Система впуска, как увеличить подачу воздуха в двигатель

Как к турбине подаётся масло

Полноценная система турбонаддува не может функционировать без масла. Так что водителю, решившему установить турбину, придётся решать и эту проблему. Когда турбина будет установлена, к ней прикручивается специальный переходник (такие переходники обычно идут в комплекте с турбинами). Затем на впускном коллекторе устанавливается теплорассеивающий экран. Масло в турбину подаётся через переходник, на который предварительно надевается трубка из силикона. Помимо этого турбина обязательно должна быть оборудована кулером и воздушной трубкой, по которой в коллектор будет поступать воздух. Только таким способом можно добиться приемлемой температуры масла, подаваемого в турбину. Здесь же следует сказать, что комплекты трубок и хомутов для подачи масла в системы турбонаддува можно найти в магазинах запчастей.

Комплект патрубков для турбины сэкономит водителю массу времени

Стоит такой комплект от 1200 рублей. Несмотря на явно завышенную цену, такая покупка сэкономит автовладельцу массу времени, так как не придётся возиться с резкой и подгонкой силиконовых трубок.

О патрубках

Патрубки необходимы не только для подачи масла. Выхлопные газы из турбины тоже нужно удалять. Чтобы вывести избыток газа, не использованного турбиной, применяется массивный силиконовый патрубок на стальных хомутах. В некоторых случаях для выведения выхлопа используется целая система силиконовых патрубков (их количество определяется конструкцией турбины). Обычно их бывает два, в некоторых случаях — четыре. Патрубки перед установкой тщательно осматриваются на предмет внутренних загрязнений. Любая, даже самая мелкая соринка, попавшая в турбину, может стать причиной поломки. Именно по этой причине каждый патрубок тщательно протирается изнутри смоченной в керосине салфеткой.

Выхлопные патрубки обычно выполняются из силикона

Подбирая хомуты для патрубков, следует помнить: силикон — материал не слишком прочный. И если при установке патрубка слишком сильно затянуть стальной хомут, то он может просто перерезать патрубок. По этой причине бывалые автомобилисты рекомендуют не пользоваться стальными хомутами вовсе, а применять вместо них хомуты из специального высокотемпературного пластика. Он обеспечивает надёжное крепление и при этом не режет силикон.

Турбокомпрессор без геометрии

Казалось бы, какой смысл теперь в обычных турбинах, когда есть VGT? Да, несомненно, турбокомпрессор без изменяемой геометрии лишен тех преимуществ, которые имеет модифицированный агрегат, однако она по-прежнему устанавливается на моторы многих автомобилей. Во-первых, она всё равно эффективна, во-вторых, конструкция агрегата проще, а это значит, что меньше денежных и временных затрат на эксплуатацию.

Также следует понимать, что и такая, более простая система наддува вполне отлично себя отрабатывает, с ней вы также сможете получить существенный прирост мощности мотора.

Стоит отметить, что ранее ТГИ попросту не устанавливали на бензиновые двигатели, т.к. температура в горячей части улитки была слишком велика, но позже благодаря новым, более износостойким материалам, бензиновые двигатели также начали оснащать данной технологией, в частности, это касается всех новых спорткаров.

Актуатор турбины: особенности работы

Актуатор, он же вестгейт или вакуумный регулятор — клапан для сброса избыточного давления воздуха на высоких оборотах двигателя. Задачей данного решения является своеобразная защита турбокомпрессора и двигателя. Указанный регулятор для защиты от избыточных нагрузок находится в выпускном коллекторе (фактически, на самой турбине), местом установки является область перед турбиной.

Работает вестгейт по следующему принципу: если обороты двигателя высокие, в результате чего растет давление отработавших газов и давление надувочного воздуха, тогда открывается клапан. Его открытие перенаправляет часть выхлопных газов в обход турбинного колеса.

Так происходит в том случае, когда турбинное колесо раскручивается выхлопными газами до слишком высоких оборотов, в результате чего актуатор инициирует срабатывание обходного клапана, то есть отработавшие газы проходят мимо турбинного колеса. Получается, вестгейт попросту не позволяет турбонагнетателю раскручиваться до максимума под действием слишком сильного потока выхлопа на высоких оборотах мотора.

Добавим, что турбомоторы с завода изначально точно настроены. Во время тюнинга ДВС или установки турбонаддува на атмосферный мотор актуатор необходимо настраивать отдельно. Настройка и регулировка актуатора турбины является важным моментом, так как от нормальной работы системы зависит исправность двигателя и турбокомпрессора. Вестгейт желательно настраивать при помощи спецоборудования, но также это можно сделать самостоятельно, о чем мы расскажем ниже.

Воздушный компрессор из автодеталей

Принципиально другая конструкция у воздушного компрессора, который собирается на базе компрессора ЗИЛ и отдельно стоящего двигателя. Это более мощное оборудование, которое может использоваться и для подключения пневмоинструмента. Очень шумный агрегат.

Компоновочный чертёж компрессорной установки: 1 — компрессор от ЗИЛ-130; 2 — рама из уголка; 3 — предохранительный клапан; 4 — стандартный манометр; 5 — коробка раздаточная; 6 — трёхфазный электродвигатель (1 кВт, 1380 об/мин); 7 — коробка пуска (от стиральной машинки); 8 — конденсаторная батарея (ёмкость рабочая — 25–30 мкФ, пусковая — 70–100 мкФ); 9 — ресивер (из кислородного баллона или глушителя КрАЗ); 10 — передача клиноременная (снижение оборотов 1:3); 11 — кнопка «Стоп»; 12 — кнопка «Пуск двигателя»; 13 — кнопка для краткосрочного включения пусковой конденсаторной батареи; 14 — штуцер расходного (выпускного) клапана; 15 — трубки алюминиевые Ø 6 мм; 16 — клапаны выпускные; 17 — клапаны впускные; 18 — колёса (4 шт.); 19 — поперечное ребро жёсткости; 20 — шпилька стяжная (М10 — 4 шт.); 21 — сливное отверстие с пробкой

Подключение трёхфазного двигателя в однофазную сеть: а — «треугольником»; б — «звездой»

Пример самостоятельного монтажа воздушного компресса из новых деталей и узлов вы сможете посмотреть на видео.

Установка наддува на двигатель

Установка турбины должна выполняться только теми автолюбителями, которые имеют достаточно опыта и знаний в технических особенностях работы всей системы. Непосредственная инструкция по монтажу выглядит следующим образом:

После приобретения наддува необходимо распаковать его, провести визуальный осмотр — корпус должен быть целостным и не иметь деформированных участков. Также необходимо проверить техническое состояние отверстия для подачи масла. Проверяйте внимательно — внутри наддува не должно быть даже мельчайших деталей. Перед проведением непосредственной установки турбины необходимо провести её заправку маслом. Тип и характеристика масла играют важную роль, определяя эксплуатационные характеристики устройства и надежность работы всей системы. Турбина должна располагаться так, чтобы отверстие для подачи масла находилось вверху. В отверстие вливается масло, которое должно заполнить турбину до краев. С помощью ручного насоса необходимо создать давление, которое проталкивает масло во внутреннюю часть и смазывает все внутренние детали. В процессе прокачки может слышаться шипящий звук — это нормальное явление. Процедура выполняется несколько раз, после чего все масло выливается через сливное отверстие. Маслоподающее отверстие располагается строго вертикально, присоединяется к установленному компрессору на двигателе

Необходимо обратить внимание на наклон угла подающего отверстия. Допустимое отклонение от нормы должно быть в пределах 10-15 градусов. Автолюбитель должен убедиться, что масло свободно сливается, без дополнительного усилия

Для удобства установки турбины рекомендуется снять теплоэкран, генератор и выпускной коллектор. После этого сливается весь антифриз. В двигателе аккуратно сверлится отверстие, в которое затем устанавливается фитинг с тонким слоем герметика. Устанавливается теплозащитный экран, непосредственно турбина и впускной коллектор. Следующим шагом производится присоединение шланга обработки к фитингу и турбине, а после устанавливается внешний вестгейт. К фитингу крепится силиконовый шланг, который разрезается до половины и соединяется с Т-фитингом. После этого остается только установить впускной пайпинг и интеркулер

Автолюбитель должен убедиться, что масло свободно сливается, без дополнительного усилия. Для удобства установки турбины рекомендуется снять теплоэкран, генератор и выпускной коллектор. После этого сливается весь антифриз. В двигателе аккуратно сверлится отверстие, в которое затем устанавливается фитинг с тонким слоем герметика. Устанавливается теплозащитный экран, непосредственно турбина и впускной коллектор. Следующим шагом производится присоединение шланга обработки к фитингу и турбине, а после устанавливается внешний вестгейт. К фитингу крепится силиконовый шланг, который разрезается до половины и соединяется с Т-фитингом. После этого остается только установить впускной пайпинг и интеркулер.

И наглядное видео с установкой турбины на мотор ВАЗ 2109:

После установки турбонаддува необходимо провести стартовое испытание работоспособности всей системы. Для этого необходимо завести двигатель со стартера. Чтобы стартер смог прокручивать двигатель, но при этом не запускал его, автолюбитель должен снять провода с напряжением. При этом датчик давления масла погаснет, а давление на маслоподающую магистраль существенно упадет. Если вся система работает нормально, необходимо завести двигатель и оставить его работать 10-15 минут на холостых оборотах.

Первую тысячу-полторы километров необходимо провести в режиме обкатки. При этом режим обкатки должен быть такой, что турбонаддув не развивал давление не более чем в 0.5 бар. Водители, у которых в автомобиле не установлен датчик давления в салоне, нужно не превышать 50% предела оборотов. Также автолюбители должны помнить, что турбонаддув должен охлаждаться перед полной остановкой двигателя.

Предоставленная ниже схема позволяет увидеть, какое место в системе она занимает.

Нагнетатель с изменяемой геометрией турбины для дизельных двигателей

Для дизельных двигателей находит применение нагнетатель с изменяемой геометрией турбины, позволяющий ограничивать поток отработавших газов через турбину при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Подвижные направляющие лопатки 3 соплового аппарата изменяют попе­речное сечение каналов, через которые отработавшие газы устремляются на крыльчатку турбины. Этим они согласовывают возникаю­щее в турбине давление газа с требуе­мым давлением наддува. При низкой на­грузке на двигатель подвижные лопатки открывают небольшое поперечное сече­ние каналов так, что увеличивается про­тиводавление отработавших газов. Поток газов развивает в турбине высокую скорость, обеспечи­вая высокую частоту вращения вала на­гнетателя. При этом поток отработавших газов дейст­вует на более удаленную от оси вала об­ласть лопаток крыльчатки турбины. Та­ким образом, возникает большее плечо силы, которое дополнительно увеличи­вает крутящий момент. При высокой на­грузке направляющие лопатки открыва­ют большее поперечное сечение кана­лов, что уменьшает скорость течения потока отработавших газов. Вследствие этого турбо­нагнетатель при равном количестве отработавших газов меньше ускоряется и работает с мень­шей частотой при большем количестве газов. Этим способом ограничивается давление наддува. Поворотом управляющего кольца 2 изменяется угол направления лопаток, которые устанавливаются на желаемый угол либо непосредственно отдельным управляющим рычагом 4, укрепленным на лопатках, либо поворотными кулачка­ми. Поворот кольца осуществляется при помощи управляющего пневматического цилиндра 5 под действием разрежения или давления воздуха либо, как вариант, при помощи электродвигателя с обрат­ной связью по положению лопаток (дат­чик положения). Нагнетатель с из­меняемой геометрией в положении покоя открыт и поэтому безопасен, т. е. при от­казе управления ни он сам, ни двигатель не повреждаются. Происходит лишь по­теря производительности на низких час­тотах вращения коленчатого вала.

Система подачи воздуха в дизельный двигатель

Как известно, современный дизельный двигатель на разных автомобилях и спецтехнике обычно оснащается турбокомпрессором. Также данное решение активно используется и на турбобензиновых ДВС.

Другими словами, для получения необходимой отдачи от моторов силовую установку дополнительно турбируют. Дизельный агрегат с турбонаддувом получил название турбодизель. Давайте остановимся на схеме подачи воздуха в такие моторы более подробно.

Как и в случае с бензиновыми ДВС, система питания дизельных моторов воздухом предполагает его забор из атмосферы, очистку поступающего воздуха и дальнейшую подачу в цилиндры. При этом воздух дополнительно проходит через турбину, охлаждается и уже затем поддается в камеру сгорания, причем нагнетается под давлением.

На примере турбодизеля стоит выделить следующие элементы системы питания воздухом:

• воздухозаборник;
• воздухоочиститель (воздушный фильтр);
• турбокомпрессор;
• специальный воздушный радиатор (интеркулер);
• впускной коллектор;

С функцией воздухозаборника и воздушного фильтра мы уже ознакомились при рассмотрении атмосферного бензинового мотора.  Что касается турбодвигателей на спецтехнике, которая работает в условиях сильной запыленности и общего загрязнения воздуха, используется многоступенчатая система очистки (двух или даже трехступенчатые схемы). В конструкцию может быть включен инерционный предварительный очиститель воздуха и другие подобные решения.

Итак, после прохода через фильтры, воздух втягивается в турбокомпрессор. После турбины воздух идет по трубопроводам уже под давлением, проходя через так называемый воздушный радиатор. Дело в том, что после сжатия в турбине воздух нагревается. При этом если его охладить перед подачей в цилиндры, тогда общая масса воздуха увеличивается.

В результате такого снижения температуры в камеру сгорания удается подать больше воздуха, что позволяет более полноценно и эффективно сжечь топливо, добиться прироста мощности, улучшенной экономичности и снизить токсичность выхлопа.

Далее сжатый и охлажденный воздух попадает во впускной коллектор, а затем и в цилиндры дизельного двигателя. Что касается турбокомпрессора, данное устройство использует энергию отработавших газов. Если просто, газы под давлением вращают турбинное колесо, за счет такого вращения начинает крутиться  и компрессорное колесо, которое закреплено на одном валу вместе с турбинным колесом. Затем выхлоп после турбины попадает в выпускную систему ТС и выводится в атмосферу.

Отметим, что существует много разновидностей турбин, которые отличаются по размерам, по своей производительности и могут иметь ряд индивидуальных отличий в общей схеме устройства. Еще добавим, что дизельный двигатель долгое время вообще не имел дроссельной заслонки по сравнению с бензиновыми аналогами. В двух словах, мощность в  дизельном агрегате регулируется не количеством подаваемого в цилиндры воздуха, а количеством впрыскиваемого горючего.

Кстати, на современных дизельных ДВС дроссельная заслонка все же появилась, но она выполняет другие задачи. Если точнее, снижается токсичность выхлопа в соответствии с жесткими экологическими нормами.

Работает дроссельный узел тогда, когда нагрузки на двигатель минимальны, то есть мотор не нуждается в мощном потоке свежего воздуха. В этот момент заслонка частично перекрывает подачу воздуха, параллельно с этим срабатывает клапан системы рециркуляции отработавших газов EGR.

В результате оставшийся воздух перемешивается с выхлопными газами, после чего такая смесь снова поступает в цилиндры. Подача выхлопа вместе с воздухом снижает температуру в камере сгорания, в результате в отработавших газах отмечается уменьшение окиси азота.

Как выбрать и установить турбонаддув на автомобиль своими руками

Среди многочисленных автомобилистов мало найдётся таких, кто хоть раз не мечтал об усовершенствовании собственной машины, улучшении разгонной динамики или ощутимой прибавке мощности мотора. Существует масса способов достигнуть этой цели, но наиболее действенный — установка турбонаддува. Благодаря развитию рынка автомобильных запчастей появилась возможность турбирования практически любой модели авто, вплоть до устаревшей «классики» ВАЗ. Причём часть работ владелец способен выполнить своими руками и на этом сэкономить средства, поскольку тюнинг двигателя — мероприятие довольно затратное.

Доступные методы увеличения подачи воздуха

От количества попадающего воздуха зависит мощность двигателя. Установка турбины – метод радикальный, однако существуют более простые и дешевые способы:

Установка воздушного фильтра нулевого сопротивления

К данному способу относятся скептически, но эффективность ФНС доказана. Оправдана установка подобного фильтра только в случае комплексного тюнинга, но и без того прибавляет скромных 1-3% мощности за счет снижения сопротивления, а значит, увеличения объема воздуха в камере сгорания.

Холодный впуск

Существуют готовые комплекты холодного впуска. Не на всех автомобилях воздухозаборник способен забирать холодный воздух, температура подкапотного пространства не позволяет.

Конструкция холодного впуска дает возможность попадать в коллектор холодному воздуху, а значит в цилиндры попадает больше воздуха – горение смеси будет более эффективно.

Установка впускного коллектора с иной геометрией

Для автомобилей ВАЗ предусмотрены коллектора под разные потребности: с короткими каналами — мотор будет «верховым», с длинными каналами обеспечить достаточный крутящий момент с холостых до средних оборотов.

В каких случаях необходимо оборудование турбонаддувом

Многие автовладельцы желают оборудовать свою машину турбокомпрессором для увеличения мощностных характеристик. Современные авто, укомплектованные двигателями с большим количеством лошадиных сил, такой модернизации не требуют.

К такому шагу идут владельцы отечественных машин, не отличающихся особой мощностью. Рационально оборудовать турбокомпрессором малолитражки. Даже незначительный прирост лошадиных сил в их двигателях будет заметен и придаст им лучший разгон, улучшится динамика их работоспособности. Что придаст большей уверенности при обгоне другого транспорта в условиях скоростных трасс.

Что такое турбокомпрессор и из чего он состоит

Механический турбокомпрессор для легкового автомобиля

Если коротко, турбокомпрессор — это устройство для нагнетания сжатого воздуха в цилиндры двигателя.

Схема стандартного механического компрессора для легковых автомобилей

А теперь разберёмся с этим устройством подробнее.

Схема движения воздуха и выхлопных газов в механическом компрессоре

Мотор работает, потому что в нём постоянно горит топливно-воздушная смесь, подаваемая в цилиндры. Оптимальное соотношение топлива и воздуха в этой смеси зависит от типа двигателя. Размеры цилиндров тоже важны: именно они ограничивают объём подаваемой смеси. Турбокомпрессор устраняет это ограничение. Во время такта впуска он подаёт в цилиндры больше воздуха, дополнительно обогащая смесь. Сгорая, она выделяет гораздо больше энергии, увеличивая мощность двигателя на 20–40%. Турбокомпрессоры бывают двух типов:

1. Механические.
2. Электрические.

Механический турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов: они подаются на крыльчатку турбины, заставляя её вращаться. На том же валу располагаются лопасти компрессора, которые и создают необходимый поток воздуха, нагнетаемого в цилиндры.

Электрические турбокомпрессоры появились относительно недавно. Они не используют в работе выхлопные газы. Давление эти устройства нагнетают с помощью отдельных компактных электрических компрессоров.

Рекомендации

Во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув — не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр.

И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы турбонаддува. В жизни турбины есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей компрессора, а следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю прогреться.

Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут. В этой ситуации значительно облегчает жизнь турбо-таймер. Он проследит за тем, чтобы разгоряченный двигатель автомобиля поработал несколько минут на холостом ходу, остужая элементы турбонаддува, даже если владелец уже покинул и закрыл своё авто. Впрочем, подобную функцию имеют и многие охранные сигнализации.

Плюсы установки турбонаддува

Если приобретена турбина на карбюраторный двигатель надлежащего качества и в процессе установки не допущено нарушений, можно ожидать улучшения следующих показателей работы мотора:

• Улучшается разгон, повышаются динамические характеристики
• Увеличение тяги
• Снижение объема потребляемого топлива (за счет более быстрого разгона)
• Преодоление подъемов и препятствий станет более комфортным
• Увеличение плотности воздуха в цилиндрах приводит к полному сгоранию бензина, за счет чего выхлопные газы становятся менее опасными для окружающей среды

В качестве примера изменения мощностных характеристик двигателя можно использовать данные, полученные после тестирования карбюраторного двигателя объемом 1,5 литра автомобиля ВАЗ 2183.

Стандартные показатели	С турбонаддувом
Мощность, кВт/л.с при об/мин	51,5/70 при 5600	78/106 при 5600
Максимальный крутящий момент, Н.м при об/мин	107 при 3500	144 при 4000
Максимальная скорость, км/ч	155	190
Разгон с места до 100 км/ч, с	13,8	10,6
Расход топлива, л/100 км	5,5	7,7

Недостатки системы турбонаддува

Перед тем как устанавливать дополнительное оборудование, нужно учесть не только плюсы, но и минусы такого апгрейда. Зачастую при детальном изучении всех тонкостей становится очевидна нецелесообразность улучшения показателей мощности.

• В некоторых случаях может потребоваться замена свечей зажигания.
• Увеличение мощности неизбежно ускорит износ частей двигателя
• Поиск подходящей турбины может занять длительное время (особенно для отечественных автомобилей)
• Стоимость работ и комплектующих весьма высока, иногда сумма равнозначна стоимости авто
• В случае поломки повторная установка турбины обойдется недешево
• После поездки на высокой скорости двигатель будет нуждаться в охлаждении
• Повышение расхода горючего. В среднем данный показатель увеличивается на 15 — 20 процентов.

Лучшим решением будет консультация специалиста, который произведет необходимые расчеты и подберет нужную модель турбины.

Как отрегулировать актуатор турбины

Настройка устройства производится двумя способами, каждый из которых позволяет увеличить эффективность работы турбокомпрессоре.

Настройка наддува

Самый простой метод заключается в замене пружины: чем она будет жестче, тем больше воздействие на мембрану и наоборот. Все зависит от того, что требуется: понизить силу воздействия газов на вакуумный регулятор или понизить.

Следующий способ — регулировка по резьбе на его конце. Ослабление приведет к удлинению тяги вестгейта, а затягивание, наоборот, к уменьшению длины детали. В последнем случае заслонка плотнее прижимается и потребуется большее усилие для ее открытия. Итогом такого действия является более быстрое раскручивание крыльчатки турбинного колеса.

Применение соленоида

Его также называют буст-контролем. Установка этого устройства увеличивает силу наддува. Соленоид монтируется перед вакуумным регулятором. Соленоид просто выпускает часть воздуха, «облегчая» функционирование клапана.

Регулировка штока

Для выполнения этой операции рекомендуется демонтировать турбокомпрессор с двигателя (на некоторых моделях авто до регулировочной гайки можно добраться и без снятия агрегата). Это даст возможность увидеть, как закрывается «калитка». Если шток сделать короче, то она прижмется сильнее и наоборот.

Процесс регулировки (понадобятся пассатижи и ключ на 10):

• снимите скобу со штока и ослабьте гайку;
• подтяните (крутить нужно влево) пассатижами винт регулировки;
• при этом смотрите на «калитку», которая должна закрыться до упора;
• слегка постучите ключом по заслонке: если слышен дребезг, продолжите затяжку, пока он не исчезнет (здесь стоит учитывать, что 1 полный оборот винта соответствует примерно увеличению давления на мембране в 0,3 Бара);
• затяните гайку и поставьте скобу на место.

После такой регулировки вакуумный регулятор будет закрываться полностью. Чтобы проверить правильность настроек, запустите мотор и опробуйте его на разных режимах с перегазовками. Посторонних звуков быть не должно (в т. ч. и при глушении двигателя).