Идея турбонаддува не новая, здесь описывается простая конструкция для двигателей ЛуАЗ и “Запорожец”, которую автолюбитель сможет изготовить своими силами из доступных материалов, имея в наличии главное-желание. Если Вы не имеете специальности токаря, газоэлектросварщика, то в настоящее время многие предприятия и кооперативы в порядке оказания услуг населению выполнят Вам эти работы.
О мощности двигателя и результатах испытаний.
Описанный нагнетатель способствует сжиганию в цилиндрах двигателя в 1,5 - 1,6 раза больше горючей смеси, следовательно с такой же кратностью увеличивается мощность. Если Вы после установки нагнетателя будете эксплуатировать свой автомобиль в тех же режимах нагрузки (масса, скорость), то увеличения расхода бензина не произойдет. Наоборот, с улучшением динамики разгона и преодоления подъемов будет некоторая экономия (из технической литературы). А увеличение расхода будет с возрастанием нагрузки по сравнению с прежними условиями эксплуатации. То же самое относится к износу деталей. Нагрев двигателя уменьшается на 7 -10 градусов.
С применением нагнетателя воздуха Ваш автомобиль приобретает следующие преимущества:
a. сокращается время разгона
b. улучшается маневренность
c. увеличивается грузоперемещение, что позволит, например, буксировать автоприцеп
d. улучшаются условия эксплуатации автомобиля по горным дорогам, как у нас на Сахалине
e. увеличивается скорость
Нагнетатель испытан на автомобиле ЛуАз-969М с металлическим семиместным кузовом, двигателем МеМЗ-969А, карбюратором К-133. В настоящее время испытательный пробег составил около 20 тыс. км. Простота конструкции обеспечивает ее максимальную надежность. Нагнетатель безинерционный, бесшумный, вес его вместе с кронштейном составляет 5,5 кг.
После изготовления и установки нагнетателя методом анализа выхлопных газов на всех режимах я установил, что при диаметре главного топливного жиклера 1,5 мм (увеличенного в 1,6 раза проходного сечения) оптимальной пропускной способностью обладает главный воздушный диффузор диаметром 26 мм. Но при индивидуальном изготовлении конструкции возникнут нарушения соотношения горючей смеси из-за различия воздухонагнетателей, двигателей, соединительных патрубков и т.п.
Регулировка оптимальной рабочей смеси путем подбора главного топливного жиклера долга и утомительна, поэтому в описании предлагается более точный и надежный метод.
При ходовых испытаниях и регулировке я пользовался анализатором выхлопных газов AST-75 ( производства ПНР) с питанием 12 вольт постоянного тока, при окончательной регулировке горючей смеси содержание окиси углерода в выхлопных газах равно 1,5% на холостых оборотах двигателя и 2% на повышенных (60% от максимальных) в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03.87г. Внесение изменений в конструкцию двигателя или установка устройств и оборудования без изменения вида топлива не противоречит пункту 6.5 приложения 3 Правил дорожного движения.
Нагнетатель воздуха.
В качестве нагнетателя воздуха я применил пылесосный агрегат АП-699 (АП-600М) без электродвигателя. Эти агрегаты в большом количестве валяются на заднем дворе предприятия “Рембыттехника”. Вал крыльчатки вращается в двух шарикоподшипниках №204 с числом оборотов от 0 до 15-16 тыс. об.мин. Корпус подшипников уплотняется резиновыми самоподжимными сальниками 20х40х9. Для смазки подшипников применил хладоновое (фреоновое) масло ХФ-12-18 с температурой застывания -40 градусов и температурой вспышки 160 градусов. Уровень масла должен быть на 2-4 мм. Ниже вала подшипников, контроль масла осуществляется масломерным стеклом в металлической гильзе. На стекле нанесите риски верхнего и нижнего уровня масла. Масломерное стекло сделано из плексигласа и уплотняется двумя прокладками из маслостойкой резины с помощью прижимного болта с контргайкой. В верхней части гильзы расположена заливная пробка с боковым отверстием (сапуном), а в нижней-сливная трубка. Трубки, соединяющие масломерное устройство с корпусом , использованы от стального конденсатора бытового холодильника. Кожух нагнетателя воздуха крепится за кромку корпуса подшипников двумя болтами М% и может поворачиваться вокруг оси для удобства подгонки соединения к воздушному фильтру.
Кронштейн воздушного фильтра (изготавливается из прежднего) рис. 1191.
Всасывающий патрубок изготовлен из чугунного угольника Ду40 водопроводной арматуры. Зажав в патрон токарного станка обрезок трубы Ду40 (1 1/2’’) с резьбой на конце и навинтив на нее угольник, Вы можете проточить посадочное место диаметром 52 мм. Для резинового соединительного патрубка, укоротить угольник согласно чертежу и снять бортики. Затем с помощью круглого напильника снимите внутри угольника резьбу и литейные неровности. Всасывающий патрубок припаивается латунью к крышке кожуха воздухонагнетателя, а после пайки плоскость кожуха надо отрихтовать на краю ровной плиты. см. рис. 1192,рис. 1193,рис. 1194,рис. 1195.
Нагнетательный патрубок турбины изготавливается из стандартной тонкостенной трубы Ду50. Придать ему нужную форму нетрудно, нагревая его паяльной лампой или газовой горелкой. От также припаивается латунью к корпусу камеры. Нагнетательный патрубок соединяется с карбюратором в автомобиле ЛуАЗ фасонным патрубком типа “утка”, а в “Запорожце” - типа “калач”.
Предлагаю исходные материалы для их изготовления: а)пластмассовая канализационная арматура Ду50, б)чугунные угольники Ду40, в которых надо предварительно снять внутреннюю резьбу и спаять латунью, в)готовые резиновые соединительные патрубки Ду50 со списанной техники.
Все эти соединительные патрубки должны иметь плавные изгибы, гладкие внутренние поверхности. Не применяйте гофрированные шланги, патрубки с диаметром отверстия менее 50 мм., т.к. нагнетатель теряет скоростное давление и вследствии этого двигатель потеряет прирост мощности. Привод нагнетателя и генератора осуществляется одним клиновым ремнем А-1400. Профиль ремня увеличен в целях избежания скольжения (инерции). Поэтому Вам придется проточить ручей шкива коленчатого вала под соответствующий профиль ремня. обранный нагнетатель с залитым маслом должен проворачиваться без задеваний с небольшим усилием, создаваемым трением сальников. После небольшой приработки на двигателе он будет проворачиваться от руки с инерцией.
Кронштейн нагнетателя.
Конструкция кронштейна является примерной, т.к. в данном исполнении подходит не на все двигатели из-за различия расположения маслозаливной трубы. Готовый кронштейн крепится сверху к направляющему аппарату вентилятора двигателя болтом М:, а снизу к маслозаливной трубе хомутом с резьбой М* на конце. Просверлив отверстие в обечайке направляющего аппарата, заведите изнутри болт с помощью накрученной на него медной проволоки. Перед затяжкой гайки, потянув, удалите проволоку.На кронштейне установлен на оси клиновый ролик для натяжения ремня и успокаивания его длинного участка. Ремень натягивается с усилием, указанным в руководстве по эксплуатации автомобиля. Слабое натяжение вызывает пробуксовку, а сильный - перегрев подшипников. Подшипник натяжного устройства смазывается литолом. см. рис. 1196,рис. 1197,рис. 1198
Детали соединить сваркой по контуры прилигания.Корпус нагнетателя (см. рис. 1199,рис. 1200,рис. 1201,рис. 1201,рис. 1202,рис. 1203, рис. 1204)
Крышка, Сталь 45 Картер маслянный Ребро жесткости, Ст 3, Лист 5 мм Ребро жесткости, Ст 3, Лист 3 мм
Воздушный фильтр.
Так как нагнетатель чувствителен к различным препятствиям потока воздуха, удалите из фильтра клапан и его пружину. Эффективность очистки воздуха от этого ничуть не изменится, и уноса масла тоже не будет. Корпус фильтра крепится стяжной лентой к кронштейну, изготовленного из прежнего. Кронштейн устанавливается на шпильке крепления уголков с отверстиями /рымов/, предназначенных для подъема двигателя тельфером. Фильтр соединяется со всасывающим патрубком нагнетателя заводским резиновым патрубком и соединение уплотняется хомутами. В автомобиле ЛуАЗ резиновый патрубок ставится целым, а в ЗАЗ обрезается по размеру.
Система зажигания.
Для избежания доискрового (калильного) зажигания применяются свечи А23. Угол опережения зажигания уменьшить на величину, обеспечивающую бездетонационную работу двигателя на высоких оборотах.
Карбюратор.
Карбюраторы К-127, К-133, К-133А, К-133Б, устанавливаемые в последнее время на автомобилях ЛуАЗ и ЗАЗ, по конструкции незначительно отличаются друг от друга, так что переделки в карбюраторе будут идентичными. Большой диффузор изготавливается из конструкционной стали с обязательной полировкой внутренней поверхности до зеркального блеска. При испытаниях мною установлено, что заводской диффузор с грубо обработанной поверхностью снижает скоростное давление турбины. Главный топливный жиклер рассверливается сверлом диаметром 1,7-1,8 мм. и его отверстие полируется толстой шерстяной ниткой с пастой ГОИ. Соблюдение точного диаметра отверстия жиклера не обязательно. Регулировка подачи бензина производится игольчатым клапаном, который устанавливается на месте сливной пробки поплавковой камеры. Игольчатый клапан вводится в отверстие жиклера при открытой крышке поплавковой камеры, чтобы визуально убедиться в нормальной центровке иглы. Клапан уплотняется и фиксируется сальниковой гайкой с прокладками из бензостойкой резины. Жиклер экономайзера я рассверлил сверлом диаметром 1,35 мм. Но когда испытывался автомобиль на скорости, превышающей максимальную, мне не приходилось нажимать педаль привода дроссельной заслонки до открытия клапана экономайзера. Это значит, что Ваш автомобиль будет иметь значительный резерв скорости.
Герметизация карбюратора.
Герметизация карбюратора необходима для нормальной эксплуатации двигателя с наддувом и способствует увеличению срока службы двигателя, так как через зазоры пыль не будет проникать в карбюратор. Шток привода ускорительного насоса внутри карбюратора обязательно уплотните прокладкой из бензостойкой резины, пробив ее внутреннее отверстие гильзой от малокалиберного патрона диаметром 5,6 мм. Сверху резины положите стальную шайбу. Пружину штока соответственно укоротите или подберите другую, покороче. Можно также, зажав корпус карбюратора в тиски сверлильного или фрезерного станка, на малых оборотах срезать направляющий выступ пружины, тогда пружина ставится прежняя. Это делается для предотвращения выброса бензина через зазор между штоком насоса-ускорителя и его отверстием в корпусе, так как нагнетатель создает положительное давление в поплавковой камере. Для герметизации валика дроссельной заслонки надо снять корпус смесительной камеры, аккуратно спилить ножовкой или высверлить крепежные винты дроссельной заслонки и вытащить валик. Рассверлить отверстия с обеих сторон корпуса смесительной камеры сверлом диаметром 10,5 мм. на глубину 4-5мм. Вставить валик, закрепить дроссельную заслонку винтами (винты закрепить), соблюдая плотное перекрывание отверстия корпуса смесительной камеры. В качестве сальниковой набивки использовать толстую шерстяную нитку, пропитанную моторным маслом. После окончательной сборки проверить легкость вращения валика. На автомобиле ЛуАЗ поверх щелевого фильтра-отстойника наденьте мешочек, сшитый из обрезков технической фильтровальной ткани, которая применяется на предприятиях для улавливания технологической пыли(сажи, цемента и т.п.). Неплохо установить такой фильтр и на “Запорожце”. После этих переделок Вы навсегда избавитесь от главных источников пыли и грязи, убедитесь, что даже после длительной эксплуатации поплавковая камера остается чистой, естественно, уменьшается износ двигателя.
Монтаж нагнетателя и регулировка карбюратора.
Перед установкой нагнетателя обязательно произведите профилактику, необходимый ремонт и регулировку систем питания, зажигания, газораспределения, почистите и отрегулируйте свечи, контакты, промойте воздушный фильтр, карбюратор и отрегулируйте на станции техобслуживания содержание окиси углерода анализатором выхлопных газов.
После установки нагнетателя возникнут другие проблемы, и всякого рода накладки усложнят регулировку карбюратора и вызовут нарекания в адрес автора конструкции.
Закрепите кронштейн на двигателе, установите на него нагнетатель. Отрегулируйте соосность шкивов и натяжение ремня. Установите воздушный фильтр, патрубки, соединяющие нагнетатель с фильтром и карбюратором и уплотните места соединения резиновыми манжетами и стяжными хомутами. В кожухе вентиляции двигателя “Запорожца” сделайте отверстия для прохода шкива и ремня или немного измените его конструкцию.
Запустите мотор и прогрейте его до 70-80 град. Температура подшипников нагнетателя должна быть примерно одинакова с двигателем.
Затем, постепенно выводя иглу из отверстия главного топливного жиклера, отрегулируйте его требуемое сечение, проверяя мощность двигателя обязательно на ходу автомобиля короткими пробежками.
Если двигатель во время разгона автомобиля не развивает оборотов, а при уменьшении подачи воздуха частичным прикрытием воздушной заслонки тяга возрастает, горючая смесь бедная. Продолжайте регулировать таким образом до тех пор, пока после прикрытия воздушной заслонки будет получаться обратное- падение тяги двигателя за счет переобогащения горючей смеси.
Окончательную регулировку соотношения горючей смеси нужно произвести с помощью анализатора выхлопных газов. Так как на станциях автотехобслуживания не знают особенностей регулировки двигателя с наддувом, многие регулировщики просто стремятся “зажать” подачу бензина, добиваясь чистого выхлопа и не заботясь об оптимальном соотношении смеси, лучше было бы вам заполучить на время газоанализатор и сделать регулировку самому. Ну, а если нет, то внимательно следите за работой регулировщика и показаниями анализатора.
После окончательной регулировки Ваш 40-сильный автомобиль будет иметь двигатель мощность 60-64 л.с. и никаких побочных отрицательных явлений. Для двигателя мощностью 27-30 л.с. все переделки идентичны, но советую ставить главный воздушный диффузор диаметром 25-25,5 мм. При эксплуатации нагнетатель особого ухода не требует, следите за уровнем масла, натяжением ремня (особенно в первое время), проверяйте затяжку крепления.
Размышления о турбине на ЗАЗ
1. При применении турбонаддува необходимо обеспечить степень сжатия двигателя порядка 7-8 единиц (поэтому при установке турбонаддува на ВАЗах растачивают головку - по материалам Рижского авторемонтного завода по подготовке раллийных авто)). У ЗАЗика уже столько от рождения
2. При применении турбонаддува с давлением наддува более 2 атм, необходимо обеспечить бОльшую детонационную стойкость бензина. Так как самодельный компрессор не сможет создать давление выше 2 атм, то это условие можно игнорировать и не переходить на бензин А92.
3. Установка компрессора ведет к увеличению расхода топлива за счет: а - вылетания части топлива в выхлопную трубу при продувке цилиндра на такте выпуска/впуска, б - увеличении механических потерь на привод компрессора. А вот теперь НО для двигателя ЗАЗ и самодельного компрессора - так как у двигателя ЗАЗ действительно плохо с продувкой, то топливо-воздушная смесь "не успеет" вылететь в трубу, как на других двигателях (например ВАЗовсих), а просто выдавит из цилиндра отработанные газы; механические потери у самодельного компрессора весьма низки за счет того, что он не создает избыточное давление выше 2 атм, а посему ими можно пренебречь. Следовательно расход топлива у двигателя может возрасти но весьма незначительно, но в тоже время за счет улучшенного наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью возрастет и мощность и станут ниже обороты на которых двигатель выдает максимальный крутящий момент (можно ехать на более высокой передаче экономя тем самым топливо и немного экономить на бензине).
4. Максимальные обороты двигателя могут возрасти, но незначительно, так как они в основном определяются не давлением в цилиндре во время рабочего такта, а логикой работы ГРМ и качеством исполнения трактов впуска/выпуска.
Так, теперь про переделку под ВАЗовские поршни от ВАЗ 21011 диаметом 79мм.
У меня такие стоят уже около года. Сам процесс переделки и стоимость работ/"компонентов" был описан в конфе весьма детально.
Расчет проводил по справочнику Автотехника за 1978 год.
У двигателя возросла компрессия (до 9 - 9,5 кгс/см2 против 8 - 8, 5 кгс/см2 до переделки),но это скорее всего следствие притирки клапанов к седлам. Степень сжатия по расчетам возросла до 9 - 9,5 единиц против моих 8-8,5 (у меня двигатель от рождения 50 л.с.).Мощность рассчетная порядка 65 л.с. при обьеме 1300см3, на самом деле около 60-62 при разных замерах/подсчетах.
Из неприятностей произошедших с двигателем после этого - замена 6 шпилек (из 16) на ремонтные с диаметром резьбовой части 12 мм вместо 10 мм штатных (штатные скорее всего не выдержали увеличение степени сжатия). Замена выпускного клапана 3 цилиндра в связи с обломившейся частью тарелки клапана ( заводской брак в клапане - каверна в отливке). Состояние зеркал цилиндров после пробега 10 тысяч - отличное до сих пор видно хонингование по всей высоте цилиндра. Поршни и поршневые кольца в отличном состоянии (тьфу, тьфу, тьфу...). По субъективным ощущениям моим и моих знакомых - динамика не хуже чем у машин гольф класса с карб. двигателем около 2 литров. При активной езде по городу и трассе легко делаю любые ВАЗы, кроме впрысковых коротких Нив с двигом 1,8 литра ( КПП знаете ли у них грузовая, а скорости более 70 по городу не рекомендуются
))) Максимальная скорость без насилия на 92 бензине 150 км/час, на 95 - 160 км/час. Экономичная 85-90 км/час (расход от 7 до 8,5 литров), "шустрая" - 105-120 (расход 9 - 10 литров). Самая экономичная "когда некуда больше спешить" (С)60-75 км/час (порядка 5.5-6 литров). Проверялось неоднократно.Теперь про карб и расход топлива. С точки зрения наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью лучшее решение - карб ДААЗ 21073 с увиличенным диаметром диффузоров обоих камер (кстати наследник ДААЗ 2105). Но это вызовет повышенный расход топлива около 10 -13 литров при не очень активной езде.
С точки зрения экономии топлива лучше ДААЗ 21083 не найти, но весьма капризен к качеству топлива и требует доводки перед установкой на авто (качество исполнения хромает впрочем у всех карбов). У меня стоит именно он. Кстати про расход и тягу: один раз ошибся и поставил топливный жиклер с проходным сечением около 110 в первичную камеру вместо 95. Двигатель работал как дизель - тянул на четвертой с 25 без детонаций и стуков, причем мог активно разгоняться уже с 25! Правда расход топлива в 17 литров меня огорчил
))На мой взгляд наиболее приемлемые результаты по параметрам -экономичность/динамика/сложность установки и эксплуатации - это карб ДААЗ 2105 с МЕХАНИЧЕСКИМ приводом дросельной заслонки второй камеры.
Теперь про ресурс: я уже неоднократно говорил, что двигатель ЗАЗа штука весьма слабо форсированная и с невысоким качеством исполнения, так вот при надлежащем уходе и без всяких переделок ресурс у него лежит за границей 250 тысяч и примеров тому немало (только не надо лить нигрол или олифу с соляркой в двигатель). Если же почти сразу после покупки авто двигатель привести в порядок, как это делают западные фирмы (правда еще при сборке на заводе
) то ресурс его может отодвинуться тысяч до 400.Только меняй шестерню привода ГРМ и регулируй клапана и заменяй масло.Если вести форсировку двигателя путем повышения степени сжатия, без приведения в порядок самого двигла, то ресурс будет порядка 150 тысяч (что кстати тоже весьма неплохо). А при простой замене карба, зажигания, установке слабенького компрессора, так не стоит вообще задумываться о падении ресурса, это будет не заметно и свои 150-200 тысяч до капиталки вы откатаете спокойно ( но при условии проведения регламентных работ предписанных заводом).
Так, а теперь про температуру двигателя которая падает при применении карба от ВАЗа, установке поршней от ВАЗа и применении турбонаддува.
Это легко объясняется:
1. При замене карба - карб готовит более оптимальную смесь, не переобогащенную, как родной К-1ХХ. Вследствие этого снижение температуры рабочего процесса и меньшее влияние плохой продувки цилиндра (так как снизилась температура смеси после рабочего цикла).
2. Поршни ВАЗовские улучшают продувку цилиндра, следовательно снижают температуру в нем после рабочего цикла (частично за счет бОльшего количества новой порции топливо-воздушной смеси поступившей в цилиндр).
3. Турбонаддув так же улучшит продувку. Смотри пункт 2.
Да, у меня после установки карба 21083 на родных поршнях, температура упала до 80-85 С вместо 90-100С . После установки еще и ВАЗовских поршней - вообще до 65-80. Зимой ( менее -5С) стало проблемой прогреть двигатель хотя бы до 60С даже при длительном движении и теплоизоляции моторного отсека.
Тимофей Пыльник
Турбонаддув из пылесоса
В 80 годы распространялась схема наддува двигателя ЗАЗ 968 и ЛуАЗ из деталей пылесоса, которую я и взял за основу, обустроил на свой манер и смонтировал, но идея пришла самостоятельно, основываясь на потери мощности двигателя по раскрутке генератора,
около n%, можно предположить что и на преодоление сопротивление воздуха тратится оное количество, вот и решил попробовать устранить потерю, но палка о двух концах, возникали потери на раскрутку наддува, в каких пропорциях сказать не мог и решил провести эксперимент.
Конструктивно это выглядело так:
Трудные поиски подходящей турбины пылесоса наконец успешно закончились и я ее одел в корпус, к корпусу приварил загодя изготовленный кронштейн который крепился болтами к корпусу турбины вентилятора охлаждения (мотор ЗАЗ 968) и патрубки выхода и входа воздуха. На вал турбины насадил подшипники качения от генератора и шкив. Выточил приводной шкив и укрепил его на центрифуге мотора. Диаметры шкивов рассчитал таким образом, чтобы турбина пылесоса вращалась в два раза быстрее мотора. Впускной патрубок соединил резиновым шлангом со штатным фильтром очистки воздуха, а выпускной с карбюратором. Надел на шкивы ремень и завел мотор. Вот и вся не дога.
Каких то расчетов я не делал да и не умел. Просто сделал из любопытства. Что будет ?
Результат оказался любопытным. Мотор легко запускался и к общему шуму прибавился легкий свист. Разгон автомобиля проходил очень вяло, но на рубеже 2 500 об. у мотора резко прибавлялась приемистость, как будто авто получало сильный пинок под задницу и далее движение проходило с лучшими тяговыми качествами чем без наддува. Какого то увеличения расхода топлива я не заметил, а если откровенно, точных не проводил. Температурный режим оставался в норме. Серьезным недостатком являлось то, что манера вождения требовала сноровки.
В общем конструкция оказалась хлипкой и требовала совершенствования а значит и времени, что нам вечно не хватает, да и на заправках замучили -Что это у тебя за балда ? (У Запорожца заправочная горловина в моторном отсеке). Одним словом эксперименты я прекратил.
Тем не менее данное сооружение натолкнуло меня на мысль, по тому же принципу установить на Запорожец более мощный генератор, в коим имеется острая нужда в зимнее время, по причине электрической прожорливости отопителя салона.Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Как работает турбокомпрессор
Несомненно Вы слышали слово <турбина>, прежде всего в разговорах энтузиастов автотюнинга, но все, что Вы знаете о турбине - это то, что с ней двигатель становится мощнее.Но что именно происходит под капотом? Давайте откроем капот и посмотрим.
Все дело - в лучшем сгорании
Чтобы лучше понять, что именно дает турбокомпрессор Вашему двигателю, нужно знать основные принципы внутреннего сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания "дышат". Другими словами, они втягивают воздух и топливо для выработки энергии. Эта энергия переходит в мощность, как только воздушно-топливная смесь поджигается. После этого остатки процесса горения выбрасываются в атмосферу. Весь процесс обычно выражается в четырех тактах поршней.
Турбокомпрессор делает воздушно-топливную смесь <более сгораемой> путем подачи дополнительного воздуха в цилиндры двигателя, что, в свою очередь, дает дополнительную мощность и крутящий момент, когда в результате <минивзрыва> поршень движется вниз. Турбокомпрессор конденсирует или сжимает молекулы воздуха, так чтобы поступая в двигатель, он становился плотнее. Теперь о том, как именно турбокомпрессор это делает.
Tурбокомпрессор подобен воздушному насосу. Горячие выхлопные газы, выходящие из двигателя, попадают на колесо турбины и раскручивают его. Это колесо через вал сообщается с колесом компрессора, заставляя его вращаться. Вращающееся колесо компрессора втягивает и сжимает воздух, который затем подается в цилиндры двигателя.
Как можно догадаться, сжатый воздух, отходящий от колеса компрессора, сильно нагревается за счет компрессии и трения. Поэтому его приходиться охлаждать перед подачей в цилиндры. Для этого используется промежуточный охладитель (или <теплообменник>). Он понижает температуру воздуха, одновременно уплотняя его (как известно, при нагревании вещества расширяются).
Некоторые системы также включают дополнительный вентилятор охлаждения, прогоняющий воздух черех теплообменник.
Не все так просто, как кажется
Несмотря на достаточно простой принцип работы, сам турбокомпрессор представляет собой очень тонкое устройство. Требуется не только исключительно точная подгонка деталей внутри турбокомпрессора, но и идеально согласованная работа турбокомпрессора и двигателя. При отсутствии такого согласования, двигатель не только будет работать неэффективно, но и может быть поврежден. Поэтому важно в точности следовать технологии установки и обслуживания.
Устройство турбокомпрессора
Турбокомпрессоры состоят из турбины, приводимой в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закрепленных на противоположных концах общего вала и заключенных в литые корпуса. Сам вал заключен в средний корпус, который соединен с корпусами турбины и компрессора. Турбокомпрессор без корпусов турбины и компрессора называется картриджем (CHRA). Стандартный турбокомпрессор имеет скорость вращения от 100,000 об/мин.
Секция турбины состоит из литого колеса турбины, теплового кожуха колеса и корпуса турбины с впускным каналом в центре. Это центробежное устройство, в которое выхлопные газы поступают, пройдя через лопатки колеса, и из которого они выходят в центре корпусного отверстия. Выхлопной газ в расширенном состоянии направляется в корпус турбины через выпускной коллектор. Давление выхлопного газа и его тепловая энергия раскручивают колесо турбины, что затем приводит в движение колесо компрессора.
Секция компрессора состоит из литого колеса компрессора, задней стенки и корпуса компрессора с входным отверстием в центре. Это центробежное или радиально-выпускное устройство, из внешнего входного отверстия которого воздух выходит, пройдя через лопатки колеса. Вращающееся колесо компрессора направляет воздух на систему фильтрации двигателя. Лопасти колеса разгоняют воздух и выталкивают его в корпус компрессора, где он сжимается и через систему каналов направляется во впускной коллектор двигателя.
Средний корпус (корпус подшипника) в составе CHRA поддерживает положение вала, на который посажены колеса турбины и компрессора, в системе подшипников. Система подшипников, расчитанная на высокие скорости, не испытывает больших нагрузок как в случае с подшипнками коленвала. Она призвана поддерживать точное и как можно более близкое к корпусу положение колес. Ключевым моментом для эффективной работы и срока службы турбокомпрессора является масляное заполнение зазоров между отверстием среднего корпуса, подшипниками и валом.
Система прокладок отделяет средний корпус от секций турбины и компрессора. Прокладки предотвращают попадание масла в корпуса турбины и компрессора и минимизируют приток газа из этих корпусов в средний корпус. Такая система дополнительно может включать кольцевые поршневые и графитовые уплотнения, маслоотражатели и лабиринтные (резьбовые) уплотнения. Масляные прокладки задействуются, когда при вращении вала создается давление в корпусе.
Различные фиксирующие шайбы и болты фиксируют положение вращающихся компонентов. Осевые компоненты поддерживают осевую целостность. Гайка на вале или колесо с резьбой связывают колеса турбины и компрессора. Корпуса турбины и компрессора крепятся к среднему корпусу и вращающейся сборке болтами и зажимами.
Поворотные клапаны устройств управления выхлопными газами, дисковые и перепускные клапаны помогают управлять скоростью турбины (что, в свою очередь, позволяет контролировать наддув), ослабляя избыточное давление выхлопа на корпус турбины. Они могут быть встроены в корпус турбины или монтируются отдельно. Они активируются или от диафрагм, или от цилиндров, заполненных воздухом или маслом. При их открытии избыточное давление из корпуса турбины отводится через систему выхлопа в атмосферу.
Двигатель любого объема и его выходная мощность должны быть тщательно согласованы с турбокомпрессором. Выходная мощность должна быть согласована с давлением, необходимым для подачи нужного объема воздуха в двигатель. Затем следует подбор комбинации размеров колеса, скорости его вращения и размера корпуса.
Газотурбинный нагнетатель, или просто турбонаддув, был известен уже в начале века. Швейцарский инженер Альфред Бюхи ставил первые опыты до первой мировой войны на авиационных двигателях. Однако основной проблемой для широкого применения турбонаддува было отсутствие недорогой технологии высокоточного литья из высокопрочных материалов. Первое более широкое применение турбокомпрессоров на серийных легковых автомобилях произошло на заводах в Баварии в 1973 году. Автомобили BMW "2002 turbo" открыли глаза наиболее прозорливым фирмам. В ряду "компрессорных" машин появились Porsche 911 и SAAB-99 в 1974 и 78 годах. После 1980 г. технологические преграды рухнули, началась эра массовой "турбанизации".
Как известно, количество топлива, которое может сгореть в цилиндрах двигателя, жестко связано с объемом воздуха, засасываемого мотором внутрь при пуске. Соотношение масс, составляющее примерно 1 кг топлива на 15 кг воздуха, должно выдерживаться очень строго, дальнейшее обогащение смеси приводит к уменьшению мощности. Чтоб преодолеть эту преграду, необходимо подать в цилиндр больше воздуха, нагнетая его под избыточным давлением. В этом случае, при увеличении давления воздуха на 30%, происходит адекватный рост мощности и разгонной динамики.
Принцип действия газотурбинного компрессора достаточно прост (рис. 1). На выпускной коллектор крепится корпус турбины, внутри которой находится турбинное колесо, а с ним соосно крепится компрессорное колесо. Под действием потока выхлопных газов турбина раскручивается, момент с помощью вала передается на компрессорную крыльчатку, а та, засасывая воздух через воздушный фильтр, под давлением подает его в карбюратор, увеличивая наполнение цилиндров.
Таким образом, в один и тот же объем цилиндров мы закачиваем большее количество рабочей смеси. Поскольку в обычном двигателе сгорает лишь 25% от закачанного в цилиндр топлива из-за недостатка кислорода. Улучшая наполняемость воздухом, происходит пропорциональное увеличение сжигания бензиновой смеси, что приводит к росту КПД двигателя. Таким образом, за один и тот же промежуток времени по сравнению с безнаддувным двигателем мы закачиваем большее количество топлива, при этом увеличивая моментные характеристики, которые отражаются на разгонной динамике. Как это отражается на поведении машины, мы уже знаем (см. ситуацию на перекрестке).
Идея проста, но для легкового автомобиля воплотить ее в жизнь весьма сложно. Скажу только, что лишь несколько автомобильных фирм берутся за изготовление турбокомпрессоров. Название производителей можно пересчитать по пальцам одной руки.
Основная сложность установки и адаптации турбонаддува на бензиновым двигателе заключается в том, что температура выхлопных газов, которую должна выдерживать турбина, равна 900-950 С, а рабочие обороты ротора с крыльчаткой исчисляются десятками и даже сотнями тысяч оборотов в минуту. В то же время ограниченные возможности объема подкапотного пространства требуют от производителей уместить агрегат в эти рамки. Таким образом, агрегат должен обладать высокой жаропрочностью, быть компактным, тщательно отбалансированным и в то же время недорогим.
В качестве мировых лидеров можно назвать следующие фирмы: Garret (США), KKK (Германия), IHI (Япония), и, что отрадно, теперь такими возможностями обладает и отечественная промышленность. При этом по соотношению "цена-качество" ничуть не уступая зарубежным аналогам.
Что же конкретно дает турбонаддув? Испытания обычного 1,5-литрового карбюраторного двигателя ВАЗ-21083 с установленным на нем турбонаддувом показали следующие результаты. При качественном сцеплении и покрышках время разгона до "сотни" сокращается на 5 секунд по сравнению с исходным мотором. То же происходит и с эластичностью, т.е. время разгона на фиксированной передаче (IV) от 60 до 100 км/час уменьшается также на 5 секунд.
Мощностные характеристики, полученные при испытаниях двигателя в НАМИ, приведены в таблице 1.
таблица 1
Базовый
с Т.Н.
n = 5.600
Ne = 70 л/c
90 л/с
n = 3.500
Ne = 51.5 л/c
70 л/с
n = 2.000
Ne = 20 л/c
27 л/с
И это с учетом того, что турбина настроена на экономичный вариант, т.е. давление воздуха увеличено на 0,3 кг на см2, что не отражается на моторесурсе двигателя. Такого повышения давления вполне достаточно, кроме того, оно позволяет при работе на номинальных оборотах снижать расход топлива до 20%.
Ближайшим достойным соперником "наддутого" двигателя будет 16-клапанный силовой агрегат с таким же объемом. За счет оптимизации рабочих процессов пиковая мощность у них приблизительно одинаковая, а вот по разгонной динамике последний явно уступает своему "турбо"-оппоненту.
таблица 2
Базовый
с Т.Н.
AUDI
41.000 DM
47.500 DM
SAAB
38.900 DM
51.950 DM
VOLVO-460
V=1,8 л
30.700 DM
V=1,7 л
36.000 DM
Не вдаваясь подробно в технические характеристики, отмечу, что во всем мире "турбо" оценивается дороже в среднем на 3-4 тысячи долларов от стоимости аналогичного безнаддувного автомобиля (см. таблицу 2).
Нельзя не отметить и некоторых сложностей, вызванных установкой на двигатель турбонаддува.
· Во-первых, турбонаддув все-таки достаточно дорогое удовольствие.
· Во-вторых, оснащенная турбиной машина требует тщательного за ней ухода. То есть более частую замену масла, фильтров, свечей. Необходимость установки качественного сцепления. Ведь все перечисленные расходные материалы, производимые нашей промышленностью, рассчитаны на условия эксплуатации, характерные для обычных двигателей, и не отвечают характеристикам, требуемым для двигателей с турбонаддувом.
· В-третьих, ротор устанавливается в подшипниках скольжения, которым приходится выдерживать частоты вращения до 200 тысяч об./мин. Поэтому они нуждаются в обильной и качественной смазке. Но масло еще и охлаждает их, и если условия смазки ухудшаются, т.е. отложения снижают пропускную способность магистралей, то масло застаивается в подшипниковом узле, что увеличивает теплонапряженность и вызывает его закоксовывание. В этом случае подшипник остается сухим, в результате чего следует задир и выход подшипника из строя. Вот почему после долгой работы двигателя под нагрузкой (например, буксование в глубоком снегу), перед тем как его заглушить, требуется дать ему поработать на холостом ходу минуту-другую. Это должно стать правилом. И последний минус - преодоление водных преград. Поскольку чугунная часть корпуса турбины сильно разогревается во время работы, существует опасность ее повреждения при попадании на нее большого потока воды.
При установке турбонаддува двигатель начинает испытывать большие нагрузки. Причем рост теплонапряженности и механических нагрузок пропорционален увеличению давления наддува. Обходясь скромной форсировкой двигателя на 30%, ресурс мотора сохраняется на атмосферном уровне. Безболезненно повысить давление позволяет промежуточный охладитель наддувочного воздуха. Но об этом пойдет речь чуть позже.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла[attachment
=13970:kak_ra8.jpg]