Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины

Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины


Всем известно, что повысить мощность мотора можно несколькими способами. Среди распространенных – американский; основное правило, которого гласит: «Объему нет альтернативы». Однако альтернативы, хоть и сложные, все же есть. К примеру, увеличить частоту вращения коленвала. Правда на высоких скоростях вращения, поршни начинают догонять клапаны, это не критично и «лечится» заменой пружин, имеющих большую жесткость. Но и в этом случае «всплывают какие-то нюансы, к примеру, маленькая тяга и такой же момент на «низах». Время идет, а с ним развивается научно-технический прогрес, который собственно, и породил такую чудо-систему, как VTEC.

Есть еще один, пожалуй, самый эффективный вариант, к примеру, увеличить подачу рабочей смеси, которая поступает в цилиндры. В этом случае тоже не обошлось без «подводных камней», поскольку мощность теперь будет ограничена прочностью мотора. Короче говоря, как не крути любая доработка и усовершенствование, непременно тянет за собой целый ряд проблем – в этом случае это октановое число (для двигателей работающих на бензине), а также требовательность к надувным агрегатам, к качеству обслуживания.

Есть лишь две схемы увеличения количества топливно-воздушной смеси, которая попадает в цилиндры автомобильных двигателей – турбонаддувная и компрессорная.

Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины

Что такое компрессор – это агрегат, необходимый для сжатия топливной смеси, который имеет привод от коленвала мотора. Неплохой способ, многие компании уже давно применяют его и получают при этом очень хорошие результаты и характеристики моторов. Речь идет о таких брендах, как Toyota, Mercedes. Последний, до сих пор применяет этот прием, Toyota же почти полностью перешла на турбонаддув.

Когда речь заходит про дизеля, то почти все моторы, мощностью более 80 КВт, оснащаются турбинами. Многочисленные преимущества двигателей с турбокомпрессорами более чем очевидны:

1. прекрасное соотношение вес/мощность;

2. адаптивная кривая крутящего момента, которая меняется к специфике условий эксплуатации;

3. лучшее сгорание топливной смеси;

4. сокращение количества токсичных выхлопов;

5. более стабильная работа, а также уменьшение шума от выхлопа (за счет турбины, которая работает еще и как глушитель).

По мощности дизельные моторы не идут ни в какое сравнение с бензиновыми собратьями, именно по этой причине все дизельные легковушки, как правило, оснащены турбонаддувом. К примеру, YD25DDTi компании Nissan – объем 2,5 л, с мощностью на уровне «нехилых» бензиновых моторов (174 л. с.), а крутящий момент на «низах» и вовсе, можно сказать, визитная карточка дизелей.

Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины

Мотор Nissan YD25DDTi

Турбина — это по сути, две крыльчатки, которые имеют одну ось (одна для впуска, одна для выпуска). После запуска мотора, крыльчатка начинает вращаться под воздействием потока выхлопных газов. Также вращается и впускная крыльчатка, которая создает избыточное давление.

Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины

Теория гласит: «Чем выше будут обороты мотора, тем объемнее и быстрее будет поток выхлопных газов». Следовательно, давление наддува также будет пропорционально увеличиваться – замкнутый круг, короче говоря. Такая схема способна пустить мотор «вразнос». Для того чтобы не допустить этого, был создан (перепускной) байпасный клапан, при помощи которого происходит стравливание избыточного давления. Производитель производит расчет оптимальной величины, до которой можно «раздувать» двигатель, для сохранения рабочего ресурса и обеспечения максимальной работоспособности.

Однако не все так просто как кажется. На малых оборотах создается небольшое давление выхлопных газов, а турбина в свою очередь — вещь довольно тяжелая, а для раскрутки крыльчаток необходимо какое-то время. Более того, степень сжатия в сравнение с атмосферными двигателями, снижена. Что мы получаем в итоге? Мы получаем провал мощности на малых оборотах, его еще называют «турбояма». При высоких оборотах, происходит примерно обратное, когда турбина достаточно раскрутилась, можно почувствовать ощутимый рывок, или «турбоподхват», как его еще называют. Отсюда новая проблема – обе крыльчатки нагреваются, и на впуск подается горячий воздух, в то время как двигателю для хорошей работы нужен холодный. Учитывая это, было создано специальное охлаждение потока поступаемого воздуха, при помощи интеркулера – это своего рода промежуточный охладитель. Перед попаданием в цилиндры, воздух проходит через интеркулер.

Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины

Турбояма для обычных авто довольно вредное явление. Рваный городской режим позволяет в полной мере ощутить недостаток мощности на «низах». Опытным спортсменам это не грозит, поскольку они в любом случае поддерживают обороты не ниже максимального момента. В силу этого, машины, претендующие на экстрим и спорт, оснащены лишь одной турбиной высокой производительности, позволяющей поднять мощность по максимуму. Что до рядовых моделей, к ним применяют всяческие ухищрения. К примеру, устанавливают турбины небольшого диаметра, с меньшей инерционностью, а для того, чтобы не терять мощность, используют сразу несколько таких наддувов.

 

Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины

Интеркулер

Система, выставленных параллельно турбин, называется Bi Turbo. Применяется она, в основном, на V-образных агрегатах, на каждую половину мотора – своя. Более распространенной считается схема последовательного подключения турбин – Twin Turbo. Такая компоновка встречается на серийных Nissan Skyline, а также Toyota Supra. Принцип работы такой, что до определенного количества оборотов работает лишь одна турбина, а уже на высоких – в работу вступает вторая. Эти турбины пользуются большой популярностью, поскольку турбоподхват, который они обеспечивают этим культовым машинам довольно ощутимый, несмотря на их размеры.

Версии «гражданских» спорткаров пользуются большой популярностью и имеют хороший запас прочности, чем собственно успешно пользуются «фанаты тюнинга». Иногда поднять мощность турбомотора можно с минимальными затратами. Принцип прост – в любом тюнинг-ателье переписываете программу управления силовым агрегатом и устанавливаете буст-контроллер. Что такое буст-контроллер – это устройство, которое управляет клапаном отсечки. Таким образом, вы можете выставить давление наддува, которое будет превышать рекомендованное заводом-производителем. Однако могут быть последствия, поэтому — знайте меру.

Турбонаддув. Предназначение и принцип работы турбины

Стоит также упомянуть моторы с шильдиком Turbo, которые отличаются капризностью и повышенным требованиям к качеству обслуживания. В корпусе турбины вращается ротор при помощи гидродинамических подшипников. Эти подшипники скольжения имеют масляный клин, который создается при высоком давлении, и не позволяет перейти к пограничному трению – металла о металл. Что-то похожее наблюдается на распредвале и на коленвале. Разница лишь в количестве оборотов. Если у коленвала это значение равно 5-6 тыс. об./мин., то у турбины оно равно – 110-115 тыс. об./мин., при этом скорость на конце лопатки ротора почти такая как у пули — 300 м/с. Следовательно повышаются требования к системе смазки, а также рабочему давлению, которое образуется в гидродинамических подшипниках. Так что необходимо понимать и помнить, что торопиться не стоит, прогрейте двигатель перед поездкой, для того чтобы вязкость масла пришла в состояние нормы. Из-за повышенных требований к системе смазки, моторное масло для таких двигателей должно быть максимально качественным.

Не стоит спешить и в конце поездки. После остановки мотора, падает давление в системе смазки до нулевой отметки, при этом массивная турбина все также продолжает вращаться, но уже без масляного клина. Однако и это еще не самое страшное. Берегитесь другого, раскаленная турбина способна изменять вязкостные свойства масла, превращая его в твердое тело на подобии лака. Вследствие этого, ротор просто может приклеиться к корпусу, а последующий запуск двигателя станет последним. Поэтому, если водитель не заметит вовремя горящую лампочку давления масла, из строя выйдет не только турбина, но и весь двигатель. В системе смазки очень большое давление, следовательно, масло уйдет из системы где-то за минуту. Так что рекомендую установить сигнализацию с возможностью подключения турботаймера – такие меры продлят срок службы такого привередливого, требующего внимания, однако очень эффективного и полезного устройства, как турбина.

Пожалуйста, оцените эту страницу


.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

MAXCACHE: 0.48MB/0.00014 sec