Турбонаддув как работает: Как работает турбина в автомобиле, для чего она нужна, её преимущества и недостатки

как устроен и как работает

Алексей Федоров

автомеханик со стажем

Профиль автора

Чем больше топливовоздушной смеси поступит в цилиндры, тем выше будет КПД двигателя.

Подать больше топлива не проблема: достаточно установить более производительный топливный насос и форсунки. С воздухом сложнее: в конце такта впуска в цилиндре атмосферного двигателя он будет разреженным.

Система турбонаддува использует энергию отработавших газов и делает так, чтобы воздуха в цилиндрах было больше. Атмосферный двигатель 1,6 л 103 л. с. прослужит дольше турбированного 1 л. Но последний при этом будет более экономичным и экологичным при той же мощности.

Разберемся, как устроена система турбонаддува и как она работает.

Что вы узнаете

• На какие двигатели ставят турбонаддув
• Что такое турбокомпрессор
• Интеркулер
• Вестгейт и актуатор турбины
• Предохранительный клапан
• Как работает турбонаддув
• Дополнительные системы в турбонаддуве

Рассылка для автолюбителей и тех, кто подумывает ими стать

Главное о том, сколько стоит владеть машиной, к чему быть готовым и как отстаивать свои права, — в вашей почте дважды в месяц. Бесплатно

На какие двигатели ставят турбонаддув

Турбонаддув встречается и на бензиновых, и на дизельных двигателях. На последних значительно чаще.

Работой бензинового ДВС управляет дроссельная заслонка: топливо подается пропорционально поступающему в цилиндры воздуху. Поэтому атмосферный бензиновый двигатель выдает неплохие показатели во всем диапазоне оборотов.

/guide/throttle/

Дроссельная заслонка: зачем нужна и как ломается

Работа дизельного двигателя регулируется количеством топлива, которое распыляют форсунки в цилиндры. Дроссельной заслонки нет, воздух в них поступает свободно. На холостом ходу и в режиме частичной нагрузки дизельный ДВС работает отлично. В режиме средней и полной нагрузки подача топлива увеличивается, а воздуха столько же: топливо в избытке, смесь переобогащенная, двигатель теряет эффективность.

Турбонаддув компенсирует недостаток воздуха. Благодаря турбине дизельный двигатель легкового автомобиля работает фактически в том же рабочем диапазоне оборотов, что и бензиновый.

Система турбонаддува состоит из турбокомпрессора, интеркулера, а также из регулировочных и предохранительных клапанов. Дальше мы поговорим о компонентах системы турбонаддува, поймем, где их искать, а также разберемся, как все это работает.

Из чего состоит система турбонаддува

Турбокомпрессор

У турбокомпрессора есть холодная и горячая части — обе похожи на улитку. Такая форма позволяет наиболее эффективно направлять потоки газов. Улитки соединены через картридж — корпус для вала, с одной стороны которого закреплено колесо турбины, а с другой — колесо компрессора. В корпусе картриджа есть масляные каналы и каналы для охлаждающей жидкости.

Горячая часть турбины работает с выхлопными газами высокой температуры — обычно 500—1000 °С. Улитка здесь отлита из чугуна с добавлением никеля, крыльчатка турбины — из жаропрочного сплава стали, никеля и хрома — инконеля. Холодная часть работает с воздухом из атмосферы, поэтому улитку и крыльчатку чаще всего отливают из алюминия.

Один из способов повысить производительность турбокомпрессора — сделать крыльчатки с обеих сторон более легкими. Горячую крыльчатку могут изготовить из титана или керамики, холодную — из магния. Также холодную крыльчатку можно выточить с помощью ЧПУ из цельного куска алюминия, ребра в таком случае будут тоньше. Все вышеперечисленные доработки делают турбокомпрессор более дорогим.

/guide/obkatka/

Что такое обкатка двигателя и как его обкатать

Турбокомпрессор или турбокомпрессоры — если их два или больше — ставят там, откуда выходят отработавшие газы. Вот какие могут быть варианты:

1. один турбокомпрессор: обычно на рядных двигателях с тремя или четырьмя цилиндрами. Включается, когда энергии выхлопных газов достаточно, чтобы раскрутить турбинное колесо, — в среднем и высоком диапазоне оборотов двигателя;
2. два разных турбокомпрессора, которые стоят один за другим. Систему можно встретить на рядных двигателях с четырьмя или больше цилиндрами. Маленький работает в низком диапазоне оборотов двигателя. При средних и высоких оборотах он выключается и начинает работать большой турбокомпрессор;
3. два одинаковых по размерам и характеристикам турбокомпрессора, которые почти всегда стоят по отдельности. В рядном шестицилиндровом двигателе будет по одному на три цилиндра, в V-образном или оппозитном — по одному турбокомпрессору на головку блока цилиндров.

Одна и та же конфигурация с двумя турбокомпрессорами у одного производителя может называться «Битурбо», у другого — «Твинтурбо».

Теперь попробуем разобраться, где под капотом искать турбокомпрессор. Иногда его видно, иногда нет. Примеры — на фотографиях ниже.

/kapremont-dvs-honda/

Как я делал капитальный ремонт двигателя Хонды Аккорд 2007 года

Из чего состоит система турбонаддува

Интеркулер

Интеркулер — это радиатор для охлаждения сжатого воздуха. Бывает воздушный и жидкостной.

Воздушный интеркулер работает на открытом воздухе. Через его каналы проходит сжатый разогретый воздух, который потом поступает в цилиндры ДВС. А набегающий воздух с улицы идет через соты: все работает так же, как в случае с радиатором охлаждения двигателя.

Такие интеркулеры чаще всего устанавливают перед основным радиатором или под ним. Иногда его располагают над двигателем, в этом случае на капоте будет явно выраженный воздухозаборник.

Интеркулер может быть расположен даже в боковых дефлекторах бампера, под фарами. Так делали на Пассате в кузове B5, Шкоде Октавии Тур. На Фольксвагене Туареге два интеркулера — с обеих сторон переднего бампера.

/guide/motor-po-kontraktu/

Как покупать б/у двигатели и коробки передач

Проблемы воздушных интеркулеров:

1. Соты забиваются грязью, воздух проходит хуже, появляются проблемы с охлаждением.
2. Может потерять герметичность из-за механических повреждений или коррозии. Сжатый воздух уходит, давление наддува снижается, мощность падает.
3. Даже будучи абсолютно чистым, может перегреться, если машина стоит в пробке. Встречного потока воздуха нет, сжатый воздух не охлаждается, эффективность интеркулера падает. Но восстанавливается, когда машина начинает двигаться с достаточной для охлаждения скоростью.

Жидкостной интеркулер — радиатор с охлаждающей жидкостью внутри впускного коллектора и с собственным контуром охлаждения. Такой интеркулер сильно экономит подкапотное пространство, вдобавок уменьшает объем впускного тракта от турбины до двигателя. Благодаря такой конструкции турбокомпрессор раньше выходит на рабочее давление.

Машина с жидкостным интеркулером ведет себя практически одинаково и в жару, и в мороз. Минус — более сложная конструкция: нужен дополнительный радиатор, чтобы охладить горячий антифриз из интеркулера.

Если жидкостный интеркулер перестанет быть герметичным, антифриз попадет в масло. В одном случае может образоваться эмульсия, в другом случится гидроудар — тут как повезет.

/guide/motor-oil/

Моторное масло: из чего состоит и как его правильно выбирать

Жидкостной интеркулер Фольксвагена Тигуана с двигателем 1.4 TSI. Закреплен во впускном коллекторе десятью винтами, из него выходят патрубки охлаждающей жидкости. Машина после ДТП, передняя часть разобрана Радиаторам тоже досталось, зато хорошо видно, что их три

Из чего состоит система турбонаддува

Вестгейт и актуатор турбины

Актуатор турбины управляет регулировочным клапаном — вестгейтом. Или, в простонародье, калиткой. Как только в горячей части турбины возникает максимально допустимое давление наддува, актуатор открывает вестгейт. Часть выхлопных газов проходит мимо крыльчатки турбины. Благодаря этому она не разгоняется больше, чем необходимо.

На конце тяги актуатора есть резьба, которая позволяет отрегулировать положение вестгейта. В нормальном состоянии он должен быть плотно закрыт Выход из горячей части турбины: вестгейт слева, крыльчатка — справа

Из чего состоит система турбонаддува

Предохранительный клапан

Если резко сбросить газ, обороты двигателя упадут быстро, дроссельная заслонка закроется. Но турбокомпрессор продолжит быстро вращаться по инерции и создавать повышенное давление. Если это произойдет, вал может сместиться, а масляный клин — разрушиться. Возникнет трение, детали картриджа износятся.

Чтобы не повредить детали впускного тракта, нужен предохранительный клапан. Есть два варианта.

6 способов сломать двигатель автомобиля

Перепускной клапан, байпас. Когда водитель резко отпускает газ, дроссельная заслонка закрывается, давление на впуске растет, а клапан открывается и перепускает сжатый воздух обратно — в зону до турбины, к воздушному фильтру. Нагрузки на крыльчатку не избежать, но такая система позволяет хорошо амортизировать такие толчки и перенаправлять уже сжатый воздух обратно во впуск.

Двигатель Фольксвагена 1.4 TSI CAXA. Перепускной клапан — байпас — в черном корпусе, прикручен к холодной улитке. Байпас связан с блоком управления двигателя через разъем и может открываться не при возрастании давления, а как только закроется дроссельная заслонка. Это существенно снижает риск критических нагрузок

Редукционный клапан, блоу-офф. Работает по тому же принципу: открывается при достижении предела допустимого давления, но выбрасывает наружу сжатый воздух, а это также снижает нагрузку на крыльчатку турбины. В процессе слышен характерный свист — его ценят любители автомобильного тюнинга.

Автопроизводители чаще используют байпас: он не создает излишнего шума под капотом. Это преимущество, если речь идет о семейном или рабочем автомобиле.

Блоу-офф на патрубке подвода сжатого воздуха, синий шланг подключен к нему же. Когда давление на впуске возрастает, давление через этот шланг передается на мембрану внутри редукционного клапана. Он открывается и стравливает избыточное давление наружу. Такие часто используют в автоспорте либо в тюнинге, чтобы получить от турбины «пшик». Источник: taro911_Photographer / Shutterstock

Как звучит блоу-офф разных производителей. Источник: канал «AJS Нюансы Тюнинга» на «Ютубе»

Как работает турбонаддув

Поток отработавших газов в турбированном двигателе первым делом попадает на турбинное колесо, а только потом — в выхлопную трубу. Крыльчатка турбинного колеса преобразует энергию во вращение и через ось передает его на крыльчатку колеса компрессора. В свою очередь, она засасывает воздух в центре и разгоняет его по радиусу.

Форма улитки на горячей стороне помогает эффективно улавливать поток отработавших газов. На холодной стороне — собирать атмосферный воздух и направлять его дальше по каналам интеркулера. Ось при этом работает в масляном клину и развивает до 150 000 оборотов в минуту.

При сжатии воздух сильно нагревается и попадает в интеркулер. После него уже охлажденный воздух попадает в цилиндры двигателя. Вестгейт и предохранительный клапан срабатывают по мере необходимости.

Сообщество 07.04.22

Чем рискует продавец автомобиля с нештатным двигателем?

Дополнительные системы в турбонаддуве

Изменяемая геометрия турбины — решение, которое позволяет направлять потоки выхлопных газов на крыльчатку турбины под разным углом. Работают специальные подвижные лопатки. Когда давление выхлопных газов низкое, они встают под острым углом и почти смыкаются. Газы попадают на крыльчатку под более острым углом, скорость потока увеличивается, турбина работает на низких оборотах. Когда двигатель набирает обороты, давление выхлопа возрастает, лопатки изменяемой геометрии встают в исходное положение и не препятствуют потоку выхлопных газов.

Такая система почти всегда есть на дизельных двигателях: у них невысокий рабочий диапазон оборотов.

Горячая часть справа. Над крыльчаткой турбины есть подвижные лопатки. Источник: dreamnikon / Shutterstock

Принцип работы турбокомпрессора с изменяемой геометрией. Источник: канал «Coupemaniaful» на «Ютубе»

Управление подъемом выпускных клапанов. Клапаны здесь также ускоряют поток выхлопных газов на пути к крыльчатке турбины: приподнимаются на определенную высоту, при которой могут его усилить, когда это необходимо.

Такое техническое решение применили на двигателях 1.8 и 2.0 TSI третьего поколения. Их можно встретить на Шкоде Октавии в кузове A7, в новом Фольксвагене Тигуане или Пассате. При этом есть такие же двигатели, но электроника на них управляет подъемом впускных клапанов. Такие ДВС менее мощные, но более экономичные.

Антилаг можно встретить на гоночных автомобилях, особенно на раллийных. Когда пилот бросает газ, дроссельная заслонка резко закрывается и блок управления двигателем устанавливает очень позднее зажигание.

/list/the-fastest-cars/

Ручная сборка и серебро в салоне: топ-10 самых быстрых машин в мире

Топливовоздушная смесь поджигается уже с открытым выпускным клапаном, появляется прямой поток горящего пламени. Турбина продолжает благодаря этому работать на высоких оборотах, а из выхлопной трубы вылетают языки пламени.

Обычно это происходит, когда гоночная машина входит в поворот: в этот момент пилот отпустил газ и включилась антилаг-система. На выходе из поворота он выжмет газ, а во впускном коллекторе уже будет сжатый воздух.

Запомнить

1. Машины с турбонаддувом более дорогие при покупке и в эксплуатации.
2. Прибавка 30—50% мощности — весомый аргумент в пользу турбированного двигателя.
3. Почти любой дизельный двигатель на легковой машине — турбированный.

Новости, которые касаются всех, — в нашем телеграм-канале. Подписывайтесь, чтобы быть в курсе происходящего: @tinkoffjournal.

Как это работает: турбонаддув — Автомобили Гродно

    Сегодня в рубрике «Как это работает» мы расскажем об устройстве, способном увеличивать мощность двигателя, при этом снизив удельный расход топлива. Речь пойдет о турбонаддуве!

 

    Вы узнаете что такое турбина, поймете для чего нужен интеркулер, что такое Twin-turbo и Вi-turbo, а  так же другие тонкости работы этой системы.  

 

 

 

    Турбонаддув – это вид наддува, основанный на использовании отработавших газов. Главной задачей этого устройства является подача под давлением дополнительной порции воздуха в цилиндры, позволяя сжигать в них больше топливно-воздушной смеси, что приводит к увеличению мощности двигателя. Для сравнения, в обычном (нетурбированном) двигателе воздух в цилиндр поступает при движении поршня вниз, то есть пассивно «засасывается». В случае с  турбонаддувом, воздух подается под давлением и оказывает дополнительное усилие на поршень.

    Так как в цилиндр поступает большая порция воздуха, то его необходимо разбавить большим количеством топлива, что приводит к увеличению его фактического расхода. Однако массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного турбонаддувом, ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува. Получается, что мощность двигателя возрастает на 20-50%, а удельный расход топлива снижается на 5-20%, что говорит о значительном повышении КПД двигателя.

 

 

    Турбонаддув состоит из:

• Корпус представляет собой сплошную чугунную отливку

• Регулировочный клапан

• Улитка  турбины выполнена из чугуна и подогнана плотно по размерам колеса турбины

• Улитка компрессора представляет собой алюминиевую отливку с механически обработанным местом под колесо компрессора (требует точного изготовления)

• Колесо турбины

• Колесо компрессора

• Ротор

• Подшипники скольжения – наиболее нагруженный элемент устройства

• Интеркулер

 

 

 

 

 

    Принцип работы:

    Принцип работы устройства достаточно прост, однако его изготовление трудоёмко. Как говорилось выше, работа турбонаддува основана на использовании отработавших газов. Часть этих газов, выходя из цилиндров, направляется в улитку турбины. Перед турбиной установлен регулировочный клапан, который ограничивает газовый поток. Этот поток приводит в движение колесо турбины. Колесо турбины передает крутящий момент на колесо компрессора, так как они жестко сидят на вале ротора. Компрессорное колесо, которое засасывает воздух через центральное отверстие, сжимает и нагнетает его во впускной коллектор через кольцевой канал. Интеркулер предназначен для того, чтобы охлаждать воздух перед его поступлением в цилиндр. Холодный воздух легче сжимается и обладает большей плотностью, что делает его применение более выгодным.

 

 

 

 

 

 

    Компрессорное колесо способно засасывать воздух только при высоких оборотах. На холостом ходу поток отработавших газов не достаточно велик, поэтому колесо вращается с малой частотой и только «перемалывает» воздух, а не засасывает его. При нажатии на педаль газа, поток газов увеличивается, и тогда можно услышать характерный звук работы компрессора. При этом турбонаддув отзывается на нажатие педали акселератора с запаздыванием. Все потому, что турбина инерционна: при резком увеличении оборотов двигателя она некоторое время раскручивается и лишь потом нагнетает дополнительное давление во впуск¬ной коллектор. Чем больше размер турбонаддува, тем «задержка» продолжительней. Такая «пауза» получила название «турбояма» (или «турболаг»).

 

 

Twin-turbo.     Для устранения «турбоямы», некоторые производители используют сразу два турбонаддува, отличные по размеру.  «Маленький» работает на низких оборотах, второй вступает в действие на более высоких. В принципе, турбояма не исчезла, она стала практически незаметной для обывателя. Такая схема получила название twin-turbo.

 

 

 

Вi-turbo. Для решения той же проблемы, вместо одного большого турбонаддува, используют два маленьких. Главное отличие от twin-turbo в том, что оба нагнетателя работают одновременно. Такая конструкция называется bi-turbo.

 

 

    Для полной ликвидации «турбоямы» и повышения момента на низких оборотах у некоторых двигателей в дополнение к турбокомпрессору устанавливается механический, который, имея практически мгновенный «отклик», закрывает инерционные провалы турбины. Кроме этого, весьма перспективной в настоящее время выглядит конструкция турбины с изменяемой геометрией, имеющей управляемые поворотные лопатки, что позволяет менять параметры наддува в самом широком диапазоне.

 

 

Далее Вашему вниманию предлагаем наглядно ознакомиться с работой турбины и компрессора на примере ролика про двигатель Фольксвагена TSI, устанавливаемого на Golf GT:

 

 

 

 

Для более детально знакомства с турбиной есть отличное видео от производиеля турбин GARRETT. Видео настоятельно рекомендуем. Из него Вы узнаете много тонкостей работы турбин (например, почему нельзя резко увеличивать обороты холодного двигателя и др.):

 

 

 

 

    Искренне надеемся, что теперь, встретив двигатель «турбодизель с интеркулером» Вы уверенно будете представлять и знать, о чем идет речь.

 

    Изображения турбины нарисовал Dima 323F специально для АвтоГродно.

 

 

Twin-Turbocharging: как это работает?

Две турбины всегда лучше, чем одна. Вот что вам нужно знать о

с двойным турбонаддувом

Напомнить позже

Турбокомпрессоры

были святым Граалем для модификаторов автомобилей на протяжении многих десятилетий, а предельная нагрузка на блоки двигателей с помощью установки с двойным турбонаддувом может открыть смехотворный прирост мощности. Независимо от того, имеет ли ваш автомобиль стандартный турбонагнетатель или вы установили систему послепродажного обслуживания, быстро вращающиеся лопасти турбины часто становились выбором для автолюбителей, ищущих дополнительную мощность.

В легендарных автомобилях, таких как Mazda RX-7 и Ferrari F40, использовался двойной турбонаддув, поэтому давайте посмотрим, как работает двойной турбонаддув и какие типы доступны на рынке.

Как работает двойной турбонаддув?

Двойной турбонагнетатель использует два турбонагнетателя одинакового размера для нагнетания воздуха в цилиндры двигателя для увеличения мощности. Выхлопные газы перерабатываются, распределяются между двумя турбинами и обычно объединяются в общий впуск перед поступлением в цилиндры. Это нагнетает больший объем воздуха во впускную камеру, позволяя двигателю создавать более мощные такты сгорания. Этот тип установки известен как параллельная система с двойным турбонаддувом.

Что лучше: одинарный турбонаддув или двойной турбонаддув?

Обе системы имеют свои достоинства, но преимущество системы с двойным турбонаддувом заключается в том, что у нее есть потенциал для уменьшения турбо-запаздывания по сравнению с одним турбонагнетателем, выполняющим всю работу. Двойной турбонаддув обеспечивает более низкое давление наддува, чтобы уменьшить турбояму, но комбинация двух турбин создает достаточную мощность.

В V-образных двигателях с двойным турбонаддувом, таких как V8 или V6, каждому турбонагнетателю обычно назначается собственный ряд цилиндров вместо одного большого турбонагнетателя, нагнетающего воздух через сложную систему трубопроводов, чтобы пройти по моторному отсеку к требуемым цилиндрам. Каждая турбина может раскручиваться быстрее и напрямую снабжать свой ряд цилиндров без слишком большого количества трубопроводов. Уменьшение запаздывания также возможно при использовании двух турбонагнетателей немного меньшего размера при параллельном двойном турбонаддуве, заменяющих один большой турбокомпрессор с более крупными лопастями.

Однако есть и другие типы установок с двойным турбонаддувом, которые создают прирост мощности с помощью несколько иных методов.

Последовательные твин-турбо

В этой установке используются турбокомпрессоры двух разных размеров; турбокомпрессор с небольшими лопастями для малого потока выхлопных газов при более низких оборотах двигателя, а затем второй турбокомпрессор гораздо большего размера, который вступает во владение, когда у него есть шанс раскрутиться.

Компрессионный клапан расположен перед большим турбокомпрессором, гарантируя, что все низкоэнергетические выхлопные газы, образующиеся в нижней части диапазона оборотов, будут изолированы от меньшего турбонагнетателя, чтобы максимизировать отдачу мощности в диапазоне оборотов, когда-то бесполезном для большинства установки с одним турбокомпрессором. По мере увеличения оборотов двигателя клапан сжатия приоткрывается, позволяя турбине большего размера начать вращаться. Затем клапан срабатывает, чтобы полностью открыться при заданном объеме воздушного потока, позволяя вторичному турбонагнетателю максимизировать свою эффективность.

Последовательный турбонаддув устраняет практически все недостатки одинарного турбонаддува и заменяет параллельную установку, поскольку вторичный турбонаддув может быть настроен на чрезвычайно высокий наддув, а первичный турбонаддув устраняет любое отставание на низких оборотах. Модификаторы автомобилей также могут сойти с ума с последовательной системой, изменяя соотношение между маленькими и большими турбонагнетателями, чтобы создать действительно страшную мощность. Представьте себе Toyota Supra MkIV, и вы сможете представить себе, возможно, лучшую платформу для последовательного турбонаддува.

Ступенчатый турбонаддув

Используя те же принципы, что и при последовательной настройке, ступенчатый турбонаддув использует «ступенчатый» процесс для создания сжатия воздуха до чрезвычайно высокого уровня перед поступлением в цилиндры двигателя. Начиная с небольшого турбонагнетателя, воздух подается непосредственно на турбонагнетатель немного большего размера, который еще больше сжимает воздух. Конечное давление наддува в ступенчатой ​​системе может быть намного больше, чем в стандартной системе с двойным турбонаддувом, но оно довольно катастрофично, когда дело доходит до запаздывания. Вот почему он обычно используется в дизельных двигателях с высокой степенью сжатия и низким диапазоном оборотов.

Турбины Twin Scroll

Вы можете выбрать турбонаддув с двойной спиралью, чтобы избежать хлопот, связанных с использованием двух турбонагнетателей. Эта система фактически представляет собой две турбины, втиснутые в один корпус, а выпускной коллектор стратегически разделен между цилиндрами двигателя. В стандартном турбокомпрессоре с одной спиралью импульсы выхлопных газов сходятся перед турбокомпрессором и внутри него, создавая неустойчивый и турбулентный воздушный поток. Система двойной прокрутки позволяет разделять импульсы выхлопных газов и подавать их в турбонагнетатель через собственные впускные отверстия.

Двойная прокрутка становится все более популярной в современных автомобилях и делает искусство турбонаддува намного более эффективным как с точки зрения компоновки, так и с точки зрения производительности. В результате даже четырехцилиндровые двигатели, оснащенные турбонаддувом с двойной спиралью, могут достигать показателей мощности шестицилиндрового двигателя с одним турбонаддувом десятилетней давности.

Является ли двойной турбонаддув просто мечтой, которая никогда не осуществится в вашем застойном проектном автомобиле, или вы счастливый обладатель автомобиля, в котором он входит в стандартную комплектацию, это безумно крутой способ повысить производительность вашего двигателя. .

Вы установили на свой автомобиль двойной турбонаддув? Или вы предпочитаете характер тормозной системы с одним турбонаддувом или даже естественного наддува?

Twin-Turbocharging: как это работает?

Кому нужна одна турбина, когда туда можно втиснуть две? Вот как это можно сделать…

Турбокомпрессоры были святым Граалем для повышения мощности на протяжении многих десятилетий, нагружая блоки двигателя до предела за счет дополнительной мощности и тепловыделения. Независимо от того, оборудован ли ваш автомобиль штатным турбокомпрессором или он был модифицирован новыми форсунками и коллектором для его установки, быстро вращающиеся лопасти турбины часто становились целью автолюбителей, ищущих любимую чушь.

Но если довольно значительной дополнительной мощности недостаточно, чтобы утолить жажду, решением может стать двойной турбонаддув. Учитывая, что легендарные автомобили, такие как Mazda RX-7 и Ferrari F40, имеют в своем распоряжении не один, а два турбонагнетателя, пришло время взглянуть на то, как работает двойной турбонаддув и какие типы доступны на рынке.

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ДВОЙНЫЕ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛИ

Это почти стандартный вариант двойного турбонаддува, в котором используются два турбонагнетателя одинакового размера, которые работают вместе, чтобы как можно быстрее нагнетать воздух в цилиндры. Выхлопные газы, рециркулируемые в турбины, поровну делятся между ними, но обычно снова объединяются в общем впуске перед поступлением в цилиндры.

Преимущество этой упрощенной системы заключается в возможности гораздо меньшего турбо-запаздывания, чем при использовании одного большого турбонагнетателя, выполняющего всю работу. В V-образных двигателях каждому турбонагнетателю обычно назначается собственный ряд цилиндров, вместо одного большого турбонагнетателя, который должен нагнетать воздух через запутанную сантехнику, чтобы пройти по моторному отсеку к требуемым цилиндрам. Отсутствие запаздывания также происходит из-за того, что при параллельном двойном турбонаддуве используются турбокомпрессоры немного меньшего размера, заменяющие один большой турбокомпрессор с более крупными лопастями. Это значительно облегчает процесс наматывания поступающего воздуха.

Чтобы сохранить эти преимущества, уравновешивая потребность в мощности, общее правило состоит в том, что параллельные турбины должны быть установлены на относительно низкое давление наддува, чтобы уменьшить турбозадержку, но при этом комбинация двух турбин должна создавать достаточную мощность.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ С ДВУМЯ ТУРБОНАГРУЗКАМИ

В этой установке используются турбонагнетатели двух разных размеров; турбокомпрессор с небольшими лопастями для малого потока выхлопных газов при более низких оборотах двигателя, а затем второй турбокомпрессор гораздо большего размера, который вступает во владение, когда у него есть шанс раскрутиться.

Клапан сжатия находится перед большим турбокомпрессором, гарантируя, что все низкоэнергетические выхлопные газы, производимые в нижней части диапазона оборотов, будут изолированы от меньшего турбонагнетателя, чтобы максимизировать отдачу мощности в диапазоне оборотов, когда-то бесполезном для большинства установки с одним турбокомпрессором. По мере увеличения оборотов двигателя клапан сжатия приоткрывается, позволяя турбине большего размера начать вращаться. Затем клапан срабатывает, чтобы полностью открыться при заданном объеме воздушного потока, позволяя вторичному турбонагнетателю максимизировать свою эффективность.

Таким образом, последовательный турбонаддув устраняет практически все недостатки одиночного турбонаддува и заменяет параллельную установку, поскольку вторичный турбонаддув может быть настроен на чрезвычайно высокий наддув, полагаясь на то, что первичный турбонаддув устраняет любое отставание ниже. Модификаторы автомобилей также могут сойти с ума с последовательной системой, изменяя соотношение между маленьким и большим турбонагнетателем, чтобы создать действительно страшную мощность. Подумайте о Toyota Supra MkIV, и вы сможете представить себе, возможно, лучшую платформу для последовательного турбонаддува.

ПОЭТАПНЫЙ ТУРБОНАДДУВ

Используя те же принципы, что и последовательная настройка, ступенчатый турбонаддув использует «ступенчатый» процесс для создания сжатия воздуха до чрезвычайно высокого уровня перед поступлением в цилиндры двигателя. Начиная с небольшого турбонагнетателя, воздух подается непосредственно на турбонагнетатель немного большего размера, который еще больше сжимает воздух. Конечное давление наддува в ступенчатой ​​системе может быть намного больше, чем в обычной системе с двойным турбонаддувом, но оно довольно катастрофично, когда дело доходит до запаздывания. Вот почему он обычно используется в дизельных двигателях с высокой степенью сжатия и низким диапазоном оборотов.

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬНАЯ ТУРБОСТАНЦИЯ

Чтобы избежать проблем с использованием двух турбонагнетателей, вы можете выбрать турбину с двойной спиралью. По сути, это две турбины, втиснутые в один корпус, а выпускной коллектор стратегически разделен между цилиндрами двигателя. Это связано с тем, что в обычном турбокомпрессоре с одной спиралью импульсы выхлопных газов сходятся перед турбокомпрессором и внутри него, создавая неустойчивый и турбулентный воздушный поток. Система двойной прокрутки позволяет разделять импульсы выхлопных газов и подавать их в турбокомпрессор через собственные впускные отверстия, сводя к минимуму конфликты между импульсами.