Турбини, за мнозина ще бъде интересно да се прочете
Мисля, че ще бъде полезно да прочетете собствениците на турбо двигатели и не само)))
Те са източник на голяма сила и в много отношения изкуство и черна магия. И така, нека поговорим за тях по-подробно, за турбините.
Малко вероятно е да сте чували за шведския инженер АлфредБючи, но определено сте запознати с работата му, защото много отдавна, през 1925 г., той е първият, който разработва турбина. Резултатът беше незабавно увеличение на мощността, което беше 40% при тестовия двигател на Buchi. Този факт всъщност беше забравен до края на 70-те години, когато стана необходимо да се увеличи мощността (основно Saab и Porsche изискваха това), и тогава прашното изобретение дойде на помощ. Оттогава използването на турбини стана доста популярно.
Японските автомобили не са изключение, повечето съвременни автомобили са оборудвани с турбина.
Защо турбодвигателите увеличават мощността?Доста лесно е да се разбере, двигател с турбокомпресор работи точно като двигател с естествено пълнене, но обемът на въздуха, преминаващ през него, е по-голям. Атмосферните двигатели са наречени така, защото "дишат" нормален атмосферен въздух, точно като вас и мен. На теория, за да подобрите работата на двигател с естествено пълнене, трябва да му осигурите повече въздушен поток, с точното количество гориво, за да се образува правилната смес, и тогава повече изгорено гориво ще осигури повече енергия. Типичните методи за настройка са разпределителни валове, които осигуряват повече повдигане на клапаните, или просто повече клапани на цилиндър, за да се увеличат мощността и въртящият момент. И без значение колко ефективен ще бъде приемът -двигателят се задвижва само от въздух, влизащ в него естествено (без налягане).
Но да предположим, че инсталираме някаква външна помпа, която ще нагнети въздух в цилиндрите и ще създаде там налягане над атмосферното. И тогава в двигателя ще има много повече въздух от преди и с достатъчно гориво (така че съотношението гориво/въздух да не се променя), ще получим много повече мощност от същия двигател. Такава помпа може да подобри пълненето на цилиндрите с около 50%, съответно ще ни трябва 50% повече гориво, но ще получим 50% повече мощност, което е много по-добро, отколкото осигуряват другите компоненти за настройка. Това разбира се е теория. На практика има две форми на помпи, компресор, задвижван от двигател (компресор) и задвижван от изгорели газове - т.е. турбина (турбо компресор).
В съвременните модели доста често се използват турбини и ето защо. Това позволява на производителя да създаде един двигател и да добави турбо към него, за да получи нов модел, който е достатъчно горещ, за да се нарече спортен автомобил. Значи 2-литров 145 к.с Impreza става турбо 221к.с Impreza WRX, и 140 к.с. Lancer става 260 к.с Еволюция на Lancer. Ако по някаква причина Subaru и Mitsubishi не могат да използват турбина, то за да постигнат такава мощност ще трябва да правят двигатели с обем 2.7-3.0 литра, които ще изискват 6 цилиндъра и разбира се ще се отрази на цената.
Турбините на практикаЗа по-лесно можете да мислите за турбина като за помпа, която се задвижва от изгорелите газове, които се изтласкват от двигателя. Вътре в турбината има турбинно колело, чиито лопатки се задвижват от отработените газове. Това колело е свързанокъс вал с компресорно колело, който е в отделен корпус, но поради връзката на вала се върти със същата скорост. Въртейки се, колелото на компресора засмуква въздух в двигателя, което допринася за създаването на допълнително налягане.
На практика при ниски обороти на двигателя не се отделя достатъчно газ и има леко обратно налягане в изпускателния колектор. Отработените газове излизат през процепите на турбинното колело (работно колело), като практически не го въртят. В такава ситуация двигателят не е под налягане, не се подава допълнителен въздух - общо взето работи като атмосферен. Когато дроселната клапа се отвори повече, обемът на отработените газове се увеличава и в резултат на това турбината се завърта, този етап обикновено се нарича развъртане на турбината (spool up). Ако педалът за газ се задържи натиснат, работното колело на турбината се върти все по-бързо и по-бързо, тъй като е свързано с вал към работното колело на компресора, то от своя страна също се върти по-бързо и вкарва повече въздух в двигателя, отколкото в атмосферния. Този етап се нарича on boost (on boost). Освен това, тъй като в двигателя е влязло повече въздух, компютърът съответно доставя повече гориво там и в резултат на това обемът на отработените газове се увеличава, преминавайки през работното колело на турбината, те го завъртат още повече, което води до допълнително увеличаване на налягането на форсиране. И ако този процес се остави неконтролиран, е доста лесно да се повреди двигателят. За да не се случи това, турбините са оборудвани с управляващ байпасен клапан (wastegate), който позволява на изгорелите газове да байпасират турбинното колело - веднага към изхода. Байпасният клапан се задейства от чувствително към вакуум механично устройство, соленоид (задвижващ механизъм). Соленоидът отваря байпасния клапанопределено ниво на натиск. В японските превозни средства този соленоид често работи заедно с електронния контролер за усилване.
Повечето японски автомобили работят при около 10 psi (0,7-0,8 бара), което означава повече от 50% повече въздух от двигател с естествено пълнене. Колкото повече въздух влиза, толкова повече мощност получавате чрез увеличаване на количеството гориво, което изгаряте, поради което увеличаването на усилването е толкова добро за производителността.
Размерът има значениеТова беше уводната част, нека да преминем към спецификациите. Известно е, че турбините са големи и малки, корпусът на турбината - донякъде напомнящ на охлюв - е най-видимата част от турбината, оттук и класификацията на големи и малки. Размерът на компресора определя колко въздух може да изпомпва турбината в двигателя и също така определя количеството турбо забавяне.
За да разберете какво е турбо яма, не забравяйте, че турбината е помпа. И като всяка помпа, тя трябва първо да се напълни и след това да започне да изпомпва. Логично малката помпа пълни по-бързо от голямата. Но малка помпа не може да изпомпва толкова въздух, колкото голяма, но започва да работи по-бързо. Така малката турбина ще реагира по-добре, докато голямата ще произвежда повече мощност. Друг фактор, който трябва да се вземе под внимание е, че малката турбина има по-малко тегло и работното й колело има по-малка инерция, което я прави още по-лесна за въртене, но тогава тя се превръща в ограничаващ фактор и не може да премине през нея повече въздух от определен обем. Съответно максималната мощност на малка турбина е по-малка, но и турбо лага е по-малък. Ето защо никога неще видите Nissan Skyline с мощност 1000 к.с. с малка турбина.
Съотношение A/RИ така, разбрахме размерите на турбината. Време е да поговорим за избора на правилното съотношение A / R в зависимост от размера на двигателя. Съотношението A/R е предназначено да опише размерите на турбината в числа, което буквално е площ/радиус (площ/радиус). По-специално площта е входа на турбината, а радиусът е радиусът на централната част. Обикновено това съотношение е в диапазона 0,5-1,0. По отношение на размера, турбо с съотношение 0,5 ще се върти много по-бързо от турбо с съотношение 1,0, но разбира се по-голямо A/R турбо ще може да генерира повече усилване и повече мощност.
Следователно изборът на правилния A/R е много важен - особено за производителите. Избирането на твърде нисък A/R ще ви позволи да форсирате бързо, дори при ниски обороти на двигателя, но в същото време максималното налягане ще бъде достигнато достатъчно рано и ще трябва да изхвърлите излишъка, като отворите байпасния клапан. Освен това, ако завъртите турбината за много дълго време, това ще има лош ефект върху надеждността. Ако A/R е твърде висок, тогава двигателят ще страда от голямо турбо закъснение и турбината ще се върти много бавно и ще влезе в усилване в края на диапазона на оборотите, което ще направи колата неотзивчива на дросела и трудна за управление.
В действителност намирането на подходящия A/R вече не е проблем за японските производители. Повечето коли имат турбина с възможно най-високото A/R, което означава, че има известно забавяне, но винаги има потенциал да се достави повече налягане от фабричните настройки. И това е страхотна новина, когато става въпрос за настройка. Можете да увеличите усилването, без да се страхувате от счупване на турбината.
Турбинно работно колелоКакто вече споменахме, работните колела савътре в корпуса на турбината. Тялото е проектирано по такъв начин, че да улесни процеса на трансформиране на енергията на преминаващите газове във въртене. Работното колело на турбината насочва изгорелите газове от средата към краищата, докато компресорното, напротив, изсмуква въздух към средата. Размерът на работното колело на компресора е ограничен от размера на корпуса, но има леки отклонения в размера на работните колела (такъв е случаят с т.нар. хибридни турбини). Обикновено работните колела са изработени от стомана, но вече се полагат усилия за намаляване на теглото на тази част и производители като Nissan и Toyota използват керамични елементи. За съжаление, керамиката не е толкова надеждна, колкото стоманата и ако налягането надвиши допустимия максимум, последствията ще бъдат тъжни. В такива случаи, когато налягането е значително по-високо от фабричните настройки, е по-добре да се използват турбини със стоманени работни колела.
Вал на турбинатаВалът на турбината е критичен компонент, тъй като свързва работните колела на турбината и компресора. Той върши просто адска работа - скоростта на въртене достига 100 хиляди оборота и дори повече, докато температурата на отработените газове често надвишава 1000 градуса, така че валът постоянно се смазва с масло, идващо от двигателя. Този дизайн обаче може да причини определени проблеми, тъй като турбината се оказва зависима от работата на двигателя и всъщност турбината може да се върти по инерция няколко минути след изключване на двигателя. Струва си, след като това се случи и турбината ще стане неизползваема. Високи температури - често карат маслото да се превърне в твърда маса и да спре да върши работата си. Ето защо е важно да оставите турбото да работи тихо след тежко каране поне за минута-две.
ЛагериЦентралната част на турбината, наречена касета,представлява значителен интерес. Патронът е проектиран да действа като лагер за вала на турбината, позволявайки му да се върти свободно и да допринася за смазването чрез малки отвори, през които тече масло. Това осигурява увеличена опора на вала от едната страна. Защо се използват такива лагери - те са евтини и доста надеждни, но ако налягането стане по-голямо, тогава определено има какво да се подобри.
Съвременните турбини използват сачмени лагери, пионер в тази област е Garrett, първият, който използва такива лагери за дизелови двигатели. Това намали турбо забавянето чрез намаляване на триенето, така че много тунинг компании започнаха да произвеждат турбини, базирани на сачмени лагери, турбини, с които се въртят по-бързо и са по-отзивчиви. Интересно е да се отбележи, че Mitsubishi Evolution FQ-400 използва турбина с двойни сачмени лагери. Въпреки това, не всички експерти са уверени в ползите от топките.
Соленоид (задвижващ механизъм)Не всеки придава значение на това механично устройство, но соленоидът също е важен компонент. Обикновено работи чрез "измерване" на въздуха във всмукателния колектор и задейства байпасния клапан на турбината. Обикновено работи в тандем с контролер за усилване или компютър (ECU), за да управлява внимателно генерираното свръхналягане. Електронният компонент ви позволява да наблюдавате по-точно налягането, освен това в критични случаи налягането може да се промени по-бързо, например, ако в резервоара се налива гориво с ниско октаново число. Соленоидите са маркирани за определена сила на пружината, колкото по-голяма е силата, толкова по-късно ще се отвори байпасният клапан.Следователно, като се има предвид, че фабричните настройки са направени с известна граница, тогава можете лесно да увеличите налягането, като замените соленоида с по-твърд, това ще ви позволи евтино да увеличите нивото на усилване в двигателя.
Ето обобщение на всичко, което трябва да знаете за работата на турбините.