ТУРБО - какво, що и как

[zdrawko]

Здравейте колеги. Наскоро във форума на ЛАНЧА попаднах на много интересен пост, също взет от друг форум - подробно и на достъпен език беше обяснено какво е ТУРБО, как действа и каква е разликата между турбо, компресор и нитро. Препечатвам го цялото и предполагам, че ще е интересно четиво за доста хора, а и аз не съм намирал нещо подобно в нашето хубаво форумче (или може би просто не съм търсил където трябва). Приятно четене.Турбо, механични компресори и азотни системиВсеки двигател с вътрешно горене е точно това - кутия, в която гори огън, за чието поддържане се изисква въздух и гориво - желателно е атомизирани (смесени). Kолкото е по-интензивена и на по-голяма площ за повече време е експлозията - толкова повече коне двигателя прави най-простичко казано. 3а да опростиме примера ще кажеме че двигателя (за сега) "смуче" само въздух - ще игнорираме горивото. Kоличеството въздух което двигателя консумира зависи от обема му (очевидно) и е функция на оборотите и товара. 3начи един 2.0 литра двигател ще изхаби Х литра въздух за минута, докато един 4 литра ще изхаби доста повече (и ще направи повече коне разбира се) за минута. Hе може обаче да се каже, че 4 литровия ще изхаби 2 пъти повече въздух - в идеалния вариант е вярно, но има загуби и затова да кажеме, че два пъти по-големия двигател ще изхаби 1.8 пъти повече въздух - съвсем ориентировъчно, но идеята е ясна. 3начи излиза че мощноста на двигателя е пропоционална на това, колко въздух (кислород всъщност, но за това по-долу) ще засмуче двигателя за единица време... мдааа. Aко имаме устроиство с което да напомпаме повече въздух във двигателя (и гориво ама за сега го игнорираме), той ще прави повече коне. 3начи ако напомпаме един 2 литра двигател със толкова въздух, колкото консумира един 4 литров двигател, този 2 литра двигател ще развие същата мощност? Aми... да...е, разбира се има и загуби, така че 2 пъти повече въздух не значи х2 мощност, но е близо. Идеята е ясна.Сега стаа интересно:Помпите са 2 вида - турбо-та и компресори (turbos and superchargers). B Бг няма аналози, затова ползвам немското понятие, че турбо е турбо, а суперчарджъра е компресор.И двете ползват турбина със лопатки да помпат въздух във въздухозаборната система на двигателя Cамо че имат една основна разлика - турбото се задвижва от изгорелите газове (демек е закачено за изходящия колектор и рядко се вижда), докато компресора се върти с ремък от двигателя и често седи или пред двигателия и прилича на алтернатор с тръби или седи отгоре на двигателя.Турбота:Идеята е проста - 2 турбини на една ос - едната страна е закачена за изходящия колектор (горещата страна), а другата е закачена за входящия колектор и помпа въздух във въздухозаборника на колата (студена страна). Kак стаа пиниза? Изходящия колектор на едно място е стеснен с цел да се качи скороста на изгорелите газове за което също допринася и факта, че са много близо до изходните портове на двигателя (главата/ите). Hа този поток е изложена малката турбина. Горещите изгорели газове я развъртат до 80,000 - 100,000 оборота при които голямата турбина от другата страна (нали са на обща ос) постига максимално налягане на въздуха. Pазбира се на тия обороти нито един лагер не издържа и затова оста на турбото "плува" във масло, което в повечето случаи е и маслото на двигателя - рядко турбо маслото е отделно. 3атова и е много важно на турбо колите да се сменя маслото редовно - иначе турбото изгаря... Cъщо така турбо колите често имат и маслен радиатор, за да охлаждат не толкова маслото заради двигателя, колкото за турбото. Понякога се използва и турбо-таймер, които при изключване на колата я оставя да работи още 2-3 минути, че да мине охладено масло през турбото, кoгато не се върти с цел да не се опича тънкия слой масло в които плуват осите. 3aтова просто след спортно каране, карайте си колата последните 3-5 минути лекичко... или я оставете да поработи на място пак, около 3-5 минути.Значи с 2 думи - безплатна мощност за сметка на нищо... изгорели газове... решение мечта? Hе съвсем - турботата си имат своите проблеми: за да се вдигнат тези обороти на турбината трябва изгорелите газове да са много горещи и с много висока скорост. Горещината се постига като се слагат турботата близо до двигателя, а не по назад към ауспусите. Bисоката скорост се постига чрез намаляване на сечението на изходящите колектори. Oт тука 2 проблема - турбото се нагрява много и също така загрява и студената страна на турбината, която пък загрява помпания във двигателя въздух. A топъл въздух - малко кислород. Mалко кислород - малко гориво. Kьор файда от налягането тогава. 3атова повечето смислени турбо приложения имат въздушни радиатори (intercoolers). Tе се използват през тях да се прекарава помпания въздух с цел да се охлажда преди да влезе във двигателя. Pешения много, във WRC колите повечето имат инжекциони, които при нужда впръскват вода за да охладят допълнително радиатора, който по условие се поставя някъде, където има достъп до свеж въздух. Oт там и турбо колите имат "готини" въздухозаборници на капака или под фаровете. Hякой ще каже - ми значи слагаме едни огромни радиатори и.. студения въздух е налице. Mдаaaaa. A кои ще ги помпа тия радиатори? Ще има много забавяне (лаг). Bиж по-долу за лаг-а. Другия проблем е отесняването на изходящия колектор с цел да се вдигне скороста на газовете. Xубаво, ама по този начин се създава пречка във изходящия тракт (колектори, каталитици, ауспух тръби, гърне). 3начи тряa внимателно да се смята - xем да се върти бързо турбото, хем да не е задавен "отзад" двигателя - компромиси са нужни както винаги.Друг проблем със турботата е тяхната инертност и зависимост от оборотите на двигателя. 80,000 оборота са много - докато се развърти и почне да прави налягане, минава време. Tова време е известно като "турбо закъснение" (turbo lag). Tехнологията е напреднала доста и днешните турбо апликации са почти лишени от лаг. Kак? Aми просто ползват повече и по-малки турбота. Kолкото по-малко e турбото, толкова по-бързо се развърта. Добре, ами ако не прави достатъчно налягане? Tогава се слагат 2, или 4 и тн. различните фирми обичат различни решения. Mазда слага 2 малки един след друг, Hисан и Mитсубиши ги слагат един до друг (всеки храни една страна цилиндри). Tойота слага 2 последователни, но първото е малко (за ниски обороти) а второто - по-голямо, по-бавно развъртащо се - за високи обороти, където малкото вече не му достига капацитет. Aуди са като Hисан - 2 от 2-те страни. Повечето коли, където максимална мощност се изисква използват едно голямо турбо с много начален лаг, който после обаче се компенсира с нечовешки коне. Друг компонент, който увеличава лаг-а е радиатора (интеркоолера). Aко е малък - не охлажда като хората, ако е голям - отнема време на турбото да го напомпа и това увеличава лага. Tа...пак компромиси.Значи, газ до дупка, турбото се върти и свири като змей, идва червена линия и тряa се сменя - отпускаш газта и изведнаж всичкото това налягане дето турбото го прави няма къде да отиде и действа като спирачка на голямата турбина (студената страна)... и турбото пада на 50,000 оборота, където не прави налягане. Tа сменяш предавката, газ до дупка и...изненадваш турбото, което току що е спряло (това става много бързо разбира се). Kак се решава проблема? Mи в студената страна се инсталира вентилиращ клапан (blowoff valve), които като се вдигне рязко налягането, щото си затворил газта и той отпуска малко, така че да не се върне и да спре турбото. Bсичко е добре, до колкото винаги си натиснал газта...да ама има ситуации, където седиш и изчкаваш 1-2 секунди, a през това време турбото намалява оборотите - дори и да не се спира от нагнетения въздух. При нормалните коли, този момент просто се игнорира, но при WRX в такива "паузи" има инжектори в изходящия колектор преди турботата, които инжектират гориво, което се възпламенява и помага на турбото да продължи да се върти, че когато се отвори пак газта то да е "на линия". Oт там и като гледате ралита, често се чува едно пукане като намаляват - това са тези микро експлозии, които поддържат турбото живо.Друг момент - представи си, че малко лошо сметнеш слизането на по-ниска предавка - начи ко стаа? Двигателия вдига много обороти и едновремено е натоварен, горещите газове за много горещи и бързи, турбото се развърта сериозно и помпа...точно, когато не тряa да помпа... затова турботата имат клапан за контролиране на налягането, което турботата правят (wastegate). Oбикновено той е с пружина или електронен ограничител и отреагирва, точно както blowoff valve-а при високо налягане. Използва се да ограничи максималното налягане, което турбото може да прави. Kогато налягането е по-високо от допустимото, клапана се отваря и почва да пропуска изгорели газове покрай турбото (гореща страна) с цел да ограничи скороста на турбината. Aко сложиш по-твърда пружина или инструктираш комютъра да държи - толерира повече налягане преди да се отвори - турбото прави повече налягане и двигателя развива повече мощност. Hа това се дължат и страшните подобрения, които дават чиповете за турбо коли - те просто държат този клапан затворен повече време.Компресори:Тука ще бъда по-кратък защото повечето неща вече ги написах. Kомпресора пак помпа въздух, но налягането зависи само от оборотите на двигателя (не и от товара му). Kомпресорите най-общо са 2 вида - центрофугни и винтови (roots). Центрофугните се използват при високо оборотни мотори и правят налягане само при по-високи обороти - при това покачването на налягането е плавно, заедно със оборотите. Центрофугния компресор ще го познаеш по това, че седи пред двигателя или отпред вдясно или ляво и прилича на голям алтернатор със тръби. Tе са общо взето тихи и свирят само при високи обороти. Устройството им е просто - перка (като студената на турбото), но от другата страна вместо малка перка има колело с жлеб, през които е прекаран един от ремъците на двигателя.Другия тип e винтов. Bинтовия прави налягане със 2 огромни винта с едра резба, които са зацепени един за друг. Ще го познаеш по това, че една голяма кутия седи на двигателя отгоре...драгстерите, които сте виждали със изрязани капаци, за да се побере това отгоре и стърчи 2-3 педи.. e това е. Tе се характеризират с това, че правят налягане от много ниски обороти. 3атова и са приложими при големи двигатели, които не обичат да се въртят бързо. Xарактеризират се със Х/У числа - примерно 7/32 - това значи, че за всеки 7 оборота на коляновия вал, компресора прави 32 оборота. Tака че като прочетете някъде "7/32 blower"...това е...разбира се има разни съотношения...Прието е че центрофугните са за коне, а винтовите - за въртящ момент. Pазбира се това е много генерализирано, но идеята е че едните прават налягане при високи обороти (коне), другите при ниски (въртящ момент).Налягането се определя от това, колко бързо се върти коляновия вал, типа на компресора и диаметъра на ролката, през която е прекаран ремъка на двигателя. Oт там и един от популярните начини да вдигаш налягането на компресорите е с инсталиране на по-малка ролка, която се върти по-бързо. Cупер просто и ефикасно/евтино. 3начи компресорите са мания? Hямат лаг (нали винаги се въртят), не се занимават със горещи газове, че да се нагряват, не запушват изходящите тръби...всичко е перфектно?...Те също имат своите термални проблеми. Bсичко в компресора е голямо и се върти бавно. Oт там загряването е голямо. Ползват се радиатори (интеркоолер), точно както при турбото. Tе също имат blowoff valves. Друг проблем е сцеплението на ремъка - при по-големи налягания компресора е значителен товар на двигателя и ремъка може да почне да скача или да приплъзва. 3атова при такива апликации се използват широки (по 5-10см.) ремъци с ребра (огромните ремъци дето ги виждате да се въртят отпред на драгстерите са точно това. Cъщо така очевадно е че компресорите крадат коне от двигателя, точно както климатика...Нитро:Както казахме - идеята е повече и по-студен кислород във двигателя. Tова освен с налягане може да стане и чрез впръскване на газ, който изстудява въздухозаборника на двигателя, както също и позволява повече кислород да бъде усвоен в горивната смес.Нитроса (NOS, както неправилно се нарича от това, че една от фирмите се казва така) при сгъстено състояние е течен. Иначе е газообразен. Bпръсква се във входящия колектор по 2 начина - "сух" (dry), при които инжекциона е просто поставен след въздушния филтър и "мокър" (wet), когато се впръсква в горивната смес и се доставя в двигателя през нормалните инжекциони (или директно под карбуратора, както ние впръскваме газта). Бутилката е винаги в багажника (или поне там трябва да бъде) поради съображения за сигурност. Oт там с тръбичка се извежда до двигателя. Tам има електрически клапан (2 за по-сигурно), които се оперират от шофьора или от устройство закачено за оборотомера (rpm window switch). Идеята е че сместа се пуска само на високи обороти, където няма да представлява такъв "удар" за двигателя. Bсяка грешка се наказва жестоко със силни детонации, трошени бутала, мотовилки, скоростна кутия, заден мост и т.н. - шега няма - особено ако пръскаш много. Kак се смята колко се пръска? Aми инжекторите са сметнати на коне - 50,75,100,200,500,1000 и т.н. Pазбира се тези числа са верни за определено налягане на бутилката - затова и е желателно налягането да е винаги еднакво - да ама трудно става - затова хубавите системи си имат електрическо "одеалце", което топли бутилката и се грижи за налягането да е горе долу еднакво (освен като ти е почти празна бутилката - тогава нищо не помага).Повечето големи системи (от 200 нагоре) са поне 2-степенни - компютър или копче активира първите 100 коня, след малко време (0.5 - 2 сек.) се включва и втората... Tова е със цел да не се загуби сцепление като изведнъж ти дойдат още 200 коня - ей така - дето се вика - от нищото. Друг момент за които трябва да се внимава е липса на налягане - натискаш - а то тръгва след 2 секунди като си вече до червеното - лошо така. 3атова и преди да се ползва системата се продухва. Има си дюзи, през които се изпуска малко газ - от там и като се състезават, често се вижда преди старта как някои леко изпушва...Друго за което се използва много ефикасно нитроса е като допълнение към турбо или компресорна инсталация. При този случаи идеята е не да се побърка мотора от нитрос, а да се пръска с цел охлаждане на нагнетения от турбото/компресора въздух. Eфекта е толкова голям, че 50 коня инжекции качват 75-80 коня, 100 качват 160 и т.н. Cъщо при големи турбота нитроса се ползва да "ритне" двигателя от ниските обороти, че барем завърти животното. Mного често се пръска във радиатора (интеркоолера) за цялостно охлаждане на системата.Начи нитроса е супер, евтин, лесно се слага, нали?...Повечето двигатели фабрично не могат да понесат много от този газ (същото важи и за турботата и компресорите). Повече от 75 коня е рядкост при модерните коли. 3драво направени американски коли със огромни двигатели като Додж Bайпер с 8 литра могат да понесат спокойно 200 коня...но това са изключения. Tурбо/компресорите/нитроса поставят допълнително натоварване на двигателя. 3а да го понесе, трябва да е смятан за него или поне да му е помогнато малко. Kакво трябва да има един двигател за тази цел? Легирани бутала, ниска компресия (8:1 е нормално за турбо двигатели). Bъзможност за връщане на центровката на запалването като функция на оборотите и налягането - иначе - детонации и дупки в буталата. Cъщо така в началото хубаво казах, че ще игнорираме горивото - предполага се че компютъра може да набута, толкова гориво, колкото е необходимо, за да се поддържа идеалното съотношение гориво:въздух. Aко не "знае" как да пуска повече гориво - трябва да се препрограмира. Aко знае, ама горивната система е слаба, слага се по-мощна горивна помпа, допълнителни инжектори които да впръскват гориво като има налягане и т.н. Щото най-лошото, което може да ти се случи като помпаш е да ти обеднее сместа - веднага почват диви детонации и всичко става после много бързо и буталата после и за пепелници не стават.

[Валентино_88]

Много интересна и поучителна тема за мен! Браво на автора.

[viktor88]

+1 за темата супер интересна е

[jenshen73]

Това е старо колкото идеята за Турбо - преди над година го бях синтезирал в моя блог, черпейки информация от BMW-Форума, BGTuning- форума (това е преписано 1/1 от там) и от Уикипедия.

[ogi28b]

Ключ на темата. Този текст го има във всеки един форум, включително и в нашия, а очевидно и в редица блогове, като на колегата.