Турбина на авто: устройство и принцип действия

Уже давно по всему миру различные известные ателье, такие как «AMG» и «Bradus», которые работают с автомобилями «Mercedes», занимаются подобными действиями. А как же обстоят дела на постсоветском пространстве? Благодаря тому, что у нас чуть ли не каждый второй родился с отверткой в руках, да и различные узлы автомобилей «ВАЗ» не отличаются, как правило, какой-то запредельной сложностью, доводкой у нас занимается практически каждый автолюбитель. Помимо самых простых изменений вносимых такими умельцами, более серьезные и порой очень интересные доводки проводятся различными независимыми конструкторскими бюро, дизайнерскими группами или же производственными фирмами за пределами завода. О некоторых таких интересных решениях мы и будем разговаривать в нашей статье «турбина на авто: устройство и принцип действия».

Вот помню, был случай. Стоял я  на стоп-линии, рядом с каким то молодым лихачом, по его взгляду было видно, что он явно хочет показать все возможности своего новенького блестящего «Volvo-460». Шутка ли, 16-ти клапанный движок, объемом 1,6 литра, конечно же, при таких условиях уверенность в своих силах будет бить через край. И хотя тогда я сидел в самом что ни на есть лучшем автомобиле отечественного автопрома -  «ВАЗ-2110», в принципе его уверенность была обоснованная, потому что двигатель моей машины, по его мнению, не давал мне ни каких шансов на победу. Конечно же, я не мог не принять вызов. Машины с ревом одновременно сорвались с места. Я до упора давил педаль акселератора и выскочил вперед, словно пушечное ядро, через какие-то секунды, я уже подъезжал к следующему перекрестку.  Долго не забыть мне его удивленный взгляд в зеркале заднего вида, бедняга даже не догадывался что мой «восемьдесят третий» мотор снабжен таким замечательным устройством как турбонаддув, в тот момент я чувствовал себя королем.

Идея турбонаддува, а если говорить правильно то - газотурбинного нагнетателя родилась довольно давно. Конечно же, на тот момент я не знал, устройства и принципа действия турбины на автомобилях, поэтому и начал этим очень плотно интересоваться.

 Еще до первой мировой швейцарским инженером Альфредом Бюхи ставились первые опыты на самолетных двигателях. Но широкое применение эти наработки так и не  получили в связи с тем что невозможно было найти недорогую технологию высокоточного литья из высокопрочных металлов. Первопроходцами в применении турбокомпрессоров с серийным производством выпуском на легковых автомобилях были автомобильные заводы Баварии. В 1973 году был впервые выпущен автомобиль BMW 2002 turbo, всего которого было произведено 1672 экземпляра. Эти автомобили послужили толчком для выхода ряда «компрессорных» машин, таких как, например Porshe 911 выпущенный в 1974 и SAAB-99 произведенный в 1078. И вот наконец-то пришел 1980 год, начали внедряться новые технологии и преграды, стоявшие перед производителями легковых автомобилей, постепенно рухнули, что позволило перейти в эпоху массовой «турбанизации». Ни для кого не секрет что количество топлива сгорающего в цилиндрах двигателя, тесно связано с объемом воздуха поступаемого внутрь при пуске. Приблизительное соотношение масс, составляющее где-то килограмм топлива на 15 килограмм воздуха  строго должно контролироваться, поскольку дальнейшее обогащение смеси ведет к резкому уменьшению мощностей. Но как же преодолеть эту преграду? Для этого нам надо под сильным избыточным давлением нагнетать в цилиндр больше воздуха. Тогда если увеличить давление воздуха на 30%, произойдет ощутимое повышение разгонной динамики и мощности двигателя.

Давайте же рассмотрим устройство и принцип действия турбины на авто. На выпускном коллекторе устанавливается корпус турбины с турбинным колесом внутри, а с ним уже достаточно хорошо соединяется компрессорное колесо. Выхлопные газы раскручивают турбину, что позволяет передать момент с помощью вала на компрессорную крыльчатку, которая в свою очередь, засасывая воздух сквозь воздушный фильтр, под большим давлением отправляет его в карбюратор, что позволяет увеличивать наполнение цилиндров. Благодаря тому, что в обычном двигателе сгорает только 25% нагнетенного в цилиндр топлива, мы можем закачивать гораздо больше рабочей смеси, притом, что объем цилиндров остается неизменным. Так как наполняемость воздухом улучшается, то и сжигание бензиновой смеси пропорционально увеличивается, что позволяет нам повысить КПД двигателя. Получается что за одно и то же время, у нас закачивается больше количество топлива чем в легковом авто с безнаддувным двигателем.

Довольно простая с виду идея оказывается сложной в исполнении, всего несколько автомобильных фирм готовы за нее взяться и изготовить вам турбокомпрессор. Все потому что турбокомпрессор должен быть устойчивым к жару, иметь небольшие габариты и, конечно же, должна быть проведена тщательная балансировка, что довольно сложно в исполнении. Вот список известных фирм, предоставляющих подобные услуги: американская фирма Garret, немецкая KKK и японская IHI. Приятно радует то, что и у отечественных фирм появилась такая возможность, причем качество не уступает, а иногда даже превосходит зарубежные аналоги, да и в ценовой политике наши соотечественники держат более чем лояльные цены.

Рассмотрев в турбинах на авто устройство и принцип действия, попытаемся выяснить  какие же плюсы дают они нам? Проведя испытания обычного 1,5 литрового двигателя ВАЗ-21083 выявилось, что при хорошем сцеплении и новых покрышках, время разгона до «сотни» понизилось на целых 5 секунд, в сравнении с мотором без турбины. То же самое мы видим и на фиксированной 4-ой передаче, при разгоне от 60 до 100 км/ч время также сокращается на 5 секунд. Ниже приведены мощностные характеристики полученные при испытании двигателя:

Базовый
с Т.Н.

n = 5.600
Ne = 70 л/c
90 л/с

n = 3.500
Ne = 51.5 л/c
70 л/с

n = 2.000
Ne = 20 л/c
27 л/с

Скажу вам также, что эти характеристики были получены при турбине настроенной на экономичный вариант, то есть чтобы не влиять на моторесурс двигателя, давление воздуха было увеличено всего лишь на 0,3 кг на кв.см. В принципе этого хватает, более того такая настройка снижает расходы топлива до 20%.

В качестве достойного соперника двигателя с турбиной мы выбрали 16-клапанный силовой агрегат с тем же объемом. Конечно же благодаря оптимизации рабочих процессов,  максимальная мощность у них будет практически одинаковая, однако в динамике разгона, 16 клапанник явно проигрывает своему «турбо»-противнику.

Замечу что по всему миру «турбо» оцениваются дороже, тогда как подобный безнаддувной автомобиль будет стоить дешевле где-то на 3-4 тысячи долларов.

Конечно же, не все так хорошо как кажется. Использование турбонаддува имеет ряд сложностей, вызванных его установкой на автомобиль.

Начнем с того что поставить турбину это довольно дорогое удовольствие. Плюс ко всему машина, на которую поставили турбину должна тщательно обслуживаться, то есть нужно будет гораздо чаще менять масла, фильтры, свечи. Также очень важно поставить качественное сцепление. Все это делается потому, что перечисленные выше материалы, производятся в нашей стране без расчета на двигатели оборудованные турбонаддувом. Возьмите себе за правило после того как машина поработала под нагрузкой, перед тем как  заглушить двигатель, подержать его на холостом ходу пару минут. Это делается для того чтобы сохранить подшипники скольжения, которые в противном случае будут оставаться сухими и быстро выйдут из строя.  И последнее, но не менее важное, существует вероятность повреждения турбины при преодолении водных преград, так как чугунная ее часть сильно нагревается и при попадании на нее большого количества воды, может лопнуть. Вообще конечно, при установке турбины двигатель испытывает довольно большие перегрузки, но если установить его форсировку где-то на 30%, то можно сохранить ресурс мотора на первоначальном уровне. Если же вы хотите повысить давление, тогда вам нужно будет установить промежуточный охладитель наддувочного воздуха.

При поломке стартера, не спешите утилизировать его, потому что вазовские стартеры достаточно легко ремонтируются, а новый вам выльется в копеечку. Все-таки проще заплатить пусть ту же 1000 (а то и меньше) рублей за ремонт, чем 2-4 тысячи за новый стартер. Об иномарках я вообще речь не веду, так как цена нового стартера там просто космическая.