Різне

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR

24.11.2015

Каталог статей

Турбо або атмо, хто швидше?

Двигун з турбонаддувом.
Турбо або атмо, хто швидше?

З тих пір, як почали з’являтися перші турбіни на тюнінгованих автомобілях, виникає питання — хто швидше, автомобілі з турбонаддувом або атмосферники з великими розподільними?

Відповідь однозначна — правильно зібраний турбо мотор не залишить жодного шансу самому «злому атмо».

Самий потужний атмосферний двигун на даний момент застосовується в боллидах Формула-1, з одного літра об’єму двигуна знімається близько 300 л/с.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Для прикладу: правильно зібраний турбо мотор видає до 900 л/с з літра об’єму, при наддуве 5,5 атмосфер. Такі мотори застосовувалися на Формулі-1 в часи турбо-ери з 1977 по 1988 р з мотора об’ємом 1,5 літра знімали 1400 л/с (на фото).

Подібні мотори зараз застосовуються в драг рейсінгу класу «top fuel» в США, з мотора об’ємом 8,2 літра знімається 7000 л/с.

звідки ж беруться ці кінські сили? Адже звичайний двигун внутрішнього згоряння має близько 60 л/с з літра.

Звичайний мотор розрахований на їзду в міських умовах, з крутним моментом на низьких обертах. Така компонування має свої обмеження максимальної потужності і швидкості. Циліндри двигуна мають величезний потенціал для збільшення потужності без збільшення об’єму двигуна.

На скільки можна підвищити потужність двигуна з допомогою турбіни. При збільшенні наддуву на 1 атмосферу, потужність збільшується приблизно на 100%. Тобто якщо двигун мав спочатку 100 л/с, при тиску турбонаддува 3 атмосфери (3 бар), його потужність зросте до 300 л/с. Природно двигун повинен бути підготовлений до такої навантаженні: різко зростає тепловий режим роботи двигуна — підвищується температура клапанів, поршнів, масла, охолоджуючої рідини, випускної системи. Ці елементи повинні бути доопрацьовані до умов зростанням температури. Зростає навантаження на поршні, шатуни, колінвал, блок двигуна, зчеплення, трансмісію. Ці елементи автомобіля повинні бути підібрані у відповідності з збільшеною потужністю.

Ступінь стиснення на турбо моторах повинна бути зменшена в залежності від тиску наддуву. Насправді висока ступінь стиснення з використанням високооктанового палива дає не таку вже велику надбавку потужності, як різниця в ціні на паливо. При збільшенні ступеня стиснення на одиницю — потужність зростає приблизно на 1,5%. Звичайно існує паливо з октановим числом 150 — метиловий спирт. Його використання на атмосферному двигуні дозволяє застосовувати ступінь стиснення 1:15, але прибавка потужності з високооктановим паливом дуже несуттєва. Так що не треба скупитися на зменшенні ступеня стиснення на турбо моторах, і в моторах з закисом азоту. На потужних турбо моторах ступінь стиснення знаходиться в межах 7-8, залежно від застосовуваного палива. Детонація дуже руйнує мотор, так що краще менше, ніж більше.

Вибір турбіни.
Турбіни ТКР.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Турбіни вироблені в Росії та країнах СНД мають позначення — ТКР. Існує кілька типів, які відрізняються розмірами і продуктивністю, а так само ККД від 43 до 77%. Вони використовуються на дизельних двигунах різної потужності, серійне застосування на бензинових двигунах даних турбін поки відсутня.

Можливо застосування турбін ТКР на бензинових двигунах?

Так, можливо.

Не згорять чи лопаті турбіни, призначеної для дизельних двигунів, на бензиновому моторі, адже температура горіння бензину вище ніж солярки?

Випадків згоряння лопатей турбіни від дизеля на бензиновому двигуні в практиці не виявлено. Температура вихлопних газів насамперед віддається поршням, клапанів, блоку цилинров, випускного колектора, і тільки потім — турбіні.

Турбіни Garrett.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Широке поширення у використанні на серійних дизельних і бензинових двигунах отримали турбіни Garrett. які виробляються на 14 заводах по всьому світу. Вони так само активно використовуються в автоспорті і тюнінгу. Є турбіни Garrett не тільки з підшипниками ковзання (бронзові втулки) як на ТКР, але і з підшипниками, які мають позначення з буквою «R», наприклад GT42R. Шарикопідшипники менш чутливі до масляного голодування, підвищеним оборотами, мають менше тертя, і відповідно швидше розкручуються. Так само є турбіни з каналом для охолодження підшипника за допомогою охолоджуючої рідини, що сприятливо сказавается на їх термін служби.

Витрата повітря турбінами і ступінь підвищення наддуву.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR

Кожна турбіна має певну продуктивність накачування повітря. Максимальний тиск наддуву виходить на оптимальних оборотах ротора, перевищувати які не варто, інакше постраждає підшипник турбіни. На даній схемі показано продуктивність турбін ТКР. Для прикладу: витрата повітря 0.10 кг/с дорівнює 130 л/с потужності двигуна. Приміром турбіна ТКР-6. яка застосовується на машинах типу «Бичок», «Валдай», видає максимально 150 л/с.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
На даній схемі представлений витрата повітря турбін Garrett у фунтах/хв і ступінь підвищення тиску (атм). Витрата повітря 50 фунтів за хвилину дорівнює приблизно 410 л/з кінцевої потужності двигуна.

Турбіну для тюнінгу варто вибирати з запасом, що б вона працювала не на межі своєї продуктивності. У великих турбін трохи більше турболаг (провал), але у них набагато більший потенціал кінцевої потужності порівняно з маленькими турбінами. Маленька турбіна при досягненні свого піку припиняє підвищувати потужність двигуна, і стравлює вихлопні гази в обхід крильчатки (при наявності клапана вестгейт), або руйнується, при відсутності клапана.

Клапан вестгейт (Wastegate).

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Обхідний клапан вестгейт служить для захисту підшипника турбіни та двигуна від руйнування. Потік вихлопних газів намагається розкрутити крильчатку до нескінченності, нагнітаючи тим самим все більше і більше повітря в двигун. Відповідно повітря збільшує кількість робочої суміші, збільшуючи потік вихлопних газів. Турбіна розкручується ще швидше. Виходить замкнутий цикл.

Якщо цей цикл не зупинити, турбіна набирає обертів набагато більше максимальних 100000 об/хв, підшипник приходить в непридатність. Виходить люфт, і крильчатка починає зачіпати про корпус турбокомпресора, миттєво зношуючись. Так само від неконтрольованого підвищення потужності може постраждати двигун.

Обхідний клапан буває двох видів: вбудований або зовнішній. Вбудований кріпиться прямо на турбіні, і має заслінку, яка відводить частину вихлопних газів, при досягненні певного тиску, в обхід турбіни, в глушник. У нього обмежені можливості, він не може відводити занадто великий потік вихлопних газів.

Зовнішній клапан виконує ті ж функції, але кріпиться на випускному колекторі. При достиженнии заданого тиску компресора, відкривається і починає стравлювати вихлопні гази з випускного колектора, в обхід турбіни — в глушник, не дозволяючи розкручуватися турбіні більше покладеного.

Клапан блоу-оф (Blow-Off).

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Його так само називають — байпас, перепускний клапан (Bypass valve). Цей клапан має схожу пристрій з клапаном вестгейт, і теж призначений для того, що б збільшити строк служби турбокомпресора. На відміну від вестгейта цей клапан відкривається не від тиску турбокомпресора, а від вакууму, який створюється на впуску при закритті дросельної заслінки. Клапан блоу-оф ставиться на впускний патрубок, між компресором і дроселем. А вакуум береться там же, де і на гальма: у впускному колекторі.

Уявіть ситуацію: ви розганяєте двигун, турбіна набирає максимальні оберти, тиск повітря на впуску 2,5 атмосфери, потік повітря на великій швидкості надходить у двигун, і. ви кидаєте газ, що б перемкнути швидкість. Дросельна заслінка закривається, але турбіна крутиться на тих же оборотах. Упс. здається це був пневмоудар. Лопаток компресора в цей момент не позаздриш.

Ви переключили швидкість, а лопатки турбіни вже зменшили своє обертання, і треба знову їх розкручувати, а це втрата часу.

Для того, що б при закритті дроселя, повітря знайшов собі шлях, і існує клапан блоу-оф. Вакуум, утворений при закриття дросельної заслінки миттєво відкриває перепускний клапан і потік повітря безперешкодно виходить на вулицю, або на вхід турбокомпресора. Крильчатка турбіни при цьому не втрачає своїх обертів, і готова знову розкручуватися, на новій передачі.

Хтось задасться питанням: адже повітря на інжекторі пораховано ДМРВ, і не потрапив у двигун? При закритті дроселя на інжекторному двигуні програмою припиняється топлівоподача, і розрахунок подачі палива вознобновляется, коли мотор зменшить оберти до холостих. Так що ніякої «посчитанный» повітря не пропаде з виходом на вулицю.

Інтеркулер.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Інтеркулер ( проміжний охолоджувач повітря ) є невід’ємною частиною двигуна з турбонаддувом. Він працює приблизно як радіатор в автомобілі, тільки охолоджує не тосол, а повітря, нагріте турбіною. Турбокомпресор має дві частини — гарячу і холодну. Гаряча частина розкручується вихлопними газами, і сильно нагрівається. Холодна частина закачує атмосферне повітря в мотор, при цьому теж сильно нагрівається від гарячої частини.

Гаряче повітря сильно розширено, і в ньому менше молекул кисню, так потрібного двигуну. Тому повітря потрібно охолодити, інакше весь ефект від турбонаддува не буде мати сенсу. Чим холодніше повітря, що поступає в двигун, тим більше його потужність.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Розмір інтеркулера теж не можна збільшувати безмежно, чим більше інтеркулер, тим більше турбопровал, тобто накачаний повітря зникає в надрах занадто великого інтеркулера при надбавці «газу». Але на потужних моторах він повинен бути досить великим, інакше маленький інтеркулер буде гальмувати потік повітря від великого турбокомпресора. Приміром на моторі потужністю 1000 л/с вхідний і вихідний отвір інтеркулера має бути не менше 100 мм.

Інтеркулер трохи відрізняється за своєю будовою від радіатора для тосолу. У його каналах існують додаткові перегородки, для того щоб повітря віддавав тепло як можна швидше. Так само він витримує великий тиск і температуру, і виконаний повністю з металу ( алюмінію ) для більшої міцності.

Малий золотник, та дорогий.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
Регулятор тиску палива (РДТ) застосовується на інжекторних двигунах для підтримки постійного тиску палива в паливній рейці, від якої живляться форсунки. Зазвичай тиск палива становить 3 атмосфери, з цієї цифри і розраховується продуктивність форсунок у всіх виробників. На нових моторах ВАЗ об’ємом 1,6 л (РДТ 380) тиск палива збільшено до 3,8 атм.

Але у РДТ 300 є ще одна корисна функція — він коректує тиск палива, в залежності від тиску у впускному колекторі. Для цього до регулятора підходить гумовий шланг. На атмосферних двигунах при закритті дросельної заслінки в колекторі створюється вакуум, і відповідно паливо починає надходити в двигун інтенсивніше. Зворотний ефект відбувається на двигунах з турбонаддувом: у впускному колекторі утворюється велика тиск наддуву, і паливо з форсунок надходить в менших кількостях, ніж расчитывалось. Виходить що продуктивність форсунок розраховується на атмосферний тиск. Але регулятор з функцією коригування тиску палива допомагає впоратися з цим завданням.

Рекомендована коригування тиску палива — 1:1 до зміни тиску повітря.

Для довідки: при збільшенні тиску палива на 100%, продуктивність форсунок збільшується на 50%.

Масляний радіатор.

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR

Турбо або атмо, хто швидше?, Мої статті , Каталог статей, ADR
На двигунах з турбонаддувом сильно зростає тепловий режим роботи двигуна. Кількість згорілої робочої суміші за одиницю часу збільшується пропорційно тиску наддуву, відповідно тепло переходить не тільки потужність двигуна, але і передається його частин. Сильно нагріваються поршні, циліндри, випускна система і турбіна.

При температурі 260’С мінеральні компоненти в олії можуть закоксоваться, і відкластися в масляних каналах і підшипнику турбокомпресора. Так само масло при великому нагріванні стає дуже рідким і втрачає змащувальні властивості. Синтетичне масло менш піддається впливу нагрівання, майже не втрачає в’язкість і не коксуется, тому краще для двигунів.

Що б не допустити перегріву масла, для цього служить масляний радіатор. Він під’єднується до спеціального перехідника під масляним фільтром. Більшість турбін не мають канал для охолоджуючої рідини (тосола), і тому єдиний спосіб охолодити підшипник турбіни — мастило холодним маслом.

Для відведення зайвої температури від турбо мотора всі засоби хороші, і тому мати масляний радіатор бажано на кожній турбованої машині.

Короткий опис статті: атмосферний двигун

Джерело: Турбо або атмо, хто швидше? — Мої статті — Каталог статей — ADR

Також ви можете прочитати