Электро-турбина: характеристики, принцип действия, плюсы и минусы работы, советы по установке своими руками и отзывы владельцев

Пару слов о китайских электро турбинах

Буквально 2 года назад, «автоинтернет» просто взорвался от электрических турбин из Китая. Предлагалась небольшая «штуковина», которая устанавливалась в разрыв шланга воздухозабора, которая якобы нагнетала воздух с давлением в двигатель, обещанное увеличение мощности аж до – 15%! Сам двигатель представлял из себя непонятный кулер, ни потребление электричества, ни обороты, ни прокачиваемый воздух – показателей не было. Если разобрать его даже визуально, то становится понятно — что это кулер на подобии продвинутых компьютерных, ну что он может увеличить? НИЧЕГО! Так что просто не покупаем – это РАЗВОД.

Сейчас конечно на тех же китайских сайтах начинают появляться другие электро турбины, многие сделаны даже в форме улитки – аля механический компрессор. Но опять же нет ни показателей давления, ни потребления, ни перекачки воздуха. Думайте, прежде чем покупать. Смотрим познавательный ролик.

1 Турбонагнетатели – с чем столкнулись инженеры?

Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя.

К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы.

Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.

Представить принцип работы такого устройства совершенно не сложно даже школьнику младших классов. Работу мотора обеспечивает постоянное сгорание топливно-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя. В зависимости от возможностей двигателя и режимов его работы устанавливается оптимальное соотношение воздуха и топлива. В обычных условиях объем ТВС ограничен размерами цилиндра – внутрь камеры смесь попадает благодаря разрежению на такте впуска.

Нагнетатель воздуха позволяет подать внутрь цилиндра на впуске больше топливно-воздушной смеси. Больше ТВС – больше энергии при сгорании, больше мощность агрегата. Казалось бы, все просто, как дважды два, однако без нюансов не обошлось. Увеличение мощности двигателя таким способом повлекло целый ряд проблем. Главная из них – возрастание количества тепловой энергии при сгорании смеси, что в свою очередь влечет быстрое прогорание поршней, клапанов, поломку системы охлаждения. И далеко не всегда последствия удается ликвидировать своими руками.

Кроме того, с увеличением объема ТВС увеличивается и шанс детонации двигателя в буквальном смысле этого слова. Даже без детонации преждевременный износ агрегата гарантирован. Чтобы уменьшить негативные последствия для автомобиля (избежать их полностью не удается), принято использовать высокооктановое топливо, а также декомпрессию. В первом случае приходится своими руками платить немалые деньги, а во втором существенно снижается мощность.

Виды конструкций механического нагнетателя делятся в зависимости от типа привода.

1. Прямое крепление нагнетателя к фланцу коленчатого вала называют прямым приводом;
2. Ременной привод – характеризуется различными вида привода при помощи ремней. Делится на:
3. Зубчатый
   • Клиновой
4. Плоский
5. Зубчатая передача через цилиндрический редуктор
6. Цепной привод;
7. Электрический привод подразумевает под собой использования для привода электродвигателя.

Данный вид привода естественно является наиболее энерго-затратным и требует большей мощности для аккумуляторов, но при этом он не снижает мощности двигателя.

Объемные нагнетатели

Объемные нагнетатели получили свое название из-за того что принцип их работы заключается в простой перекачке определенного объема воздуха без сжатия.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым первым и от того самым старым и проверенным типом наддува. Его история развития стартовала 1859 году с работы двух талантливых братьев под фамилией Рутс (Roots). Изначально его использовали как промышленный вентилятор для продувки помещений. Чуть позже он получил широкое применение из-за своей простоты. Две помещенные в общий кожух прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, при этом перекачивая определенный объем воздуха от впускного до выпускного коллектора.

Спустя 90 лет другому американскому ученому Итону пришло в голову, как можно усовершенствовать конструкцию. Прямозубые шестерни заменили на косозубые роторы, и воздух стал перемещаться вдоль, а не поперек как это было раньше. С того времени усовершенствование нагнетателей этого типа идет по пути увеличения количества зубчатых лопаток (косозубых роторов). В первоначальной модели Итона «Eaton» их было две, а теперь сложно встретить меньше четырех. Основными функциональными недостатками нагнетателей типа Рутс является:

1. Неравномерная пульсационная подача воздуха создающие периодический недостаток давления. Увеличение количества зубчатых-лопастей и изменение формы впускного и выпускного окна компрессора на треугольное, позволяет свести этот недостаток к минимуму. К тому же эти конструктивные решения помогают сделать работу компрессоров Рутса намного тише и равномернее.
2. Во время выдавливания несжатого воздуха в трубопровод где находиться сжатый воздух, создается турбулентность, которая способствует росту температуры заряда воздуха. Это отрицательно сказывается на производительности ухудшая показатели калорийности топливной смеси из-за менее полного сгорания. Данная проблема коленчатых компрессоров решается установкой инкулера.

Развитие машиностроение позволило полностью оценить плюсы и минусы нагнетателей Рутса и получить из них максимум производительности.

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (Lysholm) также как и компрессор «Рутса» относится к объемно-роторным нагнетателям и в своей работе использует те же принципы, но в отличии от своего более раннего коллеги рабочую нагрузку в нем исполняют пара роторов с взаимодополняющими профилями. На английском винтовой нагнетатель называют Lysholm в честь его изобретателя Альфреда Лисхольма, который в 1936 году изготовил и запатентовал на него права.

Принцип работы компрессора Lysholm

• Начиная встречное взаимное движение, пара роторов захватывает воздух.
• Вдоль роторов воздух порциями проталкивается вперед попутно сжимаясь.

Следовательно, на выпуске окна компрессора не возникает турбулентности, как у компрессоров «Рутса». Это является главным отличием от роторно-шестеренчатых нагнетателей. Подобная схема работы обеспечивает стабильно высокую эффективность на всех уровнях нагрузки.

Плюсы компрессоров «Лисхольм»:

1. Высокий КПД (70%)
2. Надежность
3. Компактная конструкция
4. Низкий уровень шума.

Главным и единственным минусом компрессоров «Лисхольм» является очень слона форма роторов, из-за чего их производство является очень затратным и как следствие сам компрессор очень дорогой. Поэтому он не встречается в серийных авто и его производят очень мало компаний.

ентробежный нагнетатель получил на данный момент наиболее широкое применение среди всех механических нагнетателей. Главным образом его, используют в компоновке турбонаддува и реже как самостоятельное устройство наддува. Центробежный нагнетатель аналогичен турбонаддуву в плане нагнетания воздуха. Его основной деталью, как и у турбокомпрессора является крыльчатка. У этой детали весьма сложная в исполнении конусообразная форма и от того насколько правильно она спроектирована и сделана зависит КПД всего нагнетателя.

Заряжаем турбину

Инженеры-разработчики вновь углубились в различные проектирования и эксперименты. И как-то неожиданно для себя однажды обнаружили следующую вещь (закономерность). При развитии электрических технологий в автопроизводстве и с изучением всех плюсов и минусов электрических силовых агрегатов, что используются в автомобильной индустрии, было подмечено следующее, что у автомобилей с электродвигателями, ответ на нажатие на педаль газа происходит почти мгновенно, без каких-либо задержек. И это показалось для инженеров самой разумной отправной точкой, чтобы применить данную положительную черту в использовании электрических компонентов при создании конкретной идеальной турбины. Электромобили стоят пока что дорого, и это из-за размеров самих моторов, аккумуляторов, а еще они не совсем практичны в связи с ограниченной дистанцией пробега на которую этот электромобиль может уехать на одной подзарядке.

Но зачем же тогда надо использовать крупные узлы электромобилей, когда можно взять идею и применить ее в совсем другом формате к обычному для нас двигателю ДВС? Ведь автопроизводители могут использовать для этого совсем небольшие электрические двигатели и их компоненты. Одним из таких средств, что позволил увеличить мощность двигателя не полагаясь на выхлопные газы, стал электротурбонаддув.

“Электродвигатель может среагировать мгновенно (в течение 250 миллисекунд)”, — так говорят в Valeo. Такой отклик электродвигателя может сократить потребление топлива на 10% с использованием данной и необходимой настройки. По сути говоря, так как новый вид компрессоров не приводится в движение выхлопными газами, то технически он является простым нагнетателем, которые для простоты также еще называют электрическими турбонагнетателями.

Компания (концерн) «Фольксваген» и связанные с ним автобренды вкладывают значительные средства в эти новые электрические турботехнологии.

“Концерн «Volkswagen» работает над созданием электрического турбонагнетателя для использования его с различными автобрендами в глобальном масштабе,”- сказал Марк Джилес, представитель «VW USA». “Основным преимуществом данного нагнетателя является время отклика и то, что он подает импульс от холостого хода в сравнении с выхлопными зарядными устройствами, которые требуют для себя по меньшей мере 1500 об/мин для подачи дополнительного давления”.

Простейшие и самодельные механизмы

В начале десятилетия на рынке появились простейшие дешевые механизмы, подобные компьютерным кулерам, также называемые электрическими турбинами. Они располагаются на впуске и работают от аккумулятора. Возможно использование таких электро-турбин и на карбюраторе, и на инжекторе. По утверждениям производителей, они увеличивают поток поступающего в двигатель воздуха, ускоряя его, что дает прирост производительности до 15 %. При этом параметры (обороты, поток, мощность) обычно не указаны. Очень просто установить такие электро-турбины на авто своими руками.

Однако в действительности их электродвигатели развивают до нескольких сотен Вт, чего недостаточно для увеличения объема потока, так как для этого требуется около 4 кВт. Поэтому такое устройство станет серьезным препятствием на впуске, вследствие чего производительность, наоборот, сократится. В лучшем случае потери от него будут небольшими, что ощутимо не скажется на динамике.

Кроме того, в Интернете можно найти наработки по созданию электро-турбины своими руками. В отличие от упомянутых выше дешевых вариантов, их строят на основе центробежного компрессора и бесколлекторного двигателя мощностью до 17 кВт и напряжением 50-70 В, так как только такой мотор способен обеспечить достаточные для вращения компрессора крутящий момент и обороты. Двигатель нужно оснастить контроллером скорости вращения. Данная система не требует интеркулера – для нее достаточно холодного впуска. Установка электро-турбины такого типа, возможно, потребует замены генератора (на 90-100 А) и аккумулятора (на более емкий с высокой токоотдачей). Скорость вращения компрессора определяется положением дросселя. Причем зависимость не линейная, а экспоненциальная.

Целесообразно создавать такие электро-турбины под автомобили с малолитражными двигателями объемом до 1,5 л, что обусловлено большим энергопотреблением. Причем чем больше объем мотора, тем меньшее давление наддува сможет создать нагнетатель. Так, на 0,7-л двигателе оно будет составлять 0,4-0,5 бар, на 1,5 л – 0,2-0,3 бар. К тому же такой наддув не сможет функционировать продолжительное время на максимальной производительности ввиду нагрева. Однако контроллер можно настроить на принудительную активацию.

Ввиду высокой стоимости компонентов весьма затратно сделать такую электро-турбину. Отзывы свидетельствуют об ощутимой прибавке производительности.

С точки зрения конструкции эти механизмы, как и упомянутые выше дешевые варианты, относятся к электронагнетателям. Однако часто их ошибочно называют электротурбинами. Сейчас на рынке представлены более серьезные фирменные механизмы, близкие к самодельным.

Турбонаддув – что это?

Исходя из вышеуказанного, вы, наверное, уже успели догадаться, что турбонаддув или турбина – это неплохой способ увеличить мощность двигателя вашего автомобиля, не увеличивая при этом его «аппетит». Теперь давайте разберемся с устройством турбины.

Так выглядит конструкция турбины автомобиля

Хотелось бы отметить, что используя турбину, вы окажете пользу для окружающей среды. Эта польза состоит в том, что работа механизма основывается на использовании выхлопных газов, из которых турбина потребляет энергию.

Попадая на крыльчатку турбины, отработанные газы заставляют ее раскручиваться. Это и приводит в движение располагающиеся на том же валу лопасти компрессора.

К преимуществам турбокомпрессора стоит отнести:

• возможность увеличения мощности двигателя от 25 до 40 процентов;
• оказание пользы для окружающей среды;
• установить агрегат можно практически на любой автомобиль;
• выполнять данную операцию можно без помощи специалистов.

Благодаря вращательным движениям лопастей в цилиндрах двигателя начинает нагнетаться воздух. Это и обогащает топливную смесь под искусственным наддувом. В результате сгорания обогащенного топлива мощность двигателя увеличивается.

Принцип работы турбонагнетателя

Единственным минусом данной системы, кроме ее стоимости, является сильное нагревание, что происходит в результате сгорания большого количества топлива и нагнетаемого кислорода. Результатом такого перегрева может стать и взрыв турбины, но разработчики сумели решить данную проблему. Все оказалось довольно просто – установка интеркуллера на турбокомпрессор, который играет роль обычного радиатора.

«Ауди» демонстрирует свою Е-Турбо

Компания «Ауди» продемонстрировала недавно свои новейшие разработки в мире электрической турбины на своем автомобиле Clubsport TT Turbo Concept, т.е. на полноприводном автомобиле, который выдает 600 л. с. и 648 Нм максимально крутящего момента, и все это благодаря паре турбонагнетателей стоящих на его 2,5-литровом пятицилиндровом двигателе. Одна из турбин, а именно традиционного типа, управляется выхлопными газами, а вторая является уже электрическим агрегатом.

Компания «Ауди» создала данный концепткар для того, чтобы показать возможности работы этих электрических турбонагнетателей, сказав и показав всему автомиру, что такая технология почти что готова к запуску на всех серийных автомобилях. В багажнике в автоомобиле размещена вторая 48-вольтная электрическая система, которая как-раз и питает этот электрический компрессор, увеличивая тем самым давление самого двигателя по запросу электрических датчиков, и это вместо долгого ожидания того самого момента, когда до простой обычной турбины дойдет волна выхлопных газов и раскрутит лопасти самой турбины. Все эти технологии безусловно улучшают само поведение автомобиля, который может теперь достигнуть скорости в 100 км/ч всего за 3,6 секунды.

“Компрессор с электрическим приводом обеспечивает значительные преимущества,”- сказал Брэд Штретц, сотрудник подразделения «Audi» в США. “Он набирает обороты до максимальных значений очень быстро и без каких-либо ощутимых задержек, и все это начинается еще до начала работы стандартного турбонагнетателя и при слишком маленьком давлении выхлопных газов”- продолжил Брэд Штретц.

“Такой принцип работы нагнетателя делает возможным установку обычного турбонагнетателя для конкретного создания высокого заряда давления и, следовательно, для достаточно высокой мощности двигателя,– ну а модель Е-турбо гарантирует быстроту отклика и мощные спринты с самых низких оборотов двигателя на всем своем диапазоне”, — еще добавил Брэд Штретц.

Это не первый уже раз компания «Ауди» показывает свой опыт в экспериментах с электрическими турбинами. В прошлом году этот Немецкий автопроизводитель добавил авто-модели E-Turbo свой твинтурбовый 3.0-литровый дизельный двигатель V6 и поставил тем самым все это под капот модели RS5. В результате этого получилось достаточно стремительное и быстрое авто-купе, которые могло достигнуть скорости в 100 км/ч примерно за 4 секунды, и это при расходе топлива каких-то 5 л / на 100 км. Все это сделало автомобиль намного быстрее, чем ее обычный собрат модель RS5 и, он стал более чем в два раза экономичнее по своему расходу топлива.

Сложности установки турбины на карбюраторный двигатель

• Сам процесс установки турбины во многом напоминает процедуру на инжекторном ДВС (установка интеркулера, турбокомпрессора, элементов управления турбиной и т.д.). Главные трудности связаны с карбюратором.
• Из-за того, что в цилиндры топливная смесь подается через жиклеры, когда устанавливается турбина на карбюраторный двигатель, приходится менять их на другие, большего диаметра, чтобы смесь не переобеднялась. А подобрать неродные жиклеры на карбюратор и обеспечить нормальную его работу во всех режимах очень непросто.

Большинство карбюраторов не предназначены для работы в паре с турбиной. Хотя, некоторые заводы выпускали в небольшом количестве карбюраторные двигатели, изначально оборудованные турбокомпрессорами.

• За счет того, что у турбодвигателей другая степень сжатия, чем у атмосферных, необходимо помнить о детонации и способах ее устранения. Как правило, проверенным способом является решение увеличить объем камеры сгорания. Это достигается путем установки дополнительных прокладок под головку блока цилиндров.
• Также придется отрегулировать работу системы так, что при разных оборотах двигателя давление воздуха из турбины тоже было соответствующим. В противном случае проявятся излишки или нехватка воздуха во впускном коллекторе по отношению к объему подаваемого топлива.

Это основные проблемы, с которыми придется столкнуться, устанавливая компрессор на карбюраторный мотор. Но кроме этого возможны дополнительные трудности, которые будут зависеть от модели авто, а также от режимов его эксплуатации.

Из самых главных преимуществ такой установки стоит выделить следующие:

• Уменьшение расхода топлива при грамотной эксплуатации ТС при повседневной езде. Речь идет о возможности поднять крутящий момент, что, в свою очередь, существенно снизит частоту переключения передач на пониженные в условиях городских загруженных дорог в плотном потоке. Опять-таки, это приведет к снижению расхода топлива.
• Снижение шума во время работы двигателя, так как нет необходимости крутить агрегат до высоких оборотов. Также при комплексном тюнинге имеется возможность дополнительно и весьма значительно улучшить отдачу от мотора;

Простейшие и самодельные механизмы

В начале десятилетия на рынке появились простейшие дешевые механизмы, подобные компьютерным кулерам, также называемые электрическими турбинами. Они располагаются на впуске и работают от аккумулятора. Возможно использование таких электро-турбин и на карбюраторе, и на инжекторе. По утверждениям производителей, они увеличивают поток поступающего в двигатель воздуха, ускоряя его, что дает прирост производительности до 15 %. При этом параметры (обороты, поток, мощность) обычно не указаны. Очень просто установить такие электро-турбины на авто своими руками.

Однако в действительности их электродвигатели развивают до нескольких сотен Вт, чего недостаточно для увеличения объема потока, так как для этого требуется около 4 кВт. Поэтому такое устройство станет серьезным препятствием на впуске, вследствие чего производительность, наоборот, сократится. В лучшем случае потери от него будут небольшими, что ощутимо не скажется на динамике.

Кроме того, в Интернете можно найти наработки по созданию электро-турбины своими руками. В отличие от упомянутых выше дешевых вариантов, их строят на основе центробежного компрессора и бесколлекторного двигателя мощностью до 17 кВт и напряжением 50-70 В, так как только такой мотор способен обеспечить достаточные для вращения компрессора крутящий момент и обороты. Двигатель нужно оснастить контроллером скорости вращения. Данная система не требует интеркулера – для нее достаточно холодного впуска. Установка электро-турбины такого типа, возможно, потребует замены генератора (на 90-100 А) и аккумулятора (на более емкий с высокой токоотдачей). Скорость вращения компрессора определяется положением дросселя. Причем зависимость не линейная, а экспоненциальная.

Целесообразно создавать такие электро-турбины под автомобили с малолитражными двигателями объемом до 1,5 л, что обусловлено большим энергопотреблением. Причем чем больше объем мотора, тем меньшее давление наддува сможет создать нагнетатель. Так, на 0,7-л двигателе оно будет составлять 0,4-0,5 бар, на 1,5 л – 0,2-0,3 бар. К тому же такой наддув не сможет функционировать продолжительное время на максимальной производительности ввиду нагрева. Однако контроллер можно настроить на принудительную активацию.

Ввиду высокой стоимости компонентов весьма затратно сделать такую электро-турбину. Отзывы свидетельствуют об ощутимой прибавке производительности.

С точки зрения конструкции эти механизмы, как и упомянутые выше дешевые варианты, относятся к электронагнетателям. Однако часто их ошибочно называют электротурбинами. Сейчас на рынке представлены более серьезные фирменные механизмы, близкие к самодельным.

Турбонаддув на ВАЗ своими руками

Сегодня турбонаддув на ВАЗ – это экзотика. Но преимущества в плане мощности турбо моторов над «атмосферными» способствуют появлению машин, которые оснащены турбинами. Фактически турбонаддув на ваз своими руками — это получение максимального количества лошадей. При одном и том-же объеме турбированный двигатель может иметь мощность в 2 раза большую при том-же расходе топлива. Сегодня в моду вошли турбодвигатели с небольшим литражом.Специфика подобных моторов такова, что если большинство усовершенствований ничего не дают на атмосферниках, то на турбинных моторах полученные результаты потрясают. У многих есть мнение, что с прямотоком двигателю легче «дышать» и крутится. Но это недоказанные мнения. Если атмосферный двигатель придает больше звука, чем прямоток, то на турбо элементарным впуском и выпуском легко добиться высоких результатов.Рассмотрим турбонаддув на ваз своими руками в плане модернизации, вариант установки турбины с низким давлением и двигателем с распределенным впрыском. Коленвал, шатуны и блок щилиндров можно применять стандартные. Клапаны и распредвал — тоже. Возможна разница в головке цилиндров и поршнях т.к. установка турбины потребует снижения уровня сжатия. А добиться такого результата можно или специальными поршнями, или увеличением камеры сгорания. Поршни можно оставить и родные, а ограничиться только головкой.Впрыску необходим увеличенный ресивер и нестандартная программа управления. Стоит отметить что турбонаддув на ваз своими руками также потребует изменений смазки.Отличается и выпуск – между приемной трубой и выпускным коллектором теперь расположена турбина. Резонатор и глушитель желательно использовать стандартные, но для получения большой мощности можно установить и прямоточный выпуск.Установка турбины низкого давления – на ваше усмотрение и по вашим возможностям. В случае с автомобилем ВАЗ турбонаддув на ваз своими руками монтируют на привод правого колеса между приемной трубой и выпускным коллектором. К компрессору подается два воздушных патрубка. Первый соединен с ресивером, а второй с воздушным фильтром.Таким образом, наиболее дефицитная и дорогая деталь это турбина. Для сравнения можно привести турбину с характеристиками заводской машины и турбированной. Последний автомобиль оснащается стандартным выпуском, поэтому он не настроен на получение большой мощности. Автомобиль с турбированным двигателем позволяет получать максимум мощности.

Выводы

Как видно, карбюраторный двигатель с турбиной имеет право на существование и может даже оказаться более выгодным по сравнению с обычным атмосферным, хотя такое переоборудование доставит хлопот и потребует серьезных переделок и денежных затрат. По понятным причинам на практике турбированные карбюраторные ДВС встречается очень редко, тем более на гражданских авто.

Также перед установкой компрессора стоит предварительно определиться с тем, в каких режимах планируется эксплуатация автомобиля: скоростная езда по трассе или обычные повседневные поездки по городу.

Еще важно подобрать и правильно настроить турбину в соответствии с рабочим объемом самого силового агрегата. Как правило, процесс настройки является не менее трудоемким, чем монтаж.

Что касается ресурса двигателя, в большинстве случаев установка наддува на атмосферный агрегат так или иначе уменьшает срок службы мотора и КПП, особенно если двигатель и трансмиссия не были для этого специально подготовлены и доработаны

Что касается ресурса двигателя, в большинстве случаев установка наддува на атмосферный агрегат так или иначе уменьшает срок службы мотора и КПП, особенно если двигатель и трансмиссия не были для этого специально подготовлены и доработаны.