Супертурбо: все продвинутые системы наддува

45372 0 31
Поделиться: 0 13 0 5 0 13

Битурбо, твинтурбо, твинскролл... Наверняка вы давно хотели разложить для себя по полочкам, что как работает и чем отличается. Мы подготовили для вас подробный рассказ о плюсах, минусах и надежности каждой из технологий.

Я предельно упростил формулировки, чтобы текст был доступен для понимания широкому кругу читателей. Но для лучшего понимания вопроса рекомендую прочитать мои прошлые публикации о видах наддува и надежности турбомоторов.

Прогресс не стоит на месте, и каждое новое поколение автомобилей должно быть быстрее, экономичнее и мощнее. Часто для повышения мощности используются комбинированные системы наддува, да и «обычные» турбины вовсе не так просты, как кажется на первый взгляд. Каким же образом инженеры научили турбомоторы быть одновременно мощными, эластичными и экономичными? Какие технологии позволяют создавать массовые двигатели с удельной мощностью в 150 л.с. на литр и отличной тягой на низах, и тысячесильных монстров?

«Обычная» турбина

Как я уже писал, турбокомпрессор прост на первый взгляд, но является высокотехнологичным устройством, которое работает в очень жестких условиях. И любое его усложнение сильно сказывается на надежности. Для примера я постараюсь подробнее описать устройство типичного турбокомпрессора без особых усложнений.

Фото: depositphotos.com


Основной частью турбокомпрессора является средний корпус, в нем расположены подшипники скольжения, упорный подшипник и седло уплотнения с кольцами. В самом корпусе есть каналы для прохождения через него масла и охлаждающей жидкости. На совсем старых конструкциях обходились только маслом и для смазки и для охлаждения, но такие турбины не применяются на серийных машинах уже давно. Для предохранения среднего корпуса от воздействия горячих выхлопных газов служит жароотражатель.

В средний корпус устанавливается турбинный вал. Эта деталь не просто вал, конструктивно он соединен с турбинным колесом неразъемным соединением, чаще всего сваркой трением или выполнен из цельного куска металла. Иногда для создания крыльчатки используется керамика-прочности и коррозийной устойчивости лучших конструкционных сталей может не хватать. Сам вал имеет сложную форму, на нем есть утолщение для уплотнения и упорный выступ, а форма цилиндрической части рассчитана с учетом теплового расширения во время работы.

На турбинный вал надевается компрессорное колесо. Оно изготовлено обычно их алюминия и фиксируется на валу гайкой.

Конструкция из среднего корпуса, установленного в него турбинного вала и компрессорного колеса называется картриджем. После сборки этот узел тщательно балансируется, ведь работает он при очень высоких оборотах и малейший дисбаланс быстро выведет его из строя.

Еще турбине нужны две «улитки» — турбинная и компрессорная. Часто они индивидуальны для каждого производителя машин, тогда как центральная часть — картридж и размеры турбинного и компрессорного колеса являются признаками конкретной модели турбины и ее модификации.


Фото: depositphotos.com



Для предохранения от слишком высокого давления наддува используется клапан сброса давления газов, он же вастегейт. Обычно он является частью турбинной улитки и управляется вакуумом. Он закрыт при обычном режиме работы турбины и открывается в случае слишком высокого давления наддува или других проблем в работе мотора, сбрасывая скорость вращения турбины.

А теперь о том, как используют турбины и какие технологии применяют, чтобы достичь самых высоких показателей моторов.

Twin-turbo и Bi-turbo

Чем больше и мощнее мотор, тем больше воздуха нужно подавать в цилиндры. Для этого нужно сделать турбину больше или быстрее. А чем больше размер турбины, тем тяжелее ее крыльчатки и тем инерционнее она получается. При нажатии на педаль газа открывается дроссельная заслонка и больше горючей смеси попадает в цилиндры. Образуется больше выхлопных газов и они раскручивают турбину до более высокой частоты вращения, что, в свою очередь, увеличивает количество подаваемой горючей смеси в цилиндры. Чтобы сократить время раскрутки турбин и сопутствующую им «турбояму», изначально испробовали способы, которые называются твин-турбо и би-турбо.

Это две разные технологии, но маркетологи компаний-производителей внесли немало путаницы. Например, на Maserati Biturbo и Mercedes AMG Biturbo на самом деле используют технологию твин-турбо. Так в чем же разница? Изначально Twin Turbo («турбины-близнецы») называлась технология, при которой выхлопные газы разделялись на два равных потока и распределялись на две одинаковые турбины малого размера. Это позволяло получить лучшее время отклика, а иногда и упростить конструкцию мотора, используя недорогие турбокомпрессоры, что очень актуально для V образных двигателей с выхлопными коллекторами «вниз».


Фото:twin turbo Nissan



Обозначение Biturbo («двойная турбина») же относят к конструкциям, в которых применяются последовательно подключенные ко впуску две турбины-маленькую и большую. Маленькая хорошо работает на малой нагрузке, быстро раскручивается и обеспечивает тягу «на низах», а потом в действие вступает большая турбина, более эффективная на большой нагрузке. Маленькая турбина в этот момент отключается системой дроссельных заслонок.

Преимуществом такой схемы является большая эффективность одной большой турбины на большой нагрузке: она обеспечивает лучшее давление и меньший нагрев воздуха при большом ресурсе. А еще вместо маленького турбокомпрессора можно использовать механический или электронагнетатель. Они нагревают воздух меньше, чем турбокомпрессор, и не инерционны.

Но как же потери мощности, которые нужны для их раскрутки? Потери на их привод при малой нагрузке не так существенны. Но расплатой за улучшение характеристик турбин является усложнение впускной системы, приходится использовать много труб и дроссельные заслонки, переключающие потоки воздуха.

Обе технологии используются до сих пор всеми производителями, но все они значительно удорожают мотор, ведь дорогих турбокомпрессоров становится в два раза больше, а система управления ими — сложнее. Для сильно форсированных моторов альтернативы этим технологиям нет или почти нет. Но иногда можно просто улучшить конструкцию стандартной турбины.

Тонкое управление вастегейтом

Wastegate – это, дословно, «ворота для сброса», то есть перепускной клапан. На первых турбинах вастегейт работает очень просто: когда давление на впуске преодолевало натяжение пружины, он открывался, стравливал газы и давление падало. Позже систему усложнили: теперь его открытием руководила не только разница давлений, но и электроника, учитывающая множество параметров — обогащение смеси, режим движения, температуру, детонацию и умеющую избегать нежелательных режимов работы самой турбины. Но управлялся он точно так же — пневматикой. Когда нужно было сбросить давление, клапан просто открывался.



Получить качественный скачок характеристик позволяла плавная регулировка степени открытия перепускного клапана. В этом случае турбина может чаще работать с максимальной отдачей, даже при малых оборотах, а на средних нагрузках уже вступает в действие регулирование и в опасные режимы турбина не переходит.

К сожалению, такой способ сложнее. Для его реализации потребовалось разместить электропривод регулировки рядом с турбиной, что понизило ее надежность: электронике приходится работать в очень жестких условиях, при высокой температуре и высокой вибрации. Но улучшение характеристик стоит того и почти все современные турбины высокофорсированных небольших моторов имеют такую конструкцию.

Более эффективное турбинное колесо. Twinscroll

В поисках повышения эффективности одиночной турбины конструкторская мысль придумала способ, который позволял увеличить эффективность работы турбины и на малых и на больших нагрузках. Турбинное колесо, на которое воздействуют выхлопные газы, разделили на две части, отсюда и название технологии – twin scroll (“двойная улитка”), одна часть турбины более эффективна на большой нагрузке, а другая — на малой, но раскручивают они одно и то же компрессорное колесо на общем валу. Турбина получается не намного сложнее, но несколько эффективнее.




В сочетании с подводом выхлопных газов к разным частям «улитки» от разных групп цилиндров и точной настройки это позволяет получить неплохую прибавку производительности без ухудшения характеристик в зоне малых оборотов. Конечно, такая турбина не даст максимальной возможной мощности, но зато такой мотор будет тяговитее и на практике удобнее и быстрее.

Более эффективное турбинное колесо – турбины с изменяемой геометрией

В твин-скролл турбине выхлопные газы разделяются на два потока и один всегда работает с меньшей эффективностью, чем возможно. Но есть и другой способ! Можно регулировать направляющий аппарат турбинного колеса, и выхлопные газы будут работать всегда с максимальной эффективностью. Все это требует весьма сложной механической системы, расположенной в самой горячей части турбины-на выхлопной «улитке». И сложного механизма управления.

Геометрию впускного канала турбины изменяют с помощью направляющих лопаток. На малых оборотах, когда давление выхлопных газов малое, лопатки, поворачиваясь, сужают канал. Через узкое отверстие газы проходят с более высокой скоростью, обеспечивая быструю раскрутку турбины. Когда обороты мотора растут, лопатки пропорционально растущему давлению газов расширяют отверстие, и скорость вращения турбины остается стабильной.

Сначала такие устройства стали применять на турбинах для дизельных моторов — у них ниже температура выхлопных газов, а значит и условие работы тонкой механики лучше. Постепенно технология появилась на в турбинах для бензиновых моторов. Усложнилась и система управления. Вместо изначальной пневматики (как и в случае с вастгейтом), управлять направляющими лопатками стал шаговый электромоторчик.




Резкое усложнение турбины сказывается и на ее стоимости и на ее надежности. Но в высокофорсированных дизельных моторах отказаться от такого эффективного способа сложно, а простое умножение числа турбин не позволяет добиться такого же эффекта. А в мире бензиновых моторов эта технология все еще используется не так уж часто.

Улучшение механики турбин

Подшипники качения (с шариками) имеют намного лучшие характеристики, чем подшипники скольжения (с маслом) — это практически аксиома. Они позволяют уменьшить трение, а значит сделать вращение турбины легким, уменьшить массу вала, снизить зависимость от давления масла. Но высокоточные и очень «выносливые» подшипники качения для огромных скоростей вращения и температур массово стали применять сравнительно недавно.

Турбины на керамических (а не металлических) подшипниках качения надежнее и долговечнее, они не боятся потери давления масла и остановок, менее чувствительны к вибрациям и перегреву. Разумеется, они дороже турбин прошлого поколения, и серийные модели машин с ними появились только недавно, но в автоспорте их возможности оценили уже давно. Например турбины IHI VF серии или Garrett GTxxR/RS применяются на тюнинговых машинах уже много лет.

В заключение

Постепенно новые технологии дешевеют и внедряются на все более массовых машинах. Для последнего поколения моторов почти обязательным атрибутом стало электронное регулирование работы турбины. Все чаще применяются twinscroll-варианты. На больших V образных моторах почти всегда используют технологию twin-turbo, но и турбины при этом не простые, а использующие весь необходимый арсенал новых технологий изготовления.

В сочетании с прямым впрыском топлива это позволяет создавать моторы, характеристики которых еще лет десять назад сочли бы фантастическими — при мощности в 400-500 лошадиных сил они довольствуются 95-м бензином, да и его «едят» не сильно больше, чем малолитражки недавнего прошлого. Что же до надежности современных моторов, то об этом я уже рассказывал в другой статье, ведь в технике ничто не дается просто так.



Читайте также


Понравилась статья? 0 13 0 5 0 13

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.
Новые статьи Смотреть все
Статьи / Интересно
Тест: что тебе стоит купить, Volkswagen Tiguan или Nissan Qashqai?

Современный рынок – поле боя. Даже в пределах одного класса идет серьезная борьба за деньги покупателей, особенно если этот класс – самый популярный и быстрорастущий. Сегодня мы сталкиваем лбами два кроссовера из топа…

15461 1 3
Статьи / Интервью
Есики Кишимото, Subaru: «Levorg – это не автомобиль для России»

С генеральным директор ООО «Субару Мотор» говорим о том, почему в России компания всё ещё гордится симметричным полным приводом, о будущих моделях Subaru на российском рынке и об… американских собаках!

3736 1 0
Статьи / Шины и диски
Кувалдой и прессом: как отремонтировать или испортить колёсный диск

Интерес к колёсным дискам у нас обычно ограниченный: есть некрасивая штамповка и классное литьё. И ещё – ковка, но про неё вообще трудно что-то вспомнить. Давайте сегодня немного расширим свои знания в области дисков:…

1269 1 3
Выбор подержанных авто Смотреть все
Выбор авто / Подержанные авто
Nissan X-Trail T30 с пробегом: муфту – в мойку, катализатор – в помойку

X-Trail первого поколения не зря стал одним из любимцев в народе. У него действительно очень неплохое сочетание простоты обслуживания, надёжности конструкции и потребительских свойств. Причём не только у нового, но и у…

1075 0 2
Выбор авто / Подержанные авто
Nissan X-Trail T30 с пробегом: разваливающийся подрамник и дубово-надёжный салон

Кроссоверы и внедорожники компании Nissan в России любят. Больше – Qashqai и Patrol, но и среднеразмерный Nissan X-Trail в кузове T30, который выпускался с 2001 года, тоже пользуется вполне заслуженной популярностью. И…

9446 9 2
Выбор авто / Подержанные авто
Honda Accord VI с пробегом: чем хороши вальные АКП, и почему моторы всегда едят масло

Шестой Аккорд в своё время для многих был эталоном почти спортивного автомобиля, пригодного, однако, для использования в обычной, даже семейной, жизни. Мог он и драйверские амбиции удовлетворить, и оставался достаточно…

2849 0 1
Популярные тест-драйвы
Тест-драйвы / Одиночные
Бюджет в топе: тест-драйв моноприводной Hyundai Creta с 1,6 и механикой

Почти поголовное стремление покупателей приобрести автомобиль с АКП – далеко не свидетельство тому, что механика – замшелый архаизм. В этом я убедился, отъездив новогодние каникулы на Hyundai Creta. Вдобавок еще и с…

21735 8 1
Тест-драйвы / Одиночные
Квартира с домофоном: опыт владения Lincoln Navigator II

Большие, полноприводные и комфортные были и до него. Но он одним из первых придумал подавать знакомое блюдо под премиальным соусом из представительских опций с соответствующим шильдиком и ценой. Публика пришла в восторг,…

24885 6 2
Тест-драйвы / Одиночные
По дороге, ведущей в западном направлении: тест-драйв Chery Tiggo 2

Не знаю, в курсе вы или нет, но в некоторых европейских странах высшей оценкой в школе считается единица, а пятерка — наихудшей. Китайская марка Chery начинала с копирования продукции японского происхождения, но…

15712 15 2
Обзоры и тесты гаджетов
Гаджеты / Радар-детекторы
Проверенная классика и инновации: тест радар-детектора Fujida Neo 8000

Сегодня мы проверим достоинства богатой комплектации Fujida Neo 8000 и протестируем этот радар-детектор на дорогах. А заодно выясним, почему сигнатурные радар-детекторы и смартфоны с РД-приложениями никак не вытеснят с…

8377 0 0
Статьи / Практика
За руль – со смартфоном: обзор охранной системы Scher-Khan Mobicar 2

Когда наступает необходимость оснастить тот или иной редакционный автомобиль охранной системой, мы стараемся воспользоваться случаем и выбрать «сигналку» поинтереснее и понавороченнее, изучив на ее примере свежие…

10735 13 4
Гаджеты / Видеорегистраторы
В знакомом облике: тест комбо-устройства Fujida Karma S

Fujida Karma S – комбо-гаджет, включающий в себя SuperHD-видеорегистратор и радар-детектор с GPS-приемником. Модель выполнена в хорошо узнаваемом корпусе – эту удачную компоновку используют многие производители, наполняя…

7259 4 1
Военная техника
Статьи / Военная техника
48 ведущих колес: автопоезда-гиганты советских ракетных войск

С середины 1970-х годов активное развитие мощнейших мобильных средств поражения противника, укрывшегося на дальних континентах, привело к появлению в советских РВСН нескольких семейств самоходных сверхсекретных систем…

19258 1 0
Статьи / Военная техника
Наш тепловоз, вперед лети! Уникальная военная автотехника 21-го института

Внимание! Не пробегайте мимо! Внимательно вглядитесь в это фото! Нет, это вовсе не тепловоз, и даже не электровоз. Да это же какая-то уникальная помесь тепловоза с автомобилем, сотворенная ради шутки! Вовсе нет: это…

27048 1 0
Статьи / Военная техника
Сначала был хаос: первые военные автомобили Царской России

Во всех важных делах Царская Россия всегда стремилась идти в ногу с Западом, но всегда терпела неудачи. Так получилось и с рождением первых военных автомобилей. В конце XIX века русское Военное ведомство составило доклад…

2898 0 1
История автомобилестроения
Новости / Рендеры "Колёса.ру"
Последний рестайлинг Москвича: каким он мог быть

Немногие знают, что московский завод в конце 90-х годов планировал существенно обновить свою основную модель. Пользуясь имеющейся информацией, мы представили, что из этого могло получиться.

89804 11 14
Статьи / Автотоп
Советская мощь: все автомобили с V8 из СССР

Фраза «американский автомобиль с V8» звучит так же логично, как «борщ с пампушками». Фраза «советский автомобиль с V8» до сих пор звучит так же непривычно, как «мороженое с беконом». Меж тем, и мороженое с беконом, и…

48589 1 24
Статьи / История
Незадавшееся освоение «Целины»: уникальные сверхтяжелые ракетные колоссы

В ответ на появление в США нового межконтинентального ракетного оружия в Советском Союзе в обстановке особой секретности началась эпопея активных изысканий и проектирования собственных более мощных систем ответного…

38970 1 9
Внимание

Изображение
Выбрать файл
Добавить цитату
Внимание

Вы уверены, что хотите удалить этот комментарий?

Внимание

Вы уверены, что хотите удалить все комментарии пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите отклонить комментарий пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в спам?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в корзину?