Назначение (Mission)

Пропустить нужное количество воздуха в двигатель, обеспечив равномерное и максимальное наполнение цилиндров во всём диапазоне нагрузок и оборотов. Воздух, естественно, должен быть чистым и не горячим.

Состоит из (Components / Hauptkomponenten):

Воздухозаборник (Air inlet / Lufteinlass)

Расположен так, чтобы забирать воздух с улицы, а не из-под капота;

Фильтрующий элемент (Air filter element / Luftfilterelement)

Очищает воздух;

Датчик массового расхода воздуха (расходомер) (Mass airflow sensor / Luftmassenmesser)

Считает количество прошедшего воздуха;

blank

Патрубок, входящий в турбину (Turbo Inlet pipe / Turbo Einlass rohr)

Труба, сужающегося диаметра к компрессорной части турбонаддува;

Магистраль высокого давления (Boost line / Charge pipe / Boost linie/Ladung rohr)

Трубы и элемент охлаждения (интеркулер) от турбины до дроссельной заслонки;

Интеркулер (Intercooler / intake cooler / IC / Ladeluftkühler / Ansaugkühler)

Радиатор, по которому проходит сжатый воздух. Воздух при сжатии сильно нагревается и его надо охладить, чтобы снизить вероятность появления детонации. Интеркулер бывает воздушный и водяной. Воздушный охлаждает за счёт набегающего потока и ставится первым из радиаторов по ходу движения, чтобы максимально холодный воздух получать. Водяной ставится так, чтобы впускной тракт был максимально коротким. То есть – в моторном отсеке, как правило, прямо около двигателя;

Дроссельные заслонки (Throttle body / Drosselklappenstutzen)

Регулировка подачи воздуха. Просто заслонка, которая просто перекрывает трубу, чтобы в итоге регулировать выходную мощность двигателя;

На дизельных двигателях применяется для глушения мотора и создания разряжения во впускном тракте для регулировки подачи выхлопных газов во впуск (от системы EGR);

Впускной коллектор (Intake manifold / Intake plenum / Ansaugkrümmer / Ansaugplenum)

Его задача обеспечивать равномерное наполнение всех цилиндров во всём диапазоне оборотов. Поэтому есть такое понятие – равнодлинный коллектор, которое и говорит о том, что каждому цилиндру достанется одинаковое количество воздуха;

blank

Вихревые заслонки впускного коллектора (Intake Flaps / Ansaugklappen)

Относятся тоже к впускному тракту. Созданы для того, чтобы обеспечить максимальное наполнение цилиндров свежим зарядом во всём диапазоне нагрузок. Более того, при применении этих заслонок воздух завихряется таким образом, что улучшается смесеобразование.

blank

При низкой нагрузке нужны узкие каналы – так обеспечивается максимальная наполняемость. А при высокой нагрузке и оборотах – широкие каналы, чтобы потоку на большой скорости ничего не мешало на пути.

blank

Коллектор с изменяемой геометрией (Variable geometry (length) intake manifold / Ansaugkrümmer mit variabler Geometrie (Länge))

На низких оборотах максимальная наполняемость (VE – Volumetric Efficiency) будет при длинном впускном тракте. На высоких оборотах – при максимально короткой и широкой.

blank

Этот эффект ещё называют резонансным наддувом – перед открытием впускного клапана в цилиндре создаётся разряжение. Когда клапан открывается воздух резко смещается в сторону камеры сгорания из впуска, втягивая за собой больше воздуха по инерции.

Многодроссельный впуск (Individual throttle bodies / ITB / Individuelle Drosselklappengehäuse)

В спорте на атмосферных двигателях применялись схемы многодроссельного впуска – на каждый цилиндр устанавливалась своя дроссельная заслонка прям перед впускным каналом ГБЦ. Это позволяло добиться максимальной мощности на высоких оборотах и максимально быстрого отклика на педаль акселератора;

blank

Впускные каналы ГБЦ (Intake ports / Intake runners / Ansaugkanäle / Ansaugkanäle)

Небольшой длинны труба, где поток воздуха разделяется на два канала, ведущих в цилиндры через клапаны. На автомобилях с обычным впрыском топлива в этой зоне происходит смешение бензо-воздушной смеси;

blank

Впускные клапаны (Intake valves / Aufnahmeventile)

Открывают или закрывают вход в камеру сгорания. У них всего один такт – открыться, чтобы воздух (или смесь) залетели в цилиндр и начался такт сжатия, уже с закрытыми клапанами.
Клапанами управляет впускной распредвал (Intake camshaft). У него отличается форма и конструкция от выпускного распредвала (exhaust camshaft).

Топливная система (Fuel system / Kraftstoffsystem) Назначение (Mission)

Вовремя и быстро доставить в камеры сгорания определённую порцию распылённого топлива. Важно, чтобы топливо не стекало ни по чему, обеспечивало охлаждение сжатого воздуха, равномерно воспламенялось.

blank

Соотношение топливовоздушной смеси (Air Fuel ratio / AFR / Luft-Kraftstoff-Verhältnis)

Почему важна дозировка топлива, то есть соотношение смеси – сколько топлива, а сколько воздуха? Этот параметр называется AFR – Air Fuel Ratio.

Бензин (Petrol / Gasoline / Benzin)

Для полного сжигания одной части бензина требуется 14.7 частей воздуха. Это называется стехиометрическое соотношение. Максимальная же мощность двигателя выделяется при соотношении 12.5:1. Таким образом, под нагрузкой стремятся сделать смесь ближе к 12.5:1, а при круизном режиме – к 14.7:1 и выше.

Стремление к смеси 12.5:1 ограничено температурой выхлопных газов и стойкостью к детонации. На такой смеси при высокой нагрузке от температуры выхлопных газов (ТВГ/EGT) могут появиться повреждения механики двигателя – плавятся поршни, прогорают выпускные коллекторы. При этом, если камера сгорания (Combustion chamber) становится слишком горячей, то повышается вероятность появления детонационного сгорания, которое тоже опасно для двигателя. Поэтому для снижения ТВГ смесь обогащают и делают несколько фаз впрыска топлива.

При работе на смеси беднее, чем 14.7:1 постепенно снижается КПД, поэтому бесконечно обеднять смесь невозможно.

blank

Дизель (Diesel / Dieselöl)

Дизельные двигатели работают всегда на обеднённой смеси, и регулировка мощности осуществляется изменением порции впрыскиваемого топлива. Поток воздуха при этом не ограничивается и не регулируется, а дроссельная заслонка на дизелях выполняет свои функции при глушении мотора.

Состоит из (Components):

Бак (Fuel tank / Kraftstoffbehälter)

Топливный бак – форма и устройство должны удовлетворять некоторым потребностям – бак не должен набирать статический заряд, при перегрузках не должно быть отливов топлива, осушающих насос, должен вентилироваться, чтобы не создавалось воздушных пробок при заправке.

Фильтр (Fuel filter / Kraftstofffilter)

Задача фильтра – очистить топливо, не создав сопротивления потоку. Ставится рядом с топливным насосом или же является частью насоса.

Насос низкого давления (Low pressure fuel pump / LPFP / Niederdruck-Kraftstoffpumpe)

Используется для обеспечения стабильной подачи даже при сильных перепадах нагрузки.

Магистраль (Fuel lines / Kraftstoffleitung)

Сечение магистрали выбирается для обеспечения нужного диапазона производительности. То есть, чтобы на малых нагрузках он не был бездонной бочкой, а на высоких – пробкой. Ещё он должен быть не хрупким, чтобы при наезде на препятствие не лопался, а просто мялся.
Насос высокого давления (ТНВД) (High pressure fuel pump / HPFP / Hochdruck-Kraftstoffpumpe)
Так как топливо надо распылить, давление подачи должно быть высоким. Сейчас это от 30 бар на бензиновых моторах и от 150 бар на дизельных. Верхняя граница давления подачи, на высоких оборотах и полной нагрузке, доходит до 180 бар и 1800 бар соответственно.

Рампа (Fuel rail / Kraftstoffverteilerrohr)

ТНВД накачивает топливо в рампу форсунок. Она является дополнительным резервуаром, то есть ёмкостью, для топлива и при резком возрастании нагрузки должна обеспечивать подачу без провалов. В некоторых случаях называется «Аккумулятор давления».

Датчики давления (Fuel pressure sensors / Kraftstoffdrucksensoren)

На топливной рампе установлены датчики давления, по которым и ориентируется ЭБУ – достаточно ли давления или следует его поднять заранее. Так как от обеднения смеси на полной нагрузке двигатель может сразу сгореть и оплавиться внутри, то контроль давления обязателен.

Обратная магистраль (Fuel return line / Kraftstoffrücklaufleitung)

На системах с обычным впрыском топлива в некоторых случаях используется обратная магистраль – так, например, можно не регулировать мощность на насосе в баке, а регулировать давление и производительность, перекрывая обратную магистраль.
Не понятно? Шланг керхера если пережать, то насос выдаст максимум давления в магистрали. Будет давить в стенку.

Форсунки (Fuel injectors / Einspritzdüsen) (Nozzles / Sprühdüsen – распылители)

Главный исполнительный элемент всей этой схемы. Форсунки устанавливаются в цилиндры или во впускной коллектор. Обеспечивают подачу и распыл топлива нужной порции в нужное время. Управляются электрически, шириной импульса.

blank

Комбинированные системы впрыска (Combined fuel injection / Kombinierte Kraftstoffeinspritzung)

Сейчас VAG часто применяет комбинированные системы впрыска, которые обеспечивают подачу топлива и непосредственно в цилиндры и перед клапанами. Эта система, хоть и сложна, взаимокомпенсирует недостатки MPi и FSI.

blank

В зоне слабых нагрузок используется впрыск перед клапаном (MPi). В зоне больших нагрузок уже непосредственный FSI.

Особенности впрыска на дизеле (Diesel fuel injection / Dieselkraftstoffeinspritzung)

Из-за высокого давления и установленной большой топливной форсунки дизелю требуется теплоотводящий канал в ГБЦ. Это помогает не застревать топливной форсунке насмерть при большом пробеге.

blank

Система зажигания (Ignition system / Zündanlage)

Назначение (Objectives / Zielen)

blank

Бензин (Ignition system in petrol engine / Zündanlage im Benzinmotor)

Вовремя поджигать топливную смесь коротким импульсом. Реализуется с помощью электрической искры. Основные задачи – так как в камере сгорания (Combustion chamber / Brennkammer) высокое давление и сильный ветер, то искру не должно сдувать сжатием или тушить бензином. Это всё она должна пробивать в любых условиях.

Основные исполнительные элементы системы зажигания – катушка зажигания (ignition coil / Zündspule) и свеча зажигания (spark plug / Zündkerze). На катушку блок управления подаёт управляющий сигнал, а обмотки внутри преобразуют ток в очень высокое напряжение. Высокое напряжение передаётся на свечу, в которой есть зазор между электродами. Там образуется искра, которая и воспламеняет топливо-воздушную смесь.

blank
blank

Важный параметр работы – угол опережения зажигания (УОЗ). Измеряется в угле поворота коленчатого вала. То есть, за сколько до верхней мертвой точки нужно поджечь смесь, чтобы получить максимум мощности на выходе.

Вернёмся к мельнице, в которую стреляем крышкой от банки. Если стрелять в торец лопасти, вся энергия уйдёт на поперечное смещение вала мельницы. Нужно стрелять в тот момент, когда угол приближается к 90, чтобы потери на проекции плечей были минимальны. Так работает и система зажигания – надо поджечь в нужный момент времени, чтобы максимум энергии выделился тогда, когда поршень давит на коленчатый вал в самом эффективном секторе углов поворота.

В случае, если сгорание произойдёт слишком рано, давление в камере сгорания может разрушить поршень или согнуть шатун. Чтобы этого избежать, блок управления двигателем следит за шумами, которые возникают при сгорании и в случае обнаружения преждевременного сгорания снижает УОЗ.

Так как разным цилиндрам поджиг нужен в разное время существует такое понятие как Firing order – порядок зажигания поцилиндрово. На примере двигателя V12 Ламборгини Дьябло выглядит так 1-7-4-10-2-8-6-12-3-5-11. Раньше это было нужной информацией, чтобы не перепутать высоковольтные свечные провода, идущие от трамблёра. Сейчас носит символический характер.

blank

Воспламенение в дизельных двигателях (Compression ignition in Diesel engines / Kompressionszündung in Dieselmotoren)

Возгорание в дизельном двигателе происходит за счёт сильного сжатия, от которого топливовоздушная смесь вспыхивает. Поэтому у дизельных моторов нет как таковых свечей зажигания и системы зажигания. Есть свечи накала, которые работают при холодном запуске в холодное время года. Они нагревают камеру сгорания и топливо, чтобы смесь стала легче воспламеняемой. Сами свечи накала нагреваются примерно до 1000 *С.
Работают в фазе прогрева и не более 5 минут, и смягчают работу мотора.

blank

Так же в современных дизельных двигателях либо в свечах накала, либо в камерах сгорания установлены датчики давления. На холостых оборотах максимальное давление в камере около 40 бар.

Тут тоже есть угол опережения. Но называется он угол опережения впрыска – топливо впрыскивается чуть раньше в цилиндр, чтобы пик сгорания и давления приходился на эффективный угол поворота коленвала.

Выпускной тракт (Exhaust system / Auspuffanlage)

Назначение (Objectives / Zielen)

Отвод выхлопных газов из камер сгорания и снижение уровня шума. Должен обеспечивать не просто отвод, а ещё и вытяжку и очищение от вредных продуктов распада топлива.

blank

Состоит из (Contents / Inhalt)

Выпускной коллектор (Exhaust manifold / Auspuffkrümmer)

Принимает выхлопные газы из камер сгорания из каждого цилиндра и сводит этот поток в одну трубу. Основная задача – минимум тепловых потерь, минимум сопротивления, максимально равномерный поток.

Выпускные коллекторы бывают нескольких типов – внешний (всем уже привычный), внутренний (встроенный в ГБЦ) и объединённый с турбонаддувом.

Современные двигатели VAG имеют встроенный в ГБЦ выпускной коллектор. Это позволяет снизить тепловые потери при передаче тепловой энергии от камеры сгорания к турбине, а также быстрее прогреть двигатель и стабилизировать температуру. При таком решении турбонаддув прикручивается непосредственно к ГБЦ, а выпускного коллектора, как такового, уже нет.

Внешний (Separated manifold / Getrennter Verteiler)

blank

Внутренний (Integrated manifold / Integrierter Verteiler)

blank

Совмещённый с турбонаддувом

blank

Турбонаддув (Turbocharger / Turbolader)

Точнее, турбинная часть турбокомпрессора. Через неё проходят выхлопные газы и раскручивают ось, на которой закреплено компрессорное колесо. Таким образом, за счёт давления выхлопных газов, во впуск заталкивается больше воздуха. Подробнее расскажу чуть позже. Основаня задача – минимизировать сопротивление на выпуске и максимизировать производительность на впуске. При этом система должна управляться по значению давления.

blank

Приемная труба/Катализатор (Downpipe / Fallrohr)

Труба для выхлопных газов, которая соединяет турбинную часть турбокомпрессора (ещё её называют горячая часть или «горячка») с глушителем и резонатором. Катализатор и сажевый фильтр делают эту часть выхлопной системы самой дорогой и особенно важной для экологии.

Катализатор (Catalytic converter / Katalysator)

Дожигает остатки несгоревшей смеси за счёт химической реакции драгоценных металлов и остатками топлива. Катализатору важно – высокая температура, иначе он не функционирует по назначению и низкое сопротивление потоку отработавших газов.

Статью про катализаторы можно прочитать на нашем сайте здесь – https://mintco.ru/catalyst/

Сажевый фильтр (Particle filter / soot filter / Diesel Particulate Filter (DPF) / Partikelfilter / Rußfilter /Dieselpartikelfilter)

Улавливает мелкие твердые частицы, образовывающиеся при сгорании топлива. В первую очередь это касается дизельных двигателей, так как при сгорании образуется сажа, которая вредна для экологии. В первую очередь – для людей и животных, так как оседает в лёгких и вызывает онкологические заболевания.

Рассчитанный ресурс сажевых фильтров – от 200 до 300 тысяч километров. В России их ресурс меньше за счёт пробок в городе, более низкого качества топлива, меньших трассовых пробегов.

Датчики кислорода, давления, ТВГ (Oxygen/O2, pressure, temperature sensor/EGT / Sauerstoff/O2, Druck, Temperatursensor)

Лямбда-зонд (Oxygen sensor/O2 sensor / Sauerstoff/O2)

Выхлопная система оснащена датчиками кислорода и давления. Датчики кислорода (лямбда-зонды) стоят до и после катализатора. По ним ЭБУ двигателя управляет составом смеси – делает её богаче или беднее. Лямбды после катализатора дополнительно отвечают за определение исправности катализатора – то есть, проверяют, насколько становится чище выхлопной газ, пройдя через каталитический нейтрализатор. Сами лямбда-зонды бывают обычные и широкополосные. Но об этом в другой раз.

Датчики дифференциального давления (Differential pressure sensors / Differenzdrucksensoren)


Применяются для контроля сажевого фильтра. Чем больше сажи оседает в фильтре, тем большее сопротивление отработанным газам он даёт.

ТВГ – датчики температуры выхлопных газов (Exhaust gas temperature sensors/EGT sensors / Abgastemperatursensoren)

Эта система применялась в начале нулевых на небольшом количестве сильно форсированных моторов – VAG их ставил на 2.7T (A6 C5, S4 B5, Allroad C5 + RS4 B5), 4.2T (RS6 C5), W12 6.0T (Bentley Continental). Не знаю, использовались ли датчики ТВГ на других серийных автомобилях, но при тюнинге их применяли постоянно.

В итоге система почти не применяется на бензиновых двигателях, но широко используется в дизелях – в самых экологичных моторах может быть использовано до 4 датчиков, которые следят за работой мотора и полным сжиганием выхлопных газов.

Гофрированное соединение (Flexi pipe / Flexi Rohr)

Должна обеспечивать подвижность соединения. Вся выхлопная система тянется по все длине автомобиля и в сумме является очень длинным рычагом. Представьте, что будет при быстром прохождении поворота – выхлопная система будет сворачивать мотор, отрывая подушки. Конечно, весь выхлоп подвешен и закреплен к кузову, но и паразитные вибрации длинной трубы передавать не стоит.

Поэтому для снижения паразитных вибраций и предотвращения поломок в трубе делают гибкое гофрированное соединение.

blank

Трубопровод (Exhaust pipes / Auspuffleitungen)

Просто трубы, которые, обычно, идут на сужение и с дополнительными изгибами, чтобы минимизировать гул стоячих волн. Типичный диаметр труб дюймовый – 2”, 2.5”, 3” или 2х55 мм, 2х63 мм, 1х76 мм.

blank

Резонатор / Глушитель (Resonator / Silencer / Schalldämpfer)

Двигатель без выхлопной системы работает очень громко, и эта громкость легко переваливает болевой порог, поэтому просто труб и горячей части турбонаддува мало – нужны специальные расширители для снижения громкости. Это резонаторы и глушители.

Резонатор работает по принципу противофазного амплитудного гашения громкости и уменьшает громкость на низких частотах.

blank

Глушитель работает против средних и высоких частот – гашение звуковой волны происходит в негорючих ватообразных материалах, где звуковая энергия преобразуется в тепловую.

blank

Выпускные трубы (Exhaust tips / Auspuffspitzen)

В конце концов, надо вывести выхлопные газы так, чтобы не оплавить задний бампер. А ещё потребитель требует более широкого диапазона громкости – для спокойной езды хочется тишины, а для быстрой – громкого красивого звука, привлекающего внимание толпы. Для этого в последней части выхлопной системы делают специальные заслонки, которые регулируют диаметр выхлопных труб. Чем шире трубы, тем громче и ярче звук.

Из-за растущих требований по шумоизоляции и снижению громкости выхлопных систем выхлоп пришлось делать тише, но, чтобы не терялся «фан», стали устанавливать динамики в выхлопную систему, которые добавляют искусственных звуков. Так скучный современный большой турбодизель может уметь издавать звуки подобные атмосферному бензиновому мотору.

Чтобы звук выхлопа был слышен ещё и в салоне его транслируют динамики мультимедийных систем.

blank

Турбонаддув (Turbocharging)

Двигатели бывают атмосферные (NA – Naturally Aspirated / Saugmotor) и турбированные (Turbocharged / Turbolader). Атмосферными двигатели называются из-за давления подачи воздуха – оно не может превышать атмосферное, то есть 1 бар в абсолютном значении. За счёт явлений инерционного наддува и акустических резонансов формой впускного коллектора можно ещё немного повысить наполняемость, но, чтобы существенно изменить наполняемость цилиндров, применяется наддув.

Так как давление и температура во впускном тракте, а, следовательно, и в камере сгорания турбированного двигателя выше, чем у атмосферного мотора, для снижения риска разрушения и продления ресурса в турбодвигателях снижают степень сжатия, что приводит к снижению компрессии в донаддувной зоне. Из-за этого без наддува двигатель имеет существенно меньшую мощность.

blank

Турбокомпрессор (Turbocharger/Turbo / Turbolader)

Самая распространённая конструкция. Состоит из двух частей – компрессорной (холодной) и турбинной (горячей). Внутри двух корпусов, похожих на улиток (их так и называют – «улитка»), находятся два лопастных колеса («крыльчатки»), соединённых одним валом. Через турбинную часть проходят выхлопные газы, раскручивают до больших оборотов крыльчатку. Вал горячей «крыльчатки» раскручиваясь, придаёт вращение и компрессорному лопастному колесу (холодной крыльчатке).

Вращение «холодной крыльчатки» приводит к следующему – атмосферный воздух всасывается через фильтр и под давлением попадает во впускной тракт. Типичные значения заводского давления наддува (“boost”) – от 0.3 бар до 1.2 бар, а чаще даже до 0.8 бар на обычных машинах.

blank

При сжатии воздух нагревается, поэтому и нужен интеркулер – то есть охладитель наддувочного воздуха.

Для регулировки производительности этого механизма используют вастгейты (wastegate) – это клапан и обводной канал для выхлопных газов. Если клапан открыт, то часть выхлопа проходит мимо горячей части, а значит давление наддува снижается. Если клапан закрыт, то давление наддува максимально.

В компрессорной (холодной) части тоже применяется клапан обводного канала – байпасный клапан (bypass). При закрытии дроссельной заслонки открывается этот клапан и воздух из напорной магистрали (часть впускного тракта, находящаяся после турбины) во впускную часть перед турбиной. Таким образом давление во впускном тракте стабилизируется, снижаются пульсирующие ударные нагрузки.

Это называется помпаж (surge) – из-за инерционного увеличения давления после закрытия дросселя возникает ударная пульсирующая нагрузка. Это крайне вредно для лопастей компрессорной части и подшипников вала.

blank

Недостатки (Drawbacks / Nachteil)

Есть очевидные минусы такого инженерного решения – лаг и турбояма.

Турбо-лаг (Turbo lag / Turboverzögerung)

Давление наддува создаётся не мгновенно после открытия дроссельной заслонки. Сначала выхлопные газы должны образоваться в большем количестве, а затем раскрутить турбинное колесо. Так поднимаются обороты вала турбокомпрессора, и делают они это тоже не мгновенно. Вал с колёсами раскручивается до 90 000–120 000 оборотов в минуту и на это требуется время. За время, пока вал раскручивается, впускной тракт тоже наполняется сжатым воздухом.

Скорость реакции двигателя на движения педали акселератора («газа») называется респонс (“response”). Именно он в результате страдает от явления лага.

Как снизить лаг (Reduce turbo lag)

  • Меньшее значение наддува = меньший диапазон частоты вращения вала;
  • Узкая горячая часть = большая скорость потока на выходе, а значит быстрее будет раскручиваться вал. Но это создаст дополнительное сопротивление выходу отработавших газов;
  • Короткий впускной тракт = меньший объём, который надо заполнить прежде, чем воздух попадёт упрётся во впускные клапаны;
  • Снижение веса вращающихся частей = меньший момент инерции = быстрее раскрутка;
  • Система anti-lag = совсем не экологично = впрыск топлива перед турбиной и поджиг -≥ сгорание в выпускном коллекторе раскручивает турбинное лопастное колесо вне зависимости от оборотов и нагрузки в двигателе = очень низкий ресурс турбонагнетателя из-за высоких ударных- и термонагрузок;
  • В автоспорте применяют ещё методику торможения левой ногой в поворотах, одновременно удерживая нажатой педаль газа. Это позволяет замедлиться при прохождении поворота и совсем не потерять давление наддува и не ждать опять, пока вся мощность дойдёт до колёс.

Турбо-яма (Boost threshold / Boost-Schwelle)

На низких оборотах, когда потока выхлопных газов не хватает, чтобы вывести обороты турбокомпрессора в зону достаточную для нагнетания воздуха во впуск, то есть в зону эффективности. Старые турбомоторы «выходили на буст» к 2500 об/мин. Современные – могут тащить уже с 1300–1500 об/мин, а «валить» начинают примерно на тысячу-полторы позже. А вот всякие тюнингованные «гонки» могут начинать полноценно ехать только после 5000 и выше об/мин.

Причина этому кроется в геометрии горячей части турбины – чем шире сечение, тем меньше сопротивление выходному потоку, но и намного больше выхлопа потребуется для раскрутки лопастного колеса. Получается, если сечение большое, то двигатель будет выдавать много мощности в верхнем диапазоне оборотов, а если сечение малое – в нижнем диапазоне.

Как снизить эффект турбоямы? (Boost threshold reduction)

Сделать изменяемую геометрию турбинной части. На низких оборотах нужно узкое сечение, чтобы обеспечить высокую скорость выхлопных газов на подходе к крыльчатке. А на высоких оборотах – наоборот, надо сделать большое сечение, чтобы не препятствовать огромному потоку выхлопных газов.

blank

Такой принцип уже давно и успешно применяют на дизельных двигателях – там температура выхлопа ниже, а без наддува дизельный двигатель теряет мощность чуть менее, чем полностью.

На бензиновых же двигателях перепад момента не настолько большой, поэтому только несколько производителей суперкаров применяют технологию регулируемой геометрии горячей части.

Эффективное решение, которые применяют некоторые производители – твин-турбо (Twinturbo). Это две турбины разного размера, включенные последовательно. Небольшая турбина отвечает за нижний диапазон оборотов, а большая – за высокий и большую нагрузку.

Можно ещё раскручивать вал, сжигая топливо в коллекторе. Это тоже обеспечивает система anti-lag, с таким же недостатками – низкий ресурс, вред экологии.

blank

Твинскролл (Twin-scroll)

У турбинной части турбокомпрессора, напоминающей улитку, есть главное соотношение – A/r. A – area, r – radius. Отношение площади сечения на входе в горячую часть к радиусу «улитки».

blank

Это отношение описывает поведение всего турбокомпрессора – чем оно больше, тем меньше сопротивление будет выходящему потоку и медленнее реакция на «педаль газа». И наоборот – чем меньше соотношение, тем лучше реакция на педаль и тем сильнее сопротивление потоку, а значит и ниже предельная мощность двигателя.

blank

Чтобы расширить диапазон эффективной работы и получить и лучший «респонс» (отклик на педаль), и более ранний «выход на буст» (спул), и большую мощность в горячей части, делают два канала для прохода выхлопных газов с разным A/r. А чтобы это работало ещё эффективнее, выхлопные газы от цилиндров разводят по фазе – половина идёт на малый A/r, половина на большой. Если этим пренебречь, то противофазность пульсации выхлопа будет только мешать.

Схема применяется на бензиновых двигателях, так как для дизельных применяют VTG. Эффективна только на моторах с чётным количеством цилиндров. Применяется на BMW – на V8 ставят две турбины, в которых по две горячих части. На R6 двигатели BMW тоже ставит Twinscroll, но турбокомпрессор один.

blank
blank

VTG – изменяемая геометрия турбины (Variable Turbine Geometry / Variabel Turbinengeometrie)

В турбинной части устанавливают лопатки, которые изменяют площадь «А». Таким образом, в зоне низких оборотов лопатки снижают площадь сечения «улитки», и скорость потока выхлопных газов вырастает. А значит сразу вырастает и наддув (boost). На средних и высоких оборотах лопатки поворачиваются так, чтобы сопротивление потоку было минимальным, а значит продувка цилиндров становится выше и можно повышать наддув.

blank

Схема применяется, в основном, на дизельных двигателях из-за более низкой температуры выхлопных газов. На бензиновых моторах эту схему применяли Porsche на топовых исполнениях 911, но в итоге от неё отказались.

blank

Битурбо и твинтурбо (Bi-turbo and Twin-turbo)

Это схемы включения нескольких турбокомпрессоров. Битурбо – когда два турбокомпрессора одинаковы по характеристикам, а выхлоп всего двигателя разделён на два потока и направлен в каждую турбину поровну.

blank

Твинтурбо – две турбины разные по характеристикам, а поток выхлопных газов направляется на турбины в зависимости от условий. На низких оборотах в малую турбину, на высоких – в большую.

blank

Более понятной схема выглядит так:

blank

Квадротурбо (Quad-turbo) – 4 турбокомпрессора установленные параллельно. Применяется на Bugatti с моторами W16. На каждые 4 цилиндра по турбине.

blank

Винтовой компрессор (rotary screw compressor / drehschraubenkompressor) (Рутс / Roots)

Менее распространённая версия наддува. В этой конструкции есть только холодная часть, которая выглядит, как мясорубка – две длинные шестерни. Они быстро вращаются и за счёт этого перед собой сильно всасывают воздух, а после себя – создают давление. Вращение им придаёт ременной привод от переднего шкива коленчатого вала. Чтобы обороты компрессора были достаточны, отношение диаметров шкивов примерно 3:1. То есть, шкив компрессора крутится в три раза быстрее, чем коленвал.

blank

Чтобы снизить нагрузку на вал и ременной привод на компрессоре установлена обгонная муфта. Она передаёт крутящий момент только в одну сторону вращения. Представьте – вы разгоняетесь «газ в пол», а перед самым переключением дорожная ситуация требует сброса газа. На сбросе обороты двигателя либо остановятся, либо снизятся, а компрессор в это время будет продолжать вращение по инерции, лишь постепенно теряя давление наддува.
При резком сбросе «газа» под нагрузкой происходит инерционный рост давления. Чтобы избежать помпажа (Surge), в систему добавляют вторую дроссельную заслонку, которая открывается при закрытии главной заслонки. Таким образом, открывается обводной канал и давление во впускном коллекторе стабилизируется.

Актуальной остаётся и проблема нагрева воздуха, поэтому в корпус компрессора встраивают водяные интеркулеры и питают их охлаждающей жидкостью либо из основной системы, либо добавив второй контур для снижения общей температуры охлаждающего потока хладагента.
Плюсы этой системы очевидны – лаг и турбо-яма почти отсутствуют. Ременной привод не имеет задержки на раскрутку + объём впускного коллектора сведён к минимуму.

Но на низких оборотах давление во впускном коллекторе всё равно будет недостаточным.

blank

Электронаддув (Electric boost / Elektrischer Schub)

Не так давно VAG серийно начал устанавливать электронаддув. Это гибридная схема, где основную роль играют два обычных турбокомпрессора, а их недостатки по части турбо-ямы и лага компенсирует электронаддув.

Холодная часть такая же, как у турбокомпрессора – улитка и крыльчатка. Горячая часть – электродвигатель, вращающий вал компрессорного колеса и планетарный ряд, сильно повышающий обороты.

Производительность у самого электронаддува мало того, что ограничена, так ещё и затратна по части расхода электроэнергии. Для его эффективной работы пришлось добавить дополнительную бортовую сеть в автомобиль, напряжение в которой 48V.

blank

Электронаддув обеспечивает давление во впуске на низких оборотах двигателя и для снижения лага.

blank
blank

Гибридная схема – компрессор+турбина (Twin-charger / Hybrid-Ladegerät)

VAG додумался и до такого. В Россию двигатели поставлялись официально очень недолго, поэтому можно считать мелкосерийным производством. Импортёр решил, что двигатели слишком сложны для нашего региона и приостановил ввоз.

А выглядело это так – к обычному 1.4Т добавляли винтовой компрессор, который обеспечивал подхват на низких оборотах. В итоге получалось 160 л.с. с очень ровной полкой момента и этот мотор удивлял всех любителей объёма.

blank

Компрессор с ременным приводом (Belt-driven supercharger / Riemengetriebener Kompressor)

В серийном производстве я таких двигателей не встречал, а вот в тюнинге – неоднократно видел. От шкива коленвала на ременном приводе приводится в движение турбокомпрессор, у которого турбинная часть состоит из планетарного повышающего ряда, а крутит он, так же, компрессор.

Дальше поток воздуха под давлением пускают через интеркулер, который может быть установлен фронтально или так же, как в схеме с обычным компрессором.

blank

Пассивный наддув (Ram-air induction / Stauluftinduktion)

Такая технология применялась раньше на атмо-моторах – в крыло вбок или фронтально выводили воздухозаборник. Работать такая система начинала на скоростях свыше 150 км/ч и требовала удлинения тракта, а значит – снижала эффективность на высоких оборотах.

Сейчас на многих серийных автомобилях это тоже реализовано, но уже красиво, продуманно и технологично – чаще всего забор воздуха происходит около передней решёткой радиатора, над радиаторами, чтобы не брать горячий воздух. Заборники делаются в виде рупоров, чтобы большее поглощение было на скорости.

То есть, рассматривать эту технологию отдельно смысла не было, но упомянуть принципы расположения воздухозаборников нужно было.

Заключение

  1. Назначение (Mission)
  2. Воздухозаборник (Air inlet / Lufteinlass)
  3. Фильтрующий элемент (Air filter element / Luftfilterelement)
  4. Датчик массового расхода воздуха (расходомер) (Mass airflow sensor / Luftmassenmesser)
  5. Патрубок, входящий в турбину (Turbo Inlet pipe / Turbo Einlass rohr)
  6. Магистраль высокого давления (Boost line / Charge pipe / Boost linie/Ladung rohr
  7. Интеркулер (Intercooler / intake cooler / IC / Ladeluftkühler / Ansaugkühler)
  8. Дроссельные заслонки (Throttle body / Drosselklappenstutzen)
  9. Впускной коллектор (Intake manifold / Intake plenum / Ansaugkrümmer / Ansaugplenum)
  10. Вихревые заслонки впускного коллектора (Intake Flaps / Ansaugklappen)
  11. Коллектор с изменяемой геометрией (Variable geometry (length) intake manifold / Ansaugkrümmer mit variabler Geometrie (Länge))
  12. Многодроссельный впуск (Individual throttle bodies / ITB / Individuelle Drosselklappengehäuse)
  13. Впускные каналы ГБЦ (Intake ports / Intake runners / Ansaugkanäle / Ansaugkanäle)
  14. Впускные клапаны (Intake valves / Aufnahmeventile)
  15. Топливная система (Fuel system / Kraftstoffsystem)
  16. Назначение (Mission)
  17. Соотношение топливовоздушной смеси (Air Fuel ratio / AFR / Luft-Kraftstoff-Verhältnis)
  18. Бензин (Petrol / Gasoline / Benzin)
  19. Дизель (Diesel / Dieselöl)
  20. Состоит из (Components):
  21. Бак (Fuel tank / Kraftstoffbehälter)
  22. Фильтр (Fuel filter / Kraftstofffilter)
  23. Насос низкого давления (Low pressure fuel pump / LPFP / Niederdruck-Kraftstoffpumpe)
  24. Магистраль (Fuel lines / Kraftstoffleitung)
  25. Насос высокого давления (ТНВД) (High pressure fuel pump / HPFP / Hochdruck-Kraftstoffpumpe)
  26. Рампа (Fuel rail / Kraftstoffverteilerrohr)
  27. Датчики давления (Fuel pressure sensors / Kraftstoffdrucksensoren)
  28. Обратная магистраль (Fuel return line / Kraftstoffrücklaufleitung)
  29. Форсунки (Fuel injectors / Einspritzdüsen) (Nozzles / Sprühdüsen – распылители)
  30. Комбинированные системы впрыска (Combined fuel injection / Kombinierte Kraftstoffeinspritzung)
  31. Особенности впрыска на дизеле (Diesel fuel injection / Dieselkraftstoffeinspritzung)
  32. Система зажигания (Ignition system / Zündanlage)
  33. Назначение (Objectives / Zielen)
  34. Бензин (Ignition system in petrol engine / Zündanlage im Benzinmotor)
  35. Воспламенение в дизельных двигателях (Compression ignition in Diesel engines / Kompressionszündung in Dieselmotoren)
  36. Выпускной тракт (Exhaust system / Auspuffanlage)
  37. Назначение (Objectives / Zielen)
  38. Состоит из (Contents / Inhalt)
  39. Выпускной коллектор (Exhaust manifold / Auspuffkrümmer)
  40. Внешний (Separated manifold / Getrennter Verteiler)
  41. Внутренний (Integrated manifold / Integrierter Verteiler)
  42. Совмещённый с турбонаддувом
  43. Турбонаддув (Turbocharger / Turbolader)
  44. Приемная труба/Катализатор (Downpipe / Fallrohr)
  45. Катализатор (Catalytic converter / Katalysator)
  46. Сажевый фильтр (Particle filter / soot filter / Diesel Particulate Filter (DPF) / Partikelfilter / Rußfilter / Dieselpartikelfilter)
  47. Датчики кислорода, давления, ТВГ (Oxygen/O, pressure, temperature sensor/EGT / Sauerstoff/O, Druck, Temperatursensor)
  48. Лямбда-зонд (Oxygen sensor/O sensor / Sauerstoff/O)
  49. Датчики дифференциального давления (Differential pressure sensors / Differenzdrucksensoren)
  50. ТВГ – датчики температуры выхлопных газов (Exhaust gas temperature sensors/EGT sensors / Abgastemperatursensoren)
  51. Гофрированное соединение (Flexi pipe / Flexi Rohr)
  52. Трубопровод (Exhaust pipes / Auspuffleitungen)
  53. Резонатор / Глушитель (Resonator / Silencer / Schalldämpfer)
  54. Выпускные трубы (Exhaust tips / Auspuffspitzen)
  55. Турбонаддув (Turbocharging)
  56. Турбокомпрессор (Turbocharger/Turbo / Turbolader)
  57. Недостатки (Drawbacks / Nachteil)
  58. Турбо-лаг (Turbo lag / Turboverzögerung)
  59. Как снизить лаг (Reduce turbo lag)
  60. Турбо-яма (Boost threshold / Boost-Schwelle)
  61. Как снизить эффект турбоямы? (Boost threshold reduction)
  62. Твинскролл (Twin-scroll)
  63. VTG – изменяемая геометрия турбины (Variable Turbine Geometry / Variabel Turbinengeometrie)
  64. Битурбо и твинтурбо (Bi-turbo and Twin-turbo)
  65. Винтовой компрессор (rotary screw compressor / drehschraubenkompressor) (Рутс / Roots).
  66. Электронаддув (Electric boost / Elektrischer Schub)
  67. Гибридная схема – компрессор+турбина (Twin-charger / Hybrid-Ladegerät)
  68. Компрессор с ременным приводом (Belt-driven supercharger / Riemengetriebener Kompressor)
  69. Пассивный наддув (Ram-air induction / Stauluftinduktion)

С уважением,
Компания Mint Condition
Профессиональный подбор автомобилей
+79261888335
www.mintco.ru
WhatsApp:https://wa24.site/79261888335
info@mintco.ru

Данный материал подготовлен компанией Mint Condition и является собственностью компании. Любое копирование или размещение данного материала без согласования с владельцем запрещено.

Авторские права защищены и принадлежат ООО «Валкирия» (товарный знак MintCo, свидетельство №833282) ©
Любое использование или копирование материалов сайта, в том числе, элементов дизайна, фото и видео- материалов, текстового содержания может осуществляться исключительно с письменного разрешения ООО «Валкирия» и только при наличии ссылки на www.mintco.ru.

Выберите, как Вам удобнее с нами связаться:
Нажмите на значок – мы на связи
Другие услуги: