Что такое буст турбины

О буст контроллере. Как работает и что дает его установка

Сравнивая обычный мотор и турбированный, явное преимущество остается за турбонаддувом. Неоспоримым плюсом которого является мощность. Для увеличения производительности движка необходимо сделать так, чтобы давление наддува увеличилось. Это возможно, задействовав специальное устройство, называемого буст контроллером. Производители предлагают несколько разновидностей таких элементов, имеющих одну цель. Позволяют получить необходимое давление наддува, также вернуть все обратно.

Его задачей выступает управление впускным коллектором с защитным клапаном. Также устройство удерживает поршень. Что не допускает стравливание остатков воздуха. Таким образом увеличивается мощность, крутящего момента на высоких оборотах мотора.

В чем особенность буст контроллера

Сначала нужно ознакомиться с модификациями устройств. Они представлены:

Большей популярности и востребованности среди потребителей пользуются экземпляры в электронном исполнении. Им характерен довольно замысловатая последовательность в плане управления. Они способны контролировать периодичность вращений, совершаемых валом. Также учитывать нагрузку двигателя внутреннего сгорания. На основе этого, они подталкивают турбинный компрессор к созданию высокого давления за короткое время.

Несмотря на то, что мощность увеличивается, показатель будет незначительным. Чего не скажешь о тяжести на узлы движка, которая моментально возрастает. Можно сказать, что установка буст контроллера целесообразна для автомобилей, участвующих в соревнованиях. Поэтому не рекомендуется ставить его на штатный мотор. Ему просто не под силу такая нагрузка. Единственное, если доработать контракцию и заменить все прокладки.

Ежедневная эксплуатация буст контроллера сведена к бездействию. Что обусловлено давлением воздуха, который выдает турбина. Он ниже срабатываемого порога обычного клапана.

В чем суть его работы

Принцип действия буст контроллера заключается в увеличении вращений турбины. Делает это он вместе с пневматическим клапаном, установленным в шланг впуска. Подробней обо всем. Достигнув требуемых параметров турбинных оборотов, водитель также может в любой момент все вернуть обратно. Благодаря зажиму данного клапана, излишек воздуха из коллектора не выходит. Именно за счет этой способности буст контроллера, в разы увеличивается крутящий момент двигателя. В результате машина становится динамичной.

Устройства электронного типа отличаются высокой производительностью. Способны учитывать стиль вождения любого автолюбителя.

Есть ли смысл ставить буст контроллер

Хотя приборы увеличивают мощность движка, ожидаемые показатели в сравнении с форсированными агрегатами минимальны. На самом деле прибавление дополнительной мощности движку будет частичной. Только нагрузка на его детали может достигнуть критической отметки. Следовательно, установка подобных элементов выгодна любителям и участникам спортивных соревнований.

Предпочтительны электронные контроллеры, однако они стоят дороговато. Оптимальным вариантом в плане стоимости и технической части, будет монтаж прибора с электроникой на одну турбину. Вторую лучше оснастить механическим аналогом.

Если хочется поставить буст контроллер обычному автовладельцу, стоит учитывать, что придется затрачиваться еще на различные приспособления, нужно будет дорабатывать двигатель. Возникает вопрос: зачем тогда приобретать данный инструмент и тратить еще на переделку? Если можно выполнить полноценную расточку мотора. Получается, что такая деталь не актуальна для многих обычных водителей.

Источник

«На каких оборотах турбина выходит на буст?»

Часто приходится слышать этот вопрос, который, впрочем, не несет в себе смысла. Давайте разберемся.

Существует общепринятая классификация величины давления наддува: до 0,5 бар – малое давление, до 0,8 бар – среднее давление, свыше 0,8 бар – высокое давление наддува. И тут очень важно понять: любое требуемое и достигнутое давление наддува – это и есть буст. Вы строите турбомотор, значит, величину буста определяете именно вы, и эта информация является исходной при выборе турбокомпрессора, а не конечной. Очевидно, что в вопросе «на каких оборотах турбина выходит на буст?» не хватает, как минимум, конкретной величины буста, к тому же прослеживается попытка рассматривать турбокомпрессор в отрыве от ДВС, а сам по себе он не работает. Так как же тогда выбрать турбину под конкретные требования и конкретный двигатель? Ответ прост: оценивая его по турбокарте. Рассмотрим процесс оценки на конкретном примере.

Сначала необходимо определиться с величиной давления наддува. Тут надо руководствоваться принципом разумной достаточности, а также не забывать про ограничение в виде не бесконечной величины запаса прочности, главным образом, деталей ШПГ. Предположим, что требуемое давление наддува равняется 1,2 бара. Также нам понадобятся следующие данные: объем двигателя, максимальные обороты (опять же, эту величину определяете вы, исходя из тех же соображений, что и при выборе величины наддува), коэффициент наполнения. Пусть объем двигателя равен 1690куб.см, максимальные обороты равны 6500об/мин, коэффициент наполнения для 8V двигателя равен 0,75 (а для 16V – 0,85).

Расход воздуха таким двигателем: (1690*6500*0,5*0,75) / 1000000 = 4,12 куб.м/мин. Где 0,5 – это коэффициент, означающий, что наполнение цилиндров происходит один раз за два оборота коленвала (т.е. у нас четырехтакный двигатель); 1000000 – коэффициент для перевода куб.см. в куб.м. Переводим в более корректную величину, а именно в кг/мин, для чего умножаем на 0,98 (такова плотность воздуха при 15град Цельсия на 200м над уровнем моря, т.е. в Москве) = 4,04кг/мин

Выбранное давление 1,2 бара – это давление избытка относительно атмосферного, абсолютная величина равна 2,2 барам, т.е. атмосферное давление плюс давление наддува с учетом того, что 1 атмосфера примерно равна 1 бару.

Расход воздуха через мотор при наддуве 1,2 бара равен: 2,2*4,04=8,89кг/мин.

Мы готовы к оценке турбокомпрессора. Наша главная цель – «попасть» в зону максимального КПД (на турбокарте эти зоны ограничены замкнутыми областями, а КПД этих областей подписаны). По оси Х – расход воздуха, по оси Y – давление наддува. Поскольку на турбокарте у нас расход воздуха задан в фунтах в минуту, то переведем наши 8,89кг в эту величину = 19,6 фунта/мин. На турбокарте (к примеру, на карте турбокомпрессора Garrett GT2854R) находим точку пересечения величин 19,6 по Х и 2,2 по Y и попадаем в зону 68% – это хороший результат, но может быть и лучше, необходимо изучить турбокарты и у других турбокомпрессоров, главное – не попадать в зону ниже 60%.

Далее нам надо изучить переходные процессы турбокомпрессора. Для чего необходимо построить линию по двум точкам. Первая точка: расход воздуха при 50% от максимальных оборотов, т.е 19,6*0,5=9,8 фунта/мин. Вторая координата для этой точки – это заданное давление наддува 2,2 бара. Вторая точка: 20% от максимального расхода воздуха, т.е 19,6*0,2=3,9 фунта/мин; и давление равное единице (т.е только атмосферное давление без избытка от турбины). Линия, проходящая через эти две точки, должна оказаться внутри границ турбокарты (т.е. не оказаться слева от графиков). В нашем случае линия идет прямо по границе – это приемлемо. Непопадание линии в границы вовсе не означает, что турбокомпрессор не будет работать, но в исходных данных есть противоречия: наддув требуется большой, а объем у двигателя мал, при этом диапазон оборотов узок и т.п. (на практике эти противоречия могут выглядеть так: большая турбояма, за которой турбина только-только раскручивается, а уже срабатывает отсечка по оборотам) – «на выходе» это даст несбалансированный двигатель, инженеры такого бы не построили (впрочем, они разрабатывают эластичные моторы, пригодные для комфортной эксплуатации в городских условиях, а у вас могут быть другие цели).

Несомненно, у турбокомпрессора есть и другие не менее важные параметры, которые также необходимо учитывать при его выборе, но это уже выходит за рамки данной заметки.

Источник

Зачем нужен датчик буста в автомобиле

Датчик буста — это одна из ключевых деталей в турбированном двигателе. От его корректной работы зависят рабочие характеристики всего автомобиля.

Что это за устройство

Для начала стоит понять, что собой представляет датчик буста. Этот элемент входит в систему турбонаддува. Его роль заключается в увеличении заряда топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Сегодня популярностью пользуется турбонаддув, поэтому конструкция дополнительно оснащается турбокомпрессором. Механический компрессор, который использовали ранее, уходит в прошлое.

Применение датчика

Система турбонаддува увеличивает мощность мотора. Это в дальнейшем имеет отрицательные последствия: повышается рабочее давление внутри цилиндров. Чтобы не допустить перегрева, в конструкции был продуман датчик наддува турбины. Он следит за отклонениями давления, передавая сигналы промежуточному охладителю в случае необходимости. Его значения позволяют электронному блоку управления оценивать состояния автомобиля на текущий момент.

Без всех деталей системы, наддув турбины невозможен. Поэтому, если из строя выйдет датчик буста, его необходимо в срочном порядке заменить. Сегодня такие устройства предлагают многие производители автозапчастей. Например, Bosch, Vemo, Metzger, Febi Bilstein, Hella.

Конструкция и особенности работы

Производство считывающего устройства осуществляется по 2 технологиям: толстопленочной и механической. Второй вариант считается более прогрессивным и доступным, поэтому большинство моделей изготавливается механическим способом.

Главным элементом в конструкции служит чип, а еще диафрагма с 4 тензорезисторами. Когда на диафрагму оказывается давление, она начинает сгибаться, передавая сигналы чипу. Вследствие механической растяжки все 4 тензорезистора меняют направление работы, создавая сопротивление. Электронный блок управления двигателем анализирует величину возникшего напряжения и оценивает давление. При увеличении напряжения повышается и рабочий показатель давления.

Работает датчик давления турбины в автоматическом режиме. Он передает показатели с помощью сигналов, которые могут быть и звуковыми, и визуальными. Сейчас выпускаются устройства с разными режимами яркости, либо с несколькими цветными показателями, которые обеспечивают быстрое и удобное считывание данных даже при плохом освещении.

Если показатель длительное время выходит из установленных рамок, то система турбонаддува, скорее всего, неисправна. Если же отклонения носят временный характер, наличие неисправности исключается.

Виды датчиков буста

Потребителям доступны 2 типа датчиков турбонаддува: электромеханический и байсный. Первый вариант производится чаще всего, так как считается универсальным и более современным.

Независимо от модели, устройство для управления турбиной подключается напрямую к регулятору давления. Чаще всего сразу в комплекте дополнительно идет подставка с возможностью изменения угла.

Подбирая датчик турбонаддува, следует учитывать марку, год выпуска, модель автомобиля, объем и тип двигателя (дизельный, бензиновый). Устройства отличаются формой, размерами, рабочим диапазоном давления.

Подключение датчика буста

Установку нового датчика буста желательно выполнять в сервисных центрах, которые имеют весь необходимый запас инструментов и требуемое оборудование для диагностики.

Если же человек уверен в своих силах и имеет основные знания, он может подключить датчик буста дома.

Для настройки механизма потребуются:

Подключение устройства в машине производится в такой последовательности:

При выполнении этих действий следует обратить внимание, что чем туже затягивается датчик системы турбонаддува, тем выше будет создаваемое давление. После завершения всех работ в обязательном порядке необходимо проверить правильность подключения, прежде чем садиться за руль. Для этого достаточно запустить мотор и попереключать различные режимы. Если все действия были выполнены правильно, то скрипов, скрежетов не будет.

Заключение

Датчик турбонаддува будет полезен для автомобиля в любом случае. Он позволит следить за величиной давления, и не даст показателям отклоняться от допустимых значений. Главное, это своевременно производить проверку и замену устройства при обнаружении неисправности, чтобы не допустить выхода из строя всей системы.

Видео по теме

Источник

​Что «пшикает» в спортивных машинах? Изучаем блоу-офф, байпас и вестгейт

Данная статья подразумевает, что читатель уже имеет некоторое представление о работе турбонаддува. Если же такого представления пока нет – не беда! Не так давно мы обсуждали эту штуку во всех подробностях: как выглядит, зачем нужна и как работает. Кто ещё не видел – нажимаем сюда и читаем..

А теперь к героям нашего сегодняшнего обсуждения. Я уверен, все автолюбители хоть раз слышали характерный «пшик» при переключениях скоростей на спортивных автомобилях. Более того, на сайтах наших китайских друзей есть невероятное количество этих «приблуд» всех цветов и видов, предлагаемых за очень демократичные цены. И у неподготовленного любителя тюнинга может создаться впечатление, что пшикалки эти служат исключительно для привлечения на улицах впечатлительных особ слабого пола. Но это не так. Точнее – изначально было не так, а служило лишь вполне себе конкретной технической задаче. Давайте разбираться.

В чём суть проблемы?

Итак, вы уже знаете, что при активном ускорении турбина нагнетает воздух во впускной коллектор. Но очевидно, что дуть до бесконечности невозможно, иначе разорвёт как минимум резиновые патрубки системы. И для ограничения создаваемого турбиной давления служит «вестгейт» (wastegate).

Клапан вестгейта, соединённый штоком с его «калиткой» в горячей части турбины. Далее станет понятно. (фото: twitter)

Это подпружиненный клапан, который при превышении определённого порога нагнетаемого давления перемещается и открывает заслонку в корпусе турбины, тем самым частично пуская выхлопные газы в обход крыльчатки – прямо в катализатор и далее по выпуску. Таким образом, обороты турбины снижаются, а значит, уменьшается и создаваемое ей давление.

Приводимая клапаном вестгейта заслонка-«калитка» в самой турбине. (фото: Drive2)

Но это, скажем так, эталонный сценарий: когда давление нарастает плавно и соразмерно нажатию на газ. А вот ситуация: вы «топили» с газом в пол, и внезапно на дорогу выбегает олень. Понятно, что в 99% случаев первое, что вы сделаете – отпустите педаль. Да вот беда! Турбина обладает очень неслабой инерционностью: хоть педальку вы отпустили, но она ещё продолжает крутиться по инерции. То есть, нагнетать воздух. А дроссельная заслонка-то уже закрыта! Давление снова растёт, угрожая что-то порвать.

Таким образом, конструктивно возникает необходимость в ещё одном клапане – который будет стравливать излишки уже нагнетённого воздуха. И здесь есть два варианта.

Блоу-офф – сдуваем в атмосферу

Тот нередкий случай, когда само название (blow—off – сдувать) объясняет суть вопроса. На самом деле всё просто: в магистраль между холодной (компрессорной) частью турбины и впускным коллектором врезается самый обычный предохранительный клапан. Как только давление в магистрали резко подскакивает и превышает критическое (когда мы резко сбросили газ, помните?) – он выпускает лишнее давление наружу. Банально на улицу, в подкапотное пространство. В этот момент и раздаётся тот самый сочный «пшик», который мы все привыкли узнавать по всяким «Форсажам» и подобным картинам. А вот наглядная схема расположения этого клапана (кстати, там же есть и вестгейт):

фото: yandex

Байпас – замыкаемся в себе

Байпас (bypass – обходной путь) служит ровно той же цели – предохранять впускной тракт от переизбытка воздуха, но алгоритм работы у него чуть другой. Находится он в том же месте что и блоу-офф, но отводит лишний воздух не в атмосферу, а снова в контур. А именно, на вход турбины. Получается своего рода замкнутый круг, когда воздух остаётся в системе, но тем не менее, его давление в момент открытия байпаса уменьшается: излишки поступают в пространство перед турбиной. Это понятно из нижеприведённой схемы:

фото: yandex

Зачем два варианта?

И здесь пытливый читатель снова вправе задать резонный вопрос: зачем усложнять систему байпасом (ведь это дополнительная воздушная магистраль), когда можно просто «сливать» лишнее давление наружу? Отвечаю: во-первых, байпас тише. Некий звук при резком сбросе газа различить можно, но он всё равно несравнимо тише блоу-оффа. Согласитесь, далеко не каждый автовладелец придёт в восторг от ежедневной какофонии громких свистяще-шипящих звуков из-под капота.

Блоу-офф. Выпускает воздух на улицу. (фото: motorz.tv)

И во-вторых, ещё раз повторю ключевой момент: с байпасом воздух остаётся в системе. То есть, тот его объём, что прошёл через расходомер (ДМРВ), находящийся обычно сразу после фильтра, не изменяется. А значит, не изменятся и параметры топливо-воздушной смеси, которые компьютер вычисляет, основываясь на этих данных. В случае же с блоу-оффом, уже посчитанный датчиком объём воздуха меняется, так как blow-off часть его стравил наружу. Кстати, именно поэтому на подавляющем большинстве турбомоторов для приготовления смеси вместо ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) используется ДАД (датчик абсолютного давления). Второй не считает изначально прошедший через него объём воздуха, а измеряет его давление в контуре по факту на данный момент времени. Но это уже совсем другая история.

Байпас. Перепускает воздух из трубы на дроссель (вертикальная) на вход турбины после фильтра (горизонтальная гофра). (фото автора)

Источник

Классический турбонагнетатель высокотехнологичный, точно изготовленный нагнетатель воздуха.

Цели могут быть различны в случаях автомобилей для повседневного использования, автомобилей с рекордной максимальной скоростью, автомобилей для дрэг-рейсинга, уличных суперкаров, 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, обсуждается в следующих параграфах.

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 высокоинерционным 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.

Никогда не посылайте ребенка делать работу взрослого.

Базовые руководящие принципы

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

Компрессор

Компрессор имеет определенную комбинацию расхода воздуха и давления наддува, при которой он является наиболее эффективным. Хитрость в выборе оптимального размера 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, вроде мотора автомобиля Bonneville. Где-то в середине диапазона оборотов двигателя находится наилучшее место, чтобы расположить там точку максимальной эффективности компрессора.

С небольшим турбонагнетелем точка максимальной эффективности достигается рано, и минимум тепловыделения будет на низких давлениях наддува. Чтобы снизить температуру при достижении большой мощности, необходим большой турбонагнетатель.

Часто выбор турбонагнетателя производится под влиянием других факторов, а не из соображений оптимальной термодинамики или максимальной мощности. Стоимость автомобиля, например, может определять число турбин. Нелепо было бы надеяться увидеть Ferrari V- 12 с одним турбонагнетателем или Mazda Miata с двумя. Стоимость также играет важную роль при проектировании деталей системы. Если требуется низкая цена, возможно даже отказаться от жидкостного охлаждения корпуса подшипника в пользу более частой замены масла.

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 обеогечивает 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 компрессора, 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.

Турбина

Выбор размера компрессора

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

Пример: Для наддува 0,5 бар:

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, как показано на рисунке. Усилия разработчиков, направленные на использование эффективных компрессоров и промежуточных охладителей позволяют относительной плотности все ближе и ближе приблизиться к значению степени сжатия, но полное совпадение величин никогда не достигается.

Расход воздуха

Для вычисления расхода воздуха в двигателе без турбонагнетателя т.е. при отсутствии наддува:

Чтобы преобразовать м 3 /мин к более правильному термину кг/мин, м 3 / мин надо умножить на плотность воздуха на высоте географического места (см. таблицу).

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

КПД компрессора

Центробежные компрессоры имеют максимальный КПД порядка 70%. Выбор размера компрессора становится, главным образом, вопросом того, где достигает максимума эффективность компрессора 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.

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 (см. главу «Промежуточное охлаждение»).

Зависимости давления воздуха, температуры и относительной плотности от высоты места

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

Характеристики переходных процессов 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 компрессора. 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 компрессора, но Вы можете смело полагать, что ею является крайняя левая линия. Этот пример показывает, что компрессор Garrett GT2557R, при КПД 71%, лучше подходит для выбранного применения чем Garrett GT2860RS, с КПД 75%.

Выбор размера турбины

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

Основной размер турбины

Предполагается, что основной размер турбины характеризует её способность производить мощность на валу, необходимую для привода 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, эго является упрощением теории турбин, однако на практике такой подход даёт возможность оценить способность турбины обеспечить тот или иной расход.

Определение диаметра выходного отверстия

Разумный метод выбора турбины состоит в том, чтобы проконсультироваться с источником, у которого Вы приобретаете турбонагнетатель. 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.

Выбор отношения A/R

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

Определение отношения A/R

Все «А», разделенные на соответствующие им «R», дадут одинаковый результат: где A-Area, R-Radius

«R» тоже оказывает сильное влияние на управление скоростью турбины. Представьте, что кончики лопаток 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 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 вращен и я турбины, которая зависит от отношения А/R, почти всегда достигает с изменением площади выходного сечения кожуха турбины при остающемся неизменном радиусе.

Разумный выбор может быть обоснован количественным образом или, в некоторой степени, качественной характеристикой адекватности реакций турбосистемы. 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 турбонагнетателю развить обороты, достаточные для достижения желаемого давления наддува. Если отношение, напротив, чрезмерно мало, реакция турбонагнетателя 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 и не взаимодействуют,ей с энергией других импульсов. Это может давать турбине немного больший толчок, который заставит ее вращаться. Если рассматривать случай абсолютного разделения импульсов и энергии, подводящихся по выхлопным каналам от восьмицилиндрового двигателя, то турбина 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.

Кожух турбины с разделенным входом теорети чески дает небольшое преимущество в характеристиках, обеспечивая подачу импульсов выхлопа в плотной связке к турбине. Этот эффект более заметен в случае двигателей с меньшим числом цилиндров, имеющих таким образом меньшее количество импульсов за каждый оборот двигател.

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, в том числе, является функция от эффективности турбонагнетателя. При прочих равных условиях, большой турбонагнетатель более эффективен, чем малый.

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 турбонагнетателя можно понизить, а его предполагаемый срок службы несколько увеличить.

Полезные детали конструкции

Корпус подшипника турбонагнетателя с жидкостным охлаждением.

Поворотная секция турбонагнетателя.

Возможность поворота одной секции турбонагнетателя относительно другой является полезной особенностью конструкии. Хотя интегрированный весггейт предлагает ряд удобств при проектировании неспортивных систем турбонаддува, он обычно не позволяет трем секциям турбонагнетатель (турбина, подшипник и компрессор) поворачиваться на 360″ относительно друг друга. Ограничение поворота секций может серьезно препятствовать свободе компоновки системы турбонаддува в моторном отсеке.

Соединения турбонагнетателя.

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

На входе компрессора также применяются соединения с использованием гибких патрубков. Их применение допускается в тех системах, где перед турбонагнетателем к воздуху не примешивается топливо. При расположении нагнетателя 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 нагнетатель. Большой диаметр на входе обеспечивает низкие потери, а это жизненно необходимо для компрессора. Будьте уверены, что все патрубки и соединения достаточно жестки, чтобы избежать деформации от небольшого разрежения, созданного воздушным фильтром и расходомерами воздуха, если они имеются.

Узел подшипника турбонагнетателя с рубашкой водяного охлаждения обеспечивает повышенный ресурс турбонагнетателя и более продолжительные интервалы замены масла.

Итоги главы

Насколько важен правильный выбор размера турбонагнетателя?

Это неприемлемо с точки зрения гибких требований, предъявляемых к уличному турбонагнетателю. Необходим компромисс, не скатывайтесь до низкого уровня журналистов, утверждающих, что качество системы турбонаддува характеризуется тем, сколь малые обороты нужны ей от двигателя, чтобы она создала давление наддува.

Модель турбонагнетателя влияет на его характеристики?

Нет. Фактически все турбонагнетатели долговечны, эффективны и отвечают предъявляемым требованиям. Характеристика турбокита никоим образом не связана с моделью турбонагнетателя, если эта модель не является единственным турбонагнетателем требуемого размера, доступным для применения. Некоторые конструкции имеют интегрированные вестгейты. Такое исполнение вестгейта требует немного большего количества работы, чтобы сделать его столь же эффективным, как внешний вестгейт. В этом случае модель турбонагнетателя влияет на его характеристику, но только из-за интегрированного вестгейта.

Сдвоенные турбины дают какое-либо преимущество?

Иногда. Двигатель объемом более 3000 см3 может получить пользу от применения двух турбин. Две небольшие турбины могут слегка снизить инерционность турбосистемы, в противоположность одному большому турбонагнетателю, и обеспечивают лучший баланс между характеристиками наддува на низких и максимальных оборотах. При объеме более чем 5000 см3, две турбины действительно станут необходимостью. Не подумайте, что парные турбины по существу более мощны, просто при этом накладывается друг на друга слишком много прочих факторов.

Что означает эффективность (КПД) компрессора, и почему она важна?

Давление в выпускном коллекторе влияет на характеристики?

Источник