Турбированный двигатель: что это такое?

Конструктивные особенности

Несмотря на то, что турбонаддувные системы у различных производителей имеют свои отличия, существует и ряд общих для всех конструкций узлов и агрегатов.

В частности, любая турбина имеет воздухозаборник, установленный непосредственно за ним воздушный фильтр, заслонку дросселя, сам турбокомпрессор, интеркулер, а также впускной коллектор. Элементы системы соединяются между собой шлангами и патрубками, выполненными из прочных износостойких материалов.

Как наверняка заметили читатели, знакомые с конструкцией автомобиля, существенным отличием турбонаддува от традиционной системы впуска является наличие интеркулера, турбокомпрессора, а также конструктивных элементов, предназначенных для управления наддувом.

Турбокомпрессор или, как его еще называют, турбонагнетатель, представляет собой основной элемент турбонаддува. Именно он отвечает за увеличение давления воздуха во впускном тракте двигателя.

Конструктивно турбокомпрессор состоит из пары колес – турбинного и компрессорного, которые размещаются на роторном валу. При этом каждое из этих колес имеет собственные подшипники и заключено в отдельный прочный корпус.

Установка облегченных поршней и шатунов

Уменьшение веса деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ) помогает снизить инерцию, способствует более быстрой раскрутке коленчатого вала с маховиком. Для спортивных машин облегчение шатунов, поршней, маховика производится вручную, лишний металл убирается:

на маховике – путем сверления отверстий по кругу;
на шатунах – срезанием металла с шатунных крышек, с двутаврового сечения;
на поршнях – с помощью укорачивания юбки, удалением алюминия с бобышек.

При доработке вручную нужно помнить, что разный вес поршней плюс шатунов (П+Ш) приводит к дисбалансу мотора, а если облегчается маховик, после этого и вовсе нужно делать его балансировку на специальном станке. В заводских условиях коленвалы балансируются в сборе с маховиком и сцеплением, но перед этим каждая из деталей КШМ проходит эту процедуру отдельно. Для подгонки шатунов, поршневых пальцев и поршней необходимы электронные весы, сначала подгоняются по весу шатуны, затем отдельно поршни. После производится сборка деталей цилиндро-поршневой группы, и каждый П+Ш завешивается отдельно.

Как правило, пальцы имеют минимальное различие по весу, и их не всегда дорабатывают, разница между любыми деталями для каждого цилиндра, а также вес в сборе не должен превышать 1,5 г (идеальный вариант – не больше 0,5 г). Здесь еще есть много различных нюансов, некоторые собственники авто, чтобы не заморачиваться с подгонкой (процесс довольно нудный), покупают готовые комплекты для тюнинга.

Механический наддув

Использование компрессора – это один из способов увеличить подачу воздуха в цилиндры двигателя. Принцип его работы заключается в следующем: компрессор приводится в действие от шкива коленчатого вала, и начинает нагнетать воздух с первых секунд работы мотора.

Плюсы такой системы в том, что нагнетание воздуха происходит на любых режимах работы силового агрегата, в том числе при минимальных оборотах, а давление увеличивается с ростом оборотов коленвала. Кроме того, в случае использования компрессора отсутствует такое явление, как турбояма.

Данный вид наддува появился раньше газотурбинного, но, несмотря на некоторую архаичность, его до сих пор можно встретить в современном автомобиле. Наиболее ярким примером может служить Мерседес, шильдик «compressor» на багажнике некоторых моделей этой марки указывает на то, что под капотом скрывается мотор, оснащенный системой механического наддува.

Чип-тюнинг

Форсировать современный двигатель можно и программными методами. Чип-тюнинг – модификация параметров программы электронного блока управления двигателя с целью получения требуемых результатов. Его применяют и как самостоятельный способ форсажа двигателя, и как часть комплексных мероприятий по тюнингу.

Процедура чип-тюнинга двигателя:

Автопроизводители «зашивают» в ЭБУ двигателя определенный набор параметров и директив, часто различающихся даже на одной модели автомобиля в зависимости от региона продаж. Так, чаще всего вносятся поправки в угол опережения зажигания, чтобы уменьшить нагрузку на трансмиссию и добиться других целей. В результате сгорание топлива может стать неэффективным, двигатель «задумывается» при разгоне, наблюдаются провалы мощности и высокий расход дорогостоящего топлива.

Еще один важный нюанс – некоторые автоконцерны могут сознательно программно дефорсировать двигатель для снижения цены и достижения иных технических или маркетинговых целей, хотя технически двигатель сохраняет способность выдать больше «лошадок».

Правильный чип-тюнинг позволяет устранить эти недочеты (включая дефорсирование двигателя), сделать машину быстрее, динамичнее, мощнее и экономичнее. Плюс такой «электронной» модернизации – хорошие результаты на фоне отсутствия вмешательства в аппаратную часть двигателя, что может помочь сохранить гарантию на мотор (хотя многие дилерские сервис-центры отказывают в гарантийном обслуживании, если обнаруживают факт чип-тюнинга).

Менять прошивку ЭБУ понадобится и при изменении технической конфигурации двигателя, чтобы управляющая программа корректно работала с новыми деталями, и двигатель выдавал нужные результаты. «Отдельный» чип-тюнинг показывает очень хорошие результаты на спортивных автомобилях и форсированных «с завода» ТС, где изначально стоят усиленные детали. На обычном слабосильном двигателе чип-тюнинг без масштабных вмешательств в техническую часть не покажет высоких результатов.

Тюнинг дизельных двигателей

В дизельных моторах топливо сгорает иначе, чем в бензиновых. Воспламенение топливной смеси происходит за счет сильного сжатия и дальнейшей детонации. Это, и ряд других особенностей дизельных двигателей, делает их малопригодными к тюнингу. Операции по доработке таких двигателей весьма сложны, а стоимость их намного выше. Кроме того, большинство классических способов получения увеличенной мощности на дизеле не сработают (или будут стоить несравнимо дороже).

Особенности увеличения мощности дизельного двигателя:

двигатели на дизтопливе сегодня изначально оснащаются турбинами, можно поставить более мощную;
дорабатывать ГБЦ и впуск видится нецелесообразным, и дизельный двигатель тюнингуют в контексте топливоподачи. Так, популярен монтаж системы Common Rail, с апгрейдом блоков контроля подачи топлива, управления системой впрыска, и оснащением двигателя усовершенствованными форсунками. Это надежный, но дорогой вид тюнинга;
чип-тюнинг допустим на «дизелях» в той же мере, что и на бензиновых двигателях.

Признаки поломки

Признаки неисправности турбины бензинового двигателя часто можно заметить даже не посещая сервис. Однако если обнаружен какой-либо симптом, необходимо обратиться в сервис, так как самостоятельно проверить турбину на бензиновом двигателе и произвести ремонтные работы не выйдет.

К основным признакам относят:

снижение тяги;
из выхлопной трубы замечен сизый или черный дым;
при запуске двигателя слышен посторонний свист или скрежет;
увеличился расход топлива и замечена утечка масла;
резко падает уровень давления воздуха и масла в системе.

В домашних условиях можно провести предварительный осмотр турбокомпрессора, чтобы выяснить, на что следует обратить внимание в первую очередь. Для начала, при разборе агрегата, необходимо проверить патрубок, через который в тубонагнетатель подается воздух

Нарушение его целостности может привести к посторонним шумам. Кроме того, при осмотре патрубок должен быть практически сухим. Обнаруженное масло свидетельствует о том, что двигатель износился или же турбина вышла из строя

Для начала, при разборе агрегата, необходимо проверить патрубок, через который в тубонагнетатель подается воздух. Нарушение его целостности может привести к посторонним шумам. Кроме того, при осмотре патрубок должен быть практически сухим. Обнаруженное масло свидетельствует о том, что двигатель износился или же турбина вышла из строя.

Затем нужно тщательно осмотреть лопатки турбины. Если они имеют неровности, сколы и зазубрины, то турбину, скорее всего, придется заменить.

Осевой люфт турбонаддува не должен превышать показателя 0,05 мм, радиальный — 1 мм. Если показатели превышены — турбина требует ремонта.

Спровоцировать поломку может нарушение геометрии соединения впускного коллектора с трубкой датчика. Обнаружение трещин, потертостей на этом элементе говорят о необходимости его замены. Если в системе замечены следы утечки антифриза — также следует проверить герметичность всех соединений.

Как работает турбина дизельного двигателя

Мощность любого двигателя и производительность его работы зависит от целого ряда причин. А именно: от рабочего объёма цилиндров, от количества подаваемой воздушно-топливной смеси, от эффективности её сгорания, а также от энергетической части топлива. Мощность двигателя возрастает пропорционально росту количества сжигаемого в нём за определённую единицу времени горючего. Но для ускорения сгорания топлива необходимо увеличение запаса сжатого воздуха в рабочих полостях мотора.

То есть, чем больше за единицу времени сжигается горючего, тем большее количество воздуха потребуется «впихнуть» в мотор (не очень красивое слово «впихнуть» здесь, тем не менее, очень хорошо подходит, поскольку сам мотор не справится с забором избыточного количества сжатого воздуха, и фильтры нулевого сопротивления в этом ему не помогут).

В этом, повторимся, и состоит основное назначение турбонаддува – в наращивании подачи воздушно-топливной смеси в камеры сгорания. Это обеспечивается нагнетанием сжатого воздуха в цилиндры, которое происходит под постоянным давлением. Оно происходит вследствие преобразования энергии отработанных газов, проще говоря, из бросовой и утерянной – в полезную. Для этого, прежде чем выхлопные газы должны быть выведены в выхлопную трубу, а далее и, соответственно, в атмосферу, их поток направляется через систему турбокомпрессора.

Этот процесс обеспечивает раскручивание колеса турбины («крыльчатки»), снабжённого специальными лопастями, до 100-150ти тысяч оборотов в минуту. На одном валу с крыльчаткой закреплены и лопасти компрессора, которые нагнетают сжатый воздух в цилиндры двигателя. Полученная от преобразования энергии выхлопных газов сила используется для значительного увеличения давления воздуха. Благодаря чему и появляется возможность впрыскивания в рабочие полости цилиндров гораздо большего количества топлива за фиксированное время. Это даёт значительное увеличение как мощности, так и КПД дизеля.

Дизельная турбина в разрезе

Проще говоря, турбосистема содержит две лопастных «крыльчатки», закреплённых на одном общем валу. Но находящихся при этом в отдельных камерах, герметично отделённых друг от друга. Одна из крыльчаток вынуждена вращаться от постоянно поступающих на её лопасти выхлопных газов двигателя. Поскольку вторая крыльчатка с нею жёстко связана, то и она также начинает вращаться, захватывая при этом атмосферный воздух и подавая его в сжатом виде в цилиндры двигателя.

Какие двигатели проще турбировать

Даже если вы планируете усовершенствовать автомобиль «классической» серии, лучше не полениться и купить 16-клапанный приоровский мотор. Благо сейчас нет необходимости оформлять установку нового двигателя через ГИБДД, так как этот элемент является запасной частью. Преимущество установки 16-клапанного мотора в том, что его намного проще ремонтировать, тюнинг осуществляется тоже без сложностей. Но самое главное — это то, что у него изначально очень большая мощность, намного выше, нежели на любом другом автомобиле «Лада».

Да и лезть в конструкцию двигателя, проводить корректировку зазоров в клапанном механизме, регулировать УОЗ вам больше не нужно

Обратите внимание, что карбюраторные двигатели нельзя турбировать, кто бы что ни говорил. Суть работы турбины заключается в том, что ею нагнетается давление во впускной коллектор и создается напор воздуха, который поступает в камеры сгорания с топливом

Если поставить турбину на карбюраторный двигатель, то он просто перестанет работать. Могут подойти восьмиклапанные инжекторные моторы, но у них намного меньше мощность, а если вы дорожите каждой лошадиной силой, то это существенный минус.

Отличие крутящего момента дизельного двигателя авто от бензинового

КМ бензинового и дизельного двигателя существенно различен. От чего зависит характеристика момента – подробнее:

Характеристика ДТ серьезно превышает АИ, так как сжатие газовоздушной смеси в цилиндре дизельного авто, а, следовательно, и энергия в два раза больше, чем у традиционного мотора.
Максимальные обороты дизельного агрегата – до 5000. Однако, КМ может быть выше и используется даже на холостом ходу. Отсюда высокая экономия топлива.
Испытания двигателей с одинаковой мощностью, показывают преимущество дизельного агрегата с выгодой до 30% н*мот номинального параметра–то, в чем измеряется крутящий момент двигателя.

Из перечисленного следует, что не только мощность имеет главное значение при выборе типа двигателя. Для высоких динамических характеристик важен крутящий момент.

Мифы о турбонаддуве в двигателе

Среди водителей много мифов о работе системы турбонаддува. Рассмотрим основные стереотипы и узнаем, почему они ложные:

Миф 1 – систему турбонаддува можно снять в любой момент без негативных последствий	Конструкция и объемы камеры ДВС адаптированы под применение турбины. Если демонтировать это устройство, уменьшается крутящий момент и мощность движка, а расходы топлива увеличиваются
Миф 2 – двигатели с турбонаддувом ломаются гораздо чаще атмосферных	Движки с турбиной имеют такой же срок годности, что и обычные атмосферные двигатели. Чтобы снизить риск растрескивания движка при высоких скоростях, они дополнительно усиливаются металлическими листами-вкладышами в проблемных местах
Миф 3 – турбина быстро выходит из строя, ее придется часто менять	Согласно современным стандартам срок годности турбины аналогичен или даже немного превышает срок годности самого ДВС. При соблюдении базовых правил вождения и ухода турбонаддув будет работать столько же, сколько и сам автомобиль
Миф 4 – за турбиной нужен специальный бережный уход, чтобы она не ломалась	Чтобы турбонаддув работал долго, достаточно будет придерживаться базовых правил эксплуатации авто. А именно – вовремя меняйте масло, следите за уровнем давления в движке (не доводите до красной отметки), вовремя устраняйте неисправности

Подведем итоги. Турбина (турбонаддув) – это вспомогательный элемент двигателя, с помощью которого осуществляется принудительное нагнетание воздуха в камеру внутреннего сгорания двигателя. Устройство запускается сразу же после активации двигателя, но действует правило – чем выше обороты, тем больше нагнетание (на низких оборотах нагнетание практически незаметно). Основные проблемы с турбиной – выход из строя клапана, негерметичное крепление запчасти, использование некачественного масла.

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Не один десяток лет потребовался инженерам, чтобы создать действительно эффективно работающий турбокомпрессор. Ведь это только в теории всё выглядит гладко: от преобразования энергии отработанных газов можно «вернуть» утерянный процент КПД и значительно увеличить мощность двигателя (например, со ста до ста шестидесяти лошадиных сил). Но на практике подобного почему-то не получалось.

Кроме того, при резком нажатии на акселератор приходилось ждать увеличения оборотов мотора. Оно происходило только через некоторую паузу. Рост давления выхлопных газов, раскрутка турбины и загонку сжатого воздуха происходили не сразу, а постепенно. Данное явление, именуемое «turbolag» («турбояма») никак не удавалось укротить. А справиться с ним получилось, применив два дополнительных клапана: один – для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. А другой клапан – для отработанных газов. Да и в целом, современные турбины с изменяемой геометрией лопаток даже своей формой уже значительно отличаются от классических турбин второй половины ХХ века.

Дизельный турбокомпрессор «Бош»

Другая проблема, которую пришлось решать при развитии технологий дизельных турбин, состояла в избыточной детонации. Детонация эта возникала из-за резкого увеличения температуры в рабочих полостях цилиндров при нагнетании туда дополнительных масс сжатого воздуха, особенно на завершающей стадии такта. Решать данную проблему в системе призван промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер).

Интеркулер – это не что иное, как радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. Кроме снижения детонации, он снижает температуру воздуха ещё и для того, чтоб не снижать его плотность. А это неизбежно во время процесса нагрева от сжатия, и от этого эффективность всей системы в значительной степени падает.

Кроме того, современная система турбонаддува двигателя не обходится без:

регулировочного клапана (wastegate). Он служит для поддержания оптимального давления в системе, и для его сброса , при необходимости, в приёмную трубу;
перепускного клапана (bypass-valve). Его предназначение – отвод наддувочного воздуха назад во впускные патрубки до турбины, если нужно снизить мощность и дроссельная заслонка закрывается;
и/или «стравливающего» клапана (blow-off-valve). Который стравливает наддувочный воздух в атмосферу в том случае, если дроссель закрывается и датчик массового расхода воздуха отсутствует;
выпускного коллектора, совместимого с турбокомпрессором;
герметичных патрубков: воздушных для подачи воздуха во впуск, и масляных – для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Монтаж

Нужно помнить, что оснащение двигателя системой турбонаддува – это достаточно длительный процесс. Хоть производители наборов и говорят, что можно обойтись без модернизации двигателя, это не совсем так. С чего начать? Конечно же, с покупки необходимых запчастей и подготовки мотора. Необходимо заменить поршни, кольца, прокладку ГБЦ, топливный регулятор, дроссель, а также трубки и прочие детали. Все эти механизмы должны быть максимально надежными.

Также нужно помнить, что постройка мощного авто может существенно различаться в зависимости от модели турбины. Инструкция будет достаточно усредненной. К примеру, для того чтобы построить турбо ВАЗ-2106, сперва необходимо заменить мотор.

Нужно установить 16-клапанный инжекторный агрегат. Первым делом нужно подготовить двигатель. Мотор разбирают, проводят проверку цилиндров, коленчатого вала, шатунов, масляного насоса. Если необходимо, выполняют шлифовку блока. Поршни следует приобретать после того, как будут подготовлены цилиндры.

Далее собирают навесное оборудование. На этом этапе устанавливают форсунки, меняют топливный насос. Затем устанавливают ресивер, выпускной коллектор и применяют турбину. Также монтируют все стальные элементы. И, наконец, последний этап – настройка. От того, как профессионально и правильно будет выполнена регулировка, будет зависеть максимальная мощность, крутящий момент и другие характеристики мотора. Если все операции по подготовке и сборке системы можно сделать своими руками, то для настройки лучше обратится к профессионалам (особенно, если ВАЗ турбо на газу). Кстати, сейчас много споров по поводу того, можно ли на «турбу» ставить ГБО. Специалисты говорят, что октановое число у такой смеси более 102. Поэтому газ работе такого силового агрегата не навредит.

Назначение и принцип работы системы турбонаддува

Установка турбины на ВАЗ 2106 – это наиболее эффективный и быстрый способ увеличения производительности силового агрегата. Имея систему турбонаддува, водитель получает такие преимущества:

увеличивается КПД и мощность мотора;
автомобиль набирает скорость до 100 км/ч в два раза быстрее;
расход горючего остается прежним.

Работа турбины заключается в том, чтобы ускорить подачу ТВС в камеру сгорания. В ВАЗ 2106 ее подключают к системе выхлопа. Крыльчатка турбины крутится за счет усиленного потока выхлопа, попадающего на ее лопасти. Благодаря этому создается чрезмерное давление, использующееся в системе топливной подачи.

В итоге повышается скорость движения и интенсивность горения ТВС. На обычном двигателе КГТ (коэффициент сгорания топлива) примерно равен 25%. После модернизации он увеличивается до 35%, что на 1/3 поднимает изначальный КПД.

Какую турбину выбрать?

Если раньше турбины пытались сконструировать своими руками, то теперь в этом нет необходимости. В продаже имеется большой выбор готовых устройств. Поэтому следует разобраться с их конструкциями и требованиями к установке, чтобы подобрать турбосистему. В зависимости от ее типа может потребоваться разная степень вмешательства и получен соответствующий результат, касающийся мощностных характеристик.

Применяется два вида турбин:

С низким давлением – не выше 0,6 бар (пониженной мощности). Они не требуют больших затрат при монтаже, но и значительного повышения КПД не дают, производительность повышается на 15-18%.
С высоким давлением – более 1,2 бар. Для установки устройства придется внести существенные изменения в конструкцию, доработать некоторые узлы. Это выльется в большие материальные затраты, но и характеристики силового агрегата значительно улучшаться. Мощность возрастает почти на треть.

Перед установкой турбины необходимо выполнить ряд процедур. Для работы системы турбонаддува используются горячие выхлопные газы, которые необходимо охлаждать. Во время работы система также нагревается до 800 градусов. Если устройство не охладить вовремя, оно сгорит, может пострадать и мотор. Для охлаждения воздуха монтируют кулер.

Если ВАЗ 2106 с карбюратором, ее необходимо реконструировать под инжектор. Впускные коллекторы карбюраторных «шестерок» имеют малый запас прочности. При работе турбины давление в коллекторе возрастает в 5 раз, это его может разорвать.

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что устанавливать турбину на устаревшую «шестерку» с карбюратором не самое лучшее решение. Для владельцев этих машин оптимально использовать турбокомпрессор. Они получают следующие преимущества его использования:

В чем разница между турбокомпрессором и турбонагнетателем (турбонаддув)?

Турбокомпрессоры и турбонагнетатели работают аналогичным образом. Функция их проста: сжатие всасываемого воздуха и подача его в камеру сгорания двигателя. Но, несмотря на одинаковый смысл работы между двумя видами турбин, существуют отличия.

Главное отличие двух видов турбин это система их питания.

Турбокомпрессор получает питание от ременного привода, который передает крутящий момент двигателя на турбину, точно также, как силовой агрегат передает с помощью ремней и роликов крутящий момент на электрический генератор автомобиля, который заряжает аккумуляторную батарею. То есть, по сути, турбокомпрессор питается от электричества.

Что касаемо турбонагнетателя или турбонаддува, то этот вид турбин работает от выхлопных газов. Как мы уже сказали выше, после нагнетания кислорода он подается под давлением в камеру сгорания увеличивая крутящий момент двигателя и его мощность.

Турбированный двигатель, плюсы и минусы

Сначала о преимуществах:

Возможность с малого объема “выжать” большую мощность, зачастую это 100 л.с. на каждый литр объема.
Крутящий момент уже с холостых оборотов дает уверенную тягу, но только в случае, если турбина маленькая, она раскручивается быстрее.
Диапазон крутящего момента широкий.
Расход топлива, при одинаковой мощности с атмосферным моторов, явно ниже.
Возможность увеличивать мощность с помощью прошивки на 20-30% без вреда ресурсу и комфорту движения.

Ресурс турбины современных авто едва достигает 100 тыс.км.
Возникновение «турбоямы», процесса между провалом и резким набором скорости из-за ожидания раскрутки турбины.
Стоимость ремонта дороже, обслуживать двигатель нужно чаще.
Возрастает потребность в качественном масле и топливе.