Бензиновый двигатель с турбонаддувом. Двигатель с турбонаддувом
Бензиновый двигатель с турбонаддувом
Турбокомпрессор — позволяет существенно поднять мощность. Это позволяет использовать двигатели с меньшим рабочем объёмом цилиндров, а это в свою очередь значит, что двигатель будет меньшего размера. Использование турбин в современном автомобилестроении позволяет использовать их на всех автомобилях и (при хорошей настройке) без повреждении силового агрегата. В статье мы рассмотрим бензиновый двигатель с турбонаддувом, а также, какие преимущества он за собой несет.
Турбокомпрессор – узел двигателя позволяющий сжимать поступающий в неё воздух и сжимать его. В идеале соотношение воздушно–топливной смеси 1:17 (на одну часть топлива 17 частей воздуха). Если топливо окажется больше(обогащённая смесь) значит оно сгорит в цилиндре не полностью. То же произойдёт если топливо меньше(обеднённая смесь). Турбина нагнетает сжатую воздушно-топливную смесь, смесь получается всё та же 1:17, но сжатая а следовательно большего объёма.
Турбокомпрессор подобен воздушному насосу и бывают двух видов: турбина (Turbocharger) приводимая в движение от выхлопных газов, и компрессор (Suprcharger) работающий от двигателя. Турбина использует отработанные выхлопные газы для раскручивания своих лопастей, «хватая» и сжимая воздух. Если двигатель работает на малых оборотах и выхлопу не хватает силы раскрутить турбину, то газы сбрасываются через отверстия в турбине и мотор работает как обычный атмосферный. С увеличением наддува увеличивается и впрыск количества топлива, а значит и отработавших газов. Что в свою очередь может привести к циклическому подъёму мощности до какого либо предела, пока двигатель не выйдет из строя. Поэтому на турбинах стоит обходной клапан, который позволяет газам выходить в обход турбине.
На корпусах турбин встречаются такой параметр как А/R (area/radius), что переводится как область/радиус А- это сопла входа турбины, R- радиус центральной части турбины. Отношение А/R в пределах 0.5 – 1.0, чем меньше этот показатель тем меньше количество времени необходимо для наполнения турбины. И следовательно чем больше показатель А/R тем больше количество времени для наполнения турбины. Но турбины с меньшем А/R не так сильны как их габаритные собратья. Ставить на большие (3.0-6.0 литровые) двигатели турбины с маленьким А/R не резонно, так как турбина наполнится быстро, но не даст желаемого прироста мощности. Но и маленькие моторы с большими показателями А/R могут даже и не наполнится.
Рынок на сегодняшний день располагает огромным выбором турбин, разных габаритов и марок. К плюсам можно отнести подъём мощности, лучшее сгорание топлива и экономичность(в некоторых случаях). К минусам же можно отнести повышение качества горюче-смазочных материалов и дополнительный уход. Так как некорректно установленная или не смазанная турбина может вывести из строя двигатель. Теперь Вы знаете плюсы и минусы, которые несет с собой бензиновый двигатель с турбонаддувом.
Еще можно почитать
mitsu-motors.ru
Как работает двигатель с турбонаддувом
Как известно, в цилиндрах двигателя автомобиля сгорает не чистое топливо, а топливно-воздушная смесь. Поэтому для сгорания топлива необходим кислород.
Смешение топлива с воздухом происходит в определенной пропорции. Для бензиновых двигателей она составляет 1 часть топлива к 15 частям воздуха.
Как видим, воздуха для сгорания требуется немало. С увеличением подачи топлива увеличивается подача воздуха. В стандартных двигателях данная потребность обеспечивается за счет небольшой разницы давлений в цилиндре и окружающей атмосфере. Чем большим будет объем цилиндра, тем больше он способен принять кислорода.
Как работает турбонаддув?
Поступающие из двигателя автомобиля выхлопные газы приводят в движение ротор турбины. Он в свою очередь вращает компрессор, который подает сжатый воздух в цилиндры. Предварительно воздух пропускается через интеркулер для охлаждения потока. Таким образом, чем больше выхлопных газов попадет в турбину, тем быстрее она будет вращаться и тем больше подаст воздуха в цилиндры. Чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем выше будет мощность двигателя.
На ”обслуживание” турбонаддува уходит всего 1,5% энергии двигателя. С другой стороны даровая энергия, которая затрачивается на сжатие воздуха, повышает КПД мотора. Благодаря этому снижаются потери на трение, уменьшается вес силового агрегата. К сожалению, за очевидной экономичностью данной технологии скрываются определенные затруднения.
Недостатки двигателей с турбонаддувом и их решение
Одной из составляющих системы турбонаддува является турбина, которая состоит из корпуса, уплотнительных элементов, двух улиток, вала с крыльчатками и нескольких подшипников скольжения. Когда скорость вращения турбины достигает 200 тыс. об./мин., газы нагреваются до 1000°C. Поэтому конструкция турбонаддува должна выдерживать значительные нагрузки, что становится причиной её дороговизны и сложности.
Другой проблемой является эффективность работы турбины, которая зависит от оборотов двигателя. На небольших оборотах ощущается недостаток выхлопных газов, поэтому ротор раскручивается слабо. Поскольку компрессор не подает в цилиндры дополнительный воздух, двигатель работает в так называемой ”турбояме”. После 4-5 тыс. мотор ”выстреливает” и тогда хорошо заметен эффект турбонаддува.
Особенно остро данная проблема ощущается с двигателями, которые оснащены турбинами высокого давления. Главная причина в том, что большая турбина дольше раскручивается. С турбинами низкого давления провалы тяги обычно отсутствуют, однако и мощность они поднимают незначительно.
Одним из способов устранения турбоямы является схема последовательного наддува. В этом случае на малых оборотах работает малоинерционный турбокомпрессор, поднимающий тягу на “низах”. С увеличением оборотов включается уже другой механизм. В настоящее время последовательный наддув часто используют BMW и Land Rover.
На рядных двигателях обычно ставят одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара ”улиток”), оснащенный двойным рабочим аппаратом. Каждую ”улитку” наполняют выхлопными газами разные группы цилиндров. При этом обе ”улитки” подают воздух только на одну турбину, что позволяет эффективно её раскручивать на высоких и низких оборотах.
И все же самым распространенным вариантом является пара одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно обслуживают разные группы цилиндров. Это типичная схема всех V-образных турбодвигателей с собственным нагнетателем для каждого блока.
Последним достижением инженеров стала технология изменения рабочей области, повышающая эффективность работы турбокомпрессора во всём диапазоне оборотов. Специальные лопатки варьируют форму сопла в зависимости от частоты оборотов внутри «улитки». Первые турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях.
Сегодня конструкция двигателей с турбонаддувом доведена практически до совершенства, что привело к росту их популярности. Современные турбокомпрессоры не только эффективно форсируют моторы, но также повышают экономичность и чистоту выхлопа, что особенно актуально для дизельных двигателей.
all-drive.net
двигатель с турбонаддувом.
Сегодня мы расскажем Вам про двигатель с турбонаддувомдвигатель с турбонаддувом или атмо, кто быстрее?
С тех пор, как начали появляться первые турбины на тюнингованных автомобилях, возникает вопрос — кто быстрее, двигатель с турбонаддувом или атмосферники с большими распредвалами?
Ответ однозначен — правильно собранный двигатель с турбонаддувом не оставит никакого шанса самому «злому атмо».Самый мощный атмосферный двигатель на данный момент применяется в боллидах Формула-1, с одного литра объёма двигателя снимается около 300 л/с.
Для примера: правильно собранный двигатель с турбонаддувом выдаёт до 900 л/с с литра объёма, при наддуве 5,5 атмосфер. Такие моторы применялись на Формуле-1 во времена турбо-эры с 1977 по 1988 г, с мотора объёмом 1,5 литра снимали от 700 до 1400 л/с. Подобные моторы сейчас применяются в драг рейсинге класса «top fuel» в США, с мотора объёмом 8,2 литра снимается 7000 л/с.
От куда же берутся эти лошадиные силы? Ведь обычный мотор внутреннего сгорания имеет около 60 л/с с литра.Обычный мотор рассчитан на езду в городских условиях, с крутящим моментом на низких оборотах. Такая компоновка имеет свои ограничения в максимальной мощности и скорости. Цилиндры двигателя имеют огромный потенциал для увеличения мощности без увеличения объёма двигателя.
На сколько можно повысить мощность двигателя с помощью турбины? При увеличении наддува на 1 атмосферу, мощность увеличивается примерно на 100%. То есть если двигатель имел изначально 100 л/с, то при давлении турбонаддува 3 атмосферы (3 бар), его мощность возрастёт до 300 л/с. Естественно двигатель должен быть подготовлен к такой нагрузке: резко возрастает тепловой режим работы мотора — повышается температура клапанов, поршней, масла, охлаждающей жидкости, выпускной системы. Эти элементы должны быть доработаны к условиям возросшей температуры. Возрастает нагрузка на поршни, шатуны, коленвал, блок двигателя, сцепление, трансмиссию. Эти элементы автомобиля должны быть подобраны в соответствии с возросшей мощностью.
Степень сжатия на двигатель с турбонаддувом должна быть уменьшена в зависимости от давления наддува. На самом деле высокая степень сжатия с использованием высокооктанового топлива даёт не такую уж большую прибавку мощности, как разница в цене на топливо. При увеличении степени сжатия на единицу — мощность возрастает примерно на 1,5%. Конечно существует топливо с октановым числом 150 — метиловый спирт. Его использование на атмосферном двигателе позволяет применять степень сжатия 1:15, но прибавка мощности с высокооктановым топливом слишком несущественна. Так что не нужно скупиться на уменьшении степени сжатия на турбо моторах, и в моторах с закисью азота. На мощных двигатель с турбонаддувом степень сжатия находится в пределах 7-8, в зависимости от применяемого топлива. Детонация очень разрушает мотор, так что лучше меньше, чем больше.
Турбины ТКР.
Турбины произведённые в России и странах СНГ имеют обозначение — ТКР. Существует несколько типов, которые отличаются размерами и производительностью, а так же КПД от 43 до 77%. Они используются на дизельных двигателях разной мощности, серийное применение на бензиновых двигателях данных турбин пока отсутствует.
Возможно ли применение турбин ТКР на бензиновых двигателях? Да возможно. Не сгорят ли лопасти турбины, предназначенной для дизельных двигателей, на бензиновом моторе, ведь температура горения бензина выше чем солярки? Случаев сгорания лопастей турбины от дизеля на бензиновом двигателе в практике не обнаружено. Температура выхлопных газов прежде всего отдаётся поршням, клапанам, блоку цилиндров, выпускному коллектору, и только потом — турбине.
Турбины Garrett.
Широкое распространение в использовании на серийных дизельных и бензиновых двигателях получили турбины Garrett, которые производятся на 14 заводах по всему миру. Они так же активно используются в автоспорте и тюнинге. Имеются турбины Garrett не только с подшипниками скольжения (бронзовые втулки) как на ТКР, но и с шарикоподшипниками, которые имеют обозначение с буквой «R», например GT42R. Шарикоподшипники менее чувствительны к масляному голоданию, повышенным оборотам, имеют меньшее трение, и соответственно быстрее раскручиваются. Так же имеются турбины с каналом для охлаждения подшипника с помощью охлаждающей жидкости, что благоприятно сказывается на их сроке службы.
Расход воздуха турбинами и степень повышения наддува.
Каждая турбина имеет определённую производительность накачки воздуха. Максимальное давление наддува получается на оптимальных оборотах ротора, превышать которые не стоит, иначе пострадает подшипник турбины. На данной схеме показана производительность турбин ТКР. Для примера: расход воздуха 0.10 кг/с равняется 130 л/с мощности двигателя. К примеру турбина ТКР-6, которая применяется на машинах типа «Бычок», «Валдай», выдаёт максимально 150 л/с.На ТКР-6 диаметр компрессорного колеса 60 мм, а на ТКР-10 соответственно 100 мм, это видно из маркировки турбин.
На данной схеме представлен расход воздуха турбин Garrett в фунтах/мин и степень повышения давления (атм). Расход воздуха 50 фунтов в минуту равняется примерно 410 л/с конечной мощности двигателя.
Турбину для тюнинга стоит выбирать с запасом, что бы она работала не на пределе своей производительности. У больших турбин немного больше турболаг (провал), но у них гораздо больший потенциал конечной мощности по сравнению с маленькими турбинами. Маленькая турбина при достижении своего пика прекращает повышать мощность двигателя, и стравливает выхлопные газы в обход крыльчатки (при наличии клапана вестгейт), или разрушается, при отсутствии клапана.Клапан вестгейт (Wastegate).
Обходной клапан вестгейт служит для защиты подшипника турбины и двигателя от разрушения. Поток выхлопных газов старается раскрутить крыльчатку до бесконечности, тем самым нагнетая всё больше и больше воздуха в двигатель. Соответственно воздух увеличивает количество рабочей смеси, увеличивая поток выхлопных газов. Турбина раскручивается ещё быстрее. Получается замкнутый цикл.
Если этот цикл не остановить, турбина набирает обороты гораздо больше максимальных 100000 об/мин, и подшипник приходит в негодность. Получается люфт, и крыльчатка начинает задевать о корпус турбокомпрессора, мгновенно изнашиваясь. Так же от неконтролируемого повышения мощности может пострадать двигатель.
Обходной клапан бывает двух видов: встроенный и внешний. Встроенный крепится прямо на турбине, и имеет заслонку, которая отводит часть выхлопных газов, при достижении определённого давления, в обход турбины, в глушитель. У него ограниченные возможности, он не может отводить слишком большой поток выхлопных газов.
Внешний клапан выполняет те же функции, но крепится на выпускном коллекторе. При достиженнии заданного давления компрессора, открывается, и начинает стравливать выхлопные газы с выпускного коллектора, в обход турбины — в глушитель, не позволяя раскручиваться турбине больше положенного.
Поделиться новостью с друзьями:
Похожее
help4auto.com
