Turbo Основи
Принципи на работа на двигател с турбокомпресор.
Поради конструктивните характеристики на двигателя с вътрешно горене VAZ, такива методи за увеличаване на мощността на двигателя като пробиване на цилиндри, инсталиране на спортни разпределителни валове, фина настройка на главата на цилиндъра и промяна на съотношението на компресия за гориво с по-високо октаново число не позволяват значително увеличение - максимум 50–70% от фабричната мощност, при възможност за ежедневна употреба. В случаите, когато е необходимо да се постигне значително увеличение на въртящия момент (60-100% или повече), най-ефективният начин е инсталирането на турбокомпресор. Такова устройство ви позволява да увеличите количеството въздух, постъпващ в цилиндрите на двигателя, поради предварителното му компресиране.
За да разберете как работи турбокомпресорът, разгледайте диаграмата по-долу:
Преминаването на въздух вътре в двигател с монтиран турбокомпресор се състои от следните основни стъпки:
- първо, въздухът, пречистен във въздушния филтър, влиза във входа на турбокомпресора (1); - в турбокомпресора въздухът, който е влязъл там, се компресира, във връзка с което се увеличава неговата плътност и се увеличава количеството кислород, съдържащ се в единица обем; - но в процеса на компресия въздухът се нагрява и плътността му леко намалява; - за да се възстанови температурата на нагрятия въздух и да се увеличи неговата плътност, въздухът от турбокомпресора се насочва към междинния охладител (3), където се охлажда частично. Между другото, въздушното охлаждане позволява не само да се увеличи плътността му, но и намалява вероятността от детонация на сместа въздух-гориво; - охлаждайки се в междинния охладител, въздухът навлиза във всмукателния колектор (4) през дросела и след това навлиза в цилиндрите на двигателя при всмукателния ход.
Въпреки че обемът на цилиндъра е ограничен от диаметъра и хода на буталото, количеството кислород, което влиза в цилиндрите, става много по-голямо поради увеличаването на плътността на въздуха. По-голямото количество кислород дава възможност за изгаряне на повече гориво в един цикъл и съответно увеличаване на мощността на двигателя в сравнение с конвенционалната (атмосферна) версия.
След изгаряне на въздушно-горивната смес, тя отива в изпускателния колектор (5) (на изпускателния такт), където този поток от отработени газове, загрят до температура 500-1100 градуса, влиза в турбината (6). След като преминат през турбината, отработените газове започват да въртят вала на турбината и съответно компресора, разположен в другия край на вала. В същото време температурата и налягането на отработените газове намаляват, тъй като част от тяхната енергия се изразходва за въртене на компресора.
Диаграмата по-долу показва вътрешността на турбокомпресора:
В зависимост от разположението на двигателя и конкретния модел двигател, турбокомпресорът може да бъде оборудван с допълнителни елементи, като Wastegate или Blow-off. Нека разгледаме по-подробно тяхното устройство и принципи на работа:
„Блоуоф“ (blow-off) – устройство, наричано още „байпасен клапан“, което се монтира във въздушната система между дроселовата клапа и изхода на компресора, за да предотврати преминаването на компресора в режим „пренапрежение“. Пренапрежението е нежелан процес, който възниква по време на работа на лопатковите компресори. В същото време в тръбопроводната система възниква пулсация на захранване и налягане. Като правило, пренапрежение на компресора възниква, когато въздушният поток е недостатъчен или налягането на усилване е твърде високо. По този начин, когато дроселът се затвори рязко, изпускателното устройство насочва излишното налягане в атмосферата и предпазва турбокомпресораот претоварване.
Wastegate:
Системата wastegate (bypass gate) се състои от механичен клапан, монтиран на изпускателния колектор или на частта на турбината. Този клапан осигурява контрол върху налягането, което турбокомпресорът създава. Wastegate позволява на изгорелите газове да заобикалят турбината. Това ви позволява да контролирате налягането на усилване, което компресорът създава. За да контролира горния процес, wastegate използва налягането на вградената пружина и налягането на усилване.
Вграденият wastegate се състои от амортисьор, вграден в корпуса на турбината (корпус на турбина), пневматичен задвижващ механизъм и тяга от амортисьора към задвижващия механизъм.
Външният затвор се състои от клапан, монтиран преди турбината на изпускателния колектор. Предимството на външния затвор е, че изхвърленият байпасен поток може да бъде върнат в изпускателната система на значително разстояние от изхода на турбината или изхвърлен в атмосферата (използвано при спортни автомобили). Това води до подобряване на преминаването на газовете поради липсата на многопосочни потоци в корпуса на турбината (корпуса на турбината).
Водно и маслено охлаждане:
Използването на турбини със сачмени лагери (например Garrett) може значително да намали консумацията на масло в сравнение с втулковите колеги. Ето защо при високо налягане на маслото (повече от 4 атмосфери) се препоръчва да се инсталира маслен ограничител. В този случай изтичането на маслото трябва да се постави в картера над основното ниво на маслото. Централният патрон на турбината трябва да бъде насочен с дренажа на маслото надолу, тъй като маслото се източва гравитационно.
При рязко спиране на двигателя се получава коксуване на маслото в централния патрон, което води до повреда на турбините. Причина за коксуванее топлообменът между загрятия изпускателен колектор и турбината, който се получава при липса на студен въздух и подаване на прясно масло.
За неутрализиране на горния ефект турбините обикновено се снабдяват с водно охлаждане. С помощта на водни маркучи, които осигуряват сифонен ефект, температурата в централния патрон се намалява дори при напълно спрян двигател. В този случай се препоръчва да се осигури минимална вертикална неравномерност на посоката на водоснабдяване, както и да се разположи централната касета спрямо оста на турбината (не повече от 25 градуса).
Избор на турбина
Оптималният избор на турбина зависи от много фактори, включително както чисто технически (двигател и модел на автомобил), така и от условията, при които се планира да работи форсираният двигател. Основният критерий е мощността, която трябва да се получи от двигателя. Естествено, това трябва да се основава на реалистични оценки на възможностите на съществуващия двигател, в противен случай такъв двигател няма да издържи много дълго. След като решите необходимата мощност, можете да започнете да избирате турбина, която може да осигури достатъчен въздушен поток.
В допълнение към производителността на турбината, друг важен критерий е скоростта, при която се достига усилване и минималната скорост на двигателя, при която това се случва. Тези цифри могат да бъдат подобрени чрез избор на по-малък горещ корпус (корпус на турбина) или по-малка турбина. Това обаче ще доведе до леко намалена максимална мощност на двигателя. При правилен подбор обаче дори малка турбина може да постигне по-голям ефект от голяма турбина с висока пикова мощност, но само в горния диапазон на работа на двигателя. Предимството при използване на малки турбини се постига благодарение на бързото излизане на турбината в режим на усилване ипоради увеличения работен диапазон на двигателя. На практика големите турбокомпресори се срещат предимно в спортните автомобили.
Сачмени лагери и втулкови турбини
Както беше отбелязано по-горе, въпреки широкото използване на турбини с ръкави, напоследък те все повече се заменят от по-ефективни турбини със сачмени лагери. Първоначално турбодвигателите със сачмени лагери са използвани от Garrett Motorsport в модификации на състезателни турбини. Благодарение на оригиналния дизайн на централната касета, турбините със сачмени лагери Garrett осигуряват оптимална реакция на турбината към дросела и ускорен достъп до режим на усилване (с 15% или повече спрямо техните аналози). Тази характеристика на турбините със сачмени лагери значително намалява ефекта на турбо-ямата и доближава характеристиките на двигателя с турбокомпресор до по-голям "аспириран" двигател.
Освен това турбините със сачмени лагери консумират значително по-малко масло, което не само води до значителни спестявания, но и намалява вероятността от коксуване на маслото, когато двигателят е спрян. В допълнение, турбините със сачмени лагери са много по-малко склонни да изпускат масло през уплътненията, а изискванията за качество на маслото за такива турбини не са толкова високи, колкото за гилзите.