ТУРБО. Теория.

[Wheels]

TURBO

Теория

Самый часто задаваемый вопрос, все прекрасно знают, это вопрос про турбовку.
Но из тех, кто эти вопросы задаёт, 1% только понимают в ней, что либо. Теже кто понимают, не задают вопросов.

Сейчас попробую помочь этим 99 оставшимся процентам.

Начнём я думаю с простого и самого желанного всеми, с турбины.
Придумана была черти знает когда, и сейчас проживает пик славы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТУРБОКОМРПЕССОРА

.

Мотор при работе выделяет много выхлопных газов, или можно выразиться много бесполезной энергии уходит в трубу в буквальном смысле.
И турбокомпрессор создан для преобразования этой энергии в другую, в полезную.



Для этого он устанавливается таким образом, чтобы через турбинную ("горячую") часть турбокомпрессора, проходили эти выхлопные газы. В следствии этого, под давление выхлопных газов, начинает раскручиваться турбинная "крыльчатка". Далее своё вращение она передаёт на вал, которым соединена турбинная и компрессорная крыльчатки ("холодная" и "горячая"), а вал раскручивает уже "холодную" крыльчатку. Та нагнетает давление во впускной коллектор. Достаточно простая и гениальная вещь.

Выпуск. Впуск. Контроль давления.

Мало просто одним выхлопом получить давление воздуха. Этот воздух еще надо получить максимально холодным, максимально быстро, максимально много для конкретного мотора и максимально рано.

1) Максимально холодным.

При работе турбокомпрессора, очень сильно разогревается турбинная часть, тем самым нагревая еще и компрессорную. Плюс воздух сжимается компрессором в хаузинге, тем самым разогреваясь в нём. Из-за этого мы получаем воздух во впускной коллектор разогретым. А нам это не надо.

Для охлаждения применяется воздушный радиатор, или интеркуллер. Воздух выходя из турбы, попадает в радиатор, проходит через его соты, в сотах охлаждается и попадает уже во впускной коллектор.

2) Максимально быстро

Подразумивается, что воздух должен пройти максимально короткий путь до впускного коллектора, чтобы не увеличивать "турболаг" (время между открытием дросселя и выходом на положительное давление).

Таким образом придумана куча решений. От установки интеркуллера сверху как у субару, заканчивая ледяными кулерами и азотными. Каждый выбирает для себя свой вариант. Я выбираю фронтальное расположение и так называемый Vmount, когда спряжение радиатора ОЖ и куллера образуют букву V.

3) Максимально много

Задумываться сколько "дуть" в мотор, чтобы она "перла как паровоз" стоит в процессе постройки. Но это "сколько" надо еще как то контролировать.
Для контроля есть две основных вещи:

1) Waste gate или перепускной клапан турбинной части турбокомпрессора.




2) BlowOff/bypass или клапан сброса лишнего давления из системы впуска.



Есть еще куча подразновидностей, но об этом не сейчас.



У вестгейта задача пускать мимо турбины часть выхлопных газов. Перепуская, количество выхлопных газов мимо турбины, можно управлять её частотой вращения, а следовательно и давлением наддува.

БлоуОфф же контролирует выживание турбины и вашей системы впуска.
Дело в том, что когда вы отпускаете педаль газа, дроссель закрывается. И так как турбина имеет какую то инерционную силу, она в течении предположим секунды всё еще "качает" вам воздух. Этот воздух упирается в закрытый дроссель и создаёт "обратное давление". Это обратное давление "бьёт" в крыльчатку компрессора и та ломается. Чтобы этого не проиходило и придуман блоуофф. Грубо выражаясь , он спускает это "обратное давление" в атмосферу. Поэтому вы слышите всеми вожделенный "ВРРР ПШШШШШШШШШШШШШШ" или "Тууу тутуу туууут туууууу". ))

БайПасс делает тоже самое, только спускает давление обратно в систему, перед турбиной.

4) Максимально рано. СПУЛ.

Атмосферный мотор всегда работает на разряжении воздуха. Тоесть давление воздуха во впускном коллеторе отрицательное.
Турбо же как всем понятно делает это давние положительным.


То на каких оборотах выходит турбина на положительное давление или "ноль" и называется СПУЛ.
Спул зависит от многих фактор. Нагрузка на мотор, размер крыльчатки, размер хаузингов, геометра хаузингов, топливо, температура впуска, температура выпуска, обьём двигателя, его геометрия и много еще чего..

Но мы вычленим только основные. Сейчас, не будем думать как спул сделать более ранним, будем пытаться не делать его позднее.

Выпуск

На турбо моторе с выпуском всё гораздо проще, чем на атмосферном. На атмо, надо его просчитывать по нужным оборотам. Длине, объёму, подпору комплектующих и так далее. Иначе мы портим полку момента и порой и лошади теряем.

Ну, а на турбо идеальный выпуск, это труба прямая в капот из турбины или в крыло.
Но для для города это не удобно. Оглохнуть можно, да и соседи зарежут. Поэтому делается простой прямоток, как можно большего диаметра и без лишних поворотов. Тут важно не делать "подпора" выхлопа вышедшего из турбины. Он должен без препятствий покидать её, иначе мы теряем скорость выхлопа, следовательно скорость вращения крыльчатки. Выбор же диаметра выпуска обуславливается размером турбины.

Впуск

Со впуском всё тоже самое. Он должен быть максимально широким, но без большого ущерба турболагу и соизмеримо производительности турбины. Без лишних поворотов, гибы максимально пологие, без ступенек.
Впуск перед турбиной должен быть диаметром не уже чем её входное отверстие, фильтр желательно с минимальным сопротивлением.

Размер турбины

Размер турбины подбирается в зависимости от поставленных целей и доступных средств.
Какой мотор, какой объём, где будем гонять.

Правило просто. Чем меньше турба, тем быстрее раздуется. Чем больше турба, тем позже.
Вроде бери да ставь маленькие и не парься. Но это не так.

Чем меньше турбина, тем она раньше упрётся в максимум своих возможностей по давлению. Просто не сможет "прокачивать" ваш мотор на высоких оборотах. Сильнее будет "тормозить" выпускные газы в коллекторе. Будет поднимать температуру выпуска. В общем рано "оживёт и рано сдохнет".

Чем больше турбина, тем она позже раздуется, позже упрётся в свой максимум, меньше будет тормозить выхлопные газы. И прокачает нормально ваш мотор на высоких оборотах.

Не забываем, что всё соизмеримо под конкретный мотор. Одна турбина может для двух литров быть велика, а для четырёх мала.
Больший объём мотора, выделяет больше выхлопа, соответственно скорость выхлопных газов в турбине выше, раньше спул. Но и турбине надо закачать больше воздуха, чтобы обеспечить большой объём мотора.

Из-за этого люди и стараются выбрать "золотую середину".

Рассмотрим на примере мотора М50В30 и турбин Garret.

1) Авто для драга.


В драге нам важна максимальная мощность. Достигается она как правило на высоких оборотах.
Поэтому важно выбрать турбину которая не будет затыкать выпуск, будет накачивать большое давление, и не будет "сдуваться" к 6000 тысячам.
Если у нас цель 750-+ сил, то можно выбирать сразу какойнить Garrett GT4088R. Для него это предел. Больше сил, надо следующую в линейке брать.
Турба большая. На ноль выйдет я думаю на 3400-3800. Давление выдаст хорошее. Есть линейка гаретов посерьезнее. Дело выбора в общем.

2) Авто для города


В городе важна эластичность мотора. Важно, чтобы он рано выходил на буст, сильно не сдувался.
Отличный вариант в данный момент это серия GTX30. Турбина умеренных размеров. 550 сил она выдаст вам стабильно, в городе больше и не требуется. Хотя способна и на большее.
На ноль я думаю выйдет она к 2500, бар на 3500. В городе будет очень комфортно передвигаться.
Можно взять собрата и поменьше. Зависит от цели.

Слышу звон, в моторе он.

Ну вот от простых вещей мы дошли до сложного.
Надуть в мотор, много ума не надо. Важно, чтобы это всё настроено было правильно. От настройки зависит жизнь вашего мотора и результат соответственно.



1) Степень сжатия.

Главное отличие всех турбо моторов от атмосферных, это пониженная степень сжатия.
Дело в том, что можно надуть и атмо мотор. Но тогда, даже при грамотной настройке, нам понадобиться либо лить ну оооочень много топлива, чтобы "залить" детонацию, так как более богатая топливом смесь меньше детонирует, либо топливо должно быть очень высокого октанового числа, либо править точно зажигание под разный бензин, либо еще много вариантов.. Иначе просто мотор будет детонить. И помрёт. Есть конечно моторы, в которые можно без вмешательств дуть, но это исключение из правил.

Средняя С.Ж. современных турбо моторов это 8.5 . У атмосферных 10.
Чем ниже С.Ж. тем выше порог детонации. И на оборот.
Чем выше порог детонации, тем больше можем "вдуть", но и сильно низкую С.Ж тоже не желательно. "Низы" у мотора то пропадают. Спул хуже и так далее. 8.5 в общем, идеальный вариант. Правда я сторонник 9.0.

У моторов М50 понижение С.Ж. достигается заменой КШМ целиком или поршней отдельно.



2) Температура выхлопа. EGT - Exhaust gas temperature. Топливная смесь.

При максимальной отдачи от турбо мотора, температуре выхлопа не желательно превышать 950 градусов, почему я думаю вы понимаете.
Меряется температура специальны датчиком, установленным в выпускном коллекторе или на выходе из турбины.
Понижение или повышение этой температуры зависит от давления турбины, размера турбинной части турбокомпрессора, качества топливной смеси, диаметра выпуска.

EGT зависит от СЖ, давления наддува, фаз газораспределения, угла зажигания, от температуры топливовоздушной смеси, в том числе от показателей смеси. Чем беднее смесь, тем выше EGT, ниже порог детонации, больше мощность.
Но до конца "беднить" тоже нельзя, мотор начнёт "звенеть". Поэтому, при настройке мотора, ищется его идеальное соотношения топливовоздушной смеси.
Берется богатая смесь и смотрится при каких показателях ЕГТ и смеси у вас начинает мотор звенеть, постепенно обедняя её.

Не забываем, что за смесь отвечают форсунки и ЕБУ.
В шести цилиндровых моторах объёмом 2500-3000, объём форсунок просто подобрать. Можно не заморачиваться и проецировать объём на мощность + не большой запас.
440сс форсы = 400 сил. 1000сс = 900 сил.

ЕБУ же, надо выбирать грамотно. "Дуть" в стоковый мозг нельзя!





Также советую прочесть книгу Корки Белла "Максимум Буст".

Ну вот вроде все основные аспекты турбо моторов затронуты.
Обратите внимание, что самое важное в моторе, это баланс.
Будьте терпиливыми, не совершайте не обдуманных поступков.
Ибо "краилово приводит к попадалову".
Всем пис.