История создания турбокомпрессоров

Переход турбокомпрессоров  на бензиновые двигатели был более  тяжелым, но ускорился благодаря  опыту их использования на кольцевых  автогонках и авторалли. Расширение производства материалов, выдерживающих  высокие температуры, улучшение качества моторных масел, использование жидкостного охлаждения корпуса турбокомпрессора, электронное управление регулирующими клапанами - все это содействовало тому, что эти агрегаты начали применяться на мелкосерийных бензиновых двигателях, что, в соединении с впрыском топлива и электронным зажиганием, позволило добиться высоких характеристик. 

4. НУЖДАЕТСЯ ЛИ ТУРБОКОМПРЕССОР  В ОБСЛУЖИВАНИИ ? 

Нет. Но так как  он мажется маслом из системы смазки двигателя, то проблемы с этой системой "отзовутся" и на турбокомпрессоре. Обычно недостаток масла приводит к его большому износу и выходу из строя. 

Признаками неисправности  турбокомпрессора могут быть: пониженная мощность двигателя, черный или синеватый  дым из выхлопной трубы, увеличенный  расход моторного масла или шум при работе турбокомпрессора. 

Примечание. Выше перечисленные признаки не всегда указывают  на неисправность турбокомпрессора - прежде всего нужно проконтролировать  исправность двигателя и его  навесных агрегатов. 

На двигателе  работающем без сбоев, который своевременно и качественно обслуживается, турбокомпрессор в состоянии работать  долго и качественно. 

Ремонт турбокомпрессора(даже незначительный) должен осуществляться только в предназначенной для  этого мастерской, так как для  этого требуются специальные знания, умения и оборудование. Кроме того, при выполнении любых работ с агрегатом должна быть обеспечена идеальная чистота, так как даже одна песчинка, оказавшаяся в турбокомпрессоре, может вывести его из строя. 

5. КАК СОХРАНИТЬ  ЖИЗНЬ ТУРБОКОМПРЕССОРУ ? 

 Это элементарно.  Необходимо лишь соблюдать рекомендации  производителя автомобиля. По данным  одной крупной аналитической  фирмы, только около 30% владельцев "турбированных" машин исполняют  эти рекомендации. Проблемы с  турбокомпрессором возникают в основном в результате пренебрежения этими правилами. А они следующие: 

1.После запуска  холодного двигателя по крайней  мере 5 минут не включайте высокие  обороты,  чтобы масло хорошо  смазало турбокомпрессор. 

2.Перед выключанием  двигателя после большой нагрузки либо продолжительной поездки, оставьте его поработать не менее минуты на холостых оборотах. Если сразу заглушить двигатель, то турбокомпрессор будет некоторое время совершать обороты без смазки, поскольку масляный насос прекратит работу. При этом повреждаются подшипники и кольца агрегата. 

3.Не забывайте  систематически заменять моторное  масло и масляный фильтр. Помните,  что высокая температура, возникающая  при работе турбокомпрессора, сбавляет  эффективность и долговечность  масла. Поэтому заливайте только то масло, которое подходит для "турбированных" двигателей. 

 Придерживаясь  этих правил, вы обеспечите продолжительную  и надежную работу турбокомпрессора. Помните "золотое" правило:  болезнь легче предупредить, чем  излечить. 

  ПРЕИМУЩЕСТВА ТУРБОКОМПРЕССОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ 

Баланс "масса/мощность" у двигателя с турбокомпрессором  выше, чем у атмосферного. 

Двигатель с  турбокомпрессором наиболее меньших  размеров, чем атмосферный  двигатель  той же мощности. 

 Кривая крутящего  момента двигателя с турбокомпрессором может быть лучше приспособлена к специфическим условиям эксплуатации. При этом, например, водитель тяжелого грузовика может реже переключать передачи на горной дороге, и само вождение будет более "мягким". 

 Двигатель  с турбокомпрессором «не замечает» перемену высоты, в то время, когда атмосферный на большой высоте теряет мощность. 

 Двигатель  с турбокомпрессором обеспечивает  оптимальное сгорание топлива.  Подтверждением тому служит уменьшение  потребления топлива грузовиками  на больших пробегах. 

 Поскольку  турбокомпрессор улучшает сгорание  топлива, он также способствует  понижению токсичности отработавших  газов. 

Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, работает более  стойчиво, чем его атмосферный  аналог той же мощности, а так  как он мал по размеру, то производит мало шума, а так же играет также роль своеобразного глушителя в системе выпуска. 

Автотюнинг 

Посредством турбокомпрессора возможны два вида тюнинга. Первый вид  – тюнинг автомобиля, который изначально проектировался с турбокомпрессором. Второй вид – установка турбины на автомобиль, который к этому не приспособлен. Как вы понимаете второй вид на много сложнее. Начнем с простого.  

Мощность автомобиля с турбокомпрессором не сложно повысить. Например можно увеличить давление наддува. Здесь главное, как говорится, не «переборщить», иначе двигатель может «стукануть». Опираться можно на следующие показатели: при увеличении наддува на 0,1 бар, мощность двигателя увеличивается на 10% - это оптимально. Если установить дополнительный интеркулер, то можно увеличить давление на 0,2 бар, но не более. При увеличении давления, температура в системе возрастает, и если интеркулер не справится, нагрузка на поршни возрастет, и двигатель может не выдержать нагрузки.  

Второй вид  тюнинга сложнее выполнить, как  следствие он дороже. Если вы решите этим заняться, то вам лучше обратиться в специализированные компании, так как разработка этого вида тюнинга – сложный технологический процесс, требующий большого объема специальных знаний. Первая трудность, возникающая сразу – выбор турбокомпрессора, кроме того, придется полностью перепроектировать многие детали и системы: сцепление, система охлаждения и смазки, система зажигания, система выпуска отработанных газов и др.

Часто возникает  необходимость уменьшить геометрическую степень сжатия двигателя. Это можно сделать за счет использования поршней с уменьшенной высотой от оси поршневого пальца до днища. Можно, например, увеличить объем камеры сгорания в самой головке цилиндров. Есть и другие приемы, но все они требуют дополнительных финансовых вливаний.

При большом  увеличении мощности двигателя приходится усиливать ходовую часть, изменять тормозную систему.  

Давление нагнетаемое  турбокомпрессором, например, для легковых серийных автомобилей не должно выходить за рамки 1,4…1,8 бар. В последнее время ведущие производители легковых автомобилей стремятся устанавливать двигатели с высокой степенью сжатия и невысоким давлением наддува. Для спортивных автомобилей давление турбокомпрессора - 1,8…3,4 бар. 

Регуляторы  турбокомпрессоров 

В использовании  турбокомпрессоров есть одна проблема.

Производительность  компрессора зависит от того, как  вращается турбина. Если водитель давит  на педаль «газа», в цилиндры подается много топлива - энергия отработавших газов высока и компрессору хватает сил для работы. Когда водитель перестает давить на педаль «газа», турбина остается без питания, и компрессор может забастовать, когда водитель вновь нажмет на «газ». Вот и выходит, что двигатель в режиме прибавления нагрузки дымит и «проваливается в «турбояму».

Тогда колесо турбины  увеличивают, и оно лучше будет  раскручиваться выхлопными газами и  никакой "ямы" не будет. Но возникает  другая опасность: когда мотор выйдет на нормальный режим, компрессора будет  качать слишком много воздуха. Инженеры, для предотвращения этих неприятностей, используют специальные механизмы - регуляторы.

Известные всему  миру SAAB и Porche первыми проводили  опыты по регулированию давления наддува. В 1975 году на серийной модели Porshe Turbo 911 была установлена система  регулирования в форме подъемного клапана. Это регулирование было со стороны отработанных газов. При малых оборотах клапан закрывался, а при больших, когда давление превосходило определенный уровень, клапан поднимался этим самым давлением.

Шведский SAAB применили электронное регулирование используя поворотную заслонку. При нажатии на педаль газа она немедленно открывается, что позволяет получать турбине необходимое количество отработанных газов. Когда компрессор раскручивается на нормальные обороты, заслонка прикрывается на заданное положение, и это позволяет избежать высокого давления.

В 1985 году Porche на модели 944 Turbo был установлен "Overboots" , с помощью которого достигалось  кратковременное повышение давления наддува выше значения полной нагрузки. Overboots оказывается необходимым при резком, нажатии на педаль газа.

Таким образом, при регулировании давления наддува  с данной опцией появились две  линии хода давления наддува, которые  создают дополнительный крутящий момент.

Сегодня регулирующие компоненты интегрируются в корпус турбокомпрессора. Автопроизводители стоят перед выбором: использовать поворотную заслонку или подъемный клапан. Заслонки благодаря своему более выгодному соотношению "цена - мощность" более предпочтительна и используется на автомобилях Audi BiTurbo, Audi 1.6T, Opel Calibra, SAAB Ecopower и т.п. Напротив, встроенным регулирующим подъемным клапаном оснащен, например, нагнетатель Audi 2,5 литрового TDI двигателя; VW TOUREG V10 имеет электронное управление наддувом.

Производители турбокомпрессоров также разделились на два лагеря. Garrett использует заслонки, а ККК подъемный клапан.

Давление наддува  обычно регулируется со стороны отработанных газов. Лишние газы перепускаются через  специальную систему клапанов. Иногда давление наддува регулируется со стороны воздуха. Лишний воздух стравливается, но это менее экономично. 

Турбокомпрессоры  с изменяемой геометрией 

VTG (Variable Turbo Geometry) – это турбокомпрессор с изменяемой  геометрией. Всегда инженерам хотелось  создать турбокомпрессоры с поворотными крыльчатками, но такой механизм сложно реализовать. Легче сделать подвижным направляющий аппарат, которые регулировал бы количество поступающих отработавших газов.

В конце 80-х в  роторном моторе MAZDA RX7 использовался  самый простой механизм VTG. Струя выхлопных газов разделялась на две струи. При малых оборотах они воздействовали только на верхнюю часть турбинного колеса. Когда обороты достигали определенного уровня, открывался клапан и выхлопные газы воздействовали уже на всю поверхность турбины. К сожалению, такая система хорошо работала только с роторнопоршневыми двигателям Ванкеля.

Более удачной  оказалась идея с несколькими  поворотными лопатками, закрепленными  в специальной обойме. Они регулировали скорость и давление потока отработавших газов в зависимости от режима работы. В грузовых автомобилях первой удачно применила этот метод фирма Mitsubishi в середине 80х, а в легковых – Audi и Volkswagen в 1995 году. Позже VTG турбокомпрессоры обзавелись легковые дизели BMW и MercedesBenz, а также AlfaRomeo. К слову, нечто подобное устанавливалось на советские танковые дизели с середины 60х.

Но пока, к  сожалению, такая система прижилась  только на дизельных моторах. Дело в  том, что нежный направляющий аппарат  теряет подвижность после долгой работы при высоких температурах выхлопных газов. Сравним 1050°С для бензинового двигателя и всего 600°С для дизеля. Кроме того, турбина с переменной геометрией дороже, чем обычная. А ее надежность и долговечность поменьше. Поэтому в ближайшее время вопрос о том, каким должен быть идеальный турбокомпрессор, остается открытым. Один из перспективных путей – применение комбинированного наддува. К примеру, на малых оборотах воздух в цилиндры нагнетает приводной компрессор, а уже со средних в дело вступает турбонаддув. 

 Словарь терминов 

Турбокомпрессор - основной агрегат турбокомпрессорного  двигателя, состоящий из компрессора (воздушный насос) и газовой турбины. Эти два механизма связаны  между собой при помощи общей  жесткой оси. Иногда турбокомпрессор  применяют для наддува поршневых двигателей внутреннего.  

Компрессор –  Механизм предназначенный для повышения  давления воздуха подаваемого в  цилиндры двигателя.  

Турбина - (французское turbine, от лат. turbo, родительный падеж turbinis - вихрь, вращение с большой  скоростью), двигатель, приводимый в движение энергией подводимого рабочего тела (газ, пар, вода). В турбокомпрессоре энергия, вырабатываемая турбиной, приводит в движение компрессор.