Двигатель турбо: 7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов — журнал За рулем

список проблемных двигателей — журнал За рулем

Надо ли бояться двигателей с турбонаддувом? «За рулем» объясняет причины их ненадежности и развеивает мифы.

Материалы по теме

7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов

Анализ вторичного рынка не оставляет сомнений: россияне при покупке автомобиля в подавляющем большинстве случаев выбирают машины с атмосферным двигателем. Хотя при сопоставимых ценах турбомотор экономичнее и мощнее.

Сказанное в большей степени относится к автомобилям по умеренной цене. В премиум-сегменте предпочтения выражены не столь очевидно — обеспеченные покупатели не чураются даже битурбо­двигателей.

Главные неудачники

В Европе «эффект турбостраха» не наблюдался — переход на «турбо» происходил постепенно и плавно, хотя в 1980‑е сами турбины были весьма капризными. В СССР таких моторов никогда не было, отсюда и недоверие. Чужая, незнакомая вещь — непонятно, как и где ее чинить, случись что. Поначалу в России были ощутимые трудности с ремонтом турбомоторов (и дизелей тоже). Специализированные сервисы по турбомоторам и их компонентам появились не сразу. Да и там дорогостоящий ремонт не всегда гарантирует качество.

Материалы по теме

Атмосферный или с турбонаддувом — какой мотор лучше?

Между тем с приходом экологических норм Евро‑5 (в Евросоюзе — с 2009 года) моторы с наддувом стали самым простым и эффективным решением для всех производителей. А Евро‑6 оказался и вовсе труднодостижимым уровнем для атмо­сферников.

Мощная волна даунсайзинга (сокращение рабочего объема моторов и уменьшение их габаритов при повышении производительности, часто с помощью турбонаддува) поднялась лет пятнадцать назад. Всего двадцатью годами ранее литровая мощность под 100 л.с./л встречалась только у спортивных машин. Сегодня это обыкновенный показатель для относительно простых и массовых моделей.

На этой волне практически все заводы выпустили множество турбомоторов. Часть из них оказались не слишком удачными. То ли недостаток инженерного опыта сказался (все новые двигатели намного сложнее предыдущих), то ли поспешность разработок. Список общепризнанных «неудачников» довольно длинный. Выборочно: трехцилиндровый опелевский 1.0 R3, Ford 1.0 EcoBoost, сильно страдавший перегревами, «Инновация 2007 года» 1.4 TSI/TFSI Volkswagen/Audi, моторы BMW семейств N45 и N46 периода 2001–2011 годов, обладатель многих премий «Двигатель года» 1.6 THP (EP6), созданный концерном PSA совместно с BMW и получивший имя собственное Prince (Принц). Локальные проколы случались и у Мерседеса, и у Тойоты, и у Рено. У всех турбоновинок были передовые характеристики, но это сопровождалось снижением надежности.

Преждевременно и скоропостижно из строя выходят, разумеется, не все поголовно двигатели некоего семейства или серии, а только отдельные экземпляры. Постепенно накапливается статистика: что чаще всего ломается и почему. Тысячи остальных точно таких же двигателей успешно отрабатывают заявленный ресурс — и даже больший, но репутация в итоге портится у всех.

Главные проблемы

Что произошло? Мотористы под давлением экологических нормативов вынужденно избрали невыгодный с точки зрения надежности путь — сочетание увеличения давления в цилиндрах (рост температур и механических нагрузок) с облегчением шатунно-поршневой группы (уменьшение размеров и массы элементов ради снижения инерционных нагрузок). Сократился расчетный запас прочности многих нагруженных деталей — по некоторым оценкам, примерно на 40%. Это сопровождалось общим усложнением конструкции с той же целью оптимизации процесса сгорания топлива и минимизации вредных выбросов. Например, бээмвэ-пежо-ситроеновский Prince, дебютировавший на Mini, совместил в себе несколько передовых решений — турбину Twin-Scroll, систему изменения фаз газораспределения, непосредственный впрыск, систему охлаждения с умным насосом и управляемым ­термостатом.

Материалы по теме

Турбодвигатель — заглушить сразу или лучше подождать?

Проблемы у многих турбодвигателей разных фирм оказались если не идентичными, то схожими. Неэффективные и не доведенные системы смазки и, как следствие, склонность к масляному голоданию, нередко одновременно с масложором (до литра на тысячу километров). Высокие термонагруженность (приводящая к ускоренной деградации резиновых и пластиковых деталей) и чувствительность к качеству топлива и октановому числу (некоторым двигателям даже АИ‑95 противопоказан). Вкупе с небрежным отношением к обслуживанию мотора суммарным проявлением становились нагар на форсунках и клапанах, отложения в цилиндрах и масляных каналах. Результат загрязнений — от течей «всего и везде» до деформации клапанов, прогорания поршней, задиров цилиндров и распредвалов.

Иногда всё это усугублялось низким ресурсом цепного привода ГРМ: цепь растягивалась намного раньше ожидаемого срока — именно на турбоверсиях, а на атмосферниках точно такой же узел работал нормально. Растянувшаяся цепь могла перескочить на несколько зубьев, что приводило к встрече поршней с клапанами.

Многие агрегаты этого «нехорошего» поколения в Россию официально не ввозили. Но остальных с лихвой хватило, чтобы накопить определенный скепсис ко всем турбированным моторам — при активном обсуждении в интернете, где негатив как обычно подается с большим преувеличением, а позитив гораздо менее интересен.

Турбодизели этап даунсайзинга пережили более благополучно, чем бензиновые собратья. Те же наклонности у них проявлялись в меньшей степени. Правда, добавлялись индивидуальные проблемы в системе питания: некорректная работа засоренных форсунок приводила к разно­образным фееричным финалам.

Как с этим жить?

Материалы по теме

6 самых надежных двигателей (из тех, что еще продаются)

Теперь уже очень просто. К 2010–2012 годам все проблемные моторы обстоятельно модернизировали и довели до приемлемого состояния. Чаще и масштабнее всего совершенствовали систему смазки, привод ГРМ (вплоть до перехода с цепи на ремень), материалы и конструкцию поршней и колец.

А к 2015‑му практически все «жертвы даунсайзинга» получили замену в виде двигателей новых серий и поколений, в которых прежние недочеты в целом учтены и исправлены. Сего­дняшний фольксвагеновский 1.4 TSI — сильно другой и в кошмарных болезнях не уличен. У Принца 1.6 THP также мало общего осталось с первоначальным вариантом, и его до сих пор выпускают (в Китае, для местных компаний) как новое семейство.

Пробег 250–300 тысяч километров вполне достижим для современных турбомоторов — и бензиновых, и дизельных. Но все они любят хороший уход: регулярную чистку форсунок, своевременную (а лучше упреждающую) замену масла, пристальное внимание к звукам в приводе ГРМ. И промывку радиаторов — то, чего старым атмосферникам обычно не требовалось. И да, не нужно разбавлять бензин ослиной мочой.

1.4 TSI (ЕА111)

1.4 TSI (ЕА111)

1.4 TSI (ЕА111)

В 2005 году этот мотор поражал инновационной архитектурой, изяществом решений и отличными характеристиками. В самих буквах TSI зашифрована технология послойного непосредственного впрыска топлива и турбонаддува. Была заявлена пятипроцентная экономия топлива при увеличении мощности на 14% по сравнению с двухлитровым (!) FSI. Но эксплуатация быстро выявила уязвимые места.

Первый вал претензий — к цепи ГРМ и неудачному натяжителю. Цепь растягивалась, а натяжитель не натягивал, из-за этого сходили с ума фазорегуляторы. Оказалось, что машину нельзя оставлять на склоне на передаче без ручного тормоза — не исключалась вероятность проскока цепи. Реакцией на промах с топливом (или на короткие поездки зимой без прогрева) была детонация, засорение впускных клапанов и маслоприемника нагаром, падение компрессии, масложор, изредка — разрушение хрупких поршней с тонкими стенками. Нарекания в адрес турбин были малозначимые.

Мотор выпускали до 2012 года и ставили на множество автомобилей Volkswagen, Audi, Skoda и Seat. Затем ему на смену пришел 1.4 TSI нового поколения EA211, полностью переработанный. Злосчастную цепь ГРМ заменили привычным ремнем.

Брать или не брать?

Renault Arkana

Renault Arkana

Машины с турбомоторами часто выбирают адепты активной езды, потому при покупке ­бэушных машин требуется особое внимание. От приобретения техники с бензиновыми турбомоторами проблемного периода (примерно до 2011 года) лучше отказаться. Слишком большой заявленный пробег (от 200 000 км) намекает на предельный износ элементов двигателя, а за подозрительно маленьким (скажем, 50 000 км для десятилетней машины) могут скрываться годы простоя в ремонте — это если пробег не скручен. В любом случае полезна диагностика мотора и турбины.

С новыми автомобилями проще: пока действует гарантия, беспокоиться не о чем. Да и надежность турбомоторов подросла. Крайне интересно посмотреть на продажи в России потенциального бестселлера Renault Arkana, у которого альтернативу старому атмосфернику 1.6 составляет современнейший турбомотор 1.3 TCe (он же М282 в номенклатуре Мерседеса), представленный в 2017 году. Пока доля турбоверсий в общем объеме продаж Арканы составляет около 50 %. Значит, довольно скоро будет собрана статистика насчет надежности (или проблемности) этого мотора — и мы вернемся к теме.

Вся правда о турбомоторах: список проблемных двигателей

Надо ли бояться двигателей с турбонаддувом? «За рулем» объясняет причины их ненадежности и развеивает мифы.

Вся правда о турбомоторах: список проблемных двигателей

Турбо двигатель: описание, характеристика, плюсы, минусы

Для повышения эффективности двигателя может применяться весьма эффективная система, которая носит название двигатель с турбонаддувом. Применение системы подобного плана способствует не только увеличению мощности двигателя, но и позволяет экономить топливо при его работе. При этом токсичность отработанных газов значительно снижается.

Что такое турбонаддув

Турбонаддув — система принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя, в следствии чего в камеру сгорания попадает большее количество топливно-воздушной смеси. Увеличение количества топливно-воздушной смеси повышает среднее эффективное давление в цилиндрах, что приводит к существенному увеличению мощности двигателя при его неизменных конструктивных параметрах. Работает двигатель с турбонаддувом за счет использования энергии отработавших газов либо за счет приводного нагнетателя, который жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.

Как работает двигатель с турбонаддувом

В основу принципа положена сила энергии, которой обладают отработанные газы. Она приводит в движение колесо турбины. Оно, в свою очередь, способствует вращению колеса компрессора. В этом свою помощь оказывает роторный вал. Задача компрессорного колеса состоит в сжатии воздуха. Он нагревается, а после поступления в интеркулер подвергается охлаждению, и осуществляется подача в цилиндры.

Насколько интенсивно будет работать система, зависит от характера работы самого силового агрегата. При этом следует сказать о том, что жесткая связь турбонаддува с коленвалом движка отсутствует. Энергия отработанных газов растет с увеличением числа вращений движка. Чем сильнее работает мотор, тем интенсивнее возрастает энергетический потенциал. Следовательно, растет и подача сжатого воздуха.

Однако не все здесь так просто. Имеется ряд факторов, которые являются сдерживающими в применении турбрнаддува. Прежде всего, к таким факторам можно отнести детонацию. Возникновение ее элементарно обусловлено тем, что бензиновый агрегат просто резко увеличивает свое вращение. Другим фактором являются значительные температурные параметры, которые имеют отработанные газы. Это обеспечивает значительный нагрев турбонагнетателя и двигателя с турбонаддувом в целом.

Из чего состоит система турбонаддува

Конструктивно в состав устройства турбонаддува входит турбокомпрессор, интеркулер, устройство, регулирующее давление наддува и другие узлы. Однако первую скрипку в такой конструкции играет турбокомпрессор. При помощи него и обеспечивается рост давления в системе впуска воздуха.

Воздушные массы необходимо каким-то образом охлаждать. Для этой цели в конструкции предусмотрен интеркулер. Охлаждая сжатый воздух, поступающий из компрессора, он способствует повышению его плотности. В результате этого увеличивается давление. Конструктивно он представляет собой радиатор, причем тип его может быть, как жидкостный, так и воздушный.

Система управляется посредством регулятора наддува. Он представляет собой не что иное, как перепускной клапан. Основное предназначение его состоит в ограничении давления отработанных газов. Они не все направляются на турбинное колесо: определенное их количество идет мимо него. При этом давление наддува становится оптимальным. Клапан приводится в действие с помощью пневматики или электричества. Датчик посылает сигналы, в результате чего наблюдается срабатывание клапана.

Предусматривается и предохранительный клапан. Дроссельная заслонка может резко закрыться, что обусловит резкий скачок воздуха. Работа этого клапана и состоит в защите от подобных действий.

В случае агрегатов достаточно большой мощности применяется система, предполагающая два параллельных турбокомпрессора. Если турбины на силовой агрегат устанавливаются последовательно, то это обеспечивает повышение производительности за счет работы различных турбокомпрессоров при разной частоте вращения мотора. Разработчики на месте не стоят, а стараются идти вперед. При этом он вместо двух устанавливает три и даже четыре последовательных турбокомпрессора.

Минусы турбированных двигателей

В целом все минусы турбонаддува состоят в слудующем:

• Увеличенный расход топлива. При равных объемах, двигатель с турбонаддувом будет потреблять больше топлива примерно на 20%, но и выдавать лошадиных сил на 70% больше. Для кого-то это может быть плюсом, но большинству автовладельцев это может быть и не нужно.
• Ресурс турбо двигателя. Поскольку по мощности двигатель становится сильнее, а характеристики общего плана остаются неизменными, происходит износ весьма интенсивного характера основных узлов. Результатом этого является уменьшение ресурсных возможностей двигателя.
• Масляное голодание. К недостаткам можно отнести и то, что снижается устойчивость к износу поршневой группы. Ресурс самой турбины существенно снижается. Этому способствует то, что давление со стороны картерных газов возрастает. Если работа в таких условиях наблюдается продолжительное время, то может возникнуть «масляное голодание». Оно в свою очередь может привести к поломке турбокомпрессора. Проблемы со стороны такого важного узла могут обусловить поломку самого мотора.
• Турбояма и турбо подхват. Существуют такие понятия, как турбояма и турбо подхват. Первая имеет место в ситуациях, когда резко нажимают на педаль газа. Когда происходит преодоление турбоямы, резко увеличивается давление турбонаддува.
• Качественное топливо и масло. Заправлять придется топливо только самого высокого качества, в противном случае турбина может очень быстро умереть. Помимо этого, использование турбин предполагает наличие моторных масел особых сортов. При этом сроков обслуживания непременно надо придерживаться в соответствии с рекомендациями производителя. Высокие требования при этом предъявляются и к воздушному фильтру, который менять придется в 2 раза чаще, чем на атмосферном двигателе.
• Дорогостоящий ремонт и обслуживание. Конструкция и устройство турбины довольно сложны и применяются там только качественные материалы, поэтому и стоимость их не маленькая. А если к этому прибавить и дороговизну самой работы, то общая стоимость обслуживания и ремонта выходит круглой суммой. Так, например, стоимость капитального ремонта турбины в хорошем сервисе может составлять от 1000 до 1500 долларов США.

Вывод

Не смотря на все сказанные минусы, двигатели с турбонаддувом — это будущее автомобилестроения на основе двигателей внутреннего сгорания (мы считаем, что реальное будущее все же за автомобилями с электродвигателями). На текущий момент самые совершенные системы турбонаддува считаются двигатели TSI (Volkswagen) и TFSI (Audi). Но не сильно отстают и японские производители, такие как EJ20 (Subaru), 13B-REW (Mazda), RB26DETT (от Nissan), 2JZ-GTE (Toyota), 4G63 (Mitsubishi) и т.д.

Производительность турбокомпрессора с Mobil 1

Турбокомпрессоры больше не предназначены только для спортивных автомобилей. Согласно отчету IHS Markit « The Automotive Turbochargers Report . », к 2021 году двигатели с турбонаддувом будут составлять 38 процентов всех новых автомобилей, продаваемых в США. Это означает, что ваш следующий автомобиль — будь то седан или малотоннажный грузовик — может быть турбокомпрессор под капотом.
^† Агентство по охране окружающей среды США, март 2019 г., отчет о тенденциях в автомобильной отрасли, анализ 13 крупных мировых производителей автомобилей.

Правильная смазка имеет решающее значение для современных двигателей. Послушайте, как инженеры ExxonMobil объясняют, как турбокомпрессоры — в экстремальных условиях эксплуатации — создают дополнительный прирост мощности для двигателей, и узнайте, как технология смазки Mobil 1™ обеспечивает в два раза большую защиту от высоких температур. *Результаты основаны на испытаниях Honda Hot Tube.

Уменьшенный и усиленный: революция в конструкции двигателей

Нормы экономии топлива и выбросов парниковых газов изменили способ создания двигателей; Агентство по охране окружающей среды определило 54,5 мили на галлон (миль на галлон) в качестве стандарта для автопарков в 2025 году. Из-за повышенного внимания к увеличению миль на галлон, меньшие четырехцилиндровые двигатели со сложными системами — гибридными, старт-стоп и турбо — теперь заменяет более крупные шести- и восьмицилиндровые двигатели.
‡Правила по выбросам парниковых газов из легковых и грузовых автомобилей, выпуск норм, опубликованный в августе 2018 г. .

Двигатели с турбонаддувом появились как ответ на потребности автопроизводителей в обеспечении топливной экономичности без ущерба для мощности. А турбокомпрессоры могут извлечь выгоду из инновационных свойств полностью синтетического моторного масла Mobil 1™, потому что они требуют большей производительности и защиты. Моторное масло Mobil 1 обеспечивает превосходную защиту двигателя с турбонаддувом.§
§Для продуктов Mobil 1™ ILSAC GF-5 .

Разработано для экстремальных условий работы двигателей с турбонаддувом
Моторное масло Mobil 1 обеспечивает наилучшие эксплуатационные характеристики и защиту от тяжелых условий эксплуатации двигателей с турбонаддувом. большее сжатие. Горячие выхлопные газы проходят прямо через турбокомпрессоры, которые приводят в действие вентилятор турбины, заставляют вал турбины быстро вращаться и подвергают всю секцию турбины обжигающему теплу, которого нет в других частях двигателя.
В то время как коленчатые валы двигателя в среднем вращаются около 3000 об/мин на шоссейных скоростях, вал турбонагнетателя может достигать скорости до 200 000 об/мин. Температура масла в турбокомпрессоре может превышать температуру 400 градусов по Фаренгейту, что примерно в два раза превышает среднюю температуру двигателей без турбонаддува. Такие высокие температуры могут вызвать разложение некоторых моторных масел, что приведет к образованию отложений в двигателе и снижению производительности. Но масла Mobil 1 устойчивы к разрушению, обеспечивая выдающуюся термическую и окислительную стабильность. При использовании в двигателях с турбонаддувом масла Mobil 1 обеспечивают выдающиеся характеристики:

• Защита упорного подшипника
• Контроль лака на втулке вала
• Контроль отложений и отложений на компрессоре, уплотнительной пластине компрессора и корпусе турбокомпрессора

Специально разработанные для того, чтобы выдерживать дополнительные нагрузки, возникающие в турбонагнетателях, масла Mobil 1 обеспечивают исключительную эффективность и защиту при экстремальных температурах – до -40 градусов по Фаренгейту и до 500 градусов по Фаренгейту.

* чем обычное масло. Результаты основаны на испытаниях Honda Hot Tube.

Производители моторных масел используют тест Honda Hot Tube, который представляет собой запатентованный Honda тест высокотемпературных отложений, который измеряет устойчивость масла к образованию отложений в турбокомпрессорах. В тяжелых условиях эксплуатации с турбонагнетателями улучшенное полностью синтетическое масло Mobil 1™ 5W-30 продемонстрировало превосходную защиту по сравнению с полностью синтетическим маслом конкурентов, а также нашим собственным обычным маслом (которое соответствует требованиям отраслевого стандарта GF-5/API SN). .

Лидер отрасли с доказанной производительностью в турборежиме 9№ 0019
Масла Mobil 1 устанавливают стандарты производительности и защиты двигателей с турбонаддувом. В течение многих лет ExxonMobil проводит собственное испытание на окисление тонкой пленки, которое имитирует суровые условия эксплуатации турбокомпрессора. Стабильность к окислению, стабильность к старению и контроль вязкости еще более важны для тонкослойных масел в двигателях с турбонаддувом, потому что современные двигатели с турбонаддувом меньшего размера вырабатывают больше тепла и энергии, чем когда-либо прежде.

Запатентованный ExxonMobil тест на окисление тонкой пленки включает предварительный нагрев поверхности металла и масла до высоких температур, а затем непрерывное распыление масла на поверхность металла. Этот тест измеряет способность масла демонстрировать контроль над лакокрасочным покрытием в высокотемпературной среде турбокомпрессора. Масла с плохой термической стабильностью разлагаются, оставляя осадок на металле. Накопление остатков может привести к повышению температуры внутри турбокомпрессора, что в конечном итоге приведет к блокировке масляных каналов и выходу из строя турбокомпрессора.

Более 70 моделей автомобилей с высокими эксплуатационными характеристиками, многие из которых оснащены турбонаддувом, сходят с заводских линий с моторным маслом Mobil 1 внутри. От Mercedes-AMG до Porsche, автопроизводители используют моторное масло Mobil 1™ в качестве заводской заливки и рекомендуемой сервисной заливки для защиты своих современных двигателей с турбонаддувом.

Изменения в гонках Formula 1® также послужили дополнительным доказательством превосходных свойств масел Mobil 1. В 2014 году командам пришлось перейти с 2,4-литровых двигателей V-8 на 1,6-литровые гибридные турбодвигатели V-6 с системами рекуперации энергии и ограничениями расхода топлива. Гоночная команда, спонсируемая брендом Mobil 1, зависела от масла Mobil 1, чтобы поддерживать свои силовые агрегаты с турбонаддувом в наилучшем гоночном состоянии. Поэтому, если у вас под капотом установлен турбокомпрессор, технология смазки Mobil 1 поможет вам получить максимальную отдачу от вашего двигателя. ^{||
|| Моторное масло} Mobil 1™ 5W-30 было оценено по сравнению с другими коммерчески доступными моторными маслами ILSAC GF-5 как в ходе полевых испытаний, так и испытаний двигателей, предназначенных для проверки характеристик моторного масла в современных двигателях с турбонаддувом.

Выберите правильный турбокомпрессор Garrett

Повышение производительности

Правильный выбор турбонагнетателя

Boost Advisor — это программа, разработанная для того, чтобы помочь вам выбрать турбокомпрессор, соответствующий вашим требованиям к мощности и двигателю. Введите запрошенные входные данные, и пусть Boost Adviser найдет для вас турбо-соответствия. Эта новая функция также отображает точки на разных картах компрессоров соответствующих турбин.

Boost Adviser

Garrett Boost Adviser — это инструмент, разработанный для быстрого и простого проведения турбоматча. Введите несколько параметров для вашего двигателя и целевую мощность, и Garrett Boost Adviser за считанные секунды предоставит вам турбокомпрессоры, максимально соответствующие вашим запросам. Он также направит вас к ближайшим дистрибьюторам, где можно купить турбокомпрессор.

Подробнее

Turbo Tech

Процесс турбонаддува любого двигателя может быть трудным с первого раза. Мы разделили основные темы на 3 категории: базовая, расширенная и экспертная.

Базовый:    Как работает турбокомпрессор, компоненты турбокомпрессора, подшипниковые системы, перепускные клапаны и выпускные клапаны

ПОДРОБНЕЕ

Расширенный:  Турбинные термины, такие как выбор трима, A/R, коллектор

ПОДРОБНЕЕ

Эксперт:  Узнайте, как читать карту компрессора, рассчитывать мощность в лошадиных силах на основе объема двигателя, наносить точки на карту компрессора, чтобы определить соответствие турбонаддува

ПОДРОБНЕЕ

Оптимизация системы

Оптимизация системы Turbo охватывает вспомогательные системы и способы правильного расчета, установки, выявления проблем, а также советы по устранению распространенных проблем, возникающих из-за неправильной установки. Вы узнаете о водопроводных линиях, эффекте сифонирования, трубопроводах наддувочного воздуха, подаче и сливе масла, ограничителях масла и рекомендуемом давлении масла. В конце концов, вы будете готовы понять, как оптимизировать систему турбокомпрессора.

ПОДРОБНЕЕ

Водяное охлаждение

Водяное охлаждение повышает механическую прочность и продлевает срок службы турбокомпрессора. Шарикоподшипниковые турбины Garrett серий GTX и G предназначены для масляно-водяного охлаждения. Основное преимущество водяного охлаждения на самом деле проявляется после остановки двигателя. Тепло, хранящееся в корпусе турбины и выпускном коллекторе, «впитывается» в центральную часть турбокомпрессора после остановки. Если вода подается неправильно, этот сильный нагрев может потенциально разрушить систему подшипников и маслоуплотняющие поршневые кольца за турбинным колесом.

ПОДРОБНЕЕ

Как выбрать турбину, часть 1

Имея на выбор более 35 турбин Garrett, как выбрать правильную? Это дает некоторое представление о сложном процессе.

Турбонаддув на высоте

Двигатель внутреннего сгорания без наддува теряет 3% своей мощности на каждые 1000 футов набора высоты. Добавьте турбокомпрессор Garrett, чтобы минимизировать потери

Что мне нужно знать, чтобы правильно выбрать дизельный турбонагнетатель?

Мощность, которую производит дизельный двигатель, прямо пропорциональна количеству топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и этому топливу требуется достаточное количество воздуха для полного сгорания. Для бездымной работы двигателю требуется примерно в 18 раз больше воздуха (по массе), чем топлива. Так что ясно, что чем больше топлива добавляется, тем больше необходимо добавлять воздуха. В большинстве случаев стандартный турбонаддув имеет некоторую дополнительную мощность для увеличения мощности, но когда компрессор достигает предела дросселирования (максимального расхода), скорость турбонаддува быстро увеличивается, эффективность резко падает, а температура нагнетания компрессора очень быстро возрастает. Это создает эффект «снежного кома», поскольку более высокие температуры нагнетания означают более высокие температуры во впускном коллекторе и более высокие температуры выхлопных газов.

Подробнее

Более низкий КПД означает, что для достижения того же наддува требуется большая мощность турбины, что приводит к более высокому противодавлению в выпускном коллекторе. Обычно это можно увидеть на двигателе с чипом производительности (при максимальной мощности) и, возможно, с модернизацией впуска или выпуска. При резком ускорении из выхлопной трубы идет дым, поскольку обороты выхлопных газов и турбонаддува достигают опасной зоны, требуя от осторожного водителя заранее отпустить педаль акселератора, чтобы не повредить двигатель. В этих условиях штатная турбина работает в отведенное время.

С модернизированным турбонагнетателем, выбранным в дополнение к дополнительному топливу, дым значительно снижается, выхлопные газы находятся под контролем, а поскольку турбонаддув работает в более эффективном диапазоне, мощность и управляемость повышаются. Когда модификации становятся более серьезными, турбонаддув большего размера просто необходим, чтобы дополнить еще больше топлива.

Чтобы выбрать подходящий турбокомпрессор для вашего дизельного двигателя, в первую очередь необходимо установить целевую мощность. Поскольку размеры турбокомпрессоров зависят от того, сколько воздуха они могут подать, а воздушный поток пропорционален мощности двигателя, для правильного выбора крайне важно установить реалистичную цель по мощности.

Реалистичная цель

Предполагаемое использование и важные факторы

Необходимо подчеркнуть концепцию реалистичной цели, чтобы обеспечить максимальную производительность и удовлетворение. Конечно, каждый хотел бы иметь мегамощный автомобиль, но за разумным пределом, когда мощность растет, надежность, управляемость и повседневная полезность уменьшаются. Скорее всего, что-то пойдет не так, изнашивается и ломается по мере роста производительности. Большинство транспортных средств проекта можно отнести к одной из следующих общих категорий:

Отлично, так какую турбину выбрать?

Давайте рассмотрим каждый случай и рассчитаем выбор турбонагнетателя на основе предполагаемого увеличения мощности. Первый шаг — прочитать Раздел Turbo Tech Expert . В этой статье объясняется, как читать карту компрессора и уравнения, необходимые для правильного согласования с турбонаддувом. Однако приведенные примеры относятся к бензиновым двигателям, поэтому здесь мы собираемся работать с некоторыми дополнительными примерами, используя те же уравнения, но с дизельным двигателем. Совпадения будут рассчитываться с соотношением воздух-топливо (AFR) 22 к 1 для характеристик с низким или полным отсутствием дыма. Точно так же типичный удельный расход топлива (BSFC) находится в диапазоне 0,38.

Реалистичная цель

См. тег «Пример», чтобы начать!

Этот пример относится к категории Daily Driver/Work Truck/Tow Vehicle. Это включает в себя автомобили мощностью до 150 л.с. по сравнению со стоком. Но подождите, этот уровень мощности может быть достигнут только с помощью чипа или модуля настройки. Так зачем возиться с новым апгрейдом турбо? Турбо-обновление увеличит прибыль, полученную за счет установки чипа и других обновлений. Дополнительный воздух и более низкое противодавление, обеспечиваемые обновленным турбонаддувом, снизят EGT, позволят увеличить мощность при меньшем дыме и решить проблемы с долговечностью стандартного турбонаддува при более высоких давлениях наддува и уровнях мощности. Поскольку это будет умеренное обновление, отклик на ускорение и управляемость будут улучшены по всем направлениям.

Пример

У меня есть 6,6-литровый дизельный двигатель, заявленная мощность которого составляет 325 л.с. на маховике (около 275 л.с. при измерении на динамометрическом стенде). хотелось бы сделать колесные 425 л.с.; увеличение мощности колес на 150 лошадиных сил. Подставив эти числа в формулу и используя приведенные выше данные AFR и BSFC:

Вызов из Turbo Tech 103:

Где,
• Wa = фактический расход воздуха (фунт/мин)
• л.с. = целевая мощность в лошадиных силах (маховик)
• A/F = соотношение воздух/топливо
• BSFC/60 = удельный расход топлива тормозной системы (фунты/(л. с.*час))/60 (для преобразования часов в минуты)

Таким образом, нам нужно будет выбрать карту компрессора с производительностью не менее 59,2 фунтов в минуту. Далее, какое давление наддува потребуется?

Рассчитайте давление в коллекторе, необходимое для достижения заданной мощности.

Где,
• MAPreq = абсолютное давление во впускном коллекторе (фунт/кв. дюйм), необходимое для достижения целевого значения мощности в лошадиных силах
• Wa = фактический расход воздуха (фунт/мин)
• R = газовая постоянная = 639,6
• Tm = температура во впускном коллекторе (градусы по Фаренгейту)
• VE = объемная эффективность
• N = частота вращения двигателя (об/мин)
• Vd = рабочий объем двигателя (кубические дюймы, преобразовать из литров в КИ, умножив на 61, например, 2,0 литра * 61 = 122 КИ)

Для двигателя нашего проекта:
• Wa = 59,2 фунта/мин, рассчитанное ранее
• Tm = 130 градусов по Фаренгейту
• ВЭ = 98%
• Н = 3300 об/мин
• Vd = 6,6 л * 61 = 400 ДИ

= 34,5 фунта/кв. Давление в коллекторе . Мы почти готовы нанести данные на карту компрессора. Следующим шагом является определение потери давления между компрессором и коллектором. Лучший способ сделать это — измерить падение давления с помощью системы сбора данных, но во многих случаях это нецелесообразно. В зависимости от скорости потока и размера охладителя наддувочного воздуха, размера трубопровода и количества/качества изгибов, ограничения корпуса дроссельной заслонки и т. д. вы можете оценить от 1 фунта на кв. дюйм (или меньше) до 4 фунтов на квадратный дюйм (или выше). Для наших примеров мы оценим потери в 2 фунта на квадратный дюйм. Поэтому нам нужно будет добавить 2 фунта на квадратный дюйм к давлению в коллекторе, чтобы определить Давление нагнетания компрессора (P2c).

• Где,
  • P2c = Давление нагнетания компрессора (psi)
  • MAP = абсолютное давление в коллекторе (psi)
  •  = потеря давления между компрессором и коллектором (psi)

= 36,5 фунтов на квадратный дюйм

Чтобы получить правильное состояние впуска, теперь необходимо оценить воздушный фильтр или другие ограничения. Ранее в обсуждении соотношения давлений мы сказали, что типичным значением может быть 1 фунт на квадратный дюйм, поэтому именно это значение будет использоваться в данном расчете. Кроме того, мы предполагаем, что находимся на уровне моря, поэтому будем использовать давление окружающей среды 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Нам нужно будет вычесть потерю давления в 1 psi из давления окружающей среды, чтобы определить Давление на входе компрессора (P1) .

• Где:
  •  = Давление на входе компрессора (psi)
  •  = Давление окружающего воздуха (фунт/кв.дюйм абс.)
  •  = Потеря давления из-за воздушного фильтра/трубопровода (psi)

      = 13,7 фунтов на квадратный дюйм

Таким образом, мы можем рассчитать коэффициент давления ( ), используя уравнение.
Для двигателя 2,0 л:

= 2,7

Теперь у нас достаточно информации, чтобы нанести эти рабочие точки на карту компрессора. Сначала мы попробуем GT3788R. Этот турбокомпрессор имеет колесо компрессора диаметром 88 мм с диаметром наконечника 52 и индуктором 64,45 мм.

Как вы можете видеть, эта точка хорошо ложится на карту с некоторым дополнительным пространством для увеличения наддува и массового расхода, если целевая мощность поднимается. По этой причине семейство турбодвигателей GT37R используется во многих турбокомплектах Garrett Powermax, рассчитанных на этот диапазон мощности.

В качестве следующего примера рассмотрим Weekend Warrior. Эта категория предназначена для ежедневных транспортных средств, которые имеют мощность до 250 лошадиных сил по сравнению со штатной или 525 лошадиных сил на колесах.

Включение этого целевого показателя мощности в нашу формулу дает потребность в воздушном потоке:

И коэффициент давления:

= 45,5 фунтов на квадратный дюйм

= 3,3

Судя по предыдущей карте, производительность компрессора недостаточна для удовлетворения этого требования, поэтому мы должны рассмотреть следующий компрессор большего размера.

(Технически двигатель, вероятно, мог бы легко развивать эту мощность с предыдущим компрессором, но это было бы сопряжено с риском большего количества дыма, более высокими значениями температуры выхлопных газов и противодавления; это похоже на то, как если бы штатный компрессор был перегружен…)

Следующим большим турбодвигателем является GT4094R, он показан ниже.

Другим вариантом, который также можно было бы рассмотреть, является GT4294R, который имеет несколько более крупный индукторный компрессор и турбинное колесо большего размера.

Большая инерция колеса немного замедлит реакцию, но обеспечит лучшую производительность в верхней части диапазона оборотов.

В качестве следующего примера рассмотрим Экстремальную производительность. Эта категория предназначена для настоящих хот-родов, мощность которых превышает стандартную на 350 лошадиных сил, и владельцев, которые готовы отказаться от части ежедневной полезности, чтобы добиться более высокого прироста мощности.

Подключение этой целевой формы в нашу формулу дает потребность в воздушном потоке:

и соотношение давления:

= 50,8 PSIA

= 52,8 пс. и коэффициент давления, GT4202R подходит и показан ниже. Поскольку это приближается к соотношению давлений 4 к 1, мы находимся примерно на пределе одиночного турбонагнетателя для двигателя такого размера.

Последний случай: категория соревнований

Заключительный случай категории Соревнования. Поскольку это особый случай, и существует так много способов применения дизеля максимальной мощности, в этой статье невозможно адекватно осветить его. Однако есть некоторые общие рекомендации. При таком уровне мощности, как указано выше, рекомендуется рассмотреть применение серийного турбодвигателя. Это ситуация, когда одна турбина питает другую турбину, разделяя работу по сжатию воздуха между обоими компрессорами. Турбина большего размера обозначается как турбина «низкого давления», а меньшая вторичная ступень — как турбина «высокого давления». Компрессор низкого давления питает компрессор высокого давления, который затем питает воздухозаборник. Со стороны турбины выхлоп сначала проходит через турбину высокого давления, а затем в турбину низкого давления, а затем выходит через выхлопную трубу. Мы по-прежнему можем рассчитать требуемый массовый расход, но отношение давлений более важно, и вопросы следует обсуждать с вашим местным дистрибьютором Garrett Powermax. Для расчета требуемого массового расхода воспользуемся нормальным уравнением. На этот раз целевая мощность будет на 500 лошадиных сил больше, чем у стоковой, что в сумме составит 775 лошадиных сил.0012

Этот расход воздуха применим только к компрессору низкого давления, так как компрессор высокого давления будет меньше, поскольку он увеличивает давление уже сжатого воздуха. В большинстве случаев турбонаддув высокого давления имеет тенденцию быть примерно на два размера рамы меньше, чем ступень низкого давления. Таким образом, в этом случае, после выбора подходящей турбины низкого давления (подсказка: посмотрите на карту компрессора GT4718R), вероятными кандидатами будут GT4088R или GT4094R.