Что такое турбояма и турболаг: стараемся от них избавиться

Нагнетание воздуха

Установка турбины обусловлена желанием или необходимостью увеличить мощность мотора на 10–20%. Фактически, прирост производительности агрегата дает увеличение объема топлива, подаваемого в цилиндры. При этом кислорода, нужного для сжигания бензина или дизеля, не хватает. Турбина возмещает эту нехватку путем принудительного нагнетания воздуха. Создаваемое давление не только увеличивает производительность двигателя, но и сокращает расход топлива.

Турбина – это конструктивно простой агрегат, состоящий из двух изолированных друг от друга камер. В каждой из них на одном общем валу закреплены крыльчатки. Одна приводится в движение выхлопными газами, что раскручивает вторую, которая и забирает воздух для сжигания топлива.

Турбина способна разгоняться до 150 000 об/мин. Такая скорость и интенсивность нагнетания способна разнести двигатель. Чтобы это предотвратить, избыточное давление сбрасывается через специальный клапан, который называется байпасным. Для увеличения эффективности турбины устанавливается интеркулер. Он охлаждает нагнетаемый в цилиндры воздух, делая его плотнее, что также предотвращает перегрев мотора.

Внимание! Не стоит путать турбину с компрессором. Это агрегаты, выполняющие одну функцию, но имеющие разные принципы работы. Так, компрессор приводится в движение коленчатым валом, а не выхлопными газами (используется преимущественно североамериканскими автопроизводителями). Электрический аналог менее распространен, но так же эффективен. Компрессоры наиболее производительны на низких оборотах и недостаточно производительны на высоких, что обуславливает увеличение расхода топлива.

Что представляет собой турбояма?

Выражаясь простым языком, турбоямой можно назвать провал, возникающий во время наращивания двигателем автомашины оборотов из-за инерционных явлений турбоустановки. На практике это выглядит очень просто: водитель нажимает на газ, желая увеличить скорость, но его автомобиль начинает разгон не сразу, а лишь спустя некоторые доли секунды. Этот скачок оборотов и принято называть турбоямой.

Дело в том, что нажимая на акселератор, автолюбитель подает увеличенное количество горючего. Если закачивающаяся в двигателе смесь будет недостаточно богата кислородом, то она будет прогорать не полностью, вызывая одновременное падение мощностных характеристик силового агрегата. Чтобы этого не происходило, мотор оборудуется турбокомпрессором, который призван «разбавлять» увеличенное количество горючего дополнительным воздухом. Такая турбо-система представляет собой пару крыльчаток, прикрепленных к общему валу, однако разграниченных отдельными камерами. Ведущая крыльчатка приводится в действие благодаря поступающему потоку выхлопных газов, а вращение происходит из-за передачи поступающих вращательных импульсов от первой крыльчатки, посредством жесткого соединения с общим валом. Она тоже приводится в действие, главная задача которой состоит в нагнетании воздушного потока, подаваемого в цилиндры двигателя.

Как избавиться от турбоямы

Устройство вакуумного клапана управления турбиной и его роль

На самом деле, клапан турбины имеет огромное значение. Если мотор расходует мало воздуха при сбросе газа, может возникнуть разрыв труб либо повреждение самой турбины. Дело в том, что воздух пытается выйти назад через турбину, что может ее остановить или даже заставить вращаться в обратном направлении.  Это ведет к повышенной нагрузке на валы, подшипники, колесо компрессора.

Клапан управления геометрией турбины предназначен для поддержания давления среды на определенном уровне. Путем перепуска воздуха выпускается давление наддува, и турбина остается в свободном вращении в вакууме. Это уменьшает возможность возникновения турбоямы.

турбина двигателя

Как возникает турбояма?

Скорость вращения работающей турбины может достигать 150 тысяч оборотов в минуту. Чем выше интенсивность работы мотора, тем большее количества выхлопа, раскручивающего систему крыльчаток, он производит. Чтобы рост оборотов не приводил к запредельным значениям скорости вращения турбины, внутри неё устанавливается специальный перепускной клапан, позволяющий сбросить избыток газового давления. Тем самым клапан спасает от выхода из строя не только саму турбину, но и непосредственно силовой агрегат автомобиля.

Основной причиной появления турбоямы служит тот факт, что включение турбины в работу должно происходить только после того, как увеличенная порция топлива прогорит и выделит соответствующее количество выхлопных газов. На практике именно задержка, связанная со сгоранием горючего после нажатия водителем на педаль газа, и является той самой причиной появления турбоямы.

Причины появления турбоямы

Особое внимание – современным турбированным дизелям.

турбированный дизельный двигатель

Особенно подвержены, такому нежелательному явлению как турбояма, современные автомобильные дизель — двигатели, на которых турбина предусмотрена изначально для того, чтобы нейтрализовать более поздние (по сравнению с бензином) воспламеняющие свойства.

И вот именно на дизелях, которые возможно спроектировать высокооборотными, исключительно с применением турбо-ускорителя, и наблюдается такое явление, как турбояма.

При изменении режима работы двигателя вероятность возникновения турбоямы возрастает.

Правда, у современных автомобильных концернов различные подходы. Есть огромное количество производителей, выпускающих бензиновые двигатели с турбинным ускорителем. И они, кстати, тоже не защищены от турбоямы, поскольку проблема все та же.

При резком изменении режима работы двигателя, со спокойного на усиленный, интенсивный режим, турбине требуется время (от долей секунды до нескольких). Необходимо это для того, чтобы в камере и выпускной системе накопилось давление отработанных газов. Чтобы оно (давление) дошло бы до той точки, когда газы смогут резко раскрутить крыльчатку ротора.

Методы борьбы с турбоямой на дизеле

Одним из наиболее популярных способов уменьшения эффекта турбоямы на дизеле является установка системы улиток с различным сечением. Это позволяет подавать газы через каналы с отличающимися диаметрами, ускоряя турбину постепенно. Соответственно турбояма и рывок пропадают.

На оборотах, близких к холостому ходу, в работе находится преимущественно меньшая улитка. При увеличении воздействия на педаль газа подключаются поочередно каналы, большего сечения. Количество улиток и их конфигурация у каждой модели авто может отличаться.

Установка дополнительной турбины

Компания Mazda, чтобы минимизировать турболаг, использовала дополнительную турбину в последних версиях RX-7. На низких и средних оборотах начинает работать первая турбина (механическая или электронная), далее подключается вторая турбина по мере увеличения оборотов двигателя.

Что такое турболаг, от чего зависит и как уменьшить

Система «Анти-лаг» (Anti-Lag System (ALS))

Текущие модели автомобилей, участвующих в соревнованиях по ралли, оснащены наиболее эффективной системой для борьбы с турболагом, известной как Anti-Lag System (ALS). Производители деталей могут быть разными, но принцип работы остается неизменным.

Небольшое количество сжатого нагнетаемого воздуха может обходить дроссель, когда он закрыт.

Что такое турболаг, от чего зависит и как уменьшить

Зажигание пресекается, и небольшое количество несгоревшего топлива попадает непосредственно в выхлопную трубу, где, смешиваясь с воздухом, самопроизвольно воспламеняется.

Поскольку дроссель закрыт, входной канал заполняется сжатым чистым воздухом. Как только дроссель открывается, цилиндры мгновенно заполняются им, что приводит к мгновенной реакции при впрыске топлива.

Недостатком Anti-Lag System (ALS) являются огромные тепловые нагрузки, действующие на компоненты турбонаддува и выхлопной системы автомобиля.

Подробнее принцип работы системы ALS.

Продувочный клапан

Еще одним способом уменьшить турболаг является установка продувочного клапана.

Обычно при переключении передачи дроссель закрывается и воздух от вращающегося турбонаддува упирается в закрытую заслонку. Чтобы избежать рециркуляции воздуха, продувочный клапан выпускает воздух, находящийся под давлением.

Как стало понятно, что турболаг или турбояма – это давно известная проблема, с которой пытаются бороться многие производители двигателей. И по мере развития новых технологий эта борьба становиться успешней.

Особенности устранения турбоямы на бензиновом моторе

Бензин при сгорании образует меньшее количество выхлопных газов. Это также влияет на скорость изменения частоты вращения турбомеханизма. Для того, чтобы автовладелец не узнал, что такое турбояма, автопроизводители разрабатывают всевозможные конструктивные решения. Появление нагнетателя, позволило избавится от зависимости объема подаваемого воздуха в камеру сгорания от  количества выхлопных газов.

Для высокодинамичных машин используется измененная компоновка радиатора, который располагается под углом. Недостатком ухода от фронтального размещения является снижение поступления воздуха, охлаждающего двигатель. При этом воздушный поток раскручивает турбину, создавая давление на крыльчатке турбомеханизма.

Турбояма и радиатор

Особая компоновка радиатора – эффектное решение для высокоскоростных спортивных машин. Например, одним из эффективных ответов на вопрос, что такое турбояма и как избавиться от ее проявлений во время работы двигателя спортивного автомобиля в экстремальном режиме, можно считать особую компоновку радиатора на спортивных автомобилях (так называемая система V — маунт).

Радиатор располагается под углом, а не фронтально, и только часть поступающего воздуха (до 25 процентов), используется для охлаждения двигателя. А основной поток также «работает» на раскрутку турбины, создавая избыточное давление на крыльчатку ротора турбо-ускорителя.

Как пытаются избавиться от турбоямы производители

Система “улиток” с различным сечением – один из вариантов борьбы с турбоямой. Вообще, автоконструкторские бюро во всем мире, тратят неимоверное количество усилий на то, чтобы избавиться от этого нежелательного, особенно для опытных водителей, явления. Ведь машина перед рывком словно бы притормаживает на долю секунды (если дизель — то и больше) на манер «подвисающего» компьютера.

И у каждого производителя — своя, особая методика борьбы, искоренения такого явления, как турбояма при работе двигателя. В последние годы, вполне реальным и эффективным методом стал так называемый метод развода подачи давления на крыльчатку при помощи двух и больше «улиток» разных размеров.

Идея в том, что благодаря разному сечению труб (улиток), из которых состоит система подачи газов, из коллектора на турбину, они “встраиваются” в работу дизель — двигателя по очереди.

улитка для борьбы с турбоямами

Комплекс улиток обеспечивает широкий диапазон нормальной работы.

На малых оборотах функционирует «улитка» меньшего диаметра, которой необходимо меньше газа из-за малого общего объема. Чуть увеличил дизель обороты — в дело вступает «улитка» потолще. Затем — еще одна, и так по восходящей.

Хотя обычно, в подавляющем большинстве случаев, стараются использовать компоновку турбо-наддува дизель — двигателя с двумя «улитками». Обычно (если автомобиль не готовится для спортивных гонок) диапазона спаренной разнокалиберной “улитки” вполне хватает для того, чтобы такого явления, как турбояма в работе двигателя не наблюдалось.

Разве что, на самых критических режимах езды, когда дизель раскручивается на максимально высокие обороты.

Видео

 

Подведем итоги

В настоящее время инженеры крупнейших автомобильных производителей избавились от разбираемого нами силового провала. Некоторые компании стали использовать турбирующие установки, обладающие изменяемой геометрией, другие установили вторую турбину, имеющую механический привод, третьи поставили дополнительный компрессор, создающий требующееся для резкого ускорения автомобиля давление воздуха. Для автолюбителей, обладающих турбинами старого типа, прекрасным бытовым решением проблемы турбоямы станет один из способов, описанный нами в статье.

Ниже вы можете просмотреть видео о том, как работает двигатель автомобиля с турбиной и компрессором.

    Источники

    • https://zen.yandex.by/media/id/5a59e0809d5cb311e3579025/chto-takoe-turboiama-anatomiia-iavleniia-sposoby-izbavleniia-5b7c4fa3fb56ca00a90d086b?feed_exp=ordinary_feed&from=channel&rid=82895955.444.1577506456457.73431&integration=publishers_platform_yandex
    • https://100-avto.ru/turboyama-prichiny-poyavleniya-i-metody-izbavleniya/
    • https://turbomag.com.ua/chto-takoe-turboyama-dvigatelya-i-kak-ot-nee-izbavitsya
    • https://ZnanieAvto.ru/nuzhno-znat/chto-takoe-turboyama-i-kak-izbavitsya-ot-nee.html
    • https://SwapMotor.ru/ustrojstvo-dvigatelya/turboyama.html
    • https://AutoTopik.ru/obuchenie/1468-turbolag.html
    • https://autoiwc.ru/tuning/turboyama.html

    [свернуть]
    Предыдущая запись Что такое карбюратор в автомобиле, его принцип работы и для чего он нужен
    Следующая запись Оборудование для ванных комнат