ЧИТВО: Все про ТУРБО та інших нагнітачів

Як відомо, потужність двигуна можна підвищити декількома шляхами.Найпоширеніший шлях - американський "об'єму немає альтернативи" -це саме їхнє прислів'я. Інший варіант - підвищити частоту обертанняколінвала. Можна, але складно. При високій швидкості обертанняпоршні наздоганяють клапани, що "лікується" установкою пружинпідвищеної жорсткості. Зате виникають інші проблеми - мала тяга імомент на «низах» Роки йдуть, науково-технічний прогрес не дрімаєі... З'явилася така чудова система, як VTEC. Є велика спокусазбільшити кількість робочої суміші, що потрапляє в циліндри, тодіпотужність буде обмежена тільки міцністю мотора. До якостіобслуговування. Отже, схем для збільшення кількостіпаливо-повітряної суміші, що потрапляє в циліндри автомобільнихдвигунів, поки тільки дві – компресорна та турбонаддувна. Компресор– це пристрій для стиснення паливної суміші, що має привідколінвалу двигуна. Хороший спосіб, деякі компанії давновикористовують його і отримують дуже непогані результати щодохарактеристик моторів. В даному випадку йдеться про такі гранди, як, наприклад, Mercedes та Toyota. Mercedes досі впертовикористовує цей прийом, а Toyota практично повністю переключиласяна турбонаддув, якщо йдеться про бензинові двигуни. Якщо ж говоритипро дизелі, то практично всі мотори, що мають потужність понад 80кВт, оснащені турбінами. Переваги автомобільних двигунів, оснащенихтурбокомпресорами, очевидні:
1) хороше співвідношення маса/потужність;
2) крива крутного моменту може бути краще адаптована до специфічнихумов експлуатації;
< 3) забезпечується краще згоряння палива;
4) зменшена кількість токсичності відпрацьованих газів;
5) працює більш стабільно, а турбіна зменшує шум від випуску (працює як глушник).
Дизельні двигуни за питомою потужністю не можуть зрівнятися зісвоїми бензиновими побратимами, тому легкові автомобільні дизеліпрактично всі обладнані турбонаддувом. Пригадаємо, наприклад, YD25DDTi виробництва Nissan – об'єм 2, 5 л, потужність на рівніпросунутих бензинових аналогів (174 л. С.), а момент, що крутить, на «низах» завжди був сильною стороною дизелів. Турбіна є двікрильчатки на єдиній осі – одна крильчатка на впуску, інша – навипуску. Після того як двигун починає працювати, крильчатку навипуску змушує обертатися потік вихлопних газів. Відповідно, крутиться і крильчатка на впуску, створюючи надлишковий тиск.Теоретично, чим вищі обороти двигуна, тим швидше і об'ємніший потіквихлопних газів. Відповідно тиск наддуву пропорційно збільшується.Це замкнуте коло. За такої схеми мотор просто піде «вразнос». Рятуєйого від цього байпасний (перепускний) клапан, який наповнюєнадлишковий тиск. Виробники розраховують, до якої величини можна«дути» в двигун, щоб зберегти ресурс та працездатність. Насправдівсе, звичайно, не так просто. При малих оборотах тиск вихлопнихгазів невеликий, а турбіна - штука досить важка, виробляється зчавуну, поки розкрутяться крильчатки, минає якийсь час. Крім того, ступінь стиснення порівняно з атмосферними двигунами знижено.Відповідно, на малих оборотах ми маємо провал за потужністю, якийназивається "турбояма". На високих оборотах, коли турбіна вжерозкрутилася, відчувається відчутний ривок, так званий«турбопідхоплення». Тут знову виникає проблема - нагріваютьсяобидві крильчатки, і на впуск йде гаряче повітря, тоді як дляоптимізації робочого процесу потрібне холодне. Тому застосовуєтьсяспеціальне охолодження наддувного повітря за допомогою так званогоінтеркулера – проміжного охолоджувача. Перш ніж потрапити доциліндрів, наддувне повітря йде через інтеркулер. Взагалі, турбонаддув – ніжна штука. При покупці автомобіля на вторинномуринку потрібно уважно оглядати крильчатки щодо замасленості. Якщотурбіна "жене" масло, жити такому агрегату залишилося дуже недовго, особливо за наявності каталізатора на автомобілі. Турбіна забиваєолією осередку каталізатора, той знижує пропускну здатність навиході, осередки обгорають, турбіна «задихається» і ще більше«жене» олію. Виходить замкнене коло, в результаті якого власникподібного автомобіля «попадає» на дві дуже дорогі речі:турбіну ікаталізатор. Про особливості обслуговування турбованих моторівпоговоримо трохи пізніше, а поки що зупинимося на конструктивнихособливостях таких систем. Турбояма для цивільних автомобілів –явище дуже шкідливе. У рваному міському режимі нестача потужностіна «низах» дуже добре відчувається. Для «спортсменів» ценекритично, у будь-якому випадку вони тримають обороти двигуна ненижче оборотів максимального моменту. Тому автомобілі, якіпретендують на екстремальну спортивність, мають одну турбінувисокої продуктивності, яка дозволяє максимально піднятипотужність. Для цивільних версій застосовуються різні хитрощі.Наприклад, ставляться турбіни маленького діаметру, мають меншуінерційність, а щоб не знижувати значно потужність, застосовуєтьсявідразу кілька штук.
Якщо турбіни стоять паралельно, то система називається Bi Turbo.Використовується вона, як правило, на V-подібних двигунах, на кожнуполовинку – своя. Набагато частіше застосовується схема ізпослідовним підключенням турбін – Twin Turbo. Таке компонуванняможна зустріти на серійних Nissan Skyline та Toyota Supra. Допевних оборотів працює одна, а за високих – підключається друга.Незважаючи на невеликий діаметр турбін, турбопідхоплення на цихкультових автомобілях дуже відчутне, за що їх і люблять. .Найчастіше можна підняти потужність турбомотора із мінімальнимивитратами. Рецепт простий – листується програма керування двигуномі використовується буст-контролер. Буст-контролер – це прилад, якийкерує клапаном відсічення. Можна виставити тиск наддуву, щоперевищує рекомендований заводський. Але в цьому теж потрібно знатиміру. Як правило, компанії, які торгують «китами» для тюнінгу, мають у своєму розпорядженні подібну інформацію. Раджу прислухатисядо їхніх порад, щоб потім не розщедрюватися на дорогий ремонт.
Принцип її роботи – зміна перерізу на вході. При низьких оборотахперетин зменшується, на високих – збільшується вакуумним приводом.Таким чином оптимізуються робочі процеси, практично повністюзабирається турбояма, та й турбопідхоплення теж. Більше того, затакої схеми роботи байпасний клапан часто вже не потрібен. Лопаткитурбіни можуть змінювати нахил залежно від потоку вихлопних газів, привод здійснюється вакуумом або надлишковим тиском за допомогоюкулачків або важелів. Оптимізує процес електроніка. Ідея турбіни зізмінною геометрією вже давно витала в повітрі, тільки здійснити їїбуло непросто. Така система боїться високої температури, а вихлопнігази в бензинових двигунах найчастіше нагріваються до 1000 оС, томуподібні рішення стали застосовуватися спочатку на дизелях, благотемпература відпрацьованих газів там значно нижче. У міру зростаннятехнологій такі агрегати з'явилися і на бензинових моторах. Першоюластівкою була компанія Porsche зі своїм легендарним 911-м. Окремоварто згадати експлуатацію моторів з приставкою Turbo. Вони, безумовно, більш примхливі та вимогливі до якості обслуговування.Ротор у корпусі турбіни обертається на гідродинамічних підшипниках.Це підшипники ковзання, в яких масляний клин, що створюєтьсявисоким тиском, не дає перейти на прикордонне тертя - метал пометалу. Щось подібне можна спостерігати на колінвалі тарозподільному валі. Різниця лише у швидкості обертання. Якщо уколінвала це 5-6 тис. Об./хв., то у турбіни – 110-115 тис. Об./хв., а швидкість кінці лопатки ротора – як в кулі, 300 м/с. Звідси –підвищені вимоги до системи змащення та робочого тиску угідродинамічних підшипниках. Тому одразу треба усвідомити одне –поспішати не потрібно. Бажано прогріти двигун перед поїздкою, щобв'язкість моторного масла прийшла до норми. Оскільки вимоги досистеми мастила підвищені, масло для таких моторів має бути якіснета сертифіковане. Поспішати не потрібно і наприкінці поїздки. Приглушенні двигуна тиск у системі мастила падає до нуля, а потужнатурбіна продовжує обертатися вже без масляного клина. Але навіть це– півбіди. Найгірше інше. Розпечена турбіна змінює змащувальнівластивості олії і перетворює останнє на тверде тіло – лак.Внаслідок чого ротор може приклеїтися до корпусу, і наступнийзапуск двигуна стане останнім. Якщо водій вчасно не помітитьлампочку тиску масла, що горить, вийде з ладу не тільки турбіна, ай двигун. Тиск у системі мастила великий. Відповідно, олія ізсистеми піде за хвилину, а далі – самі знаєте. Тому купуйтесигналізацію з можливістю підключення турботаймера – це набагатопродовжить термін служби такого прецизійного, що потребує уваги, але дуже корисного агрегату, як турбіна.