специалистов. Проведенный самостоятельный монтаж ни к чему хорошему не приведет.

Двойной наддув

Это не что иное, как две турбины, соединенные параллельно, последовательно или ступенчато.

Вначале решение предназначалось для того, чтобы устранить турбояму, но также мощность двигателя компрессора здесь выше, а значит, выше и мощность двигателя. Кроме того, удалось оптимизировать режимы работы мотора и снизить расход горючего.

Наддув с параллельными турбинами

Система состоит из двух турбин, имеющих одинаковые характеристики. Они подключены друг к другу параллельно. Таким наддувом можно комплектовать мощные V-образные силовые агрегаты. Каждый турбокомпрессор соединяется с отдельным ответвлением выпускного коллектора. Плюсы здесь в том, что можно ставить небольшие турбины. Они легче раскручиваются, за счет чего и уменьшается турбояма.

Последовательное соединение

Здесь также работает две турбины. Одна из них задействована постоянно. Вторая запускается по мере необходимости. Воздух из двух турбин подается к одному впускному коллектору.

Двухступенчатый наддув

Это сложное, однако интересное и эффективное решение. Здесь работают две турбины, соединенных последовательно. Они имеют разные размеры, соединены между собой патрубками, а также перепускными клапанами. На небольших оборотах задействована меньшая турбина. Она легче, и инерция ее меньше. На средних оборотах двигателя срабатывает большая турбина. Обе всегда работают последовательно. Но это еще не все нюансы. На максимальных оборотах коленчатого вала ДВС большая турбина отключается.

Регулировка системы осуществляется посредством датчиков и электромагнитных клапанов, которые открывают или закрывают определенные участки выпускного тракта.

Установка

Зачастую приобретают уже готовые установочные комплекты, которые включают в себя все необходимое, но их стоимость достаточно высокая. Также можно купить комплект от иномарок, адаптированный под разные модели двигателей. Еще один вариант – китайские комплекты. Здесь при монтаже нужны лишь минимальные доработки. Работа потребует знаний и навыков. Нужно, как минимум, уметь отличать турбину от двигателя компрессора кондиционера.

всё о компрессорах и турбинах

Человек – существо неугомонное. После того, как появился первый автомобиль, желание ездить быстрей и быстрей не дает покоя ни конструкторам, ни автогонщикам, ни почтенным отцам многодетных семейств. Еще чуть больше скорости, чуть выше мощность, быстрей разгон – так по крупицам изобретались, тестировались и внедрялись в жизнь различные улучшения двигателей.

Как увеличить мощность двигателя? Чтобы получить больше силы на выходе, нужно дать больше энергии на входе, а значит, сжечь в двигателе больше топлива. Поскольку законы физики обойти еще никому не удалось, самым простым способом будет увеличение объема двигателя. Чем больше топлива сгорает в цилиндре, тем больше энергии высвобождается. Но этот путь вскоре завел в тупик: увеличивать объем нужно вместе с весом самого двигателя, и с определенного момента такой прирост теряет смысл: мотор становится настолько тяжелым и сложным, что вместо повышения эффективности системы ее показатели, наоборот, снижаются. Но до этого человеческий гений породил таких монстров, как 16-цилиндровые двигатели, разработанные для гоночных автомобилей.

BRM V16: 16-цилиндровый двигатель с компрессором, угол между цилиндрами 135 градусов, объем 1,5 л, мощность 475 л.с. при 11500 об/мин (пиковая мощность 500-600 л.с.), занявший 5-е место на Гран-при в Британии в 1951 г.

Если увеличивать объем двигателя можно только до определенного предела, то второй вариант – просто подать больше топлива в цилиндр. Но тут появляется другая проблема: одновременно необходимо подать и больше воздуха, чтобы сохранить оптимальное (стехиометрическое) соотношение – 14 объемных частей воздуха на 1 часть топлива, необходимое для полного сгорания. Конструкторы пришли к выводу, что при неизменном объеме цилиндра больше воздуха к топливу можно подать только с помощью искусственного наддува. Так появилась идея компрессоров и турбин, позволяющих увеличить мощность двигателя без изменения его кубатуры. Как правило, компрессорами называют устройства, работающие от коленвала двигателя, а турбинами – приводимые в движение потоком выхлопных газов. Но в обоих случаях назначение их одинаково: подача дополнительного воздуха в камеру сгорания для увеличения мощности двигателя.

Приводные компрессоры

Роторный компрессор, Roots, Рутс

Первый вариант конструкции, который и сейчас можно встретить на некоторых автомобилях. Два встречно вращающихся ротора (двух- трех- или четырехлопастных) подают воздух во впускной коллектор, нагнетая в нем давление, а из коллектора воздух под напором поступает в цилиндры двигателя.

Винтовой компрессор, Lysholm, Лисхольм

Принцип действия несколько отличается от роторного: в корпусе расположены два встречно вращающихся винта сложной формы, которые захватывают воздух в канавки и транспортируют его к выпуску с одновременным сжатием. Производительность винтового компрессора намного выше, чем роторного, и он не создает турбулентности воздушного потока на высоких оборотах.

Такая конструкция требует высокой точности изготовления и качественных материалов, поэтому всегда стоила намного выше, чем роторная. Можно сказать, что винтовой компрессор относится к устройствам класса «люкс».

И роторный, и винтовой компрессоры работают без присутствия масла (за исключением подшипников валов). Корпус и сами вращающиеся детали разделены между собой микрозазорами, и по этой же причине не нуждаются в остаточном охлаждении после остановки двигателя.

Синхронизация вращения валов выполнена с помощью шестеренчатой передачи от ведущего вала (соединенного ременным шкивом с коленвалом двигателя) к ведомому, позволяющей добиться высокой точности работы компрессора, без трения и перегрева.

Центробежный компрессор

В его конструкции используется только один вал, на котором закреплена крыльчатка. При вращении крыльчатка захватывает воздух из центра и отбрасывает его по периметру, откуда он поступает в напорный патрубок. Такая конструкция позволяет сделать компрессор негабаритным, легким, при этом не теряя в производительности.

Все приводные нагнетатели (компрессоры) объединены общими достоинствами: простота монтажа, эффективность при различной скорости оборотов, отсутствие перегрева и турболага (турбоямы) – типичной проблемы турбин.

А основной общий недостаток – привод от двигателя, в результате чего немного теряется мощность и увеличивается нагрузка на него. Но, несмотря на это, установка компрессора себя оправдывает: в среднем нагнетатель дает прирост 46% к мощности двигателя.

Турбонагнетатель (турбокомпрессор, турбина)

Несмотря на разнообразие конструкций приводных компрессоров, признание автолюбителей завоевали турбины – нагнетатели с турбо-приводом.

Турбина приводится в действие не от коленвала, а от потока выхлопных газов. Такая конструкция полностью устраняет нагрузку на двигатель и не требует дополнительных мощностей для работы.

Выхлопные газы, проходя в полость турбины, приводят в движение ротор, закрепленный на одном валу с крыльчаткой. А крыльчатка, в свою очередь, во время вращения накачивает воздух в систему впуска по тому же принципу, что и центробежный компрессор.

Особенностью турбины является зависимость скорости вращения не от оборотов двигателя напрямую, а от силы потока отработанных газов. С этим связано явление турбоямы или турболага – задержки реакции турбины (а следовательно, и набора мощности двигателем) при нажатии на педаль акселератора. Внешне это выглядит как секундная «задумчивость» мотора, которая затем сменяется резким скачком мощности. Конструкторы борются с турболагом различными методами, от чип-тюнинга (изменение параметров работы двигателя) до установки электромотора или баллона со сжатым воздухом для мгновенной подачи его в двигатель, пока турбина не раскрутится.

Монтаж турбины, в отличие от компрессора, связан с определенными сложностями. В связи с высокой нагрузкой (скорость вращения может достигать 300 тысяч оборотов в минуту в отличие от компрессоров, скорость которых максимум 20 тысяч оборотов в минуту) турбина требует постоянной смазки, так что ее включают в масляную магистраль и подводят моторное масло под давлением. С этим связана необходимость устанавливать турбины только в специализированном автосервисе.

Турбина с изменяемой геометрией, VNT

Одной из проблем турбокомпрессоров является слишком высокая скорость вращения на больших оборотах двигателя и недостаточная продуктивность на малых оборотах. Чтобы улучшить характеристики устройства, вокруг основного ротора устанавливаются дополнительные лопасти, изменяющие свое положение в ответ на команду регулирующего устройства. Поворот, увеличивающий площадь ротора, помогает сохранить высокие обороты при низком давлении выхлопных газов, а уменьшение площади ротора помогает турбине не превышать предельных оборотов, когда мотор работает на полной мощности. Это называют VNT (Variable Nozzle Turbine) или VGT-турбиной (Variable Geometry Turbocharger).

Турбина с изменяемой геометрией. 1. Ускорение вращения за счет «эффекта сопла»: на сужающемся участке напор воздушного потока возрастает. 2. Замедление вращения благодаря повороту лопастей, расширяющих канал для воздушного потока.

Существуют и другие модификации таких турбин: с выдвижными лопастями, с другим способом их крепления и т.д., но принцип действия от этого не меняется.

Управление такой турбиной осуществляется от вакуумного регулятора, электромотора или благодаря инерционному повороту самих лопастей.

Комбинированные системы

В разное время автоконструкторы экспериментировали с различными способами улучшения характеристик двигателя. Так появилась система двойного турбонаддува Twin Turbo или комбинированная система. Эти инженерные изыскания были направлены на устранение характерных недостатков разных видов компрессоров.

Двойной турбонаддув

По сути, это две турбины, установленные на двигатель по параллельной, последовательной или ступенчатой схеме. Изначально такая система предназначалась для устранения турболага, но она также помогает повысить мощность, оптимизировать режим работы двигателя и даже снизить расход топлива.

Параллельная система

Состоит из двух турбин с одинаковыми характеристиками, подключенных параллельно друг другу. Может устанавливаться на мощные V-образные двигатели, по одной турбине на каждый ряд цилиндров. Каждая из турбин подключается к отдельному ответвлению выпускного коллектора. Преимущество этой системы в том, что можно установить маленькие турбины, которые намного легче набирают скорость вращения, и таким образом уменьшить эффект турболага.

Последовательная система

Вверху: работа одной турбины на малых оборотах двигателя. Внизу: Работа двух турбин для максимальной мощности.

Состоит из двух турбин, одна из которых работает постоянно, а вторая включается по необходимости (поток отработанных газов направляется на вторую турбину при открытии клапана на выпускном коллекторе). Воздух от обеих турбин поступает в общий впускной коллектор двигателя.

Двухступенчатая система

1. Две турбины работают последовательно (низкие обороты). 2. Турбины работают параллельно (средние обороты). 3. Работает только большая турбина (высокие обороты).

Достаточно сложная, но эффективная система, состоящая из двух последовательно подключенных турбин разного размера, соединенных перепускными патрубками и клапанами. На малых оборотах двигателя работает только меньшая турбина, поскольку она легче и имеет меньшую инерцию. При включении средних оборотов подключается большая, и обе турбины работают последовательно: большая подает поток воздуха на малую, от которой он поступает во впускной коллектор. При этом скорость большой турбины постепенно увеличивается, и на максимальных оборотах малая турбина отключается, чтобы не задерживать поток воздуха к мотору. Вся система регулируется датчиками и электромагнитными клапанами, открывающими или закрывающими отдельные участки системы выхлопа. С точки зрения производительности двигателя, двухступенчатая система дает максимальный эффект.

Комбинированный наддув, TSI

Попытки преодолеть эффект турбоямы привели к созданию концерном Volkswagen системы комбинированного наддува TSI (Turbo Stratified Injection), в которой сочетается приводной нагнетатель и турбина. Система подключена ступенчато: на низких оборотах двигателя работает только компрессор, дающий в таком режиме максимальный эффект. На средних оборотах компрессор и турбина работают вместе, а на максимальных оборотах компрессор отключается, и работает одна турбина. Такой способ наддува полностью устраняет эффект турбоямы, но оказался слишком дорогостоящим как в производстве, так и в обслуживании, и с 2011 года двигатели с комбинированным наддувом уже не производят.

Технические характеристики: что важно знать о турбине?

Один из важнейших технических показателей турбины это степень компрессии: способность повышать давление во впускном коллекторе и соответственно в цилиндрах двигателя. Знать этот параметр необходимо тем, кто хочет тюнинговать свой автомобиль и проводит расчеты для турбины.

Степень компрессии имеет две крайности: чем она выше, тем больше мощности можно получить от мотора (больше сжимается топливно-воздушная смесь в цилиндре и сильней отдача от ее сгорания). Но при превышении максимально допустимой силы сжатия появляется эффект детонации: смесь сгорает не тогда, когда нужно, а тогда, когда ее сжатие приводит к самовозгаранию. По этой причине на турбированных двигателях используют высокооктановый бензин.

То есть, максимальная компрессия показывает максимально возможное количество топлива (и соответственно воздуха), которое можно подать в цилиндр без вреда для двигателя.

Второй показатель турбины – рабочий диапазон вращения ротора. Это показатель скорости вращения от минимально полезной до максимально безопасной для устройства, превышение которой ведет к перегреву и преждевременному износу.

Также нелишним будет учесть показатели термоустойчивости турбины. Обычно производители указывают максимальную температуру отработанных газов на входе в турбину и максимальную температуру масла на входе. Чем мощней двигатель, тем выше будут эти температуры и тем тщательней нужно выбирать компрессор.

Поскольку турбина подключается к масляной магистрали, производители указывают оптимальные и минимальные показатели давления масла на входе.

Производительность компрессора определяется объемом воздуха, пропускаемым за один оборот ротора. Чем больше турбина, тем выше этот показатель, но и выше инерционность, так что в большинстве случаев специалисты рекомендуют выбирать компрессоры средней производительности.

Сколько служит турбина и отчего выходит из строя

Многие автомобилисты называют турбину расходным материалом: срок службы ее не слишком радует любителей уличных гонок. При идеальных условиях (передвижение по городу, регулярное ТО) турбина прослужит примерно 150 тыс. км. Но ведь турбины ставят не затем, чтобы чинно ездить 50 км/ч, так что при экстремальном использовании ресурс можно смело делить на 2, и то при грамотном обслуживании своей машины.

Безжалостная статистика утверждает: только 5% турбин выходят из строя, «померев своей смертью», то есть выработав заложенный в них ресурс полностью. В абсолютном большинстве случаев поломки случаются по причине недосмотра или небрежности хозяина автомобиля.

Два самых страшных врага турбины – посторонние предметы и масляное голодание (и вообще проблемы с маслом).

Учитывая огромную скорость вращения, даже безобидная на первый взгляд пыль может за короткое время сточить лопасти, забиться в подшипники и вывести турбину из строя. Поэтому турбированные двигатели намного чувствительней к качеству воздушного фильтра, чем обычные атмосферные. Добавить сюда дополнительную нагрузку на фильтр (воздух проходит через него с достаточно сильным напором) и становится понятно, почему многие, тюнингуя свой автомобиль, ставят фильтры нулевого сопротивления.

Но, каким бы качественным ни был фильтр, он может пострадать от попавшей в воздухозаборник влаги и испортиться (бумага после высыхания уже не выполняет свои функции). После поездки под хорошим сильным дождем лучше осмотреть фильтр сразу, и в случае необходимости заменить. Дешевле выйдет.

Повреждение турбины посторонними предметами

Посторонние предметы могут попасть не только на крыльчатку турбины, но и на ротор. Чаще всего это частицы кокса из выпускного коллектора, а иногда и детали двигателя (обломки клапанов, свечей зажигания и т.д.) Если мотор посыпался, турбина умирает практически сразу.

Проблемы со смазкой турбины встречаются даже чаще, чем поломки из-за посторонних предметов. Одна из самых распространенных причин проблемы – использование нерегламентированного масла (большей вязкости, другого качества и т.д.) В турбированных двигателях требования к маслу на порядок жестче, чем в атмосферных! От «неправильного» масла турбина выходит из строя раньше, чем двигатель.

Тут же нужно напомнить об интервале замены масла и масляного фильтра. Со временем в масле, и особенно в фильтре, накапливаются продукты сгорания, твердые частицы разного размера. Фильтр забивается и не пропускает достаточное количество масла, после чего в нем срабатывает перепускной клапан и масло проходит напрямую, без очистки. Если двигатель еще немного поработает в таком режиме, то турбина выйдет из строя сразу: твердые частицы сработают как абразив, а более мелкие забьют каналы для подачи масла к подшипникам турбины. При разборке компрессоров, пострадавших от масляного голодания, на металле часто можно видеть не только истертости, но и цвета побежалости – свидетельство критического перегрева.

Вал турбины со следами перегрева

Одним словом, система с наддувом намного чувствительней к работе всех смежных узлов, чем простая атмосферная. Это относится не только к зажиганию, подаче топлива и т.д., но и к состоянию катализатора и сажевого фильтра. Неисправный катализатор приводит к образованию сажи и кокса в выпускной системе, повышению нагрузки на турбину, а от нештатных нагрузок она выходит из строя.

Трещина в корпусе

Покупать ли автомобиль с турбодвигателем?

Несмотря на преимущества турбированных моторов, производители продолжают выпускать атмосферные двигатели, а покупатели зачастую выбирают именно их. Мотор без наддува привлекает большей надежностью, меньшими требованиями, меньшими затратами на обслуживание и ремонт. Так что для спокойной «семейной» езды подойдет и хороший «атмосферник», который, кстати, может быть намного эффективней, чем двигатель с неправильно подобранной или криво установленной турбиной.

Но ведь машина может больше! Установка компрессора позволяет раскрыться потенциалу двигателя, к тому же, как уже говорилось выше, турбонаддув помогает экономить топливо за счет оптимизации процесса работы. Так что любители быстрой езды выбирают турбо.

Нет однозначного ответа, что выбрать: атмосферный двигатель, приводной компрессор или турбину. Все они имеют свои плюсы и минусы, и нужно определиться, что подойдет именно под ваши нужды и желания.

Руководство по двигателю с турбонаддувом

— Как установить турбокомпрессор на любой двигатель

| Практическое руководство — двигатель и трансмиссия

Не отставайте от технологии. Получите подсказку и узнайте, как установить свой первый турбокомпрессор

Иногда нам приходится задаваться вопросом, почему кто-то больше пытается производить N/A мощность. Мы признаем, что существует множество правил гонок, чтобы предотвратить доминирование силовых агрегатов, а турбины выглядят довольно сложными. Но вам нужно будет преодолеть это. Мы поняли это после получения подсел на то, чтобы посмотреть, как ребята с турбокомпрессорами на YouTube чертовски обыгрывают Viper и любого жокея спортбайка, готового рискнуть и рискнуть на дороге. Забудьте о большом кулачке и свободном конвертере; они вам не понадобятся. Вам даже не нужно думать, как спрятать большой блок под капотом или где вырезать отверстие для вентилятора. Все, что вам нужно, это один или два турбонагнетателя, чтобы получить непристойную мощность, и мы собираемся показать вам, как его получить.

Первое: Компрессор Большой или маленький? На стороне давления или холода турбо система это компрессор . Когда отработанный воздух и топливо выходят из выпускного отверстия, они вращают колесо выхлопной турбины, которое вращает вал турбонагнетателя, 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, обеспечивающий такую эффективность в используемом диапазоне оборотов. Крыльчатка компрессора меньшего размера будет более эффективной при низких оборотах, но будет выделять больше тепла при более высоких оборотах двигателя. Это также будет ограничивать поток на более высоких оборотах. Слишком большой компрессор вызовет задержку наддува и возможный помпаж компрессора в диапазоне более низких оборотов и будет наиболее эффективным при более высоких оборотах двигателя. Поскольку колесо компрессора определяет мощность, необходимую от турбины, очень важно правильно подобрать размеры. Слишком маленькая турбина быстро раскручивается, но ограничивает на верхнем конце. Слишком большая турбина не может обеспечить достаточную мощность компрессора на низких оборотах.

Коэффициент давления и скорректированный массовый расход воздуха — это два числа, которые необходимы для оценки компрессора на карте. Выберите турбо с картой компрессора, которая ставит две точки на графике между 65 и 70 процентами эффективности для уличного применения. Чтобы получить коэффициент давления, просто добавьте величину наддува в фунтах на квадратный дюйм к стандартному атмосферному давлению (14,7) и разделите его на 14,7. Мы будем использовать давление 10 фунтов на квадратный дюйм, потому что оно приближается к порогу безопасности для газового двигателя с насосом без промежуточного охлаждения. Степень сжатия для 302-дюймового двигателя при 6000 об/мин составляет 1,68.

Глядя на карту компрессора, можно сделать ошибку, просто умножив общий CFM двигателя на коэффициент давления, чтобы получить скорректированный массовый расход воздуха и соединив точки. Правда в том, что скорректированное число массового расхода воздуха является результатом нескольких сложных расчетов, включающих плотность воздуха, степень давления, CFM двигателя и даже плотность воздуха при наддуве. Если вам удастся справиться с математикой, вы заметите, что последний фрагмент головоломки — это эффективность самого компрессора, определяемая таблицей.

Кратчайший путь ко всему этому — то, что инженер Turbonetics Дэйв Остин называет племенным знанием. Посмотрите, что делают другие ребята, и посмотрите, работает ли это, или просто позвоните в авторитетную турбокомпанию, чтобы получить несколько предложений. У Turbonetics, например, есть матрица популярных турбокомпрессоров, классифицированных по объему двигателя и мощности на основе многолетних проб и ошибок. Вся сетка слишком велика для печати здесь, но вы можете получить доступ к знаниям с помощью простого электронного письма или звонка в службу технической поддержки. Только обязательно узнайте все подробности о своем автомобиле и своих планах по его использованию.

Второе: Турбина Выбор турбины включает в себя выбор колеса, которое достаточно маленькое, чтобы реагировать быстро, и достаточно большое, чтобы вращать колесо компрессора достаточно быстро, чтобы создать желаемое давление наддува и минимизировать противодавление. Эмпирическое правило состоит в том, чтобы выбрать наименьший диаметр колеса, который по-прежнему позволяет вам достичь цели лошадиных сил, не вызывая перегиба в мощности. Современные турбины в конечном итоге настраиваются с помощью сменных и синхронизируемых корпусов турбины, поэтому вы можете точно настроить систему, если промахнулись.

Чтобы помочь вам выбрать корпус турбины в соответствии с вашими потребностями, производители турбокомпрессоров полагаются на упрощенный инструмент, называемый соотношением A/R. A для площади и R для радиуса. Соотношение A/R представляет собой отношение между центральной точкой площади поперечного сечения канала и радиусом от центра турбинного колеса на входе до улитки. Это простое деление A на R. По мере того, как A становится меньше, скорость газа в воздухе увеличивается, как и его влияние на скорость турбинного колеса. Если A станет слишком маленьким, он захлебнется и не сможет подавать достаточно энергии на компрессор, и пострадает пиковая мощность. Противодавление в двигателе также станет слишком высоким, вызывая обратный поток в цилиндр, когда открывается выпускной клапан. По мере того, как A становится больше, он сможет передавать больше энергии турбинному колесу за счет скорости. Эффективность турбонаддува и конструкция турбинного колеса также имеют значение, но обычно именно соотношение A/R и размер турбинного колеса определяют намотку, общий воздушный поток и подаваемое давление. Как правило, соотношение A/R, равное 1,5, обеспечивает большую мощность, а соотношение A/R, равное 0,5, обеспечивает лучшую реакцию на низких скоростях. Согласно матрице, двигатели объемом от 5,0 до 6,0 литров будут иметь отношение от 0,68 до 0,81 A/R.

Третье: выпускные газы и перепускные клапаны Как вы, вероятно, можете себе представить, поскольку давление наддува создается давлением выхлопных газов и вращающимся колесом компрессора, можно обеспечить двигатель большим наддувом, чем октановое число топлива, или даже сам двигатель может справиться. Это состояние называется избыточным наддувом, и им можно управлять с помощью клапана, называемого перепускным клапаном, который перепускает выхлопные газы вокруг турбокомпрессора в поток выхлопных газов. Вестгейты связаны с наддувом, чтобы регулировать максимальное количество энергии, подаваемой на турбину, и, следовательно, количество наддува, создаваемого компрессором. Тип, расположение и размер вестгейта являются ключом к эффективной системе.

Большинство заводских турбин имеют встроенный перепускной клапан, механизм которого встроен в корпус турбины и приводится в действие рычагом, соединяющим компрессор с турбиной. Несмотря на то, что он компактен и функционален для установки с одинарным или двойным турбонаддувом с низким наддувом, его нельзя синхронизировать для установки, и он помещает гейт в наименее желательную часть системы. Внешние вестгейты имеют размер в зависимости от количества энергии, которую вы хотите получить, и должны быть расположены там, где они могут собирать все импульсы выхлопа, например, в конце коллектора коллектора или коллектора. Следует избегать того, чтобы газы возвращались назад или резко поворачивались при выходе из турбины. Поскольку газ пойдет по пути наименьшего сопротивления, возможно, что при высоких оборотах турбина будет продолжать увеличивать скорость, если путь к выхлопу ограничен или перепускной клапан слишком мал.

Байпасный клапан устанавливается на холодную сторону системы и предназначен для предотвращения помпажа и повреждения компрессора. В ситуации с высокими оборотами / высоким наддувом, если вы быстро отпустите дроссельную заслонку, давление не сможет попасть во впускной коллектор. Поскольку турбина и компрессор все еще вращаются, давление на дроссельные заслонки увеличивается. Это давление может остановить колесо компрессора или вызвать помпаж, поскольку оно меняет направление, создавая область низкого давления и повышая и понижая скорость компрессора. Байпасный клапан просто сбрасывает давление в атмосферу, когда дроссельная заслонка закрыта. Это также является источником чириканья, которое вы иногда слышите, когда автомобили с турбонаддувом поднимаются для переключения передач.

Четвертое: тепло, детонация и промежуточное охлаждение Ранние заводские автомобили с турбонаддувом не имели промежуточного охладителя и, следовательно, не имели защиты от дополнительного тепла, создаваемого способностью турбокомпрессора быстро сжимать и нагревать входящий воздух . Это, в сочетании с подачей бензина, вызвало детонацию, которая до сих пор является основным способом разрушения вашего двигателя. Решение варьировалось от ужасных статических степеней сжатия до 6,0: 1 до Turbo Rocket Fluid с турбонаддувом Corvairs, который на самом деле был просто кувшином воды / метанола, который вводился во всасываемый поток воздуха для охлаждения заряда. Он отлично работал, пока вы не забыли его заполнить. Двигатели с низкой степенью сжатия и большими турбинами, созданные для вялых уличных автомобилей с низкими оборотами, которые внезапно просыпались из-за резкой избыточной поворачиваемости и диких, дымных рыбьих хвостов. Просто спросите любого, у кого был Porsche 9 начала 70-х.30.

Идея эффективного двигателя с разумной степенью сжатия, который имеет хорошую реакцию на низких скоростях и использует достаточно наддува для создания реальной мощности, возможна с промежуточным охладителем. Интеркулер — это просто теплообменник, который находится между компрессором и воздухозаборником для уменьшения тепла, выделяемого в процессе сжатия воздуха. На первый взгляд, промежуточное охлаждение воздушного заряда позволяет вам увеличить наддув или использовать меньший турбонаддув на двигателе с масляным охлаждением. Что он на самом деле делает, так это стабилизирует заряд всасываемого воздуха для предотвращения детонации и расширяет всю карту компрессора, что позволяет вам вырабатывать больше мощности с меньшим двигателем и меньшим насилием. Мы также рекомендуем MSD с регулируемой кривой синхронизации или системой управления синхронизацией наддува, чтобы избежать дребезжания двигателя.

Для предотвращения утечек выхлопных газов в комплект везде входят соединители с шаровым фланцем. Вы можете купить их отдельно у Hellion, если хотите обновить свой текущий выхлоп.

Пятое: Топливные системы Чтобы увеличить мощность, вам потребуется больше топлива. Различают трех типов установок : продувочно-проточно-карбюраторные и продувочно-инжекторные системы. Проточно-карбюраторная система имеет ряд недостатков, наиболее серьезными из которых являются 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 центробежного нагнетателя. Поэтому уже доступны продувочные углеводы, созданные специально для этой цели. Мы добились хорошей мощности, используя предварительно подготовленные углеводы Quick Fuel и Carb Shop и 10 фунтов наддува, включая 600-сильный пробег с ATI ProCharger на Ford 302.

Если у вас двигатель с впрыском топлива и вы используете наддув от 5 до 6 фунтов, вы можете использовать FMU (блок управления подачей топлива), который повышает давление топлива или добавляет обогащенное топливо каким-либо другим способом, или перейти к контроллеру послепродажного обслуживания. переназначить топливную кривую и использовать более крупные форсунки. На 5,0-литровом Mustang насос в баке на 255 галлонов в час и форсунки на 42 фунта в час можно настроить на 550 л.с.

Автомобили с карбюратором нуждаются в топливном регуляторе, ориентированном на наддув, который увеличивает давление топлива вместе с кривой наддува.

Шестое: поиск Turbo Используя математику, вы можете построить полную систему на бумаге. Используя науку о картах компрессора и некоторое представление о размере и диапазоне оборотов вашего двигателя, вы можете добавить практически любую турбину 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 перепускными клапанами, которые нужно будет запускать парами на V-8. Они также обычно имеют водяное охлаждение на оригинальных автомобилях для увеличения срока службы. Они пригодны для использования, но далеки от оптимума. В качестве примера возьмем Garrett T03 с турбонаддувом T-bird с 85 по 86 год. Купе с автоматической коробкой передач имеет одиночный турбонаддув с соотношением A/R 0,48, а стандартное купе имеет соотношение A/R 0,63 и карту эффективности компрессора, рассчитанную на четырехцилиндровый двигатель объемом 2,3 л. Используя карту на боковой панели Junkyard Turbo, вы можете видеть, что при коэффициенте давления наддува 1,68 (14,7 + 10 / 14,7 = 1,68) легко снизить эффективность турбин примерно до 65–68 процентов. Чтобы повысить эффективность, вам нужно увеличить наддув до рваного края безопасности наддува. С большим двигателем будет хуже. Это работоспособно; вам просто нужно быть осторожным в том, что вы делаете.

Соблазнение турбины со свалки за 80 долларов заманчиво, но прежде чем покупать, взгляните на парней, которые действительно развлекаются, и посмотрите, что они используют. Существует разрыв между оборудованием 80-х годов и новыми, переработанными заводскими турбинами, которые появились в основном на импортных автомобилях в 90-х. Простые усовершенствования, такие как количество компонентов, конструкция подшипников, обшивки колес и материалы, изменились к лучшему. Возьмем в качестве примера турбины Garrett GT. Количество движущихся частей было уменьшено по сравнению с его ранней моделью T в среднем с 54 компонентов до примерно 29.. Это 45-процентное сокращение количества деталей снижает риск отказа компонентов. GT также имеет картридж шарикоподшипника, который устраняет подшипники скольжения (которые на самом деле больше похожи на втулки) и знаменитый упорный подшипник со слабым звеном. Улучшенные подшипники означают, что меньше масла проходит через турбокомпрессор и снижается вероятность утечек или того, что неисправный подшипник разрушит турбокомпрессор и загрязнит моторное масло.

Вы также получаете преимущество более легкого, хорошо спроектированного компрессора и турбинных колес, которые создают большую мощность при меньшем запаздывании и нагреве. Новые турбины имеют современные карты компрессоров с более широким диапазоном соотношений A / R и тактовыми корпусами турбин, различными вариантами размеров колес и технической поддержкой, которая может помочь в решении проблем. Алюминиевые колеса компрессора можно снять со стального вала, поэтому компании послепродажного обслуживания могут предлагать различные варианты отделки для точных характеристик производительности, а также комбинировать компрессоры и турбины. Результатом является отзывчивая система, которая работает круто и вырабатывает мощность, а не то, чем вы не будете довольны.

Обратите внимание на порт датчика кислорода для заводского EFI (стрелка). Выход турбины всегда должен быть больше, чем вход. Чтобы покрыть двигатель мощностью от 500 до 800 л.с., впускное отверстие должно быть не менее 2,75 дюйма, а выпускное отверстие должно быть не менее 3,5 дюйма в диаметре.

Турбосвалка Герои свалки утверждают, что вы можете надеть комплект турбин Thunderbird и отправиться в город. Это может быть правдой, но при этом вы от многого отказываетесь. Помимо улучшений в технологии подшипников, которые увеличивают срок службы и производительность турбокомпрессора, карты эффективности компрессора на новых компрессорах намного шире, что позволяет вам работать с большим наддувом в более широком диапазоне оборотов, чем у оригинального оборудования. Вы также можете обойтись без одного турбо, чтобы достичь тех же уровней мощности.

Это карта от «хорошего» Ford Thunderbird с 85 по 86 год. Обратите внимание, что линия всплеска сужает полезную область карты, и турбодвигатель должен вращаться примерно на 40 000 об / мин быстрее, чем 60-1, чтобы выполнить свою работу.

Термины Turbo Наддув: Любое давление выше атмосферного, измеренное во впускном коллекторе.

Порог наддува: Минимальные обороты двигателя, при которых турбонаддув может создать полезный наддув.

Карта компрессора: Сетка чисел, используемая в качестве инструмента для оценки эффективности турбонаддува по отношению к двигателю.

Помпаж компрессора: Возврат воздуха, из-за чего скорость турбонаддува становится нестабильной при резком закрытии дроссельной заслонки.

Задержка: Задержка между изменением положения дроссельной заслонки и созданием полезного наддува.

Линия помпажа: Линия, которая следует за крайне левым островком эффективности на карте компрессора, где турбонаддув становится нестабильным.

Крутые книги о турбинах
Название	Источник
Максимальное ускорение от Corky Bell	Издательство Bentley
Справочник по характеристикам турбонаддува Джеффа Хартмана	Моторбуки
Турбокомпрессоры Хью Макиннеса	Моторбуки
Turbo: Реальные высокопроизводительные системы турбонагнетателей Джей К. Миллер	Дизайн SA

Детали
Описание	Номер детали	Цена
Тепловая система Hellion	н/д	3999 долларов США

Установка турбонагнетателя на любой двигатель

Как преобразовать любой двигатель в двигатель с наддувом?

Наддув непосредственно влияет на нагрузку на единицу площади конструкции как с термической, так и с механической точек зрения. Поэтому рекомендуется учитывать характеристики и основные моменты, как описано ниже:

Первичные жидкостные системы двигателя должны обеспечивать циркуляцию при максимальном расходе.
Необходимо усилить фильтрацию воздуха, масла и, в меньшей степени, топлива.
Размер выхлопной линии должен обеспечивать максимальный расход на единицу газа.
Головка блока цилиндров, подвижные узлы (поршни, пальцы, шатуны и поршневые кольца), коленчатый вал и картер должны быть тщательно изучены на предмет их способности выдерживать более высокие нагрузки.
Вероятно, будет переработана геометрия распределительного вала, обеспечивающая так называемую диаграмму синхронизации впуска-сжатия-сгорания/расширения и такта выпуска; клапана поднимаются в соответствии со степенью сжатия, а также будет переработана форма головок поршней.
Особое внимание следует уделить прокладке головки блока цилиндров.
Настройка устройств впрыска будет иметь первостепенное значение, поскольку она определяет мощность и крутящий момент, создаваемые количеством топлива, подаваемого в цилиндры.
Параметрами настройки будут расход и настройка насоса (статическое и динамическое опережение впрыска), а также калибровка форсунки.
Более важные модификации могут потребовать выбора поршней насоса большего диаметра и более быстрых контуров кулачка (в случае рядных насосов), чтобы закон расхода в зависимости от скорости вращения и, следовательно, от скорости наполнения топливом был наиболее адаптирован к спецификациям.
Специалист выберет турбокомпрессор, который постарается найти наилучший компромисс между воздухом и топливом во всем диапазоне скоростей, доступных для двигателя.
Охлаждение двигателя: радиатор и его аэротермические характеристики, производительность насоса и состав системы будут проверены и при необходимости перенастроены.
Смазка двигателя: производительность насоса и состав контура будут переоценены.
Поскольку только моторизация не может обеспечить работоспособность транспортного средства, следует проверить сцепление, коробку передач, ведущий мост, трансмиссионные валы, подвеску и тормозную систему, не забывая при этом, что удовлетворительные испытания на выносливость являются наилучшей гарантией безопасности при таком переоборудовании.

Как повысить производительность двигателя с наддувом?

Обычно состоит из увеличения наддува за счет увеличения низкого давления воздуха на впускном клапане до высокого давления.

Таким образом, необходимо будет оптимизировать системы подачи и отвода жидкости за счет уменьшения изгибов и потерь напора и улучшения состояния поверхности.

Работа теплообменника на наддувочном воздухе будет высокорентабельной; это, вероятно, приоритет приоритетов в этой области.
Увеличение расхода ТНВД и изменение различных параметров системы впрыска топлива входит в число первоочередных действий специалистов.
Модификация аэродинамических характеристик компрессора и турбины турбокомпрессора, а также коррекция настроек турбомашины должны выполняться персоналом, хорошо знакомым с соответствующим оборудованием. Несмотря на то, что это дорого, улучшение проходимости двигателя на уровне головки блока цилиндров и распределительного вала положительно повлияет на повышение производительности в соответствии с требованиями.
Увеличение емкости масляной системы за счет добавления радиатора (или воздухо-масляного теплообменника) будет рассмотрено, если для этого не было предусмотрено никаких условий. Будут рекомендованы испытания на выносливость для проверки поведения в эксплуатации переделанного таким образом механического узла, особенно в отношении прочности узла блока цилиндров/головки цилиндров под воздействием более высоких максимальных давлений сгорания в результате наддува.