Разновидности турбин для авто

14.05.202317.05.2023 admin 0 Comments

Матчасть по Компресорам, турбо, твинтурбо, и тд

Всем доброго дня, приятного аппетита.

По причинам частых вопросов мне в личный ящик, я решил произвести маленький ликбез, поехали

Сегодня будет небольшой пост, в котором я расскажу не про какой либо двигатель, а про комбинированную систему наддува.

Сейчас у каждого производителя есть турбодвигатели. И у каждого из них есть свои плюсы и минусы — плюсы я думаю все знают, поэтому о минусах: это лаг или турбояма. Турбояма — это недостаток давления наддува при низких оборотах двигателя и, соответственно, низком количестве выхлопных газов, раскручивающих крыльчатку турбины. О компенсации такого провала мы сегодня и поговорим.

Помимо турбины (улитки) воздух так же можно нагнетать компрессором (SuperCharger), подсоединенным непосредственно к коленвалу.

Он создает сравнительно небольшое давление в цилиндрах и не способен давать такую отдачу как газотурбинная система. Основной недостаток в том, что из за конструктивных особенностей порог давления невысок и излишки воздуха попадают назад сквозь роторы. Этот эффект можно уменьшить за счет подгонки роторов или за счет громоздких многоуровневых систем. В основном компрессоры используют для увеличения мощности в зоне малых и средних оборотов. В одиночку данная система не очень эффективна и понижает КПД двигателя.

Но если применять компрессор как средство достижения оптимального давления на низких оборотах вкупе с улиткой, то они очень удачно дополняют друг друга. Скажете ненадежно? Вполне надежно) Смотрите:

Пока двигатель работает в зоне оборотов, где турбина не создает нормальное давление, за нее это делает компрессор, подавая сжатый воздух в систему еще до турбины. Но при увеличении оборотов турбина раскручивается и при достижении определенного давления компрессор выключается из системы и воздух идет в обход него сразу к турбине.
Вся система работает по следующей схеме:

здесь все наглядно представлено.

Так же я нашел информацию про наддув, про который не слышал ни разу в жизни, думаю здесь тоже мало кто знает про такую штуку как резонансный наддув.
Постоянное давление в момент впуска не обязательно — достаточно «продавить» прямо перед закрытием клапана.
Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора. Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент. Теория проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины. При коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах, при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный впускной канал или его подключение. Последний вариант называют еще динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут ускорить течение впускного столба воздуха. Эффекты наддува, создаваемые за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар

Для тех кто плохо понял, что написано видео на примере двигателя Volkswagen:

Отличие biturbo от twinturbo.
Многие заблуждаются, считая эти системы турбирования принципиально разными!
Твин-турбо и БиТурбо-это лишь разные коммерческие названия системы наддува, состоящей из 2-х турбин.
Название не отображает схему работы турбин (параллельное или последовательное(секвентальное)
Например, Мицубиши 3000 VR-4 имеет название TwinTurbo, там V6 и две турбины, каждая из которых питается от своих 3 цилиндров и дует в общий коллектор. Аналогично на Ауди S4 2.7, но там уже в названии BiTurbo.Аналогично на Мазере Джибли или Кватропорте.
На Тойоте Супра TwinTurbo рядная шестерка, и турбины там работают в хитром порядке, включаясь и выключаясь с помощью специальных перепускных клапанов(последовательно-параллельная схема)
На Субару В4-там две турбины, но работают они секвентально: на низких оборотах работает одна-маленькая-турбина, на высоких к ней подключается вторая-большая.
Би-турбо (biturbo) — система турбонаддува, состоящая из двух последовательно включаемых в работу турбин. В такой системе применяют 2 турбины, одну маленького размера другую большого, сделано это потому, что маленькая турбина раскручивается значительно быстрее, и вступает в работу первой, затем, при достижении более высоких оборотов мотора, раскручивается вторая, большая турбина, идобавляет значительно больший воздушный заряд. Таким образом прежде всего минимизируется лаг, образуется достаточно ровная разгонная характеристика автомобиля без рывка, свойственного большим турбинам, и достигается возможность использовать большие турбины на двигателях устанавливаемых в автомобилях предназначенных не только для езды по гоночным трассам, но и по городским дорогам, где возможность крутить мотор постоянно есть не всегда, а получить больше мощности с мотора небольшого объема имеет смысл, по каким либо причинам, например связанным с законодательством по налогам данной страны на литраж мотора. Системы би-турбо весьма дороги, и по этому их установка, как правило в серийном производстве, производится на автомобили высокого класса, типа MASERATI или ASTON MARTIN (там компрессоры).
Такая система может быть установлена как на двигатель V6, каждая турбинабудет висеть на своей головке по выхлопу, впуск общий, так и на рядном моторе например рядная 4-ка, в этом случае турбины можно включить по выхлопу как параллельно, 2 цилиндра на одну, 2 на другую, так и последовательно — сначала большая турбина, потом маленькая. Встречаются так же варианты, когда к маленько турбине подходит выхлоп только с 2-хцилиндров, а к большой соответственно с 2-х оставшихся, и с выхода малой турбины.

Твин-турбо (twinturbo) — в данной системе в отличии от системы би-турбо, основной задачей является не снизить лаг, а добиться большей производительности по прокачиваемому воздуху либо большего давления наддува. Производительность по прокачиваемому воздуху необходима, в случаях когда мотор работая на высоких оборотах, потребляет воздух больше, чем турбина способна обеспечить, таким образом возможно падение давления наддува. В системах Twinturboприменяются две одинаковые турбины. Соответственно производительность такой системы в 2 раза больше чем системы состоящей из одной турбины, при этом если применить 2 небольших турбины которые по производительности будут равны одной большой, то можно достигнуть эффекта снижения лага, при идентичной производительности. Существуют так же ситуации, когда производительности имеющихся в наличии больших турбин, оказывается недостаточно, например при построении моторадрэгстера, тогда так же используется комбинация из 2-х турбин. Данная схема как и вариант biturbo может работать как на двигателях с Vобразным развалом головок, так и на рядных двигателях. Варианты включения турбин такие же как и в битурбо.
Существуют так же системы состоящие из 3-х и более одинаковых турбин, результат преследуется тот же что и в twinturbo. Такие системы в гражданском применении как правило не имеют распространения, и применяются как правило, для построения мощных спортивных моторов а, для автомобилей участвующих вдрагрэйсинге.
В современных турбированных двигателях (в частности RRS V8 дизель) турбины имеют изменяемую геометрию крыльчаток. Это минимизирует проблему турбоямы и даёт высокий потенциал турбонадувва уже на самых низких оборотах коленвала двигателя. Кроме того этодобавляет экономию топлива

Чем же отличаются друг от друга турбина и компрессор? Компрессор – это механический нагнетатель, который приводится в движение, как правило, ремнем (то есть так или иначе нагнетатель соединен с двигателем). Турбину же раскручивают выхлопные газы: они крутят одну крыльчатку, соединенную валом с другой, которая, собственно, и «всасывает» воздух в мотор.

Имейте в виду, что установка любого из двух типов нагнетателей в рамках тюнинг-проекта потребует серьезных изменений в моторе. Придется кардинально дорабатывать впускную систему (а в случае с турбиной – и выпускную), возросшие нагрузки на мотор заставят раскошелиться на более прочную поршневую группу, на иные клапаны и т.д. Отдача будет высокой, но если вы не готовы к серьезным финансовым вложениям, то лучше спасовать.

Механические компрессоры бывают трех основных видов: центробежный, типа Roots и типа Лисхольм (винтовый). Центробежный компрессор гонит воздух через свой корпус подобно турбине, с помощью крутящейся крыльчатки – это наиболее распространенный тип компрессоров в мире тюнинга. Компрессор типа Roots считается «объемным» нагнетателем, в нем два ротора крутятся в разные стороны, сжимая воздух на выходе из агрегата. Последний тип – винтовый – встречается довольно редко (такие агрегаты выпускает, к примеру, специализирующаяся на производстве компрессоров для двигателей Mercedes-Benz компания Kleemann). Функционирует такой компрессор почти как мясорубка, с единственной разницей, что в нем два винта, которые, соприкасаясь, двигаются в унисон. Любой компрессор заметно поднимает мощность двигателя, единственный недостаток – большие энергозатраты, турбина все-таки эффективнее.

Турбины особым разнообразием не отличаются. Они работают по принципу центробежного компрессора, не без нюансов, впрочем. Недостаток турбонаддува – «инертность» агрегата, какое-то время он «не хочет» раскручиваться и развивать требуемое давление (это явление называется турболагом, турбоямой). Борьба с турболагом привела к тому, что автопроизводители и тюнинг-ателье вместо одной большой турбины (серьезно повышающей мощность, но бесконечно долго раскручивающейся) стали применять две – одну небольшую и вторую, более крупную. Одна добавляет живости двигателю на низких оборотах, а вторая обеспечивает бурное ускорение в зоне повышенных оборотов. Кстати сказать, некоторые фирмы в целях борьбы с турболагом начали выпускать нагнетатели с изменяемой геометрией… Турбина всегда снабжена перепускным клапаном, который стравливает избыточное давление (например, при резком закрытии дроссельной заслонки), а также вейстгейтом, который позволяет регулировать давление наддува (тем самым, повышая или снижая мощность; буст-контроллер позволяет делать то же самое, не выходя из машины). Эксплуатация автомобиля с турбиной предполагает соблюдение нескольких простых правил: во-первых, нужно заливать качественное масло, а также следить за его количеством и вовремя его менять, во-вторых – нельзя сразу после остановки глушить двигатель, от 30 секунд до минуты он должен поработать на холостом ходу, иначе подшипники со временем заклинят (если совсем невмоготу, то можно установить турбо-таймер, который по прошествию определенного количества времени сам выключит двигатель, позволяя владельцу авто сразу же отправиться по делам).

кстати, у меня в гараже находится один компресорный автомобиль — альтеза и второй турбированный, это Эвик)

Источник

Супертурбо: все продвинутые системы наддува

Битурбо, твинтурбо, твинскролл. Наверняка вы давно хотели разложить для себя по полочкам, что как работает и чем отличается. Мы подготовили для вас подробный рассказ о плюсах, минусах и надежности каждой из технологий.

Прогресс не стоит на месте, и каждое новое поколение автомобилей должно быть быстрее, экономичнее и мощнее. Часто для повышения мощности используются комбинированные системы наддува, да и «обычные» турбины вовсе не так просты, как кажется на первый взгляд. Каким же образом инженеры научили турбомоторы быть одновременно мощными, эластичными и экономичными? Какие технологии позволяют создавать массовые двигатели с удельной мощностью в 150 л.с. на литр и отличной тягой на низах, и тысячесильных монстров?

«Обычная» турбина

Как я уже писал, турбокомпрессор прост на первый взгляд, но является высокотехнологичным устройством, которое работает в очень жестких условиях. И любое его усложнение сильно сказывается на надежности. Для примера я постараюсь подробнее описать устройство типичного турбокомпрессора без особых усложнений.

Основной частью турбокомпрессора является средний корпус, в нем расположены подшипники скольжения, упорный подшипник и седло уплотнения с кольцами. В самом корпусе есть каналы для прохождения через него масла и охлаждающей жидкости. На совсем старых конструкциях обходились только маслом и для смазки и для охлаждения, но такие турбины не применяются на серийных машинах уже давно. Для предохранения среднего корпуса от воздействия горячих выхлопных газов служит жароотражатель.

В средний корпус устанавливается турбинный вал. Эта деталь не просто вал, конструктивно он соединен с турбинным колесом неразъемным соединением, чаще всего сваркой трением или выполнен из цельного куска металла. Иногда для создания крыльчатки используется керамика-прочности и коррозийной устойчивости лучших конструкционных сталей может не хватать. Сам вал имеет сложную форму, на нем есть утолщение для уплотнения и упорный выступ, а форма цилиндрической части рассчитана с учетом теплового расширения во время работы.

На турбинный вал надевается компрессорное колесо. Оно изготовлено обычно их алюминия и фиксируется на валу гайкой.

Конструкция из среднего корпуса, установленного в него турбинного вала и компрессорного колеса называется картриджем. После сборки этот узел тщательно балансируется, ведь работает он при очень высоких оборотах и малейший дисбаланс быстро выведет его из строя.

Еще турбине нужны две «улитки» — турбинная и компрессорная. Часто они индивидуальны для каждого производителя машин, тогда как центральная часть — картридж и размеры турбинного и компрессорного колеса являются признаками конкретной модели турбины и ее модификации.

Для предохранения от слишком высокого давления наддува используется клапан сброса давления газов, он же вастегейт. Обычно он является частью турбинной улитки и управляется вакуумом. Он закрыт при обычном режиме работы турбины и открывается в случае слишком высокого давления наддува или других проблем в работе мотора, сбрасывая скорость вращения турбины.

А теперь о том, как используют турбины и какие технологии применяют, чтобы достичь самых высоких показателей моторов.

Twin-turbo и Bi-turbo

Чем больше и мощнее мотор, тем больше воздуха нужно подавать в цилиндры. Для этого нужно сделать турбину больше или быстрее. А чем больше размер турбины, тем тяжелее ее крыльчатки и тем инерционнее она получается. При нажатии на педаль газа открывается дроссельная заслонка и больше горючей смеси попадает в цилиндры. Образуется больше выхлопных газов и они раскручивают турбину до более высокой частоты вращения, что, в свою очередь, увеличивает количество подаваемой горючей смеси в цилиндры. Чтобы сократить время раскрутки турбин и сопутствующую им «турбояму», изначально испробовали способы, которые называются твин-турбо и би-турбо.

Это две разные технологии, но маркетологи компаний-производителей внесли немало путаницы. Например, на Maserati Biturbo и Mercedes AMG Biturbo на самом деле используют технологию твин-турбо. Так в чем же разница? Изначально Twin Turbo («турбины-близнецы») называлась технология, при которой выхлопные газы разделялись на два равных потока и распределялись на две одинаковые турбины малого размера. Это позволяло получить лучшее время отклика, а иногда и упростить конструкцию мотора, используя недорогие турбокомпрессоры, что очень актуально для V образных двигателей с выхлопными коллекторами «вниз».

Фото:twin turbo Nissan

Обозначение Biturbo («двойная турбина») же относят к конструкциям, в которых применяются последовательно подключенные ко впуску две турбины-маленькую и большую. Маленькая хорошо работает на малой нагрузке, быстро раскручивается и обеспечивает тягу «на низах», а потом в действие вступает большая турбина, более эффективная на большой нагрузке. Маленькая турбина в этот момент отключается системой дроссельных заслонок.

Преимуществом такой схемы является большая эффективность одной большой турбины на большой нагрузке: она обеспечивает лучшее давление и меньший нагрев воздуха при большом ресурсе. А еще вместо маленького турбокомпрессора можно использовать механический или электронагнетатель. Они нагревают воздух меньше, чем турбокомпрессор, и не инерционны.

Но как же потери мощности, которые нужны для их раскрутки? Потери на их привод при малой нагрузке не так существенны. Но расплатой за улучшение характеристик турбин является усложнение впускной системы, приходится использовать много труб и дроссельные заслонки, переключающие потоки воздуха.

Обе технологии используются до сих пор всеми производителями, но все они значительно удорожают мотор, ведь дорогих турбокомпрессоров становится в два раза больше, а система управления ими — сложнее. Для сильно форсированных моторов альтернативы этим технологиям нет или почти нет. Но иногда можно просто улучшить конструкцию стандартной турбины.

Тонкое управление вастегейтом

Wastegate – это, дословно, «ворота для сброса», то есть перепускной клапан. На первых турбинах вастегейт работает очень просто: когда давление на впуске преодолевало натяжение пружины, он открывался, стравливал газы и давление падало. Позже систему усложнили: теперь его открытием руководила не только разница давлений, но и электроника, учитывающая множество параметров — обогащение смеси, режим движения, температуру, детонацию и умеющую избегать нежелательных режимов работы самой турбины. Но управлялся он точно так же — пневматикой. Когда нужно было сбросить давление, клапан просто открывался.

Получить качественный скачок характеристик позволяла плавная регулировка степени открытия перепускного клапана. В этом случае турбина может чаще работать с максимальной отдачей, даже при малых оборотах, а на средних нагрузках уже вступает в действие регулирование и в опасные режимы турбина не переходит.

К сожалению, такой способ сложнее. Для его реализации потребовалось разместить электропривод регулировки рядом с турбиной, что понизило ее надежность: электронике приходится работать в очень жестких условиях, при высокой температуре и высокой вибрации. Но улучшение характеристик стоит того и почти все современные турбины высокофорсированных небольших моторов имеют такую конструкцию.

Более эффективное турбинное колесо. Twinscroll

В поисках повышения эффективности одиночной турбины конструкторская мысль придумала способ, который позволял увеличить эффективность работы турбины и на малых и на больших нагрузках. Турбинное колесо, на которое воздействуют выхлопные газы, разделили на две части, отсюда и название технологии – twin scroll (“двойная улитка”), одна часть турбины более эффективна на большой нагрузке, а другая — на малой, но раскручивают они одно и то же компрессорное колесо на общем валу. Турбина получается не намного сложнее, но несколько эффективнее.

Источник

Виды турбин. Какие бывают на автомобиле, что выбрать

Долго собирался написать эту статью, все собирался с духом. Народных тюнеров всегда интересует такая информация — как же улучшить свой автомобиль, и в первую очередь как сделать его мощнее? Многие растачивают цилиндры (но как ни крути, сильно расточить не получится, стенки блока тонкие), другие устанавливают турбины или компрессоры это уже более здравая идея — но вот что лучше выбрать? Какой вид турбины установить? И вообще, какие они бывают. На все эти насущные проблемы постараюсь ответить в этой статье, кстати, в конце будет полезное видео, а также голосование, так что читаем, вам понравится …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Действительно сейчас существует много вариантов прокачки мощности двигателя, начиная от элементарной прошивки блока ЭБУ, заканчивая установкой «турбо нагнетателя». Многие ошибочно полагают — что турбины все одинаковы и никаких различий в них нет – ну может мощность разная, материалы изготовления ну и все.

А вот нет ребята, видов этих нагнетателей воздуха сейчас существует как минимум три:

1) Механический или так называемый компрессор

2) Турбо нагнетатель, работает от отработанных газов

3) Электрический вариант, самый свежий, но еще не изученный толком. Но как считаю за ним будущее.

Я сейчас не буду лезть в дебри и говорить о так называемых подтипах турбин, их особенно много у второго типа, а именно пройдусь по разным конструкциям. И все в конце постараемся вывести что из них лучше. НУ что же поехали.

Механический вид, или компрессор

Я уже писал про него подробную статью, можете ознакомится здесь. Но тут немного повторюсь, это самая первая разработка, которая появилась в автомобилестроении. Первопроходцами конечно же были инженеры компании «Мерседес», именно на их детище «С 180» впервые поставили компрессор, из-за чего он и стал носить такое обозначение.

Принцип очень прост

К двигателю автомобиля подсоединяют компрессор. Через ременную передачу соединяют вращающийся коленчатый вал и вал этого нагнетателя. После того как двигатель запускается вращение передается и компрессору — он начинает работать. То есть нагнетать в цилиндры воздух. Хочется отметить — что максимальные обороты, с которыми он работает это максимум 18 – 20000 оборотов в минуту.

Плюсы:

— Очень надежная конструкция.

— Ресурс практически не ограничен

— При точной настройке требует минимум ухода.

— Увеличивает мощность примерно на 5 – 10%

— Нет турбоямы

— Можно установить своими руками

— Нет высоких температур при работе.

Однако минусы также имеются:

— Не такой производительный, как собратья, разница может достигать нескольких раз.

— Сейчас применяется редко на конвейерах

Что и говорить, компрессоры уходят в прошлое, конечно сейчас наши народные умельцы еще устанавливают на «ПРИОРАХ» и «КАЛИНАХ» в гаражах, но добиться от него высокой отдачи не получится – большой минус это его обороты, он не может нагнетать в цилиндры достаточно много воздуха – что увеличивает мощность максимум на 10%.

Классический вид турбины, на отработанных газах

Этот вид сейчас применяется очень широко, про нее я также писал – читаем вот этот материал. Что и говорить – это самое производительное устройство. Обороты вала внутри могут достигать 200 000 в минуту, просто представьте, какой поток воздуха она может нагнетать!

Принцип работы прост

От двигателя идут отработанные газы, под давлением, в глушителе. По специальному отводу они попадают на крыльчатку турбины и раскручивают ее, с другой стороны есть еще одна крыльчатка которая сидит на одном валу с первой, она также раскручивается и начинает нагнетать воздух в цилиндры двигателя. Обороты как я уже писал сверху просто поражают.

Однако и тут есть проблемы – из-за того что она работает с высокими температурами, а выхлоп может доходить до 950 градусов Цельсия, ресурс такого агрегата ограничен. Уже через 150 – 200 километров, нужно либо менять, либо ремонтировать – что «вытекает» в очень большую сумму, сейчас, по-моему от 70 000 рублей.

Также подшипники вала смазываются моторным маслом, при больших оборотах оно может проходить в камеры турбины, что влечет за собой расход. Поэтому жор масла для таких турбин это нормальное явление.

Плюсы:

— Самый производительный тип, на данный момент

— Нет соединения с двигателем

— Сейчас самый распространенный тип, запчасти можно найти везде

Минусы:

— Работает с большими температурами

— Требователен к качеству топлива

— Есть такой эффект как турбояма.

— НА старых моделях, нужно остыть после работы, что влечет за собой установку турботаймера

Как видите здесь высокая производительность, но очень много проблем. Которые сейчас решают большие концерны, в первую очередь – немецкие.

Электрический вид турбины

Самая новая разработка и самая перспективная. Именитые производители — такие как Мерседес, БМВ и Фольксваген, заявляют — что уже через несколько лет на их автомобили будет устанавливаться только электротурбины!

В чем же чудо этого варианта? Все просто он объединяет в себе преимущества первого и второго вида. То есть с одной стороны это компрессор, с другой он выдает очень большую производительность, нагнетание воздуха в цилиндры.

Принцип работы

Представьте мощный электродвигатель, который работает с высокими оборотами, ну скажем не менее 200 – 300 000 оборотов в минуту. Это реально поверьте, сейчас существуют типы, которые развивают обороты до 1 000 000 в минуту. Устанавливаем его в турбину, таким образом, он будет просто супер производительным.

Что самое важное он не будет зависеть ни от коленчатого вала, ни от выхлопных газов. А ресурсы электрических двигателей просто огромны! Таким образом, мы убиваем двух зайцев – увеличиваем производительность и ресурс. Но как всегда есть минусы.

Минусы на данный момент это то — что такой электродвигатель требует много электричества, причем настолько, что даже штатный генератор не в состоянии его «прокачать». Поэтому нужно ставить либо дополнительные генераторы, либо ставить менее мощный мотор, но тогда пострадает производительность! В общем, вопрос сейчас пока открыт, но как говорят решение уже почти найдено.

Плюсы:

— Не требует ни привода, ни отработанных газов

— Может расположиться практически в любом месте на двигателе

— Раскручивается сразу, нет турбоямы

— Относительно дешевый в изготовлении

Минусы:

— Требует много энергии

Вот так и получается что будущее именно за электрическими турбинами. ДА хочу сразу предостеречь это не китайские дешевые варианты, которые по сути своей хрень, это совершенно другие разработки.

Сейчас мое познавательное видео (просто о сложном).

Теперь предлагаю проголосовать, как вы считаете — что лучше компрессор или турбина на отработанных газах? Про электрическую турбину я задавать вопрос, пока не буду, все же она пока не идет в серию.

На этом все читайте наш АВТОБЛОГ.

(12 голосов, средний: 4,17 из 5)