Как увеличить разгон с турбиной

9

Как контролируется надув, и как прибавить 20% мощности к Вашему турбомотору

Всем привет, давно не писал по делу. Сегодня хочу Вам рассказать о различных системах контроля надува в турбо системе мотора. Но для начала, очень коротко о самой турбине и как она работает. Турбина или точнее турбокомпрессор состоит из двух частей – из самой турбины (горячая часть) и компрессор (холодная часть)

Вот так выглядит турбокомпрессор

1. Вход в турбину выпускных газов (из выпускного коллектора)
2. Вход в компрессор свежего воздуха
3. Выход из турбины горячих газов в систему выпуска
4. Выход из компрессора сжатого воздуха
Принцип очень простой отработанные газы, попадая в турбину, раскручивают крыльчатку (лопатки) которая имеет одну ось с лопатками компрессорной части. Крыльчатка компрессора всасывает свежий воздух и под давлением (создает надув, избыточное давление) направляет сжатый воздух в интеркулер, где он охлаждается и потом поступает в камеру сгорания. Вот и все.

Но сегодня я бы хотел более подробно остановится о принципах, видах контроля надува. Последнее время мне часто попадались споры о том, что лучше 2 портовый или 3 портовый соленоид и т.д. Лично я даже, не понимаю сути этих споров. Моя цель рассказать Вам, как все это работает, а Вы потом сами решите, что лучше.

Надув контролируется регуляцией выпускных газов в горячей части турбокомпрессора (турбине). Для этого в ней есть специальный клапан, дверка или вестгейт

Если дверка закрыта, то все газы попадают на лопатки, если этот клапан (на фото valve) открыть то часть газов, направится в систему выпуска, минуя крыльчатку и тем самым снизится скорость вращения лопаток, что соответственно приведет к понижению давления. Все гениальное, очень просто. И вот здесь начинается самое интересное, а именно, как производится регулировка открытия и закрытия вестгейта.
Для этих целей используется актуатор (на фото wastegate Actuator), если его шток выдвигается, то он открывает вестгейт Для качественной настройки системы регулирования вестгейтом необходимо установить правильный преднатяг. Для этого, у большинства хороших актуаторов, используется шток с изменяемой длиной

(это кстати мой любимый актуатор)
В нутрии актуатора есть возвратная пружина. Если ее не будет, то давление выпускных газов в турбине сразу откроют вестгейт и мы не сможем создать избыточное давление (буст). Обычно в стоке (если у машины максимальное давление около 1 бара) пружина устанавливается на 0.6 бара. Расмотрим на различных примерах

При таком подключении (на актуатор подается давление, источник должен быть до заслонки, чем ближе, короче трубка, тем лучше) надув будет контролироваться жесткостью пружины актуатора. Если мы уберем источник давления на актуатор (заглушим трубку) то надув будет максимально возможный (очень большой)
Как мы можем увеличить надув, есть много вариантов. Один из хорошо себя зарекомендовавших это установка в актуатор пружины под планируемый надув, работает великолепно. Этот вид подключения можно использовать, как при установке турбокомпрессора на атмосферный мотор, так и при желании улучшить характеристики стандартной системы контроля с помощью соленоида. Очень просто, подберите пружину или актуатор с жесткостью пружины для планируемого Вами максимального надува, Подключите как на выше указанном примере. Трубки, идущие к соленоиду заглушите, а сам соленоид оставьте подключенным к разъему (или можете заменить на сопротивление 10 кОм)

Самое главное, Вы должны понять принцип, а он очень простой. В выше указанном примере давление контролируется пружиной актуатора. Если мы отсоединим от источника давления, то сможем увеличить надув в 2 раза (возможно). В таком случае без помощи дополнительного давления на мембрану актуатора будет необходимо создать намного больше обратного давления в системе выпуска, для открытия вестгейта.
Принцип ясен, уменьшая подачу давления на актуатор, мы увеличиваем силу необходимую для открытия вестгейта и тем самым увеличиваем надув, избыточное давление или буст.
Скажем у Вас пружина на 0.6 бара и Вы решили поднять давление до 0.9 бар, что можно для этого сделать. Вот несколько вариантов

Установка рестриктора. Чем меньше будет диаметр рестриктора, тем меньше будет подаваться давления на актуатор, и тем больше мы сможем получить избыточное давление (надув). Какой диаметр рестриктора? Необходимо подбирать, скажем, где-то между 1.5 мм – 0.8 мм.
Если для Вас это слишком сложно, то можете использовать следующий вариант

Обыкновенный ручной (мануал) буст контролер. В принципе это регулируемый рестриктор, не более. Зажимаем, уменьшаем диаметр, уменьшаем давление на актуатор – понимаем давление турбины и наоборот.
Это мы рассмотрели возможные механические варианты регулирования надува. Конечно, большинство современных моторов с турбонадувом используют электронную систему управления. Предлагаю рассмотреть основные, с использование электронного соленоида 2 или 3 портового. Соленоид, это электромагнитный клапан, который регулируется ЭБУ.
Основные схемы подключения

С 2-х портовым соленоидом

С 3-х портовым соленоидом

Теперь более подробно

Порт 1 – источник давления
Порт 2 – возврат в систему впуска (после МАФ сенсора)
Порт 3 – подключается к актуатору
Если соленоид закрыт, то в таком случае порт 1 и 2 соединены между собой, на актуатор нет подачи, и как следствие мы можем ожидать максимальный надув.
Если соленоид открыт, то порты 1 и 3 соединены, надув контролируется пружиной актуатора.
ЭБУ меняя дюти сайкл соленоида, перераспределят подачу между портами 2 и 3.

Теперь рассмотрим варианты с 2-х портовым соленоидом

Bleed Style Boost Controller

Достаточно узкий диапозон контроля надувом соленоидом, но очень точный. Taкая система контроля эффективно работает только с рестриктором, если Вы не можете добиться необходимого Вам надува, то для увеличения буста, просто уменьшите диаметр рестриктора, только очень аккуратно

Если соленоид закрыт, то система работает по размеру рестриктора и пружине актуатора

Если клапан, соленоид открыт тот система будет иметь максимальное давление. Максимальное значение в большей степени зависит от диаметра рестриктора

И последний (мой любимый вариант), так же с использованием 2-х портового соленоида. Очень широкий диапазон контроля надувом с помощью соленоида

Interrupt Stule Boost Controller

Если соленоид открыт, то надув контролируется только пружиной актуатора

Если соленоид закрыт, то будет достигнуто максимальное значение надува.

Мы рассмотрели основные варианты используемые для контроля надува в системах с турбонагнетателями. Теперь я подскажу Вам, как можно безопасно, эффективно повысить мощность Вашего турбомотора на 20%.
Очень просто. Для этого необходимо поменять систему выпуска Вашего автомобиля на более эффективную, большего диаметра, без катализатора или с заменой на спортивный. Главное понизить обратное давление в системе выпуска. Следующее, желательно установить холодный впуск (как его сделать я уже писал) или хотя бы более эффективный фильтр в стандартный фильтр бокс.
После этого Вы можете безопасно повысить надув Вашего турбонегнетателя на 10-15% и получите, как минимум прибавку мощности 20%. Как поднять буст Вы теперь знаете, все в Ваших руках. Да и последнее, не пытайтесь изменить надув на автомобиле в котором система контролируется ЭБУ с использованием соленоида. Для этого надо перевести в механическую систему контролем надува, а сам соленоид, чтобы ЭБУ не выдавал ошибку оставить просто подключенным к разъему или впаять сопротивление.
И главное, нет необходимости прибегать к услугам различных ателье, мастеров занимающихся пошивом прошивок для ЭБУ. В этом нет необходимости. Нет это не значит, что не надо настраивать мотор, конечно качественная настройка на порядок улучшит характеристики Ваше автомобиля.

Три способа увеличения мощности дизельного двигателя

Прежде чем задуматься о том, как увеличить мощность дизельного двигателя, было бы неплохо понять, зачем это делать. Техническая доработка двигателя увеличивает динамику автомобиля, снижает расход топлива и, в ряде случаев, убирает ограничения скорости. При грамотном усовершенствовании мощности двигателя раскрываются потенциальные возможности «сердца» машины.

Немаловажным фактором для большинства автолюбителей является именно повышение динамики, которое позволяет почувствовать себя увереннее за рулем.

Плюсы повышения динамики двигателя:

• Комфортная езда в городских условиях;
• Уверенность при выполнении обгона;
• Динамичный спортивный стиль езды с резким стартом и быстрым ускорением.

Степень сложности некоторых методов технического усовершенствования автомобиля позволяет увеличивать мощность двигателя своими руками. Некоторые из нижеперечисленных способов достаточно трудоемки и требуют вмешательства специалистов по тюнингу.

Как повысить мощность дизельного двигателя своими руками?

Компрессия, под которой топливо подается в камеру сгорания, напрямую влияет на производительность двигателя. При увеличении степени сжатия повышается давление. Это способствует более эффективному сгоранию топливной смеси, выделению максимума полезной энергии и усилению мощности двигателя.

Для увеличения компрессии нужно отрегулировать систему питания, регулирующую время, давление и пропорции подачи топливной смеси в камеру сгорания. Отличают две системы питания:

• Механическая система впрыска — устанавливалась в старых образцах двигателей, использовавшихся до 2008 года. Масса впрыскиваемого топлива определяется ТНВД, от которого топливо нагнетается к форсунке. Частота, с которой вращается коленчатый вал, обусловливает мощность впрыска;
• Электронная система впрыска — устанавливается во все современные автомобили. Топливо нагнетается в рампу, электромагнитные форсунки обеспечивают впрыск, электронный блок управления регулирует массу, компрессию и время впрыска.

Изменив систему питания при электронной системе впрыска, можно добиться улучшения заводских показателей мощности двигателя внутреннего сгорания.

Обратите внимание, что некоторые описанные ниже методы не подходят для механической системы питания.

Способ № 1. Чип-тюнинг

Чип-тюнинг — это перепрограммирование заводских настроек электронного блока управления. ЭБУ — важнейшая часть двигателя, получающая информацию о состоянии двигателя от датчиков. Используя эту информацию, ЭБУ определяет оптимальные обороты коленчатого вала, подачу топлива и объем воздуха. Настройки, выставленные в ЭБУ на заводе, рассчитаны на средние показатели и экономию ресурса двигателя.

Перепрошивка ЭБУ позволяет встроить свою систему обработки данных. Импульсы, поступающие от датчиков, преобразуются с помощью специальных программ и составляют систему автоматического регулирования механизмов впрыска, улучшающего многие характеристики.

Существует два варианта чип-тюнинга: перенастройка заводской микросхемы ПЗУ или ее замена с дальнейшей прошивкой. Необходимо выбрать вариант чип-тюнинга и подготовиться:

• Купить сканер для диагностики своей марки автомобиля;
• Тщательно выбрать версию прошивки;
• Установить на ноутбук программу для редактирования прошивки, подходящую к ЭБУ машины;
• Приобрести микросхему, если решили поменять (ПЗУ 27С256 или ПЗУ 27С512);
• Программатор ЭБУ. Купить, взять в аренду, сделать самому;
• Найти K-Line адаптер для соединения с портом автомобиля.

1. С помощью сканера для диагностики проверить ошибки и при наличии их сбросить;
2. Отсоединить аккумулятор;
3. Снять панель и достать блок управления;
4. Заменить микросхему ПЗУ;
5. Поставить блок управления на место;
6. Подключить аккумулятор;
7. Соединить ноутбук с диагностическим портом. Ноутбук должен быть полностью заряжен, а лучше подключен к питанию;
8. Включить зажигание;
9. Запустить программу для перенастройки двигателя;
10. После установки программного обеспечения отключить зажигание и отсоединить кабель.

• Повышение динамики;
• Экономичный расход топлива;
• Отсутствие ограничения максимальной скорости;
• Изменение режимов холодного запуска и хода.

Наибольший эффект принесет чип-тюнинг в дизельных автомобилях с турбиной за счет оптимизации системы включения и давления. Крутящий момент вырастает почти на половину, а мощность — на треть.

• При значительном увеличении мощности срок эксплуатации двигатель сократится;
• Лишение гарантии;
• Есть риск повреждения двигателя.

Неправильная прошивка может привести к детонации двигателя.

Таким образом, мы видим, что замена чипа значительно поднимает коэффициент полезного действия двигателя. Тем не менее, для того, чтобы грамотно перепрограммировать ЭБУ, необходимы специальные навыки, и не каждый автовладелец может сделать это своими руками.

Способ № 2. Блоки увеличения мощности

Популярность использования блоков для увеличения мощности дизельного двигателя объясняется их универсальностью, быстрый монтаж и способность значительно экономить топливо.

Из недостатков стоит отметить уменьшение ресурса блока цилиндра, форсунок и ТНВД и быструю выработку сажевого фильтра. Также модульный способ, в отличие от правильно проведенного чип-тюнинга, повышает выброс вредных веществ.

• Блок для совершенствования режимов работы ЦП ЭБУ

Блок включается в топливную систему высокого давления и его вычислительный модуль контролирует работу двигателя в обход ЭБУ, не занижая показания датчиков. Диагностируя давление в топливной системе, и при его возрастании отправляет команду блоку управления на увеличение тайминга форсунок в допустимом диапазоне.

• Модуль для управления форсунками

Установка модуля позволяет контролировать и изменять импульсы управления форсунками. Модуль подсоединяется в разрыв проводов форсунок и регулирует работу топливного инжектора, изменяя время открытия иглы форсунки. В результате меняется угол впрыска топлива, и эффективность сгорания повышается.

• Модуль для изменения схемы работы ТНВД

Устанавливается на дизельных двигателях с механической системой впрыска. Блок увеличивает мощность дизельного двигателя благодаря изменениям функционирования топливного насоса. Модуль корректирует данные датчика топлива на более низкие показатели. В результате в корпусе топливного насоса с помощью электромагнитного клапана повышается давление.

К положительным сторонам этого способа можно отнести недорогое оборудование и легкость установки. Минусами можно назвать плавающие обороты двигателя и уменьшение ресурса ТНВД.

• Модуль для преобразования данных датчика давления топливной рампы

Оборудование соединяется с проводами датчика давления рампы и отправляет в электронный блок управления данные о понижении компрессии в топливной рампе. ЭБУ меняет интенсивность работы форсунок, мощность ДВС повышается, а расход топлива снижается.

• Модуль для уменьшения показателей давления топливного аккумулятора

За регулировку уровня давления в топливном аккумуляторе отвечает топливный насос. При помощи установки дополнительного блока в электронную схему топливной системы в ЭБУ подается информация о потере мощности ТНВД. ЭБУ отдаст команду на увеличение тайминга впрыска.

Способ № 3. Турбонаддув

Производительность двигателя увеличивается за счет установки турбины, которая подает большое количество воздуха в камеру сгорания. Блок управления топливной системой дает команду на увеличение впрыска топлива и мощность двигателя повышается.

Недостатком данного способа является повышения расхода топлива и маленький срок службы турбины. В то же время турбонаддув предотвращает провал двигателя при нажатии на педаль остановки авто.

Выводы

Перед любыми операциями по повышения мощности ДВС оцените свой автомобиль на уровень износа топливной и двигательной системы. Ознакомьтесь с разными техниками увеличения мощности, взвесив все их плюсы и минусы.

Начните с чип-тюнинга, показывающего наибольшую эффективность. При невозможности использовать перепрограммирование ЭБУ, попробуйте подобрать модуль.

Обратите внимание, что операции по увеличению мощности способны сократить ресурс дизельного двигателя.

Установка турбонаддува как вариант повышения мощности двигателя

Так как среднее давление трения возрастает заметно медлен­нее, чем среднее эффективное давление, то механический к. п. д. при повышении среднего эффективного давления за счет наддува увеличивается. Поэтому, как правило, различие в удельном рас­ходе топлива между двигателями без наддува и двигателями с механическим наддувом невелико, если речь идет о сравнительно высоких значениях среднего эффективного давления. Только при низких ре (и высоких частотах вращения) потери мощности на привод механического нагнетателя вызывают увеличение удель­ного расхода топлива по сравнению с двигателем без наддува.

Поскольку у двигателя с турбонаддувом отпадает необхо­димость затраты мощности на привод компрессора, то его удель­ный расход топлива ниже, чем у двигателя без наддува. Если сравнивать двигатели равной максимальной мощности (меньшее число цилиндров у двигателя с наддувом), то лучшая топливная экономичность имеет место у двигателя с наддувом во всем диа­пазоне нагрузок (рис. 7.7 и 7.8).

Благоприятное влияние турбонаддува на к. п. д. дизелей объясняется в основном следующим.

1. С возрастанием среднего эффективного давления улуч­шается механический к. п. д.

2. Применение наддува позволяет обеспечивать высокий коэф­фициент избытка воздуха для сгорания при одновременно высо­ком среднем эффективном давлении. С увеличением избытка воздуха для сгорания улучшается индикаторный к. п. д..

3. Применение охлаждения наддувочного воздуха уменьшает потери теплоты и обусловливает тем самым снижение удельного расхода топлива.

4. У четырехтактных двигателей добавляется еще выигрыш мощности за счет или положительной, или меньшей, чем у дви­гателей без наддува, отрицательной петли газообмена (р3 < р2); этот выигрыш мощности при заданном давлении наддува будет тем больше, чем выше к. п. д. турбокомпрессора и чем выше тем­пература выпускных газов. Правда, при этом увеличение из­бытка воздуха для сгорания, указанное в пункте 2, будет несколько препятствовать повышению температуры выпускных газов.

При оптимальном использовании названных возможностей на четырехтактных дизелях можно достичь эффективных к. п. д., равных 45%, что соответствует удельному расходу топлива 190 г/(кВт•ч) [140 г/(л. с • ч)] [7.7; 7.8]. Разумеется, для получе­ния хорошего удельного расхода топлива необходимо выбрать высокую степень повышения давления pz /pc.

На рис. 7.9 [7.8] показано изменение важнейших эксплуата­ционных параметров в зависимости от среднего эффективного давления; на рис. 7.10 представлено изменение различных к. п. д. Опытный двигатель фирмы MAN типа K6V30/45 имел 6 цилин­дров при рядной компоновке (диаметр цилиндра 300 мм, ход поршня 450 мм) и работал при частоте вращения 400 об/мин (средняя скорость поршня сm = 6 м/с).

При газовой связи турбокомпрессора с двигателем степень расширения газов в турбине определяется давлением наддува, температурой выпускных газов на входе в турбину и к. п. д. тур­бокомпрессора. Так как эта степень расширения мала по сравне­нию с имеющейся в двигателе, то выпускные газы за турбиной имеют все еще относительно высокую температуру. При увели­чении степени расширения можно (за счет увеличения работы выталкивания) получить большую энергию от выпускных газов, вследствие чего мощность, развиваемая турбиной, становится больше, чем мощность, потребляемая компрессором; избыток мощности может быть использован для повышения эффективной мощности двигателя. Чтобы сохранить приспособляемость сво­бодного турбокомпрессора к переменным условиям эксплуатации, целесообразно у четырехтактных двигателей воспринимать избы­точную мощность от энергии выпускных газов в особой ступени турбины, отдающей свою мощность через передачу коленчатому валу двигателя. Схема такого комбинированного способа, вклю­чающая силовую турбину 1 и расширительную турбину 2 на одном валу с компрессором, показана на рис. 7.11.

На подобной установке, у которой, правда, силовая турбина не имела кинематической связи с двигателем, а тормозилась компрессором (воздух из которого через регулируемый дроссель выпускался в атмосферу, т. е. не использовался), фирмой MAN проводились испытания с опытным двигателем KV30/45 [7.9]. Рассчитанная из торможения мощность силовой турбины добавлялась с учетом достижимого к. п. д. передачи к эффектив­ной мощности двигателя. Таким образом, исходя из величины к. п. д. двигателя со свободным турбокомпрессором, улучшенной до 45,6% [ge — 136,5 г/(л. с. ч), Нu = 10 150 ккал/кг], был рассчи­тан оптимальный к. п. д. —46,5%, т. е. достигнутое повышение к. п. д. составило около 2% (рис. 7.12).

Практической реализации таких к. п. д., которые до настоя­щего времени, насколько известно, не были достигнуты хотя бы экспериментально, мешает необходимость слишком больших за­трат. В связи с необходимостью обеспечения большого избытка воздуха для сгорания ? не используется высокое давление над­дува, так как при высоком максимальном давлении сгорания рz требуется утяжеление двигателя и ограничение мощности. Если на среднеоборотных четырехтактных дизелях достигаются сред­ние эффективные давления около 20 бар при максимальных дав­лениях сгорания 120 бар, т. е. при отношении рz/ре ? 6, то это отношение у названного выше опытного двигателя составляло 120/15 = 8; 15 бар вместо 20 бар среднего эффективного давле­ния означают потери мощности, равные 25%. К этому добав­ляется еще и то, что для обеспечения оптимального к. п. д. сред­няя скорость поршня не должна быть слишком высокой в связи с механическими потерями на трение. Упомянутый опытный дви­гатель имел среднюю скорость поршня лишь 6 м/с, что также предопределяет на 25% меньшую мощность по сравнению с сов­ременной аналогичной установкой, так как в настоящее время значения средней скорости поршня 8 м/с и выше являются обыч­ными для среднеоборотных двигателей.

По указанным выше причинам на существующих дизелях еще не достигнуты значения к. п. д., равные 45%, однако возмож­ности дальнейшего повышения этого параметра были исследованы на базе специальных расчетов [7.9].

В основу расчетов была положена р—V-диаграмма опытного двигателя при тех же параметрах наддувочного воздуха и при равном количестве подводимого топлива. В связи с этим можно было ограничиться расчетом процесса газообмена и балансов мощностей лопаточных машин. Так как дополнитель­ная силовая турбина вследствие более высокого подпора выпускных газов за двигателем обусловливает увеличение количества остаточных газов в цилиндре и вместе с тем снижение мощности, то расчеты были проведены для схем, показанных на рис. 7.13 и 7.14 и устраняющих отрицательное влияние увеличения коли­чества остаточных газов в цилиндре.

На схеме (рис. 7.13) показан комбинированный двигатель с силовой турбиной и двумя выпускными клапанами, управляе­мыми независимо друг от друга. Если управление клапанов осу­ществляется в соответствии с диаграммой газораспределения, изображенной на рис. 7.15, то клапан б действует как продувоч­ный. Основная часть газов поступает через клапан в под высо­ким давлением сначала в силовую турбину 1 и затем в турбину 2, связанную с компрессором. Через клапан б в конце хода выпуска вытекают остаточные газы (т. е. лишь малая часть заряда), вы­талкиваемые к турбине 2 за счет перепада давления при про­дувке.

Как показали расчеты, при этой схеме может быть достигнуто повышение к. п. д. на 4,7%. Если исходить из к. п. д., равного 45% у опытного двигателя, то это означает, что для схемы с си­ловой турбиной и продувочным клапаном можно достигнуть к. п. д., несколько превышающий 47% (произведение 45 на 1,047).

Если клапаны установки (см. рис. 7.13) управлялись бы в со­ответствии с диаграммой газораспределения, показанной на рис. 7.16 (кривые 2), то через клапан в протекала бы к турбине 1 только малая часть выпускных газов под высоким давлением (разделение предварительного выпуска), а основная часть газов вытекала бы через клапан б под более низким давлением в тур­бину 2.

Необходимо учитывать, что при этом способе результат в зна­чительной степени зависит от выбранного время- или угла-се­чения клапанов. Двигатель имеет два впускных и два выпускных клапана, которые при обычном способе наддува по очереди совместно открываются и закрываются. Так как из-за ограничен­ности места в крышке цилиндра может быть размещен только один маленький дополнительный клапан, то при расчете предпо­лагалось, что этот добавочный клапан работает как клапан пред­варения выпуска в, а оба больших выпускных клапана — как клапаны, через которые осуществляется выталкивание. В связи с этим получается время-сечение, соответствующее кривым 2 па рис. 7.16, которое, несмотря на большую суммарную площадь проходного сечения клапанов, намного меньше, чем время — се­чение клапанов при обычной схеме наддува, соответствующее кривой 1, так как вследствие измененных фаз газораспределения и малой продолжительности открытия клапанов большая часть время-сечения теряется. Расчетное значение улучшения к. п. д. составляло при этом 3,7%. Другие схемы подключения клапанов с другими фазами газораспределения были еще менее удачными.

Если согласно рис. 7.14 для предварения выпуска преду­смотреть специальные окна в цилиндровой втулке, а оба вы­пускных клапана (а и б), предназначенные для выпуска основной массы газов, оставить в крышке цилиндра, то изменение про­ходных сечений клапанов будет соответствовать кривым 3 на рис. 7.16 и при этом будет достигаться значительно большее время-сечение, чем по кривым 2. В этом случае рассчитанное улучшение к. п. д. составляло 6,7%, что при исходном значе­нии 45% давало общий к. п. д. около 48%.

Эти расчеты показывают, что хотя и не невозможно, но сложно и дорого еще больше повысить уже сам по себе высокий к. п. д. дизеля. Говоря об абсолютной величине этого показателя, сле­дует также отметить, что к. п. д. дизеля при прочих равных усло­виях хотя и не намного, но все же увеличивается с ростом диа­метра цилиндра, и что V-образные двигатели вследствие лучшего соотношения числа цилиндров и числа коренных подшипников имеют несколько меньшие потери на трение. Значения к. п. д. ? 43% уже достигнуты на среднеоборотных двигателях больших базовых размеров цилиндров при обычных средних скоростях поршней и средних эффективных давлениях. Такого же порядка наиболее высокие значения к. п. д. и у мало­оборотных двухтактных двигателей с наддувом.

Преимущества и положительные стороны турбонаддува

Турбонаддув эволюционировал и модернизировался до сегодняшнего дня, на данный момент существует два принятых вида, не считая их производных и вариаций: компрессор и турбина. Итак, компрессор, он же механический нагнетатель, как видно из названия, для своей работы требует механическую силу от коленвала двигателя через цепной или ременной привод. Его главными преимуществами являются довольно эффективный наддув воздуха, который начинает работать с холостых оборотов, во впускном коллекторе постоянное обеспечение высокого давления и отсутствие такой неприятной особенности турбодвигателей как турбоямы.

Как правильно эксплуатировать авто с турбированным двигателем

Для того, чтобы турбина служила как можно дольше и беспроблемно работала – очень важно знать и соблюдать некоторые правила её эксплуатации. Итак, в первую очередь необходим её прогрев перед поездкой и после поездки давать её работать при холостых оборотах, с длительностью от одной минуты после небольших нагрузок, и до пяти минут после длительной езды, особенно на больших скоростях. Если не соблюдать это условие, то ресурс турбины сокращается до 1.5 раза, особенно у автомобилей Renault — она не выдержит и 100 тыс. км! Нужно учесть это, и до прогрева двигателя нужно стараться педалью акселератора не увлекаться. И если после поездки не особо хочется сидеть и ждать пока turbine остынет, то Вам понадобится установка турботаймера — это отличное и недорогое дополнение к любому автомобилю.

Очень рекомендуется периодичность сроков замены моторного масла сократить до каждых 7-10 тыс. км пробега и нужно применять исключительно качественное масло, которое рекомендовано самим заводом-производителем. Масло низкого качества имеет свойство от высокой температуры закоксовываться, естественно не сможет обеспечить полноценную смазку и охлаждение турбины. Нужно постараться приобрести масляные и воздушные фильтры доверенных брендов, и в данном случае абсолютно не следует экономить. Как и масло, воздушный фильтр также рекомендуется менять раньше положенного срока, иначе сильное засорение может привести во впускном тракте к повышенному разрежению и нарушить герметичность «впуска» турбины. Нужно постоянно держать под контролем систему охлаждения картера и маслопровод, так как течей быть не должно в котором. Как узнать разгерметизацию турбины – она сопровождается свистом, и как он появляется то сразу же на СТО пока не слишком поздно. Если устранять свист турбины и течи своевременно, то это поможет сохранить агрегат. Однако, в любом случае следует после каждой сотни тыс. км пробега провести полную диагностику, особенно при покупке б/у машины с турбомотором.

Ещё один важный момент, о котором могут часто забывать, если точнее многие даже и не подозревают: когда выбрасывают из выпускной системы турбо дизельных двигателей сажевой фильтр, чем довольно часто грешат водители, из-за того, что жалеют денег для покупки нового, то следует обязательно перепрошить мозги ЭБУ. А иначе, если резко увеличить обороты двигателя турбина запросто может выйти из строя. Если всех эти условия соблюдать, то с турбиной проблем не будет.

Как увеличить разгон с турбиной

Откуда возникает увеличение мощности турбины? Какова формула мощности любого двигателя, и как турбина в влияет на эту формулу? (Не пугайтесь до смерти при упоминании формул: те из них, о которых ниже идёт речь, являются простыми и легкими для понимания.) Чтобы ответить на эти вопросы, надо изучить линейное уравнение с одним неизвестным, которое связывает мощность с параметрами, описывающими двигатель внутреннего сгорания.

Мощность = P*L*A*N

Р — среднее полное давление в цилиндре. Проще представить себе Р как среднее давление, воздействующее на поршень.

L-длина хода. Она сообщает, как далеко будет двигаться поршень под действием этого давления.

А — площадь сечения цилиндра. Вот она, та самая площадь, к которой приложено давление.

N — число рабочих тактов двигателя за одну минуту. Это число показывает, сколько цилиндров у двигателя и каковы его обороты.

N = число цилиндров * частота вращения двигателя/2 ( Для четырехтактного двигателя, частота вращения разделена на 2 потому что каждый цилиндр совершает рабочий такт один раз за два оборота)

Здесь наблюдается несколько интересных зависимостей! Например, возьмите Р и умножьте на А, и Вы имеете произведение давления на площадь, которое является средней силой, действующей на поршень. Теперь умножьте Р*А(сила) на длину хода L (расстояние), и Вы имеете число, которое представляет собой момент, теперь берите это число и умножайте на N (с какой скоростью совершается работа), вот Вы и получите мощность (то, что и заказывали). Пожалуйста, заметьте, что это означает: мощность = момент * обороты в минуту.

Так как общая цель нашего упражнения — получение большей мощности, давайте изучим то, над чем позволяет нам поработать «P*L*A*N». Сначала давайте посмотрим на то, что может дать работа с N. Имеются два способа получить большее количество рабочих тактов в минуту: увеличить количество цилиндров или раскрутить двигатель до больших оборотов. Это дает некоторое поле для приложения усилий: старания целой области человеческой деятельности, известной как проектирование двигателей, направлены исключительно на достижение более высоких оборотов в минуту с определенным запасом прочности.

Помните, что ненавистные инерционные нагрузки растут в квадратичной зависимости от увеличения оборотов двигателя. Это означает, что при 7200 оборотах в минуту, инерционная нагрузка будет доставлять 144 % от нагрузки, возникающей при 6000 оборотах в минуту. Двигатель подвергается усиленному износу и разрушению. В конечном счете, увеличение отдаваемой мощности путем увеличения N не являйся ни дешевым, ни приятным и не способствует достижению большого ресурса. Так как мы, по вышеизложенным практическим причинам, не ищем значительно увеличивать мощность, увеличивая N, единственный оставшийся выбор — увеличить момент, делая что-то с P*L*A. Мы должны вернуться и посмотреть на P*L*A немного внимательней.

Попробуем изменить А, то есть площадь сечения цилиндра. Насколько это поможет? Измените диаметр цилиндра на 3 мм, и, возможно, вы получите прибавку мощности в 10 %. Не стоит заморачиваться. Мы можем также изменить L, ход поршня. Может быть, получим гдето 10 %. Очевидно, что если нашей целью является существенное увеличение мощности, то А и L не дадут нам многого.

Изменение Р становится нашей единственной надеждой. Как успешно изменять Р — это сложный вопрос. Р может быть изменено в 1.2,1.5,2,3,4, 5 раз… реальный потенциал не известен, так как инженеры постоянно нащупывают новый предел. Гоночные автомобиль Гран-при сезона 1987 довели развитие турбонагнетателя до высочайшего уровня, когда-либо достигнутого, доведя отдаваемые мощности почти до 1 л.с. с кубического сантиметра. Этого достаточно,чтобы сказать, что удвоение мощности нашего с вами обычного двигателя — это не детские фантазии, это наши оправданные ожидания. Здесь особенно важно заметить то, что мы значительно увеличиваем мощность без увеличения оборотов двигателя. Потому что момент РLA) — это то, что мы действительно изменяем. Турбина увеличивает момент, а момент это здорово!

Эластичность двигателя

Каковы ограничения накладываемые турбодвигателем на эластичность? Хорошая эластичность и отзывчивость на действия водителя для большинства сегодняшних автомобилей являются обязательными условиями. «Сел, завёл, поехал». Если не так, то современный потребитель — недоволен. Принято считать, что высокая мощность и хорошая эластичность не совместимы в одном автомобиле. Данное мнение является вполне справедливым для атмосферных двигателей, но совершенно не годится по отношении двигателей с турбонаддувом. Рассмотрим факторы, определяющие эластичность: консервативные профили распредвала, малые впускные каналы, гибкость и калибровки топливной системы.

Правильный двигатель с турбонаддувом имеет профиль распредвала с малым перекрытием, обычно называемый «экономичным распредвалом». Размеры каналов обычно малы, чтобы обеспечить хорошее наполнение цилиндров на низких оборотах и позволяющие компрессору затрамбовывать воздух в них, когда требуется высокое давление. Калибровка топливной системы должна быть точной, по крайней мере для случая электронно-управляемого впрыска топлива. Очевидно, что факторы, формирующие хорошую эластичность, присутствуют в автомобилях с турбомоторами. То, что турбонаддув позволяет подать большее количество воздуха в цилиндры, когда это необходимо, нисколько не влияет на «сел, завёл и поехал.» Однако имеются два фактора, влияющие на эластичность, которые начинают играть роль при использовании турбонаддува: порог наддува и задержка (лаг). Они, впрочем, не столь уж значительно ухудшают характеристики атмосферных двигателей, так как распредвал, степень сжатия, установка угла опережения зажигания, и топливная смесь остаются фактически теми же самыми.

Типичный пример разницы в кривых момента для турбомотора и атмосферного двигателя.

Порог наддува.

Порог наддува, отнесённый к категории терминов/для глоссария, по существу означает самые низкие обороты двигателя в минуту, при которых турбонагнетатель может создать давление наддува (с полностью открытой дроссельной заслонкой). Ниже этих оборотов турбонагнетатель просто не имеет достаточного количества энергии выхлопных газов, чтобы развить частоту вращения компрессора, необходимую для создания во впускном коллекторе давление выше атмосферного. До достижения оборотов порога наддува кривая момента двигателя остается фактически такой же, как у атмосферного двигателя. Если раскручивать двигатель далее при полностью открытой заслонке, водитель почувствует значительное увеличение мощности после порога наддува, поскольку кривая момента направлена вверх. Если дроссельная заслонка полностью не открыта, турбонагнетатель не вносит вклада в кривую момента, и ускорение будет таким же, как и у атмосферного двигателя. Кривая момента до порога наддува может иногда являться компромиссным вариантом из-за беспричинного понижением степени сжатия (объем камеры сгорания плюс рабочий объем цилиндра, деленный на объем камеры сгорания), причиняя неприятные ощущения при отсутствии наддува на низких оборотах.

Тут и выясняется, что некоторые из автомобильных производителей сделали серьезную инженерную экономическую ошибку, не устанавливая соответствующие интеркулеры для достаточного охлаждения воздуха на впуске. Это позволяю бы использовать более высокие степени сжатия, обеспечивая нагпятную реакцию двигателя на низких оборотах. Если Вы выбираете машину с турбонагнетателем, попробуйте спросить у продавца о параметрах эффективности промежуточного охладителя (само собой, только после того, как Вы спросите, имеет ли вообще машина интеркулер). Разумно ожидать, что эластичность на низких скоростях имеет чисто, если транспортное средство оснащено промежуточным охладителем, и степень сжатия составляет 8 -10.

Оценивать качество системы турбонаддува исключительно по наличию низкого порога наддува — значит допускать серьезную ошибку. Сложно доказать, что положительное давление наддува на низких оборотах двигателя — плохая вещь, но легко доказать, что это давление наддува на низких оборотах, достигнутое за счёт турбины меньших размеров — потенциальная проблема, связанная с более высоким обратным давлением отработанных газов. Тщательно разработанная система, в которой уделено должное внимание всем её параметрам, выдаст хорошее давление наддува на низких оборотах, и это будет лишь положительным её качеством.

Диаграмма увеличения момента при использовании малой, средней, и большой турбин установленных на одном и том же двигателе.

Небольшие турбины зачастую провоцируют раздражающую реакцию при незначительном открытии дроссельной заслонки. Это без сомнения влияет на эластичность двигателя, так как небольшое движение дроссельной заслонки производит быстрый и обычно нежелательный всплеск давления наддува, который ухудшает плавность движения автомобиля. Иногда это заставляет пассажира думать о водителе как о нервном и неуравновешенном. Этот небольшой всплеск часто дает водителю надежду, что автомобиль будет действительно лететь, когда дроссельная заслонка будет полностью открыта. Вместо этого, он с печально наблюдает, что всплеск этот — и было все давление наддува, которое смогло изобразить лишь небольшой «дыр-р-р».

Производители то и дело поступают именно так, надеясь, что мы будет думать, будто автомобиль имеет мгновенную реакцию и момент во всем диапазоне оборотов. Они вообще пропустили тот факт, что основные наши ожидания — это действительно высокая мощность. Эта ошибка производителей имеет и оборотную сторону — многие журналисты, писатели, крутые водители, и другие социальные изгои с удивлением вопрошают -» Где же, блин, мясо!? » Серийные турбодвигатели, как правило, далеки от того, чтобы энтузиасты и инженеры называли их совершенными. Позвольте нам называть серийные турбодвигатели консервативными.

Задержка.

Обсуждение турбин редко обходится без упоминания о задержке (лаге турбины). На самом деле участники обсуждения редко говорят действительно о задержке. Обычно они говорят о пороге наддува. Пожалуйста, прочтите определения задержки (лага), порога наддува, и приемистости в глоссарии. Применительно к турбонагнетателю задержка по существу означает, как долго Вы должны ждать давления наддува после того, как открыли дроссельную заслонку. Стало быть, это явление не полезное по определению. Но задержка не имеет никакого отношения к приемистости. Приемистость в данном случае имеет одинаковый смысл как для турбодвигателя, так и для атмосферного. Ситуация сводится к следующему — либо имеется некоторая задержка и огромное увеличение момента или напротив — отсутствие задержки и отсутствие увеличения момента. Если Вы не имеете никакой задержки, Вы не имеете никакого наддува. Поэтому Вы не можете ожидать никакого значительного увеличения момента. Задержка уменьшается с увеличением частоты оборотов двигателя. В то время как задержка может иметь длительность в секунду или более при низких оборотах двигателя, при увеличении наддува, на оборотах приблизительно 4000 или больше задержка фактически исчезает. Например, в должным образом сконструированной системе наддува, давление наддува будет всегда следовать за положением вашей педали при оборотах более чем 4000 оборотов в минуту. Реакция здесь фактически мгновенна.

Форма кривой момента двигателя с турбонаддувом достаточно сильно отличается от таковой у атмосферного двигателя. На двигателях с турбонаддувом максимум момента фактически всегда находится на более низких оборотах. Сопоставьте характеристики всех известных двигателей и придёте именно к такому выводу. Чем больше форсирован атмосферный двигатель, тем больше его отличие от двигателя с турбонаддувом. Как результат для водителя это означает, что он или она не должен сильно раскручивать мотор с турбонаддувом, чтобы двигаться быстрей. Это логическое заключение идёт совершенно вразрез с популярным мнением, но факт налицо.

Сопоставление величин задержки малой, средней, и большой турбин.

Горячий и холодный запуск часто представляют как проблемы высокофорсированных двигателей. До некоторой степени это справедливо системах турбонаддува с карбюраторами, но такие системы немногочисленны. Системы впрыска топлива зависят исключительно от разумных показаний температурных датчиков для холодного и горячего запуска и являются полностью автоматическими. Запуск из холодного стояния — проблема для двигателей с более низкими степенями сжатия. Если двигатель имеет проблемы в этом отношении без турбонагнетателя, он будет, вероятно, иметь те же самые проблемы с турбонагнетателем, так как нагнетатель не влияет ни на эти температуры ни на электронику. В любом случае, эта трудность не связана с турбонаддувом.

Просто езда.

Турбина находится на заднем плане на всех режимах работы кроме тех, на которых необходимо иметь давление наддува, чтобы достичь особенной скорости. Предположим, что данное транспортное средство может достичь максимальной скорости, скажем, в 200 км/ч без турбонагнетателя. Теперь установим турбину. Разумно говорить, что транспортное средство достигнет приблизительно 200 км/ч без потребности в дополнительной мощности; следовательно, для этого не требуется никакого давления наддува. Для всех практических целей, даже для самых диких и невообразимых скоростей, вряд ли потребуется любое давление наддува, чтобы поддерживать такую скорость. Мысль, что супер мощный, с максимальной отдачей турбо автомобиль великолепно приспособлен для движения на полной скорости, но похож на неприрученного злобного зверя на низких скоростях, не является столь уж неблагоразумной. Но слишком в неё углубляться мы не станем. Чтобы создать эффективный автомобиль с приличным турбонагнетателем, Вам необходимо только проделать на более продвинутом уровне всё то же, что требуется для создания турбо автомобиля вообще: отвести большее количество теплоты, увеличить подачу топлива, увеличить октановое число и убедиться, что конструкция двигателя отвечает предъявляемым требованиям. Факторы, которые являются основой хорошего поведения на низких оборотах — консервативные профили распредвалов, малые впускные каналы, и калибровка топливной системы, неизменны и для более высоких давлений наддува. Совершенно неразумно говорить, что 500-сильный уличный турбо автомобиль, который при полном открытии дросселя на второй передаче может оставить на асфальте следы от колес, имеет проблемы с эластичностью.