Nissan 200sx и Power Tuning

Практически с момента создания, кусок железа с поршнем, шатуном и коленвалом, человечество подвергает модернизации. Как правило, в целях увеличения мощности. Один из наиболее эффективных способов - турбонаддув.

Почему? Основная задача большинства систем увеличения мощности - доставить воздух в камеру сгорания как можно быстрее. Сделать это можно двумя способами. Первый - создать идеально прямую выпускную систему без фильтра, датчика массового расхода воздуха, дроссельной заслонки и прочих эллементов перед впускным клапаном, которые являются по сути дополнительными сопротивлениями на пути воздуха в цилиндр. Понятно, что это весьма проблематично. Вариант номер два - повысить давление во впускном коллекторе, что будет компенсировать потери на сопротивление и , более того, увеличит количество топливно-воздушной смеси в цилиндре. Это в конце концов приведет к количественному увеличению полученной от сгорания энергии, то есть приросту мощности, причем прирост может достигать довольно больших значений (100% и больше). Вся эта теория воплотилась в великом множестве устройств, предназначенных для нагнетания воздуха. Чего только человечество не напридумывало - и поршневые системы, и шеберневые, винтовые, обьемные... Однако разгул мысли завершился в 1905 году, когда некий швейцарский инжинер по имени Альфред Бюи запатентовал процесс, в дальнейшем получивший название ТУРБОНАДДУВ. Суть его в следующем. Для вращения крыльчатки, нагнетающей воздух, использовалась энергия выхлопных газов, которые вращали еще одну крыльчатку, закрепленную с первой на одном валу. В течении 25 лет идея оставалась нереализованной - не позволяли технологии. Но технический прогресс не стоит на месте, и уже к 30-м годам стали появляться первые агрегаты турбонаддува. Наряду с ними родились и устройства, без которых сегодняшние агрегаты просто немыслимы. Первое - перепускной клапан (west gate), стравливающий выхлопные газы, если обороты турбины слишком велики. Его отсутствие привело бы к быстрому и неконтролируемому росту оборотов двигателя и, как следствие, к его поломке. Перепускным клапаном управляется давление воздуха во впускном коллекторе : когда оно велико, клапан открывается, и часть выхлопных газов попадает в глушитель, минуя турбину. Второе - интеркуллер: по сути радиатор охлаждения нагнетаемого воздуха. Зачем он здесь? Вспомните школьную физику: чем ниже температура воздуха, тем выше его плотность, тем больше его можно впихнуть в один и тот же обьем (больше сжечь и...). Существует несколько типов интеркулеров: фронтальные (наиболее эффективные), горизонтальные (их наличие можно определить по характерным воздухозаборникам на капоте, именуемым в народе ноздрями). Были и оригинальные конструкции: например, фирма Toyota использовала интеркулеры, как бы помещенные в герметично закрытую водяную ванну, имеющую собственный радиатор и помпу (система очень эффективная , но дорогая и громоздкая). Третье - блоуофф (Blowoff): тоже перепускной клапан, однако, стравливающий воздух не обратно в тркбк, а в атмосферу (на его совести смачный чих турбовых машин). Впрочем на пути развития турбонаддува не все происходило гладко.

Бустконтроллер:
Забавная штуковина, позволяющая нажатием одной кнопки увеличить давление наддува прямо из салона автомобиля. Представляет собой такой же перепускной клапан с электронными мозгами и серво приводом. Изменяя программу наддува, можно изменить порог срабатывания этого клапана. Вроде просто, но какой эффект! Правда, есть один большой соблазн: поставив его в положение max boost, надо быть необычайно волевым человеком, чтобы вернуть его к стандартным настройкам. Обычно воли ни у кого не хватает. Итог - оплавившиеся поршни и дорогостоящий ремонт.

Трудностей хватало. Например, величина ротора турбины: чем он больше, тем, теоретически, турбина мощнее. Но вот парадокс: с увеличением диаметра турбины возрастает и момент инерции. Это значит, что даже если водитель резко нажмет на газ, быстрого ускорения не будет, придется ждать, пока турбина наберет соответствующие обороты. И наоборот: при сбросе газа обороты будут падать очень медленно. Итак, какой выход? Делать турбины как можно большего диаметра. Они обладают минимальной инерцией и , как следствие, быстрым откликом. Но опять загвоздка, чем меньше турбина, тем меньшее количество воздуха она способна впихнуть в коллектор. Ибо поступление воздуха напрямую зависит от окружной скорости лопаток, которая тем меньше, чем меньше диаметр. Что же делать? Остается повышать обороты вращения турбины, хотя на этот счет есть ограничения. Частота вращения ротора турбины достигает 110 000 - 150 000 об./мин., и это почти предел. Ограничение накладывают подшипники, ахилесова пята турбины. Они же определяют срок службы всего.

Подшипники:
Коэффициент трения у правильно рассчитанных и работающих в условиях жидкостной смазки подшипников скольжения равен 0,001-0,005. Однако, при неблагоприятных условиях работы (высокая вязкость масла, высокие окружные скорости, малые зазоры) коэффициент трения достигает 0,1-0,2, что приводит к снижению оборотов т/н, а следовательно, к снижению его эффективности и повышению нагарообразования из-за повышения теплоотвода. Подшипники скольжения надежно работают при температуре, не превышающей 150 градусов. При более высоких возникает опасность разрыва масляного слоя в результате разжижения масла. Кроме того, при высоких температурах обычне минеральные масла быстро окисляются и теряют свои смазочные свойства. при полужидкостной смазке непрерывность масляного слоя нарушена, и поверхности вала и подшипника на участках большей или меньшей протяженности соприкасаются своими микронеровностями. При граничной смазке поверхности вала и подшипников соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, разделительный масляный слой здесь вообще отсутствует.

Исторически применяются подшипники скольжения. По сути это вкладыши, как на коленвале. Изнашиваются очень быстро постель и гнездо под уплотнительное кольцо. Такие подшипники изготовлены из специально подобранных материалов, для них выбраны оптимальные зазоры. При меньших зазорах возникает опастность подклинивания при тепловом расширении; при больших - вероятность срыва маслянного клина и работы в условиях полужидкостного трения. К тому же возникает перекос вала и идет интенсивный износ уплотнительного кольца. Поскольку зазоры в парах вал-подшипник, подшипник-корпус очень малы и соизмеримы с размерами ячеек маслянного фильтра, следует помнить о чистоте масла и состоянии маслянного фильтра. Долговечность подшипников скольжения, в отличие от подшипников качения, не зависит в такой мере от частоты вращения (это основная причина, по которой именно этот тип подшипников применяется в конструкции). Пока двигатель вращается и маслянный насос создает давление, исправная турбина работает нормально. Но рано или поздно вы заглушите двигатель, он остановится, остановится масляный насос, давление масла в системе мгновенно упадет до нуля, а вал с крыльчатками, который имеет приличный вес и вращается с приличной скоростью, мгновенно остановиться не сможет. Но масляного клина уже нет. Появляется полужидкостная смазка, преходящая в граничную. В тяжело нагруженных подшипниках возникает перегрев, расплавление, схватывание и заедание подшипника. Плюс грязное масло - и в результате идет интенсивный износ. А допустимый износ подшипников составляет 0.03 - 0.06 мм в зависимости от модели т/н! Выводы делайте сами.
Во избежание таких последствий появилось устройство, называемое турботаймер, позволяющее не прекращать сразу после поворота ключа работу двигателя и дающее время для остановки вала турбины при постоянной смазке. В последнее время японская фирма Toyo и шведская SKF ведут работы в области применения в агрегате турбонаддува простых подшипников качения, но вместо стали для изготовления шариков и обоймы применяется керамика. Огромный плюс такой системы в том, что керамика великолепно держит большие температуры, и подшипники качения постоянно заполнены запасом смазки. Отпадает проблема подачи и качества масла, увеличивается срок службы всего агрегата. Что ж поживем - увидим. А пока удачного чиха-аа!

Как подобрать турбину?
Исходя исключително из характеристик мотора, турбины и целей, для которых строится автомобиль. Например фирма Garret дает такую зависимость на собственные модели (см. рис.).

 

В таблице все четко отражено, и расчитать, какая именно турбина подходит для вашего мотора, не составит труда. Что касается целей, то в драге, например, не столько важен отклик, сколько меньшие провалы и более ровные характеристики. Для таких условий больше подойдет одна большая турбина - ее на старте раскручивают и далее, по сути, едут в режиме максимальных оборотов, без переключений вниз. В стрите куда важнее быстрая рекция турбины, чему больше способствует битурбовый мотор.