Двигун з турбонаддувом.

Двигатель с турбонаддувом.
Двигун з турбонаддувом.
Турбо або атмо, хто швидше?
З тих пір, як почали з'являтися перші турбіни на тюнінгованих автомобілях, виникає питання — хто швидше, автомобілі з турбонаддувом або атмосферники з великими розподільними?

Відповідь однозначна — правильно зібраний турбо мотор не залишить жодного шансу самому "злому атмо".
Самий потужний атмосферний двигун на даний момент застосовується в боллидах Формула-1, з одного літра об'єму двигуна знімається близько 300 л/с.
Для прикладу: правильно зібраний турбо мотор видає до 900 л/с з літра об'єму, при наддуве 5,5 атмосфер. Такі мотори застосовувалися на Формулі-1 в часи турбо-ери з 1977 по 1988 р, з мотора об'ємом 1,5 літра знімали від 700 до 1400 л/с. Подібні мотори зараз застосовуються в драг рейсінгу класу "top fuel" в США, з мотора об'ємом 8,2 літра знімається 7000 л/с.
Звідки ж беруться ці кінські сили? Адже звичайний двигун внутрішнього згоряння має близько 60 л/с з літра.
Звичайний мотор розрахований на їзду в міських умовах, з крутним моментом на низьких обертах. Така компонування має свої обмеження максимальної потужності і швидкості. Циліндри двигуна мають величезний потенціал для збільшення потужності без збільшення об'єму двигуна.
На скільки можна підвищити потужність двигуна з допомогою турбіни? При збільшенні наддуву на 1 атмосферу, потужність збільшується приблизно на 100%. Тобто якщо двигун мав спочатку 100 л/с, при тиску турбонаддува 3 атмосфери (3 бар), його потужність зросте до 300 л/с. Природно двигун повинен бути підготовлений до такої навантаженні: різко зростає тепловий режим роботи двигуна підвищується температура клапанів, поршнів, масла, охолоджуючої рідини, випускної системи. Ці елементи повинні бути доопрацьовані до умов зростанням температури. Зростає навантаження на поршні, шатуни, колінвал, блок двигуна, зчеплення, трансмісію. Ці елементи автомобіля повинні бути підібрані у відповідності з збільшеною потужністю.
Ступінь стиснення на турбо моторах повинна бути зменшена в залежності від тиску наддуву. Насправді висока ступінь стиснення з використанням високооктанового палива дає не таку вже велику надбавку потужності, як різниця в ціні на паливо. При збільшенні ступеня стиснення на одиницю — потужність зростає приблизно на 1,5%. Звичайно існує паливо з октановим числом 150 — метиловий спирт. Його використання на атмосферному двигуні дозволяє застосовувати ступінь стиснення 1:15, але прибавка потужності з високооктановим паливом дуже несуттєва. Так що не треба скупитися на зменшенні ступеня стиснення на турбо моторах, і в моторах з закисом азоту. На потужних турбо моторах ступінь стиснення знаходиться в межах 7-8, залежно від застосовуваного палива. Детонація дуже руйнує мотор, так що краще менше, ніж більше.
Турбіни ТКР.
Турбіни вироблені в Росії та країнах СНД мають позначення — ТКР. Існує кілька типів, які відрізняються розмірами і продуктивністю, а так само ККД від 43 до 77%. Вони використовуються на дизельних двигунах різної потужності, серійне застосування на бензинових двигунах даних турбін поки відсутня.
Можливо застосування турбін ТКР на бензинових двигунах? Так можливо. Не згорять чи лопаті турбіни, призначеної для дизельних двигунів, на бензиновому моторі, адже температура горіння бензину вище ніж солярки? Випадків згоряння лопатей турбіни від дизеля на бензиновому двигуні в практиці не виявлено. Температура вихлопних газів насамперед віддається поршням, клапанів, блоку цилинров, випускного колектора, і тільки потім — турбіні.
Турбіни Garrett.
Широке поширення у використанні на серійних дизельних і бензинових двигунах отримали турбіни Garrett, які виробляються на 14 заводах по всьому світу. Вони так само активно використовуються в автоспорті і тюнінгу. Є турбіни Garrett не тільки з підшипниками ковзання (бронзові втулки) як на ТКР, але і з підшипниками, які мають позначення з буквою "R", наприклад GT42R. Шарикопідшипники менш чутливі до масляного голодування, підвищеним оборотами, мають менше тертя, і відповідно швидше розкручуються. Так само є турбіни з каналом для охолодження підшипника за допомогою охолоджуючої рідини, що сприятливо позначається на їх термін служби.
Витрата повітря турбінами і ступінь підвищення наддуву.
Кожна турбіна має певну продуктивність накачування повітря. Максимальний тиск наддуву виходить на оптимальних оборотах ротора, перевищувати які не варто, інакше постраждає підшипник турбіни. На даній схемі показано продуктивність турбін ТКР. Для прикладу: витрата повітря 0.10 кг/с дорівнює 130 л/с потужності двигуна. Приміром турбіна ТКР-6, яка застосовується на машинах типу "Бичок", "Валдай", видає максимально 150 л/с.
На ТКР-6 діаметр компресорного колеса 60 мм, а на ТКР-10 відповідно 100 мм, це видно з маркування турбін.
На даній схемі представлений витрата повітря турбін Garrett у фунтах/хв і ступінь підвищення тиску (атм). Витрата повітря 50 фунтів за хвилину дорівнює приблизно 410 л/з кінцевої потужності двигуна.
Турбіну для тюнінгу варто вибирати з запасом, що б вона працювала не на межі своєї продуктивності. У великих турбін трохи більше турболаг (провал), але у них набагато більший потенціал кінцевої потужності порівняно з маленькими турбінами. Маленька турбіна при досягненні свого піку припиняє підвищувати потужність двигуна, і стравлює вихлопні гази в обхід крильчатки (при наявності клапана вестгейт), або руйнується, при відсутності клапана.
Клапан вестгейт (Wastegate).
Обхідний клапан вестгейт служить для захисту підшипника турбіни та двигуна від руйнування. Потік вихлопних газів намагається розкрутити крильчатку до нескінченності, нагнітаючи тим самим все більше і більше повітря в двигун. Відповідно повітря збільшує кількість робочої суміші, збільшуючи потік вихлопних газів. Турбіна розкручується ще швидше. Виходить замкнутий цикл.
Якщо цей цикл не зупинити, турбіна набирає обертів набагато більше максимальних 100000 об/хв, підшипник приходить в непридатність. Виходить люфт, і крильчатка починає зачіпати про корпус турбокомпресора, миттєво зношуючись. Так само від неконтрольованого підвищення потужності може постраждати двигун.
Обхідний клапан буває двох видів: вбудований або зовнішній. Вбудований кріпиться прямо на турбіні, і має заслінку, яка відводить частину вихлопних газів, при досягненні певного тиску, в обхід турбіни, в глушник. У нього обмежені можливості, він не може відводити занадто великий потік вихлопних газів.
Зовнішній клапан виконує ті ж функції, але кріпиться на випускному колекторі. При достиженнии заданого тиску компресора, відкривається і починає стравлювати вихлопні гази з випускного колектора, в обхід турбіни — в глушник, не дозволяючи розкручуватися турбіні більше покладеного.
08:10
8
RSS