Двигатель: турбированный или обычный?
Перед покупкой давайте разберемся, какой из двигателей лучше.
Начнем с турбированного двигателя. Его габариты не имеют занчения,в любом из вариантов турбированность обеспечивает большую мощность двигателю. (Турбированный двигатель может иметь мощность на 40% выше, чем у такого же двигателя без турбины).
Он имеет пониженный выброс вредных веществ в атмосферу. (Т.к. турбокомпрессор поставляет добавочный воздух в двигатель, сгорание топлива становится более полным и безотходным).
Достигается дополнительная экономия топлива. (Теплоотдача и трение существенно возрастают при увеличении объема двигателя. Небольшие турбированные двигатели эффективнее переводят энергию сжигаемого топлива в полезную мощность, снижая потери последней за счет выделяемого тепла и трения).
Он предотвращает потерю мощности на местности с большими высотами. (Двигатель и турбина настраиваются и управляются так, чтобы поддерживать давление, равное атмосферному на уровне моря, в то время как обычный двигатель теряет мощность с ростом высоты местности).
Но что именно происходит под капотом?
Внутреннее сгорание.
Чтобы лучше понять, что именно дает турбокомпрессор Вашему двигателю, нужно знать основные принципы внутреннего сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания "дышат". Другими словами, они втягивают воздух и топливо для выработки энергии. Эта энергия переходит в мощность, как только воздушно-топливная смесь поджигается. После этого остатки процесса горения выбрасываются в атмосферу. Весь процесс обычно выражается в четырех тактах поршней.
Турбокомпрессор делает воздушно-топливную смесь “более сгораемой” путем подачи дополнительного воздуха в цилиндры двигателя, что, в свою очередь, дает дополнительную мощность и крутящий момент, когда в результате “мини взрыва” поршень движется вниз. Турбокомпрессор конденсирует или сжимает молекулы воздуха так, чтобы поступая в двигатель, он становился плотнее. Теперь о том, как именно турбокомпрессор это делает.
Tурбокомпрессор подобен воздушному насосу. Горячие выхлопные газы, выходящие из двигателя, попадают на колесо турбины и раскручивают его. Это колесо через вал сообщается с колесом компрессора, заставляя его вращаться. Вращающееся колесо компрессора втягивает и сжимает воздух, который затем подается в цилиндры двигателя.
Как можно догадаться, сжатый воздух, отходящий от колеса компрессора, сильно нагревается за счет компрессии и трения. Поэтому его приходиться охлаждать перед подачей в цилиндры. Для этого используется промежуточный охладитель (или "теплообменник"). Он понижает температуру воздуха, одновременно уплотняя его (как известно, при нагревании вещества расширяются).
Некоторые системы также включают дополнительный вентилятор охлаждения, прогоняющий воздух черех теплообменник.
Не простой турбокомпрессор
Несмотря на достаточно простой принцип работы, сам турбокомпрессор представляет собой очень тонкое устройство. Требуется не только исключительно точная подгонка деталей внутри турбокомпрессора, но и идеально согласованная работа турбокомпрессора и двигателя. При отсутствии такого согласования, двигатель не только будет работать неэффективно, но и может быть поврежден. Поэтому важно в точности следовать технологии установки и обслуживания.
Циклическая нагрузка на газовом стенде
500-часовой общий тест на прочность турбокомпрессора. Турбина, прошедшая его, может считаться "крепким орешком"!
Прочность корпусов турбины и компрессора
Колеса турбины и компрессора ослабляются до <разрыва втулки> на заданной скорости. Ни один кусок колеса не должен оказаться за защитным кожухом турбокомпрессора. Это - тест на безопасность.
Вал
Максимальные допуски в системе подшипников тестируются на динамическую стабильность при скорости вращения, превышающей максимальную. Цель: отсутствие проблем с подшипниками и долгий срок службы турбины
Теплоемкость
Турбокомпрессор, укомплектованный термопарами, разогревается до температуры, превышающей максимально допустимую рабочую и резко тормозится. Тест проходится 5 раз подряд, чтобы убедиться, что при максимальной температуре не происходит <коксуемость> масла и его накопление в среднем корпусе. Это особенно критично для бензиновых двигателей.
Выполнение компрессором и турбиной рабочих характеристик
Весь рабочий цикл компрессора и турбины записывается на "Газовых стендах". Эти стенды калиброваны в соответствии с жесточайшими стандартами по точности и стабильности.
Вибрации лопаток компрессора и турбины
Holsett предъявляет очень жесткие требования к естественной вибрации лопаток. Это особенно важно при балансировке, когда лопатка должна быть установлена достаточно жестко, чтобы выдержать потенциально опасные вибрации.
Термоцикл
200-часовой тест, в течение которого турбина нагревается <докрасна> каждые 10 минут. Трещины в корпусе или повреждения тепловой изоляции недопустимы.
Инерционность ротора
Тест на вращательную инерцию колес турбины и компрессора. Турбины Holsett известны своей низкой инерционностью.
Критическая скорость вращения вала
Аналитический тест, призванный установить предельно допустимую скорость вращения вала, не приводящую к его разрушению. Например, большим колесам может понадобиться вал большего диаметра, чтобы не допустить раскрутку вала до критической скорости, при которой он погнется.
Усталость компрессора
Holsett не продает литые колеса турбины или компрессора, не прошедшие тест на циклическую усталость.
Вибрация турбокомпрессора
Турбокомпрессор в сборе подвергается вибрации на специальном столе.
Сегодняшние пользователи дизельных двигателей, предназначенных для работы в тяжелых условиях, хотят видеть дизель с идеальной переходной характеристикой, большим запасом крутящего момента и максимально экономичный во всех рабочих режимах. Турбины с большой производительностью обеспечивают высокое сжатие и приличную экономию топлива при высоких оборотах двигателя, но обычно имеют большое время отклика и не обеспечивают такого запаса крутящего момента, как турбины с малой производительностью.
Низкопроизводительные турбины обычно имеют хорошую передаточную характеристику и обеспечивают приличный наддув на малых оборотах двигателя, создавая запас крутящего момента. Однако, при высоких оборотах двигателя они начинают либо "задыхаться", либо требуют отвода существенного объема воздуха через перепускной клапан. Это существенно понижает эффективность турбины, увеличивает возвратное давление в двигателе и увеличивает расход топлива.
Адаптация турбины, таким образом, всегда - компромисс: как правило, турбокомпрессор имеет размер больше, чем нужно для хорошего отклика и запаса крутящего момента, и меньше, чем нужно для экономичности на больших скоростях.
Технология турбин с изменяемой геометрией сопла (VNT) - идеальное решение, призванное заменить большой компромисс. В VNT для направления потока в турбину используется набор настраиваемых лопаток или форсунок.
Когда лопатки закрыты, поток направляется на колесо турбины по касательной. Так колесу турбины передается максимальная энергия, и оно начинает вращаться быстрее. Опуская (закрывая) лопатки, можно получить отличную переходную характеристику и добиться наддува при низких оборотах двигателя, увеличивая запас крутящего момента.
Наоборот, когда лопатки открыты, поток направляется на колесо турбины под большим углом. Это снижает угловой момент потока, существенно понижая обороты турбокомпрессора. Таким образом, при высоких оборотах двигателя лопатки могут быть открыты для управления давлением наддува без использования перепускного клапана. Это дает существенную экономию топлива.
VNT также позволяет оптимизировать баланс между разницей давлений в турбокомпрессоре и составом воздушно-топливной смеси. Закрывая лопатки, турбокомпрессор увеличивает обороты, давление наддува растет и пропорция "воздух/топливо" также растет. Обратное давление в двигателе также возрастает. Так достигается оптимальный расход топлива во всех рабочих режимах.
Способность VNT перестраиваться на ходу позволяет двигателю создавать максимальный крутящий момент, одновременно имея минимальный расход топлива. Это проиллюстрированно ниже. Способность VNT создавать наддув при низких оборотах двигателя также значительно снижает количество выбрасываемых в атмосферу на холостом ходу вредных микрочастиц.