Общие сведения о Turbo Boost

Сценарии (JavaScript) отключены в вашем браузере.
Без него этот сайт не будет работать должным образом.

01.04.2021 — Пол Бертуччи

Как превратить взрыв в толчок?

Название игры внутреннего сгорания — преобразование тепловой энергии в движение. Внутри двигателя мы воспламеняем топливо, такое как бензин, и горячие, расширяющиеся топливно-воздушные газы давит на поршни. Поршни, перемещающиеся вверх и вниз, соединены с вращающимся коленчатым валом в нижней части двигателя, превращая это вертикальное движение в возвратно-поступательное. Подключите все это к трансмиссии, соединенной с колесами, и вперед!

Как сделать более мощные взрывы для большей тяги?

Если вы когда-нибудь разжигали костер, чтобы приготовить смор, вы, вероятно, помните три части «огненного треугольника»: воздух, топливо и источник воспламенения. Это то же самое у вашего костра, что и внутри вашего двигателя, когда воздух поступает во впускное отверстие, смешивается с топливом из ваших топливных форсунок и получает воспламенение от ваших свечей зажигания.

Если мы хотим увеличить мощность, нам нужно убедиться, что у нас достаточно всех трех компонентов нашего огненного треугольника. В двигателе это означает, что если мы впрыскиваем больше топлива, мы также должны быть уверены, что получаем больше воздуха (и, следовательно, больше кислорода), чтобы сжечь все топливо, поскольку лишнее топливо не сгорит, если в нем не будет больше кислорода. что соединить и сжечь.

В химии есть термин, обозначающий идеальное количество реагентов в уравнении, чтобы сбалансировать его без остатка: стехиометрия. В бензиновом двигателе стехиометрическое соотношение кислородсодержащего воздуха и топлива составляет 14,7 частей (по массе) воздуха на 1 часть бензина.

Ввести принудительную индукцию

«Нет замены рабочему объему» — это фраза из дней большого блока V8, когда большая мощность означала физически более крупные двигатели, потреблявшие больше воздуха и топлива. Цилиндры большего размера могли всасывать не только больше топлива, но и больше воздуха для полного сгорания топлива, и это давало вам больше мощности.

К сожалению, больший размер также означает больший вес, поэтому некоторые инженеры вместо этого пришли к идее подавать больше воздуха в двигатель, накачивая его: вместо того, чтобы увеличивать физически двигатель до , всасывать больше воздуха, толкать больше воздуха в двигателе того же размера. Сжатый воздух, нагнетаемый в двигатель, называется наддувом, при этом повышение давления по сравнению с давлением окружающего воздуха измеряется в фунтах на квадратный дюйм или в барах/килопаскалях.

Эти первые воздушные насосы с принудительной индукцией назывались нагнетателями, а их лопастные колеса компрессора приводились в движение самим двигателем через ремни или шестерни, приводимые в движение коленчатым валом двигателя. Стехиометрия означает, что каждая небольшая доза топлива требует в 14,7 раз больше воздуха, поэтому неудивительно, что нагнетатели используют огромное количество энергии (иногда до 20% от общей мощности двигателя!), чтобы перекачивать весь этот воздух.

Больше энергии с меньшими потерями — турбокомпрессор

Размер и вес — это плохие вещи в автомобилях и хуже вещей в самолетах, которые раньше активно развивались с принудительной индукцией. Мало того, что тяжелый двигатель делает самолет тяжелым, физически большой двигатель также создает громоздкий неаэродинамический фюзеляж. В самолетах был добавлен стимул повышать давление входящего воздуха, чтобы компенсировать разрежение воздуха на больших высотах, чтобы мощность двигателя не падала на большой высоте.

При такой высокой мощности и весе в самолетах швейцарский авиационный инженер Альфред Бюхи придумал, как избавиться от потери мощности нагнетателя на 20 %: вместо того, чтобы использовать мощность двигателя через ремень/шестерни для вращения компрессора, подключите компрессор колесо к соответствующему колесу турбины в выхлопной системе, улавливая энергию из потока выхлопных газов, который в противном случае тратится впустую, подобно тому, как ветряная мельница улавливает энергию от бриза.

Эти ранние «турбинные нагнетатели» или «турбо-нагнетатели» в конечном итоге стали использоваться во многих гоночных самолетах, бомбардировщиках и истребителях 19-го века.30-х и 1940-х годов, и в то время считались передовой аэрокосмической технологией, детали которой вращались со скоростью сотен тысяч об/мин, а турбинные колеса подвергались воздействию температур выхлопных газов до 1800°F/1000°C. Таким образом, внедрение такого дорогого оборудования в автомобили сначала было медленным и экспериментальным, поскольку с 1950-х годов появилось несколько моделей, таких как Chevrolet Corvair, с дополнительным турбодвигателем.

Разработка турбокомпрессора шла рука об руку с разработкой газовой турбины (реактивного двигателя) на протяжении 1950-х и 1960-х годов. В дополнение к лучшим материалам, способным выдерживать высокие температуры и давление на горячей стороне турбонагнетателя, общая компоновка турбонагнетателя в конечном итоге была стандартизирована:

• Корпус холодной стороны, который направляет впускной воздух к турбокомпрессору
  • Колесо компрессора, который создает давление в воздухе
  • Байпас компрессора, который открывается, когда вы отпускаете газ, чтобы воздух наддува не скапливался за закрытой дроссельной заслонкой и не вызывал остановку компрессора
• CHRA (вращающийся узел центрального корпуса, также иногда называемый «картриджем»)
  • Вал, на котором закреплены колеса компрессора и турбины
  • Подшипники вала, обеспечивающие свободное вращение вала
  • Смазка и охлаждение
• Корпус горячей стороны, который направляет воздух из выпускного коллектора в турбину
  • Турбинное колесо, которое улавливает энергию выхлопных газов крутиться быстрее

Энергетический кризис 1970-х действительно подтолкнул автопроизводителей к тому, чтобы начать серьезно рассматривать турбокомпрессоры как способ уменьшить размеры двигателей (и улучшить выбросы и экономию топлива) без ущерба для мощности.

Мощность и управление

1970-е и 1980-е годы также совпали с компьютерной революцией, и эти передовые технологии управления подачей топлива и двигателем доказали свою эффективность и долговечность. От первых аналоговых датчиков температуры и расхода в 1970-х годов до нескольких объединенных в сеть блоков управления в 2000-х годах и позже, системы были усовершенствованы, чтобы не отставать от потребности выжимать как можно больше энергии из капли топлива:

• Система лямбда-зонда (датчик кислорода), разработанная Volvo. первый автопроизводитель, использовавший эту комбинацию датчиков для измерения расхода топлива:
  • Датчики массового расхода воздуха для измерения количества воздуха, поступающего в двигатель воздух
  • Датчики кислорода (лямбда), измеряющие остаточное топливо или кислород в выхлопных газах, чтобы определить, насколько близко к стехиометрическому соотношению 14,7:1 работает двигатель
• Датчики детонации для измерения состояния и времени сгорания прямое зажигание, для регулировки угла опережения зажигания для предотвращения детонации
• Цифровые блоки управления двигателем (ECU) для постоянного измерения всех этих входных сигналов и регулировки выходных сигналов
• Схемы управления двигателем запроса крутящего момента, до
  • A: выяснить, сколько именно мощности требуется водителю (путем нажатия правой ноги на педаль газа). целевая мощность водителя

Точный контроль нагрузки и температуры двигателя, более жесткие допуски на обработку и балансировку, а также более совершенные сплавы — все это сыграло свою роль в повышении надежности и производительности турбокомпрессора. Как 80-е и 90s прогрессировали, турбонаддув стал более популярным, с предсказуемой выходной мощностью и турбонаддувом, время между капитальными ремонтами теперь достигает 100 000 миль и более.

Конструкция самого турбокомпрессора также быстро менялась: компьютерное гидродинамическое моделирование повышало эффективность базовой конструкции, и теперь начало появляться прямое компьютерное управление самим турбокомпрессором: управление турбонаддувом: вестгейт турбонагнетателя по-прежнему открывается на установленном уровне наддува, пропуская любые дополнительные выхлопные газы, проходящие мимо турбины, чтобы она не вращалась быстрее и не создавала дополнительный наддув … но TCV, управляемый ЭБУ, теперь находится между линией вестгейта и линия корпуса компрессора. TCV смешивает воздух наддува с всасываемым вакуумом, прежде чем он достигнет привода перепускной заслонки, привод «видит» меньше наддува и задерживает открытие перепускной заслонки, и автомобиль продолжает наращивать наддув до тех пор, пока ECU не сочтет это безопасным.

По мере того, как мы продолжаем двигаться в 21 век, турбокомпрессоры играют ключевую роль в обеспечении максимальной эффективности двигателей внутреннего сгорания до того, как электромобили будут готовы занять место среди обычных автомобилей. Турбина была с нами почти столько же, сколько и сама машина, но над ней еще есть над чем работать.

Для получения более подробной информации о компонентах турбокомпрессора и обслуживании системы см. нашу статью о распространенных проблемах с турбонаддувом.

Руководство для начинающих по настройке двигателей с турбонаддувом

Автомобили с турбонаддувом прекрасны своей большой мощностью, но их плохо модифицируют, и это закончится плачевно. Вот наше руководство для начинающих по настройке турбодвигателей.

Спорим, что у большинства из вас есть автомобили с турбонаддувом, или они хотели бы иметь их, но мы уверены, что многие из вас не слишком уверены в том, что делать, чтобы сделать их быстрее, когда они у вас есть. . И, честно говоря, это чертовски сложно!

Чтобы научить вас всему в мельчайших подробностях, потребуется целый век, но чтобы дать вам некоторое представление, вот основы турбо-тюнинга.

Интеркулеры

Одним из побочных эффектов воздуха, поступающего в турбокомпрессор, является то, что он нагревается, часто в три раза больше, чем при входе в турбокомпрессор.

Чем горячее воздух, тем он менее плотный, а значит, меньше доля содержания кислорода, что, в свою очередь, означает меньшую мощность. Еще один побочный эффект горячего воздуха заключается в том, что он увеличивает вероятность детонации, а это серьезно сказывается на сроке службы двигателя. Для охлаждения впускного наддува (воздуха, поступающего в двигатель) нужен интеркулер, который работает так же, как и радиатор, но через него проходит воздух, а не вода.

Многие заводские интеркулеры неэффективны, поэтому модернизация часто является хорошим шагом, и, как правило, чем они больше и больше соответствуют воздушному потоку, тем лучше.

Давление наддува

Наддув является ключом к мощности вашего двигателя, но также может стать ключом к его разрушению, если вы не будете осторожны. Вы получаете больше мощности от увеличения наддува, потому что вы нагнетаете больше воздуха в свой двигатель. В сочетании с соответствующим дополнительным топливом это приводит к увеличению мощности и крутящего момента.

Не бывает слишком много наддува, оно слишком много для ВАШЕГО двигателя и турбонаддува. Некоторые гоночные автомобили работали с наддувом более 4 бар (почти 60 фунтов на квадратный дюйм!), и это было нормально для них, но, похоже, это навело некоторых людей на мысль, что они могут ударить по выпускному клапану и запустить свою турбину. Несколько мгновений он летает, а затем БУМ, новый двигатель, пожалуйста, мама.

Большинство автомобилей с турбонаддувом в стандартной комплектации работают с наддувом около 7-10 фунтов на квадратный дюйм (хотя некоторые новые автомобили с турбонаддувом стандартно работают с давлением более 15 фунтов на квадратный дюйм), а с некоторыми простыми улучшениями подачи топлива (обычно заменой чипа ECU) и повышением давления еще на 5-8 фунтов на квадратный дюйм, производительность становится значительно улучшено и безопасно за очень небольшие дополнительные деньги.

При дальнейшей модернизации большинство двигателей могут получить еще больший наддув, но не спешите с этим, не зная точно, во что вы ввязываетесь.

Турбины

Возможно, это правда, что они напоминают две гигантские раковины улиток, но это то, что дает вам тот прекрасный импульс, который вам нужен. Установка другого турбонаддува может дать вам больше мощности, и есть разные способы сделать это. Некоторые сменные турбины могут быть того же размера, что и ваша нынешняя, но они просто мощнее и способны выдерживать большее давление наддува без сбоев.

Если вы установите турбонаддув с увеличенным корпусом выхлопной трубы, это даст меньшее противодавление выхлопных газов, что увеличит вашу мощность, но за счет мощности на низких оборотах (увеличенное отставание).

Если вы выберете компрессор большего размера, но с корпусом выхлопа стандартного размера, это может дать большую мощность, но маленький корпус выхлопа может быть ограничивающим фактором при высоком наддуве.

Наиболее распространенные турбокомпрессоры с повышенными характеристиками — это те, которые имеют больший компрессор и корпус выхлопной трубы, и, хотя с ними вы теряете небольшую мощность при понижении мощности, вы получаете большую мощность в целом.

Впрыск воды

На некоторых автомобилях установка промежуточного охладителя приличного размера практически невозможна, поэтому некоторые вместо этого используют впрыск воды для охлаждения впускного воздуха. Он работает путем впрыскивания тонкого водяного тумана во впускную трубу при работе наддува. Испаряющаяся вода поглощает большое количество тепла из сжатого воздуха, снижая температуру до безопасного уровня.

Закись азота

Закись азота является хорошим усилителем мощности на любом двигателе, но на турбированном двигателе у нее есть еще два применения. Он очень холодный, поэтому при впрыске он значительно снижает давление наддува, намного сильнее, чем интеркулер и впрыск воды, увеличивая мощность намного больше, чем на двигателе без турбонаддува.

Также отлично подходит для накачивания больших турбин. Если у вас есть массивная турбина, которая не срабатывает до высоких оборотов, впрыск закиси азота на низких оборотах приведет к гораздо более быстрому ускорению.

Однако вокруг закиси ходит много мифов. Развейте их, прочитав это руководство.

Скримерная труба

Скримерная труба представляет собой выхлопную трубу без глушителя, которая отделена от основной выхлопной системы и питается через внешние перепускные клапаны. Выхлопной газ опускается только после достижения максимального наддува, после чего он становится невероятно громким; это кричит.

Преимущество крикуна в том, что меньше газа будет проходить через вашу основную выхлопную систему. Недостатком является струйный шум, который он может производить, поэтому вы можете не соблюдать дневные пределы шума.

Заправка топливом

Правильная заправка невероятно важна для автомобиля с турбонаддувом; в этом разница между быстрой машиной и быстрой машиной, которая взрывается/тает.

Автомобили с турбонаддувом, как правило, должны работать на более богатой смеси, чем двигатели без наддува, чтобы оставаться в безопасности, и вам потребуются усиленные форсунки и топливные насосы, когда вы серьезно увеличите мощность.

Если вы просто увеличиваете наддув без соответствующей регулировки подачи топлива, вы напрашиваетесь на неприятности. Так что обязательно разберитесь!

Топливо

При покупке импортного автомобиля выезжайте на хорошую катящуюся дорогу, чтобы убедиться, что заправка безопасна. Если вы этого не сделаете, вы можете расплавить поршни, поскольку в Японии используется топливо с более высоким октановым числом, чем в Великобритании.

Высокооктановое топливо — друг автомобилей с турбонаддувом, поскольку оно гораздо более устойчиво к det (детонации), что позволяет автомобилям безопасно работать с более высоким наддувом. 98ron или лучшее топливо очень важно. Вы можете получить гоночное топливо до и даже выше 110ron, но оно очень дорогое и недоступно ни на одной известной нам заправочной станции. Таким образом, вы обычно увидите это только в гоночных автомобилях.

Воздушные фильтры

Как и в случае с автомобилями без турбонаддува, вы должны быть осторожны с расположением воздушного фильтра; если он всасывает действительно горячий воздух, он может потерять мощность, поэтому старайтесь держать его подальше от горячих частей двигателя, особенно если капот не вентилируется. Однако так же важно, как и положение, является ли оно неограниченным. Хорошая настройка фильтра может дать хороший прирост и может ускорить время, необходимое автомобилю для включения наддува.

Еще одно изменение при установке большого конусного фильтра — более громкий индукционный шум, что всегда является приятным бонусом!

Преждевременное зажигание/детонация

Детонация или детонация являются главными причинами смерти модифицированных двигателей с турбонаддувом, они разрушают прокладки головки блока цилиндров и разрушают поршни. Хуже всего то, что обычно вы не можете сказать, что это происходит!

Когда тепло и давление внутри камеры сгорания настолько велики, что топливно-воздушная смесь воспламеняется до того, как сработает свеча зажигания, это называется детонацией. В результате взрыва возникают внезапные массивные давления и высокие температуры горения. В тяжелых случаях он может уничтожить двигатель в одно мгновение.

Основной причиной неисправности является работа двигателя на слишком обедненной смеси (недостаточное количество топлива) для форсажа, на котором работал автомобиль, или слишком большое опережение зажигания.

Во избежание этого крайне важно, чтобы при выполнении любых модификаций двигателя, особенно при увеличении наддува, доверить настройку подачи топлива и зажигания вашего автомобиля специалисту.

Клапаны сброса

На форумах часто обсуждается вопрос о том, делают ли клапаны сброса (также называемые продувочными клапанами) что-либо кроме приятного шума. Некоторые пуристы считают, что это пустая трата времени, но на самом деле нельзя отрицать, что они могут и действительно продлевают срок службы турбины. Большинство производителей оригинального оборудования устанавливают бесшумные версии с рециркуляцией. Клапаны сброса (в атмосферу) послепродажного обслуживания издают характерный звук «тсссссчхх», когда воздух выходит, когда вы отпускаете дроссельную заслонку.

Теория клапанов сброса давления заключается в том, что они предотвращают остановку турбины, когда вы закрываете дроссельную заслонку, открывая клапан для выпуска лишнего воздуха. Поскольку турбонагнетателю разрешено продолжать вращение, он будет быстрее набирать скорость/ускорение при повторном нажатии на педаль газа и, таким образом, улучшит отклик на педаль газа. Чем больше наддува вы запускаете, тем эффективнее будет клапан сброса давления. Но даже если вы используете только стандартную турбину, вы все равно можете наслаждаться звуковыми эффектами, которые обеспечивает сбросной клапан.

Вестгейт

Вестгейт — это клапан, который направляет выхлопные газы из коллектора в выхлоп, не проходя сначала через турбокомпрессор. Пропуская некоторое количество выхлопных газов прямо в выхлопную трубу, а не через турбонаддув, он регулирует наддув и предотвращает слишком быстрое вращение турбонагнетателя.

Все бензиновые автомобили с турбонаддувом имеют вестгейт. В большинстве автомобилей он встроен в выхлопной патрубок турбокомпрессора. Многие более крупные турбины, как правило, нуждаются в отдельном внешнем перепускном клапане, установленном на выпускном коллекторе.

Единственный случай, когда вам нужно установить вестгейт большего размера, это если у вас действительно большой турбонаддув и вы хотите использовать низкий наддув. Высокий вестгейт позволит большому количеству выхлопных газов проходить мимо турбины.

Прокладки головки блока цилиндров

Прокладки головки блока цилиндров (которые зажаты между головкой и блоком), вероятно, чаще всего выходят из строя на автомобилях с турбонаддувом, но они не должны выходить из строя вдвое реже, если вы вещи должным образом.

По правде говоря, прокладки головки блока цилиндров намеренно делаются самым слабым звеном в двигателе, поэтому, если что-то пойдет не так, прокладка головки должна лопнуть раньше, чем что-либо более дорогое, например поршни или блок! Причина взрыва прокладок ГБЦ — это давление в цилиндрах. Если он слишком высок для прокладки головки блока цилиндров, он дует, но есть способы уменьшить вероятность этого.

Усиленная прокладка головки блока цилиндров и болты — это один из вариантов, но самое главное — убедиться, что ваш двигатель настроен правильно и не детонирует, потому что при детонации давление в цилиндре моментально разрушит прокладку головки блока цилиндров — гораздо раньше, чем дополнительный буст по собственной воле. Для автомобилей с серьезными уровнями наддува доступны более прочные, усиленные прокладки головки блока цилиндров.

Система управления двигателем

На любом современном автомобиле необходимо обеспечить точную подачу топлива и зажигание (и наддув). Любые существенные изменения в двигателе требуют корректировок в управлении, чтобы получить от вашего двигателя максимальную мощность, управляемость и, самое главное, надежность.

Системы управления двигателем вторичного рынка часто имеют и другие хитрости для автомобилей с турбонаддувом, такие как защита от задержек, контроль наддува и так далее. Определенно стоящая инвестиция, если ваша цель — большая мощность и долгий срок службы.

Выхлопные трубы

Если вы установите выхлопную трубу большого диаметра на двигатель без турбонаддува, это часто может привести к потере низкой мощности и крутящего момента, но установите ее на машину с турбонаддувом, и она действительно будет чем больше, тем лучше!

В идеале вам нужно нулевое противодавление в выхлопе вашего автомобиля с турбонаддувом, поэтому выхлоп большого диаметра (2,5 дюйма, часто 3 дюйма + на автомобилях с большой мощностью) выхлопа из задней части турбонагнетателя максимизирует вашу мощность и реакцию. Известно, что водосточные трубы большого диаметра обеспечивают ускорение намного раньше, чем стандартные, на некоторых автомобилях с ограничительными выхлопами.

Степень сжатия

Степень сжатия — это, по сути, насколько топливно-воздушная смесь сжимается (сжимается) поршнем до воспламенения. Если вы слишком сильно сожмете воздушно-топливную смесь, она может воспламениться сама по себе — это детонация, что очень плохо для вашего двигателя.

Как только вы начнете работать с большим наддувом, вам нужно будет снизить компрессию, чтобы поддерживать давление в цилиндрах на разумном уровне и избежать детонации. Обычно это делается с поршнями с низкой степенью сжатия. Распространенный миф о том, что двигатели с низкой степенью сжатия тормозят, не соответствует действительности; степень сжатия не имеет большого отношения к тому, на каких оборотах происходит наддув.

Низкое сжатие дает немного меньшую мощность при отключении наддува, но ни один автомобиль малой вместимости не является мощным на низких оборотах, так что это не проблема.

Модернизированные внутренние детали

Точный момент, когда вам понадобятся более прочные внутренние детали (и нет, это не тот момент, когда ваш текущий двигатель взрывается), зависит от автомобиля, но кованые поршни являются основным обновлением для автомобилей с турбонаддувом, поскольку они могут выдерживают гораздо более высокие температуры и более устойчивы к детонации.

Как и в случае с прокладками головки блока цилиндров, срок службы ваших внутренних компонентов будет значительно увеличен за счет правильной подачи топлива и установки опережения зажигания, поскольку без детонации ваш двигатель подвергается гораздо меньшей нагрузке.

Головка/кулачки

Головка и кулачки вторичного рынка далеко не так важны, как на двигателях без турбонаддува, потому что турбины нагнетают воздух под давлением, поэтому размер порта головки и подъем/длительность открытия клапанов не такие большие, как проблема.