Как подобрать турбину на бензиновый двигатель

Как выбрать турбину для двигателя

Мощность любого автомобильного движка можно увеличить благодаря установке турбины. Только этот элемент, увеличивая плотность поступающего в цилиндры воздушного потока, обеспечивает сжигание большего объема топлива. Каждый водитель знает, что от количества сжигаемого топлива напрямую зависит величина передаваемого на коленвал момента вращения.

Преимущество работающих с турбинами моторов заключается в наличии возможности значительно увеличить уровень давления. Турбины работают по следующему принципу. Этот элемент в себя включает две составляющие: саму турбину и компрессор. Посредством проходящего сквозь выхлопного газа начинает вращаться крыльчатка, кручение которой передается на компрессор. Задачей же приведенного в действие расположенного на компрессоре вентилятора является нагнетание воздушных потоков в цилиндровые камеры мотора.

Каждый знает, что давление будет расти с увеличением поступающего в движок воздушных потоков. Отметим, что нельзя в движке бесконечно увеличивать давление, иначе, к примеру, при переводе турбонагнетателя в режим работы под высокой нагрузкой из-за возникновения проблем, связанных с обратным давлением, лишним теплом и пульсацией на корпусной поверхности турбин появляются трещинки, сократиться рабочий ресурс подшипников, возникнуть масляная протечка и повредиться сам мотор. По этой причине давление нужно увеличивать в пределах нормы.

Как заменяют турбонагнетатели

В стандартных условиях в процессе замены турбонагнетателя выполняют установку компрессора высокопоточного типа и иногда турбинной крыльчатки с большими параметрами. Делается это с целью достижения эффекта обратных процессов, заключающихся в снижении силы действия выхлопов на работу, что приводит к снижению быстроты их работы и давления вначале вращения. Для пропуска большего объема выхлопов для турбин и компрессоров предусмотрен корпус с большими параметрами.

В некоторых машинах ставится рекомендованный предприятием-изготовителем турбонагнетатель, в котором с правильными размерами выходного и входного проходов. Зачастую автомобилисты отдают предпочтение «гибридным», вырабатывающих мощность, отличную от обеспечиваемой стандартными типами мощности. Иногда выполняют замену износившегося из-за повышения давления 180-градусные подшипники упорного типа на более устойчивые 360-градусные аналоги.

Для экономных водителей отличным вариантом замены турбонегнетателей является использование японских б/у запчастей, размеры и большой ассортимент которых предлагаются на любом авторынке. При этом турбину подбирают по объему и размерам движка.

Особенности турбонегнетателей

Турбонаддув стандартного типа. Современные элементы зачастую производятся с использованием керамики, имеющей по сравнению со сталью меньшую плотность, что способствует уменьшению инерции и скорому раскручиванию детали. Производство некоторых современных турбин выполняется с использованием никелевого сплава. Выполненные из керамики турбонагнетатели улучшают возможности мотора (по сравнению с никелевыми аналогами), но использование этого чувствительного к действиям проходящих через выпусковый коллектор вредных веществ приводит к ее скорому повреждению. В турбинах снижение трения и приращение выпусковой силы достигается посредством шариковых подшипников. К примеру, роллерная или шарикоподшипникового типа Garrett, крепящаяся на шести болтах, устанавливается многими знаменитыми компаниями при изготовлении машин.

Турбонагнетатели с раздвоенным выходом. В этом виде улучшенная отдача достигается посредством предусмотренных разработчиками раздельных путей, проходящих к турбине. Этот вид турбонагнетателя устанавливается многими компаниями при оказании тюнинговых услуг.

Установка перепускных клапанов. Посредством этого элемента некоторый объем выхлопов пускается в обход. Это дает возможность ограничить быстроту оборачиваемости и давления на выпусковом коллекторе. Они устанавливают с целью обеспечения проходящего через турбину ограниченного воздушного потока во избежание повреждения мотора. Внутренние клапаны устанавливают вместе с турбиной, внешние – в отдельности от нее.

Выбор

Перед покупкой турбонагнетателя нужно определиться с тем, до какой мощности автомобилист хочет разогнать свою машину, сколько он готов за это заплатить, сможет ли система выдержать дополнительную нагрузку.

Будет ли машина участвовать в гонках, или использоваться для повседневных задач? В зависимости от этого выбирается размер интеркулера и турбины. Отметим, что производительная работа также зависит от выбора трансмиссии.

При выборе нужно также учитывать:

Заключение

Следует помнить, что правильно выбранная турбина способна улучшить работу машины и мощность силового агрегата. В то же время ошибочно выбранный турбонагнетатель может привести к полному краху всех автомобильной системы. По этой причине заказ турбины лучше проводить в надежном и проверенном магазине, где детали продаются не первый год и работают специалисты с опытом.

Правильный подбор устройства способствует как открытию новых возможностей автомобиля, так и обеспечению качественной работы мотора и всей автомобильной системы в целом.

Источник

Турбина на бензиновый двигатель

Как правильно выбрать турбонагнетатель?

Турбокомпрессоры для бензиновых двигателей спроектированы на работу в условиях невысокого повышения давления. Поэтому, перед там как купить турбину, нужно решить какой уровень мощности вам нужен от двигателя. При расчете уровня мощности нужно принимать в расчет в каких условиях вы собираетесь использовать машину.

Если вам нужна большая скорость, то нужно устанавливать большой турбонагнетатель. Это связано с тем, что давление наддува может превышать давление в выхлопном коллекторе в 2,5 раза. Турбины небольшого размера быстро доходят до потолка своих возможностей. Кроме того, турбированные двигатели более экологические, поскольку уменьшают количество выхлопных газов. Они имеют хорошую тягу на низких оборотах и, как следствие, не нагружают двигатель при быстром ускорении.

Преимущества турбированных двигателей:

Как правильно эксплуатировать турбины на бензиновом двигателе

Существенно продлить срок жизни турбонагнетателя и предотвратить его поломку можно проводя постоянный контроль за уровнем масла в системе. Этим, казалось бы, нехитрым советом часто пренебрегают и это становится причиной поломки турбины в 90% случаев!

Достаточно 5 секунд турбине проработать без масла, чтобы выйти из строя. Вот почему нужно регулярно проверять уровень масла и добавлять в случае нехватки. Если же вы заметили, что стали слишком часто доливать масло, то это может быть сигналом того, что сломался масляный насос. Также нужно правильно выбирать масло. Во время работы автомобиля масло подвергается воздействию высоких температур. Мастера не рекомендуют одновременно использовать масло с разной вязкостью, иначе можно получить нерастворимый осадок. В холодное время года позволяйте машине некоторое время поработать на холостом ходу. А перед тем как заглушить мотор, дайте ей немного остыть.

Продажа восстановленных турбонагнетателей в Украине

Вторая наша специализация – капитальный ремонт турбонагнетателей. На все выполнение нами работы мы предоставляем гарантию в 1 год. Само восстановление займет 1-2 дня. У нас также можно приобрести оригинальные ремкомплекты и наборы уплотнителей для самостоятельного ремонта.

Мы приглашаем к сотрудничеству СТО и частных мастеров. Подробнее об условиях сотрудничества можно прочитать на сайте или обсудить с менеджером в телефонном режиме.

Источник

Как выбрать б.у. турбину в хорошем состоянии?

Современные дизельные и бензиновые двигатели повально оснащаются турбонаддувом. Турбина дала моторам мощность, а владельцам — прибавила новых хлопот.

Устройство и принцип работы турбины на двигателе

Турбина — народное название узла, который называется турбокомпрессор. В устройстве его есть три основных компонента:

В корпусах крыльчаток создаётся повышенное давление газов, а в картридже турбины происходит их разряжение.

Внутри картриджа можно обнаружить вал (ротор) с закреплёнными на концах крыльчатками турбины и компрессора; в среднем на крыльчатках от 9 до 12 лопастей. Ротор крепится на подшипниках-втулках, которые удерживают и вращают его. Популярность набирают турбокомпрессоры с шариковыми подшипниками.

В любом случае ротор вращается на тонком слое моторного масла, которое подаётся в картридж на подшипники. Стальные уплотнительные кольца в корпусе турбины и компрессора, установленные с осевым и торцевым зазором, предотвращают потери масла в корпусе турбины и нагнетателя.

Принцип действия турбины простой: поток выхлопных газов раскручивает крыльчатку турбины. Вместе с тем в движение приходит крыльчатка компрессора, нагнетающая давление. Максимальная производительность достигается, когда двигатель «раскручен» и потока выхлопных газов хватает для мощного наддува. А вот чтобы заставить компрессор работать чуть ли не с оборотов холостого хода, применяются сложные комплексные решения.

Управляют производительностью турбокомпрессора с помощью перепускного клапана, например. Тот открывается, когда турбина выходит на предел своей мощности, чтобы выхлопные газы уходили в выхлоп, минуя турбину: достигается это работой пневматического актуатора. Перепускные клапаны применяют на турбинах бензиновых и дизельных ДВС.

Другой, более сложный, вариант управления работой турбины состоит в контроле потока отработавших газов. Например, в «улитке» горячей части турбины на пути газов монтируют лопатки с регулируемым углом атаки: на малых оборотах угол большой, лопатки направляют ОГ на лопасти турбины, а на больших оборотах лопатки перегораживают поток газов.

Такие турбины называются турбокомпрессорами с управляемой геометрией. Управляет положением лопаток превмопривод либо электропривод с сервомотором; последний сложнее ремонтировать и калибровать.

Такие турбокомпрессоры применяются только на дизельных ДВС, единственное исключение — оппозитные бензиновые ДВС спорткаров «Порше». Причина в экстремально высокой температуре ОГ бензиновых двигателей, которая требует коррекции за счёт дорогих жаропрочных компонентов турбины.

Для мощных ДВС, которые часто раскручиваются до высоких оборотов, производители предусмотрели перепускной клапан впускного коллектора: он стравливает излишек давления наддува, если после интенсивного разгона водитель отпускает педаль газа, то есть поток и давление воздуха на впуске из-за закрытого дросселя остаётся высоким, как и нагрузка на крыльчатку компрессора.

Виды современных турбокомпрессоров

Турбины делятся на виды не только в зависимости от типа управления. Встречаются одиночные и парные турбины, последние отличаются двойным, тройным или даже четверным наддувом. Разумеется, такие усовершенствования не обходятся без сложной конструкции впускного и выпускного коллектора, обводных каналов перепускных клапанов (для ступенчатого наддува) или параллельной работы нескольких турбин.

Отдельно можно выделить твинскрольные турбины, которые применяют на бензиновых легковых и дизельных грузовых автомобилях. Особенность их в том, что потоки выхлопных газов собирают два отдельных канала, и на крыльчатку ОГ поступают тоже по раздельным каналам. Такое решение улучшает топливную экономичность.

Популярны сейчас турбокомпрессоры с электрическим приводом, которые не используют работу ОГ вообще: крыльчатка турбины заменена мощным электромотором, а вот компрессор традиционный.

Как и зачем меняют турбину на двигателе

В среднем турбокомпрессор живёт 150-250 тыс. км, всё зависит от условий эксплуатации. Важно соблюдать правила использования турбокомпрессора, иначе даже после замены детали она вскоре тоже выйдет из строя.

Турбина плохо переносит некачественное или неподходящее по вязкости моторное масло. Проблемы с грязным воздушным фильтром, заросшим нагаром сажевым фильтром и катализатором тоже служат приговором даже для новой детали.

Опасность заключается в том, что выход турбины из строя — первый симптом умирания двигателя. Например, турбина вышла из строя от того, что в масло попала стружка от трущихся металлических деталей. Можно поменять масло, установить новую турбину — но проблема вышедших из строя элементов двигателя останется, сам он проходит ещё пару тысяч километров, а затем «стуканёт». Поэтому крайне важно не относится к замене турбокомпрессора беспечно, а выявить и устранить все возможные проблемы.

Обязательно перед заменой турбокомпрессора:

Обратите внимание: при установке новой турбины не нужен герметик, используется только новый ремкомплект (прокладки, уплотнители и другие расходники).

К тому моменту, как установленная турбина начнёт свою работу, в картридже должно быть немного свежего масла: иначе подшипники какое-то время будут работать на сухую и гнать стружку.

Запускают двигатель с поменянной турбиной, отключив подачу топлива в цилиндр: только так получится создать нужное давление смазки в системе.

Наконец, остаётся вопрос выбора турбины для замены штатной, вышедшей из строя. Конечно, можно заказать новый турбокомпрессор с завода или через дилера. Но если вы хотите сэкономить, рекомендуем присмотреться к вариантам б.у. турбин, которые стояли на таких же машинах. Выбрать хорошую ресурсную деталь с европейского автомобиля и сэкономить при этом хорошие деньги поможет RetailMotors.by.

Расскажем основные правила выбора б.у. турбокомпрессора на разборке.

Как выбрать б.у. турбину в хорошем состоянии с разборки

Разумеется, это будет деталь с частично выработанным ресурсом, но это будет полностью оригинальная деталь, без китайских расходников и no name картриджей.

Во-вторых, обращайте внимание на важные детали при выборе б.у. турбины.

Перечислим основные моменты:

Итого

Покупка б.у. турбокомпрессора — хороший выход в тех случаях, когда родная турбина вышла из строя. Главное правильно выбрать деталь и не экономить на диагностике проблем, которые привели к поломке турбины, чтобы не столкнуться с выходом из строя мотора впоследствии.

Качественные ресурсные турбокомпрессоры найдёте в каталоге разборки автомобилей с площадок в Германии и США RetailMotors.by.

Качественные запчасти для вашего автомобиля предлагает наша разборка

ООО «РитейлМоторс» УНП 191477517, з арегистрировано Мингорисполкомом 20 марта 2012г.
Регистрационный номер в торговом реестре 402310, д ата регистрации 11 января 2018г.
Юридический и почтовый адрес: 220020 г. Минск, ул. Тимирязева, д. 85а, пом. 204

Источник

Как выбрать турбину для двигателя

Распространенный вопрос среди владельцев авто “Какую турбину поставить?” является первостепенным, т.к. именно с этого начинается путь модернизации авто для получения желаемой скорости езды. Производители предлагают огромный выбор данных агрегатов, каждый из которых отличается индивидуальными ТТХ.

Принцип действия турбины заключается в следующем: при прохождении выхлопных газов, крыльчатка начинает вращаться, обороты которой передаются на компрессор. Далее вентилятор на нем нагнетает воздух в камеры цилиндра ДВС, где и происходит сгорание топлива.

Увеличение давления происходит с поступлением в двигатель воздушных потоков. До бесконечности нагнетание выполнять нельзя, т.к. это приведет к потере прочностных характеристик (повреждения корпуса), снижается эксплуатационный ресурс или возникнет протечка масла, которая приведет в негодность ДС. Потому, нужно выполнять это в допустимых значениях.

Как заменяют турбонагнетатели

Замена турбированного наддува подразумевает установку высокопоточного нагнетателя воздуха. В некоторых случаях выполняется монтаж турбинной крыльчатки с соответствующими характеристиками. Это необходимо для получения эффектов обратного действия, которые заключаются в уменьшении силы действия, что становится причиной их замедления в начале работы и снижению давления вначале вращения.

Чтобы пропускать большое количество выхлопов для функционирования турбины предусмотрены корпуса с улучшенными техническими характеристиками.

Для тех, кто хочет сэкономить, оптимальным вариантом является использование б/у деталей японского производства. Особенность данных запчастей заключается в вариативности размеров и предлагаемого ассортимента, который можно встретить на любом автомобильном рынке. Турбина подбирается по объему и размерам двигателя, что нужно запомнить.

Нагнетатели воздуха делятся на следующие разновидности:

Подобрать турбину на двигатель, не учитывая выше предложенной информации затруднительно или даже невозможно для незнающего пользователя.

Выбор

В случае отсутствия знаний по поводу вопроса “Как подобрать турбину?” нужно запросить помощь у соответствующего специалиста, который изучив все аспекты, особенности авто и пожелания владельца, выберет подходящую установку для нагнетания воздуха. Самостоятельный подбор без навыков и нужной информации приведет к пустой трате средств или выходу из строя авто (возможность его починки обойдется в десятки, если не в сотни раз дороже покупки подходящего агрегата).

Заключение

Нужно помнить, что верно подобранная турбинная установка позволяет сделать работу ДВС эффективней и повысить его мощность, гарантируя увеличение скорости (то, ради чего и ставится турбина). При этом, неправильно подобранный нагнетатель воздуха приведет к поломке силовой системы.

Источник

Как подобрать турбину на бензиновый двигатель

Выбор турбины и расчёт производительности

Выбор турбины.

Размер колеса компрессии и выбор ротора турбины для проекта, значительно влияет на степень успеха, который будет иметь система. Это никоим образом не значит, что вал турбины и колесо компрессии только этого размера будут работать при заданных условиях. Компромиссы между задержкой, порогом наддува, тепловыделением, моментом на низких оборотах и мощностью — это переменные оптимизационной модели в процессе определения соответствия турбонагнетателя предъявляемым требованиям. Эти требования могут быть уточнены путем внесения в список обязательных рабочих характеристик для данного транспортного средства.

Классический турбонагнетатель.

Цели могут быть различны в случаях автомобилей для повседневного использования, автомобилей с рекордной максимальной скоростью, автомобилей для дрэг-рейсинга, уличных супер-каров, настоящих гоночных автомобилей, и даже для транспортных средств, называемых пикапами. Определяющими критериями будут параметры вроде желательного порога наддува, пика момента и расчетной мощности. Транспортные средства с высокой максимальной скоростью требуют больших турбин, уличные автомобили более требовательны к моменту на средних оборотах, а низкоскоростные утилитарные транспортные средства нуждаются в небольших турбинах. Как выбрать подходящий турбонагнетатель в каждом конкретном случае и какие нюансы наиболее важны, мы обсудим в этой статье.
Чтобы пояснить, насколько могут различаться турбонагнетатели различного назначения, сравним эти устройства на Nissan 300ZX и на Porsche 911. Эти два автомобиля имеют сходные размеры, вес и рабочий объем двигателя, и все же их турбины существенно различаются. По размеру турбонагнетателя Porsche достаточно легко заметить, что конструкторы Porsche точно знали, что они хотели. Они установили большой турбонагнетатель на 911 по трем основным причинам:

Конструкторы Nissan, с другой стороны, имея намного более благоприятный с точки зрения тепловыделения двигатель с водяным охлаждением, были свободнее в выборе турбонагнетателя для почти немедленной реакции прямо с холостых оборотов. Этот небольшой турбонагнетатель дает быструю реакцию наддува в обмен на крайне высокое противодавление на выпуске и высокую температуру воздуха на впуске. Nissan, очевидно, не стремился получить серьезную мощность, поскольку они не посчитали необходимым установить какой-нибудь интеркулер для снижения этой высокой температуры. Их целью, кажется, был автомобиль, нацеленный на разгон от 0 до 60 км/ч. Конечно, они были нацелены на совершенно не такого покупателя, каким является клиент Porsche. Хотя Porsche был объявлен всеми его дорожными испытателями ярчайшим примером конструкции с высоко инерционным турбонагнетателем, этот путь был выбран из-за меньшего нагрева. Небольшие турбонагнетатели не могли быть использованы на 911 вследствие тепловых ограничений двигателя с воздушным охлаждением, и, конечно, из-за того, что целью была серьезная мощность. Porsche, тем не менее, вполне можно назвать примером замечательно выполненной работы. Nissan же выступает в качестве примера продажи большого количества автомобилей большому количеству людей.

Базовые руководящие принципы

Влияние размеров колеса компрессора и ротора турбины на характеристики системы, будет целиком следовать этим руководящим принципам:

Колесо компрессора

Колесо компрессора имеет определенную комбинацию расхода воздуха и давления наддува, при которой он является наиболее эффективным. Хитрость в выборе оптимального размера колеса компрессора состоит в том, чтобы расположить точку максимальной эффективности в наиболее используемом диапазоне оборотов двигателя. В процессе выявления наиболее полезного диапазона оборотов придется немного подумать. Не забывайте, что всегда, когда эффективность компрессора снижается, тепловыделение, производимое турбонагнетателем, увеличивается. Если был выбран такой размер турбонагнетателя, что максимальная эффективность приходится на первую треть диапазона оборотов двигателя, эффективность на максимальных оборотах и в близких к тому режимах будет настолько низкой, что температура воздуха на впуске будет просто обжигающей. В другом крайнем случае, если максимальная эффективность системы достигается ближе к предельным оборотам двигателя, температура на средних оборотах вполне способна выйти за разумные пределы. Нагнетатель такого размера был бы полезен только для двигателя, работающего на этих оборотах. Где-то в середине диапазона оборотов двигателя находится наилучшее место, чтобы расположить там точку максимальной эффективности компрессора.
Большие или малые размеры компрессора не оказывают критического влияния на инерционность турбонагнетателя или на порог наддува. Рабочее колесо компрессора — самая легкая вращающаяся часть турбонагнетателя, следовательно, его вклад в полную инерцию вращающегося ротора довольно низок. Порог наддува — главным образом функция скорости турбонагнетателя, которая управляется ротором турбины.

Когда точка максимальной эффективности находится на более высоких оборотах, это означает более низкую температуру воздуха в этом режиме. Более низкая температура даёт более плотный воздух, который облегчает пик момента на более высоких оборотах.

В конечном счете, реальная потребительская ценность выбранного оборудования будет зависеть не только от мощности, термодинамических коэффициентов или числа турбин. Скорее, это будет выражаться в том, каким образом Ваша машина ведет себя на дороге. Она в самом деле быстра, и ее скорость прекрасно Вами ощущается? Она действительно отзывчива на педаль и легко бежит? Она плавно и непринужденно разгоняется до максимальных оборотов? Она заставляет Вас улыбаться, когда никто вокруг не увидит вашей улыбки?
Начните с выбора нескольких кандидатов на роль Вашего турбокомпрессора, чьи степень повышения давления и расход воздуха, согласно их картам, находятся в требуемом диапазоне оборотов при значении эффективности не ниже 60 %. Когда Вы отсеете заведомо непригодные устройства и остановитесь на двух-трёх вариантах, необходимо будет произвести некоторые расчеты, чтобы выбрать между ними.

Ротор Турбины.

Задача ротора турбины — осуществлять привод колеса компрессора, при этом он должен раскручивать его до достаточных оборотов, чтобы он мог обеспечить требуемый расход воздуха при заданном давлении наддува. Небольшая турбина будет вращаться быстрее, чем большая при той же энергии выхлопных газов. Однако меньшая турбина является большим сужением на пути потока этих газов, что приводит к образованию обратного давления между турбиной и камерой сгорания. Обратное давление — нежелательный побочный эффект турбонагнетателя, и нужно иметь это в виду. В действительности, при выборе турбины нужно ориентироваться на обороты, достаточные для обеспечения желаемой реакции и давления наддува, воздерживаясь от минимизации обратного давления.

Выбор размера колеса компрессора.

Необходимо выработать в себе понимание требуемых степени повышения давления, расхода воздуха, его плотности и эффективности компрессора прежде, чем приступать к выбору колеса компрессора подходящего размера.

Зависимость относительной плотности от степени повышения давления. Плотность падает при увеличении температуры,
поэтому фактическая степень увеличения массы воздуха всегда меньше чем степень повышения давления.

Степень повышения давления

Степень повышения давления рассчитывается как полное абсолютное давление, произведенное турбокомпрессором, разделенное на атмосферное давление. Абсолютное давление означает давление выше ноля. Отсутствие давления это ноль, атмосферное абсолютное давление составляет 1 бар. 0,5 бара наддува создают 1,5 бара абсолютного давления, 0,8 бара наддува это 1,8 бара абсолютного давления и так далее. Таким образом, абсолютное давление — это показания манометра плюс 1 бар. Другими словами, степень повышения давления является значением произведенного давления относительно атмосферного.

Относительная плотность

В конечном счете, мощность, полученная от использования турбонаддува, зависит от числа молекул воздуха, упакованных в каждый кубический сантиметр объема. Это называется плотностью воздушного заряда. При прохождении через систему турбонаддува плотность немного изменяется. Когда воздушные молекулы принудительно «утрамбовываются» в нагнетателе до некоторой степени сжатия, плотность не увеличивается на то же самое значение, потому что при сжатии увеличивается температура, и воздух расширяется обратно в прямой зависимости оттого, насколько он нагрет. Хотя воздушный заряд после сжатия окажется более плотным, его плотность будет всегда меньше, чем степень повышения давления. Усилия разработчиков, направленные на использование эффективных турбокомпрессоров и промежуточных охладителей позволяют относительной плотности все ближе и ближе приблизиться к значению степени сжатия, но полное совпадение величин никогда не достигается.

Расход воздуха

Расход воздуха через двигатель обычно измеряется в кубических метрах воздуха в минуту при стандартном атмосферном давлении. Технически правильный, но реже используемый термин — килограммы в минуту. Мы будем использовать полуправильный термин «кубические метры в минуту».
Для вычисления расхода воздуха в двигателе без турбонагнетателя т.е. при отсутствии наддува:

Здесь расход воздуха выражается в м3, а объем в см3, 0,5 означает, что у четырехтактного двигателя воздух в цилиндр поступает только во время одного оброта из двух, Ev — объемная эффективность. Чисто 1000000 служит для конвертации кубических сантиметров в кубические метры.
Пример: Пусть объем двигателя = 2000 см3, частота вращения двигателя = 5500 мин-1, и Ev = 85 %.

Значение расхода воздуха для четырех тактных двигателей. Выберите объем двигателя (ось абсцисс) и обороты в минуту, на оси ординат отсчитайте расход.

КПД колеса компрессора

Эффективность (КПД) колеса компрессора — это показатель того, как хорошо колесо компрессора может сжимать воздух, не нагревая его в большей степени, чем диктуют законы термодинамики. Термодинамика говорит, что температура воздуха должна увеличиваться пропорционально степени повышения давления. Такое увеличение температуры наблюдалось бы в идеальных условиях. Однако фактически температура всегда выше, чем в термодинамических расчетах. Измеренное увеличение температуры, конечно, является фактической температурой. Эффективность (КПД) — расчетное увеличение температуры, разделенное на её фактическое увеличение. По сути, эффективность — мера термодинамического совершенства компрессора.
Центробежные турбокомпрессоры имеют максимальный КПД порядка 70%. Выбор размера колеса компрессора становится, главным образом, вопросом того, где достигает максимума эффективность турбокомпрессора относительно характеристик расхода системы двигатель/турбина. Если Вам понятен физический смысл степени повышения давления, относительной плотности, расхода воздуха и эффективности компрессора, основная информация, необходимая для выбора компрессора под Ваши задачи, находится у Вас в руках.
Принято считать, что до 0,5 бара — низкое давление наддува, 0,5 — 0,8 бара — среднее, и более 0,8 бара — высокое давление наддува. В дальнейшем, на примере двигателя объемом 2000 см3 с несколькими вариантами компрессоров будут показаны примеры вычислений и поиска максимума эффективности.
На рисунке показано влияние эффективности компрессора на температуру впускного воздуха. Вообще, КПД компрессора без промежуточного охладителя должен составлять по меньшей мере 60%. Если система включает промежуточный охладитель, минимальный КПД может быть несколько меньше.

Зависимости давления воздуха, температуры и относительной плотности от высоты места

Компрессор G/t GT2860RS. Цифры справа — число оборотов турбины в минуту. Видно, что линия соединяющая точки PR=1 и РК=1,8 проходит за границей устойчивой работы компрессора.

Компрессор G/t GT2557R, не смотря на КПД, меньший чем у G/t GT2860RS, лучше подходит для заданного применения.

Характеристики переходных процессов колеса компрессора в случае конкретного применения также должны быть исследованы перед окончательным выбором. Это может быть сделано довольно простым способом. Предположим, что желаемая степень сжатия достигается на 50 % от максимальных оборотов двигателя. Отметьте эту точку на диаграмме турбокомпрессора. Выше был упомянут пример с оборотами в минуту = 2750, что соответствует точке с расходом воздуха 4,27 м З /мин и PR = 1,8. Постройте линию от этой точки до точки, соответствующей PR = 1 и значению расхода, равному 20% от максимального, что в нашем случае составит 1,68 м 3 /мин. Принципиально важно, чтобы эта линия полностью располагалась справа от линии на карте компрессора, обозначенной как граница помпажа. Граница помпажа (граница устойчивой работы) не всегда подписывается на картах турбокомпрессора, но Вы можете смело полагать, что ею является крайняя левая линия. Этот пример показывает, что компрессор G/t GT2557R, при КПД 71%, лучше подходит для выбранного применения чем G/t GT2860RS, с КПД 75%.

Температура нагрева воздуха в компрессоре в зависимости от степени повышения давления. Вот почему все хотят обеспечишь самую высокую возможную эффективности турбокомпрессора: большая эффективность — более низкая температура.

Выбор размера ротора турбины

Предполагаемое применение системы двигатель+турбонагнетатель является также основным критерием при выборе размера ротора турбины, поскольку определяет выбор между моментом на низких, средних или максимальных оборотах двигателя. При этом выборе приходится иметь дело с двумя величинами: основной размер ротора турбины и отношение площадь/радиус (A/R).

Основной размер ротора турбины

Предполагается, что основной размер ротора турбины характеризует её способность производить мощность на валу, необходимую для привода колеса компрессора при желаемом расходе воздуха. Поэтому большие турбины, вообще говоря, обеспечивают более высокие отдаваемые мощности, чем небольшие. Для простоты картины оценивать размер турбины можно по диаметру её выходного отверстия. Строго говоря, это является упрощением теории турбин, однако на практике такой подход даёт возможность оценить способность турбины обеспечить тот или иной расход.

Диаграмма диаметра выходного отверстия ротора турбины относительно расхода воздуха на впуске — не точный инструмент для выбора, но приблизительный критерий первоначального отсеивания.

Определение диаметра выходного отверстия

Разумный метод выбора ротора турбины состоит в том, чтобы проконсультироваться с источником, у которого Вы приобретаете турбокомпрессор. Конечно, при выборе будет существовать возможность допустить ошибку в ту или иную сторону. И так как выбор происходит в пределах первоначального предназначения системы турбонаддува, имеет смысл выбирать каждый раз запас в большую сторону.

Приблизительный диаметр выходного отверстия ротора турбины, требуемый для привода колеса компрессора при заданном расходе воздуха

Определение отношения A/R

Все «А», разделенные на соответствующие им «R», дадут одинаковый результат:

где A-площадь, R-радиус

«R» тоже оказывает сильное влияние на управление скоростью ротора турбины. Представьте, что кончики лопаток ротора турбины движутся с той же скоростью, что и газ, когда он попадает на лопатки. Отсюда легко понять, что чем меньше «R», тем выше частота вращения ротора турбины. Следует заметить, что увеличение «R» дает прирост момента на валу турбины для привода рабочего колеса компрессора, поскольку та же самая сила (поток выхлопных газов) прикладывается на большем плече рычага (R). Это позволяет приводить большее рабочее колесо компрессора, если этого требуют условия применения. Тем не менее, чаще всего при выборе турбины варьируют параметр «А», в то время как радиус остается постоянным.

Увеличение скорости вращения турбины, которая зависит от отношения А/R, почти всегда достигает с изменением площади выходного сечения кожуха турбины при остающемся неизменном радиусе.

Выбор, который кажется логичной отправной точкой для отношения A/R — это одно, а фактически полученный правильный результат — это совсем другое. Обычно неизбежны пробы и ошибки.

Эффект изменения отношения А/R,все прочие параметры неизменны.

Разумный выбор может быть обоснован количественным образом или, в некоторой степени, качественной характеристикой адекватности реакций турбо системы. Количественная оценка требует измерения давления в выпускном коллекторе или на входе турбины и сравнения его с давлением наддува. Результатом неправильного выбора отношения А/R может стать увеличение инерционности наддува, если отношение слишком велико. Отношение А/R может быть столь большое, что не позволит турбокомпрессору развить обороты, достаточные для достижения желаемого давления наддува. Если отношение, напротив, чрезмерно мало, реакция турбокомпрессора может быть столь быстра, что будет казаться нервной и трудной для управления. Результат проявится и в виде отсутствия мощности в верхней трети диапазона оборотов двигателя. Это будет похоже на атмосферный двигатель с небольшим карбюратором, у которого закрыта воздушная заслонка.

Разделенный выхлопной коллектор

Разделенный выхлопной коллектор позволяет импульсам выхлопных газов быть сгруппированными (или отделенными) по цилиндрам на пути к турбине. Ценная идея такого технического приёма состоит в том, чтобы донести энергию каждого импульса выхлопа к турбине нетронутой с энергией других импульсов. Это может давать ротору турбины немного больший толчок, который заставит ее вращаться. Если рассматривать случай абсолютного разделения импульсов и энергии, подводящихся по выхлопным каналам от восьмицилиндрового двигателя, то ротор турбины получит большее количество энергии, чем это необходимо почти в любой ситуации. Таким образом, разделенный выхлопной коллектор не будет давать значительного улучшения на V8 с одним турбонагнетателем. Для сравнения, четырехцилиндровый двигатель, в котором один рабочий ход происходит каждые 180° вращения коленчатого вала, нуждается во всей энергии, которую он может получить от каждого выхлопного импульса. Сохранение этих импульсов изолированными и не подверженными интерференции позволит получить некоторые улучшения.

Улитка турбины с разделенным входом теоретически дает небольшое преимущество в характеристиках, обеспечивая подачу импульсов выхлопа в плотной связке к ротору турбины. Этот эффект более заметен в случае двигателей с меньшим числом цилиндров, имеющих таким образом меньшее количество импульсов за каждый оборот двигателя

Две турбины или одна?

Существуют несколько причин для ложного предоставления о целесообразности использовании двух турбин там, где могла бы работать одна. Вероятно, наиболее популярное мифическое преимущество двух турбин взамен одной связано со снижением инерционности. Это заблуждение вообще трудно оправдать. Разделение пополам энергии выхлопа, подаваемой в каждую из двух турбин пропорционально квадрату инерции и кубу расхода газов, необязательно способствует уменьшению инерционности. Несколько турбин подразумевают большее количество мощности, которая зависит от эффективности турбокомпрессора. При прочих равных условиях, выбор турбины большой более эффективен, чем малой.

Для использования двух турбин должны существовать серьезные основания. В частности, такой вариант может быть актуальным в случае V-образных или горизонтальных оппозитных двигателей. Конструкция выпускного коллектора — один из ключей к получению большой мощности, и компоновка с двумя турбонагнетателями, вообще говоря, может сделать конструкцию более совершенной. Потери тепла в окружающую среду из перекрестной трубы в V-образных двигателях может быть значительна. Помните, что это та самая теплота, которая приводит в действие турбину.

Компоновка с двумя турбонагнетателями обычно требует двух вестгейтов. Другая, не менее важная задача — синхронизация этих двух вестгейтов, может быть достигнуто намного лучшее управление скоростью турбины при низких давлениях наддува. Стабильность давления наддува при высоких расходах газов также улучшена. Если используются внешние вестгейты, в отличии от интегрированных, фактическое проходное сечение для отработанных газов может быть увеличено, установив отдельные выхлопные трубы для вестгейтов.

Большая площадь сечения выхлопа для турбины — это всегда усовершенствование системы. Выхлопные трубы от двух турбин будут фактически всегда давать большее увеличение расхода. Например, две трубы диаметром 50 мм обеспечивают существенно большее проходное сечение, чем одна труба диаметром 75 мм.

Еще одна причина превосходства двух турбин при известных условиях то, что теплота разделяется между двумя агрегатами, позволяя каждому, работать с более низким подводом тепла. Теплота, поглощенная материалом турбонагнетателя пропорциональна температуре газов и их массовому расходу. Температура останется тот же самой, но массовый расход газа будет уменьшен вдвое. Таким образом рабочую температуру турбокомпрессора можно понизить, а его предполагаемый срок службы несколько увеличить.

Полезные детали конструкции:

Корпус турбины с жидкостным охлаждением.

Корпус турбины с жидкостным охлаждением — разновидность конструкции, которая может увеличить срок эксплуатации турбокомпрессора в среднем в два раза. Наличие потока охлаждающей жидкости существенно снижает нагрев смазочных материалов при их прохождении через подшипники. Пониженные температуры предохраняют масло от превращения в то, что называют маслом марки X в рекламе Mobil 1. Твердые отложения, накапливающиеся внутри турбокомпрессора, блокирующие, в конечном счете, поток масла и убивающие турбокомпрессор, являются страшной болезнью, названной «закоксовка среднего корпуса турбины» Жидкостно охлаждаемый корпус был создан, потому что слишком многие владельцы автомобилей не удосуживались менять масло по графику, продиктованному наличием турбокомпрессора. Как ни странно, присутствие корпуса турбины с жидкостным охлаждением не предполагает серьезное увеличение интервалов замены масла.

Поворот улитки турбонагнетателя.

Возможность поворота одной улитки турбокомпрессора относительно другой является полезной особенностью конструкции. Хотя интегрированный весггейт предлагает ряд удобств при проектировании неспортивных систем турбонаддува, он обычно не позволяет улиткам турбокомпрессора поворачиваться на 360″ относительно друг друга. Ограничение поворота улиток может серьезно препятствовать свободе компоновки системы турбонаддува в моторном отсеке.

Соединения турбонагнетателя.

Фланцы кожуха турбины, которые соединяют турбокомпрессор с выпускным коллектором и выхлопной трубой — два наиболее вероятных места неисправностей в системе. Тепловые деформации, конструкция крепежа и прокладок — всё это нельзя сбрасывать со счетов. Вообще говоря, фланцы с большим количеством крепёжных элементов и более толстыми улитками перенесут нагрев с меньшим количеством проблем. Некоторые роторы турбины изготовлены из жаропрочных сплавов с повышенным содержанием никеля. Такие материалы дают заслуживающее внимание увеличению стойкости к высокой температуре и вследствие этого увеличивают долговечность улитке выхлопа.

Выход холодной улитки турбины почти всегда имеет соединение при помощи гибкого патрубка. Гибкость в этом соединении обычно необходима для компенсации возникающих тепловых деформаций турбокомпрессора. Системы с высоким уровнем наддува могут потребовать установки соединительного стержня на выходном патрубке для обеспечения прочности воздуховода, подверженного значительным растягивающим усилиям.

На входе улитки турбины также применяются соединения с использованием гибких патрубков. Их применение допускается в тех системах, где перед турбокомпрессором к воздуху не примешивается топливо. При расположении турбины после карбюратора (в системах с протяжкой воздуха через карбюратор), использования любых резиновых деталей между карбюратором и турбонагнетателем нужно избежать, поскольку топливо будет разрушающе воздействовать на резиновый патрубок. Патрубок большого диаметром позволяет использовать больший диаметр входа в турбину. Большой диаметр на входе обеспечивает низкие потери, а это жизненно необходимо для турбокомпрессора. Будьте уверены, что все патрубки и соединения достаточно жестки, чтобы избежать деформации от небольшого разрежения, созданного воздушным фильтром и расходомерами воздуха, если они имеются.

Источник