Наддувши - вивчаємо принцип роботи

Без сумнівів кожен з нас автолюбителів хоча б раз за своє життя помічав на цілком звичайному на перший погляд автомобілі шильдик із заповітною написом «turbo». Виробники нібито спеціально роблять ці написи крихітного розміру, та ще й в місцях непримітних їх розміщують. А людина, яка знає толк в подібних технологіях, обов'язково зацікавлено зупиниться на пару хвилин. Нижче ми докладно розповімо про те, чому ж такий інтерес викликає маленька непримітна напис «turbo».

технологія турбонаддува

На даний час турбонаддув є однією з найефективніших систем, що підвищують потужність двигуна, при цьому частота обертання колінчастого вала не збільшується як і об'єм циліндрів. Крім підвищення потужних характеристик двигуна, турбонаддув також сприяє економії палива, з розрахунком на кожну одиницю потужності, і зниження токсичності газів, що виробляються за рахунок того, що паливо згорає повністю.

Система турбонаддува встановлюється як на бензинові так і на дизельні двигуни. Але найбільша ефективність турбонаддува проявляється саме на дизельних моторах. Досягається такий ефект за рахунок високого ступеня стиснення дизельного движка і досить низької частоти обертання колінчастого вала. Фактори, які стримують застосування турбонаддува на бензинових двигунах на максимально можливому рівні - це можлива детонація, пов'язана з різким збільшенням частоти обертів двигуна, а також висока температура відпрацьованих газів, яка майже в два рази перевищує показники дизельних побратимів, і відповідно сильне нагрівання турбонагнетателя.

Незважаючи на конструктивні відмінності окремих систем, виділимо загальне пристрій турбонаддува - це повітрозабірник, потім повітряний фільтр, дросельна заслінка, турбокомпресор, інтеркулер, впускний колектор. Всі дані елементи об'єднані між собою сполучними патрубками і напірними шлангами.

Принцип роботи турбонаддува

Робота системи турбированного наддуву грунтується на експлуатуванні енергії відпрацьованих газів. Відпрацьовані гази обертають колесо турбіни, яке далі за допомогою роторного вала обертає колесо компресора. Колесо компресора стискає повітря і виштовхує його в систему. Стислий і нагріте повітря охолоджується интеркулером і далі надходить в циліндри мотора. Не дивлячись на те, що у турбонаддува немає жорсткого зв'язку з коленвалом двигуна, ефективність нагнітальної системи з багатьох аспектів залежить від кількості оборотів двигуна. Пропорційно з збільшення частоти обертання колінчастого вала, збільшується і енергія відпрацьованих газів - турбіна обертається швидше, більший обсяг стисненого повітря подається в циліндри мотора.

В силу своїх конструктивних особливостей у турбонаддува є і свої негативні прояви, серед яких можна виділити затримку приросту потужності двигуна при різкому натисканні педалі акселератора - ефект турбоями. а також різке збільшення тиску наддуву після виходу з турбоями - турбоподхват. Ефект турбоями обумовлений інерційністю системи (щоб підвищити тиск наддуву, в момент різкого натискання педалі газу, необхідно певний час), яка веде до різниці між необхідною потужністю і продуктивністю компресора. Є кілька способів, які в змозі вирішити дану проблему:

- установка турбіни із змінною геометрією;

- установка двох компресорів з послідовним або паралельним розташуванням (twin-turdo або bi-turdo);

Турбіна зі змінюваною геометрією необхідна для оптимизирования потоку відпрацьованих газів за рахунок конвертації площі вхідного каналу. Така технологія знайшла широке застосування в дизельних двигунах з турбонаддувом TDI від компанії Volkswagen.

Система, що включає в себе два паралельних турбокомпресора, застосовується найчастіше на потужних V-подібних двигунах (один компресор на кожен ряд циліндрів). Система працює таким чином, що інерція двох маленьких турбін набагато менш подааётся інерції ніж одна велика. З установкою на двигун двох послідовно розташованих турбін, максимальна продуктивність системи досягається різними турбокомпресорами на різних частотах двигуна. Деякі автомобільні виробники заходять ще далі, встановлюючи послідовно три турбокомпресора - система triple-turbo від BMW і навіть чотири - quad-turbo від Bugatti.

Комбінований наддув об'єднує в собі механічний і турбонаддув. На низьких оборотах коленвала двигуна стиснення повітря здійснюється механічним нагнітачем. Із зростанням оборотів механічний нагнітач передає естафету турбокомпресору, відключаючи при цьому. Яскравий приклад такої системи - це подвійний наддув TSI від Volkswagen.

різновиди турбонаддува

Сучасне автомобілебудування налічує два основних види турбін для двигуна: одинарні та подвійні. Одинарні турбіни встановлюються, як правило, на двигуни з рядним розташуванням циліндрів: тут відбувається використання енергії вихлопних газів відразу від усіх циліндрів двигуна з подачею повітря також в усі циліндри.

Подвійними турбінами оснащуються силові агрегати V-подібного розташування циліндрів. Вони включають в себе два турбокомпресора, які подають повітря в певні циліндри. Часом для зростання потужності двигуна в таких турбінах використовується перехресний випускний колектор, який акумулює вихлопні гази з усіх циліндрів двигуна, далі спрямовуючи цей потік збільшеної потужності до компресорів, підвищуючи тиск в турбіні, що відповідно збільшує і потужність двигуна. Революційним проривом стала технологія, що дозволяє змінювати геометрію турбіни. Вона дозволяє перенаправляти геометрію сопла турбіни, при цьому створюючи більш потужні повітряні потоки вже на низах, в результаті чого потужність двигуна зростає багаторазово.

Конструктивні особливості турбонаддува

Якщо вести мову про конкретні модифікаціях двигуна, а також про розташування різноманітних елементів в підкапотному просторі, турбокомпресор може оснащуватися рядом додаткових елементів. Розглянемо дві деталі системи турбонаддува, як Wastegate і Blow-Off.

Блоу-офф - це перепускний клапан. Даний механізм встановлюється в повітряній системі. І розташовується він між дросельною заслінкою і виходом з компресора. Основним завданням клапана блоу-офф є аредотвращеніе переходу компресора в режим роботи surge. Для такого режиму характерно різке закриття дросельної заслінки. Якщо описати процес простими словами, то швидкість потоку повітря і його витрата в системі різко знижуються, але турбіна по інерції ще продовжує обертатися. За інерцією турбіна має таку швидкістю обертання, яка зовсім не відповідає новим запитам двигуна і що знизився повітряному витраті.

Такі регулярні циклічні різкі перепади тиску повітря можуть плачевно позначитися на всій системі. Діагностувати такі скачки можна по характерному звуку, який проривався через компресор, повітря. Згодом виходять з ладу опорні підшипники турбіни, бо на них припадає максимальне навантаження в результаті різких перепадів тиску при скиданні газу і подальший режим роботи турбіни в інерційному стані. Blow-off усуває цю проблему.

Він є своєрідним детектором перепаду тисків в колекторі, потім спрацьовує за рахунок вмонтованої пружини. Це виявляє момент різкого перекриття дроселя. Якщо відбулося різке закриття дроселя, клапан підбурює в атмосферу зайве повітря, який з'явився в повітряному тракті від надлишку тиску. Це істотно підвищує безпеку турбокомпресора і вберігає його від надмірних навантажень, що призводять до подальшого руйнування.

Дане технологічне рішення є механічним клапаном. Вайстгейт встановлюється або на частини турбіни, або безпосередньо на впускному колекторі. Основною функцією даного пристрою є забезпечення контролю за тиском, створюваним турбокомпресором. Відзначимо, що деякі з дизельних силових агрегатів в своїй конструкції обходяться без вайстгейта. Для бензинових моторів, в більшості своїй, цей клапан просто обов'язкова необхідність.

Головне завдання вайстгейта полягає в забезпеченні безперешкодного виходу відпрацьованих газів з системи, не проводячи їх через турбіну. Запуск вихлопних газів в обхід турбіни дозволяє контролювати необхідну кількість їх енергії. Взаємозв'язок, як на долоні, адже саме відпрацьовані гази обертають через колінчастий вал колесо компресора. Завдяки цьому способу контроль за тиском, що створюється в компресорі, стало здійснювати набагато простіше.

Wastegate буває як вбудований, так і зовнішній. Вбудований вайстгейт вже має заслінку, вбудовану в турбінний хаузінг. Хаузінг - це равлик турбіни, яку в народі так звикли називати. Додатково в wastegate встановлений пневматичний актуатор, а також від нього йдуть тяги до дросельної заслінки. Wastegate зовнішнього типу є клапаном, що встановлений перед турбіною на випускний колектор. Чи не можемо не помітити, що зовнішній вайстгейт володіє однією незаперечною перевагою в порівнянні з його вбудованим братом. А справа полягає в тому, що обхідний повітряний потік, що скидається їм, можна повертати в вихлопну систему назад, а на спорткарах можна просто здійснити прямий викид в атмосферу. Це помітно покращує проходження вихлопних газів через турбіну завдяки різноспрямованим потокам.

недоліки турбонаддува

Підвищення потужності двигуна зі збереженням його загальних характеристик, тобто форсування призводить до інтенсивного зносу вузлів, в слідстві знижується ресурс силового агрегату. Турбін необхідно також і застосування спеціальних сортів моторних масел і суворе дотримання термінів проведення технічного обслуговування, зарекомендованих виробником. Ще більш примхливий повітряний фільтр. Зростаючий тиск картерних газів істотно знижує ресурс турбіни. Якщо за таких умов турбіна буде продовжувати працювати тривалий період, то це неминуче призведе до масляного голодування і наступної поломки турбокомпресора. А якщо буде пошкоджений цей агрегат, то є чималий відсоток виходу з ладу всього силового агрегату.

Підписуйтесь на наші стрічки в Facebook. Вконтакте і Instagram. всі найцікавіші автомобільні події в одному місці.