Современные турбины
Современные турбины
Роль турбины заключается в увеличении плотности воздуха, поступающего в двигатель, таким образом обеспечивается возможность сжигать больше топлива. Больше сгоревшего топлива обеспечивает больше энергии от сгорания и соответственно больший момент. В случае с атмосферным (не турбовым) двигателем, наибольшее давление - это атмосферное, т.е. 1 бар или 14.5 psi. Прелесть турбовых двигателей заключается в возможности значительного увеличения давления.
Собственно турбина состоит из двух основных элементов - это сама турбина и компрессор. Выпускной газ проходя через турбину раскручивает крыльчатку, это такой вентилятор, расположенный в корпусе самой турбины. Вращение крыльчатки передается к другой части турбины - компрессору. Компрессорный пропеллер обеспечивает нагнетание воздуха в двигатель, это осуществляется потому же принципу что и работа турбины, только в направлении к двигателю.
Как Вы наверное уже догадались, чем больше давление - тем больше воздуха поступает в двигатель. Но вы не можете бесконечно увеличивать давление в двигателе (во всяком случае без возникновения проблем). Если турбина "перерабатывает" возникает излишнее тепло (следствие усиленной работы), обратное давление, пульсация, корпус турбины может треснуть, подшипники могут значительно сократить срок своей службы, может потечь масло и даже можно повредить двигатель. Поэтому давление можно увеличивать не злоупотребляя, типичные значения это от 8 до 12-14 psi, но если вы собираетесь поднимать больше, Вам скорей всего потребуется другая турбина. Замена турбиныТипичная модификация турбина заключается в установке более высокопоточного компрессора, и возможно, несколько большей крыльчатки самой турбины. Обратный эффект от этого заключается в уменьшении воздействии выпускных газов на турбину, что способствует снижению ее скорости и как следствие снижению давления в начале цикла раскручивания. Обычно оба корпуса, как компрессора так и турбины, можно заменить на большие и таким образом открыть возможность для пропуска большего количества газа.
Однако следует помнить, что для Вашей модели, "нужную" турбину тщательно подбирал производитель. Это означает правильное соответствие между диаметрами выхода и входа (турбины и компрессора), как правило, производитель устанавливает одинаковые размеры. Однако недавно, стали получать распространение так называемые "гибридные" турбины. Очень важно понимать, что такая "высокопоточная" турбина не обеспечит такую же мощность в конце диапазона оборотов как и стандартная турбина. Производители автомобилей, как правило, подбирают турбину таким образом, чтобы была хорошая тяга с низов, при этом естественно теряется некоторый момент в конце диапазона оборотов.
Кроме этого, улучшения так же делается в плане надежности турбин для работы с высоким давлением. Большинство турбин используют 180-ти градусный упорный подшипник, расположенный в корпусе. Такой подшипник прекрасно работает при "нормальном" давлении, но довольно быстро изнашивается если значительно увеличивать давление. Решением является применение 360-ти градусного подшипника, который на большинстве турбин значительно улучшает надежность и соответственно продляет срок службы турбины.
Модификация турбин может вызвать на некоторых двигателях эффект обратного давления, когда поток воздуха начинает двигаться в обратном направлении, что обычно приводит к повреждению крыльчатки. Возможные заменыЕсли у Вас небольшой бюджет для замены турбины, то лучше всего воспользоваться б/у комплектующими из Японии. Выбор довольно широк, начиная от крохотной IHI RHB31 до большой Garrett T3.
Лучше всего, ориентироваться по объему двигателя и брать турбину от автомобиля с двигателем близким по объему к Вашему. В качестве примера можем привести несколько турбин и примерную мощность которую развивает двигатели.
Современные турбиныСовременные турбины часто используют керамику. Керамика имеет меньшую плотность чем сталь, таким образом уменьшается инерция, и турбина быстрей раскручивается. Большинство современных турбин используют сплав на основе никеля. "Керамические" турбины устанавливались на многие старые Ниссаны. Это связано с тем, что Ниссан одни из первых обнаружили полезные свойства керамики для турбин, которые выражаются в улучшении отдачи вплоть до 45%, и время на раскрутку турбины уменьшается примерно на 20%, в сравнении с обычной турбиной.
Однако керамические турбины больше подвержены воздействию всяких нехороших частей поступающих из выпускного коллектора. Кроме этого, такие турбины больше чувствительны к ударным нагрузкам (их желательно не ронять!). Шариковые подшипникиСмысл применения шариков - это уменьшение трения, и соответственно увеличении силы выпуска. И снова, пальма первенства принадлежит компании Ниссан, улучшение от использования шариковых подшипников составляет около 45% и время на раскрутку уменьшается примерно на 25%. Шарикоподшипниковые или роллерные турбины Garrett можно узнать по 6 болтам на их корпусе. Garrett является ведущим производителем шарикоподшипниковых турбин, это компания снабжает своими частями многие известные фирмы, например такую как HKS. Компания APEXi использует части от IHI, эти турбины часто встречаются на автомобилях Субару. Турбины с раздвоенным пульсомТакие турбины имеют раздельные пути ведущие к турбине, это поддерживает пульс от выпускных газов в более изолированном состоянии, соответственно разные цилиндры оказывают меньше дурного влияния друг на друга, поэтому отдача улучшается. Так называемые турбиные с раздвоенным пульсом (или с двойным входом) доступны от многих тининговых компаний, серийно же они встречаются на двигателе Toyota 3S-GTE, а также на некоторых Ниссанах. Изменяемая геометрияОдин из примеров изменяющейся геометрии это сопло турбины. Там несколько лопаток расположены по кругу корпуса турбины, и соединены с механизмом, регулирующим углы. Зазор между лопатками может меняться, таким образом изменяется раскручивание турбины. Естественно, для работы такой турбины требуется специальный управляющий механизм, цель которого обеспечить оптимальную производительность турбины во всем диапазоне работы. К сожалению такие турбины достаточно дорогие и не очень надежны. Перепускные клапана (Wastegates)Цель перепускного клапана - пустить часть выпускного газа в обход турбины, таким образом ограничив скорость вращения турбины и соответственно и давление на впускном коллекторе. Перепускные клапана бывают двух видов: внутренние и внешние. На большинстве турбин используются внутренние. В следствие их расположения, поток проходящего воздуха очень ограничен, что не способствует высокой эффективности, соответственно газ может устремиться в турбину, так как там пройти проще, и повредить ее или двигатель. Другая проблема, что выходящий из турбины газ и газ идущий в обход могут "резко встретиться", в следствие чего может возникнуть эффект турболенции, что оказывает отрицательное влияние на мощность.
Внешние перепускные клапана, устанавливаются отдельно от турбины, именно такие ставятся на гоночные машины. Такие клапана, как правило более надежны, но их размер часто не способствует удачному расположению под капотом обычной гражданской машины. Такие компании как HKS, Garrett и Turbonetics выпускают перепускные клапана нескольких размеров, выбирать подходящий следует в зависимости от мощности. Одно из преимуществ внешнего клапана это возможность регулировки механизма, т.е. точки когда пружина начинает действовать. Отношение A/RЭто очень важный параметр, измеряется как отношение входа турбины к радиусу центральной части. Если Вам непонятно, то надо запомнить что больший номер означает что турбину будет раскручиваться медленнее чтобы достичь нужного давления и меньше будет отдача в конце диапазона оборотов. Нужны ли Вам карты развиваемого давления для выбора турбины? Да, если у Вас они есть и Вы точно знаете какой поток воздуха необходим вашему двигателю. Интересно, как Вы собираетесь измерять этот поток? Самый эффективный способ выбора правильной турбины для Вашего автомобиля это поэкспериментировать на стенде по замеру мощности!