Меню Рубрики

Установка дизельной турбины на бензиновый мотор

BMW 5 series 2,5TDS › Бортжурнал › Извечный вопрос:отличия турбин дизель и бенз

и тут я задался вопросом:
Чем отличаются турбины на дизельном и бензиновом двигателях?

А есть ли у них вообще какие-то отличия? Да, они есть, и проистекают из различных условий, в которых работают эти агрегаты.

Турбина дизельного двигателя раскручивается отработавшими газами с максимальной температурой 850°С. Бензиновая турбина может только позавидовать таким «комфортным» условиям. Ей приходится испытывать воздействие газов, температура которых приближается к 1000°С. Более того, в ближайшем будущем экологические ограничения заставят бензиновые двигатели работать в режимах, на которых температура отработавших газов перевалит за тысячу!

Отсюда – разные требования к материалам, из которых изготавливаются детали «горячей» части турбокомпрессора — корпус и колесо турбины.

В конструкции турбины бензиновой применяются более жаропрочные и жаростойкие сплавы, чем в дизельной турбине.

Из этого следует вывод: использование дизельной турбины для наддува бензинового двигателя – рискованное мероприятие. Также, как и эксплуатация дизельного двигателя с турбиной бензиновой. Строго говоря – недопустимое.

А можно ли наоборот, бензиновую турбину поставить на дизельный двигатель с турбонаддувом? И этого также делать не стоит. Турбоагрегаты для бензиновых моторов, как правило, рассчитываются на значительно меньшую степень повышения давления, чем требуется в дизелях, и работу в условиях дефицита отработавших газов на режимах частичных нагрузок. Первое условие – следствие ограничения предельного давления наддува из-за опасности возникновения детонации. Второе – результат качественного способа регулирования бензинового двигателя путем дросселирования поступающего в него потока воздуха.

Так что в нехарактерных для себя рабочих условиях бензиновая турбина, скорее всего, окажется менее эффективной, чем родная, дизельная.

И уж конечно, в ассортименте бензиновых турбоагрегатов не удастся найти ничего сравнимого по эффективности с дизельными турбинами с регулируемым сопловым аппаратом (технологии VNT, VTG, VGT). Их просто не существует. Эти технологии, широко применяющиеся в современных дизельных двигателях с турбонаддувом, пока не прижились в мире серийных бензиновых моторов. Причина — недостаточная надежность механизма VNT при высоких температурах отработавших газов у бензиновых «зажигалок».

В целом из этого я сделал вывод что возможно бензиновую турбину адаптировать на дизель, но соблюдя условия требований дизельного мотора к турбинк. Но в целом можно взять и дизельную турбину, которая сразу будет отвечать требованиям, но что то мне подсказывает, то что бензиновая турбина будет хорошо работать на дизеле и долго, но вот давление у нее пиковое должно быть не меньше необходимого мотору.

источник

Сообщества › Diesel Power (Дизельные ДВС) › Блог › Разрушители легенд. Турбонаддув дизеля. Часть №1. Обзорно-болталогическая.

Для того чтобы ПОЛНОСТЬЮ сжечь 1кг горючего(любого углеводородного) нужно около 3,5 кг кислорода. Такое количество кислорода содержится в 15кг воздуха.

Соответственно мощность двигателя напрямую зависит от его «литража». Чем больше воздуха мы сможем загнать в камеру сгорания — тем больше топлива мы сможем спалить — тем больше энергии сможем получить на коленвалу.

Турбокомпрессор выполняет две функции. С одной стороны он позволяет напихать в камеру сгорания гораздо больше воздуха и получить с того же объёма двигателя гораздо больше мощности. С другой стороны — он утилизирует энергию выхлопных газов и реализует цикл с продолженным расширением, который увеличивает общий КПД двигателя.
Если сказать человеческим языком — то ЧАСТЬ работы по сжатию воздуха в турбодизеле перекладывается с поршневой на турбокомпрессор. Турбокомпрессор работает на энергии выхлопных газов(которые обычно просто выбрасываются в атмосферу) — соответственно непосредственно сам двигатель получает возможность больше мощности передавать на колёса.

МЕХАНИЧЕСКИЕ нагрузки на кривошипно-шатунный механизм при турбировании ДИЗЕЛЯ возрастают незначительно — это позволяет не сильно морочаться вопросами прочности и ресурса турбируемого атмосферника.

Казалось бы всё замечательно. НО!

Разработка современных двигателей уже давно пляшет от экологического законодательства, которое напрямую определяет режимы сгорания топлива в камере сгорания. На НОМИНАЛЬНОМ(не максимальном! это важно!) режиме работы двигателя в связке с турбиной процессы сгорания доводятся до некоего оптимума. При этом некоторые характеристики конструкции непосредственно самого турбодвигателя получаются заметно отличающимися от его атмосферного аналога. В первую очередь отличается степень сжатия — в цилиндры воздуха поступает больше за счёт турбокомпрессора, но поршнями этот воздух сжимается слабее — фактическое давление в конце такта сжатия практически одинаковое получается и у атмосферника и у турбодвигателя.
На НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ турбокомпрессора.
Потому ничего там в турбодизеле лучше не сгорает. Сказки дедушки Ергена. Лучшее сгорание — больше окислов азота, а это недопустимо. Потому процессы сгорания одинаковы на НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ и однозначно хуже у турбодизеля на всех остальных режимах. Почему?

Давайте посмотрим подробнее, что происходит с турбодизелем на ВСЕХ режимах его работы и насколько отличаются его характеристики от атмосферного дизеля.

В интернет-обзорах обычно втюхивают для сравнения два типа дизелей одинакового ОБЪЁМА. Мне не кажется такое сравнение корректным — это как сравнивать… трёхлитровый двигатель и… пятилитровый…
Я ни разу не встречал сравнения турбодизеля и атмодизеля с разницей в объёме ОБРАТНО-пропорциональной заявляемому с трепетом превосходству турбодизеля. И это неспроста.
Я потому и предлагаю сравнить три дизеля.
Они стары как говно мамонта, но до сих пор бодры и распространены.

Читайте также:  Установка клапана в смывной бачок унитаза

Первый(2L) — атмосферный вихрекамерный дизель-прародитель.
Два других — форсированные потомки ОДИНАКОВОЙ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ.

НО!
Один(2LTE) — форсировали турбиной, а другой(5L) — простым наращиванием объёма:
2L… … …22:1…2446куб.см… 85лс 4000RPM…165Н/м 2400RPM…Атмо
2LTE… …21:1…2446куб.см… 97лс 4000RPM…221Н/м 2400RPM…Турбо
5L… … …22:1…2986куб.см… 97лс 4000RPM…192Н/м 2400RPM…Атмо

Эта линейка удобна тем, что это практически один и тот же агрегат до последнего болтика. Потомки 2L имеют одинаковую максимальную мощность и с точки зрения обычного автопотребителя это должны быть абсолютно равнозначные двигатели. Есть куча реальных водителей, попробовавших и то и другое во всех мыслимых и немыслимых режимах — они не дадут соврать. Нихрена это не равнозначные двигатели, хоть МАКСИМАЛЬНАЯ мощность у них и одинаковая.
Вот и давайте немного «поэксплуатируем» эти ДВА дизеля-потомка в реальных условиях:

1). Запуск и холостой ход.
Турбодизель отличается от атмосферного аналога двумя вещами — пониженной степенью сжатия и пониженным литражём. И первое и второе дополняется турбиной. НО! Только на НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ! При работе на холостом ходу и сам турбонагнетатель и интеркулер(если есть) и гораздо более протяжённый впускной коллектор оказывают только лишнее сопротивление. При запуске(особенно на морозе) пониженная степень сжатия турбодизеля способствует худшим пусковым свойствам. Меньший литраж турбодизеля подразумевает несколько меньший расход топлива на холостом ходу — но за счёт меньшей степени сжатия и высоких насосных потерь во впускной системе реальный расход топлива редко отличается заметно.
Итог сравнения — паритет.

2). Режим низких нагрузок и низких оборотов.
Этот режим также характеризуется СОПРОТИВЛЕНИЕМ всего впускного тракта и РАЗРЯЖЕНИЕМ на впуске. Поскольку турбодизель имеет меньший литраж и степень сжатия — то мы имеем на этом режиме НАМНОГО(до 30%) МЕНЬШИЙ момент турбодизеля, чем у атмосферного аналога.
Итог сравнения — явный и несомненный проигрыш турбодизеля.

3). Режим средних нагрузок и оборотов.
Этот режим характеризуется выходом турбонагнетателя на рабочий режим — создание избыточного давления во впускном тракте. Но избыточное — это ещё не НОМИНАЛЬНОЕ. До тех пор, пока давление турбонагнетателя не приблизится к НОМИНАЛЬНОМУ — характеристики турбодизеля будут отставать от характеристик атмосферного аналога.
Из приятных новостей — турбина потихоньку начинает вступать в процесс утилизации энергии выхлопных газов и по мере роста создаваемого ей давления общий КПД двигателя стремительно растёт. Соответственно падает расход топлива по сравнению с атмосферным дизелем.
Итог сравнения — по мере приближения к номинальному режиму характеристики дизелей сближаются. Турбодизель всё так же обладает меньшей мощностью, но и потребляет чуть меньше топлива.
Есть ещё один фактор, который обычно выпускают из поля зрения подобных сравнений. Это инерционность турбонагнетателя. Приотпустив даже на мгновение педаль газа — мы не получим вновь прежнюю мощность от двигателя, пока турбонагнетатель опять не выйдет на режим. Турбояма на этом режиме очень досаждает.
Особенно на высокогорье.

4). Номинальный режим.
Именно на этом режиме проявляются все плюсы турбодизеля. К сожалению на дизеле с примитивным турбонагнетателем этот участок очень узкий — не более 500-700 оборотов. Именно в точке достижения номинального давления турбонагнетатель и обладает максимальным КПД. Потому и двигатель в этой ТОЧКЕ(для 2LTE это приблизительно 2400 оборотов) обладает максимальным превосходством перед атмосферным аналогом в плане расхода топлива. Турбонагнетатель с изменяемой геометрией имеет более широкую полку максимальной эффективности, но обычно она смещена в сторону низких оборотов.
Самый большой плюс — в районе НОМИНАЛЬНОГО режима МОМЕНТ турбодизеля заметно превосходит момент атмосферного аналога. Т.е. и МОЩНОСТЬ турбодизеля на ЭТОМ режиме будет ВЫШЕ мощности атмосферника.
Правда КОЭФФИЦИЕНТ ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТИ у турбодизеля по моменту — меньше на 4%, а по оборотам — почти на 8%, соответственно турбодизель ещё хуже, чем даже атмосферный дизель(а уж тем более бензинка) подходит для транспортных средств.
Итог сравнения — явный выигрыш турбодизеля как в плане МОМЕНТА, так и в плане расхода. Отрыв определяется характеристиками турбонагнетателя. Правда «явный» выигрыш — это не значит «большой». Конкретно 2LTE имеет МАКСИМАЛЬНЫЙ момент на 13% больше, чем у 5L и на 25% больше, чем у 2L.
Современные турбодизеля с твинтурбо и эффективным интеркулером могут иметь момент(а потому и мощность) на этом режиме в 1,5-2 РАЗА(!) выше чем у атмосферника. И CommonReal здесь совершенно ни при чём — весь прирост тяги обуславливается исключительно турбонаддувом…

За счёт высокого количества выхлопных газов турбонагнетатель на ЭТОМ режиме «скисает» не сильно даже при полностью отпущенной педали газа и турбояма потому выражена слабо.

Читайте также:  Установка погружной насосной станции в колодец

5). Сверхноминальный режим — режим близкий к максимальной мощности и максимальным оборотам.
По мере увеличения количества выхлопных газов — часть их начинает перепускаться в обход турбонагнетателя перепускным клапаном — соответственно всё бОльшая часть энергии выхлопных газов перестаёт утилизироваться.
Да и непосредственно сам турбокомпрессор(крайне нелинейный агрегат) стремительно теряет КПД. За счёт всё бОльшего сопротивления турбокомпрессора давление перед турбинным колесом стремительно нарастает — выхлопные газы уже не самостоятельно покидают цилиндр, а их бОльшую часть приходится выдавливать поршнем:

Продувка цилиндров стремительно ухудшается — всё больше отработанных газов остаётся в камере сгорания, количество кислорода снижается, горение затягивается, температура растёт. Получается некая аналогия системы ЕГР. Хоть сама система ЕГР и отключается на этих режимах — это помогает слабо. Турбодизель настолько стремительно теряет момент с ростом нагрузки и оборотов, что на оборотах максимальной мощности сравнивается с атмосферником.
Повышенное давление во впускном коллекторе перестаёт играть положительную роль ПОЛНОСТЬЮ. И даже хуже — затраты на создание этого давления никуда не деваются — потому турбодизель потребляет намного(чуть ли не в разы) больше топлива и потому намного сильнее греется, чем его атмосферный аналог. Шутка ли — у турбодизеля на впуске под 1 атмосферу избытка, у атмосферника на впуске — разрежение на уровне 0.2-0.3атм, а мощность вырабатывается ОДИНАКОВАЯ.
Если же сравнить максимальную мощность атмосферника и турбодизеля одинакового ОБЪЁМА — то выигрыш у турбодизеля всего 12%.
Итог сравнения — очередной провал турбодизеля.

Итак. Что мы имеем в сухом остатке?

Минусы:
БОльший вес и сложность турбодизеля.
Меньший моторесурс и надёжность. Повышенная требовательность к качеству смазочных материалов.
БОльший расход и склонность к перегреву под повышенной нагрузкой.
Высокая нелинейность и латентность мощностных характеристик.
Меньший коэффициент приспособляемости к нагрузке.

Плюсы:
На номинальном режиме турбодизель кушает чуть меньше топлива, при этом обладает небольшим запасом крутящего момента. Потому при необходимости может выдать до 15-20% момента больше, чем атмосферник ОДИНАКОВОЙ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ(и до 20-35% больше чем атмосферник ОДИНАКОВОГО ОБЪЁМА), правда уже при непропорционально бОльшем расходе топлива и тепловыделении.

Эта непропорциональность вызвана не только «насыщением» турбонагнетателя, но и неким «насыщением» топливной аппаратуры. Дизельная топливная аппаратура, как и всё в современном двигателе, заточена под НОМИНАЛЬНЫЙ режим и экологию. Потому впрыск дизельного топлива осуществляется настолько медленно, насколько это возможно. И точкой оптимизации является НОМИНАЛЬНЫЙ режим. Но после превышения номинального режима длительность впрыска(а в существующих ПЛУНЖЕРНЫХ топливных системах количество впрыскиваемого топлива определяется именно ВРЕМЕНЕМ впрыска) становится настолько продолжительной, что значительная часть топлива впрыскивается в камеру сгорания турбодизеля намного позже оптимального момента и больше греет двигатель, чем влияет на его мощность. Этого ПРИНЦИПИАЛЬНОГО недостатка лишены топливные аппаратуры CommonRail, но в реальности двигателя с CommonRail должны соответствовать ещё более жёстким экологическим нормам и потому топливо впрыскивают ещё дольше для борьбы с окислами азота…
При этом выделяется херова туча сажи, которую улавливают сажевым фильтром. Выгорает эта сажа даже в присутствии катализаторов не на всех режимах, потому CommonRail осуществляет дополнительный подвпрыск топлива для поддержания высокой(до +600С) температуры выхлопа. Именно поэтому расход дизелей с CommonRail не настолько низок, как этого следовало бы ожидать…

Конечно, я мог бы сравнивать дизеля одинакового объёма. Тогда недостатки турбодизеля были бы заметно скромнее, а достоинства — выпяченнее. К сожалению жизнь показывает, что при всём прогрессе на замену 4,2 литровому 6-горшковому атмосфэрнику нам почему-то предлагают не 6,5 литрового V8 дизельного твинтурбо, а втюхивают 3-ёх литрового турбозадохлика…
У задохлика крутой нрав и высокая потенция высокий потенциал. «Но пушки есть пушки», как говаривал Рафаэль Саббатини… Объём есть объём и никакая турбина его не переплюнет. Особенно на автомобиле, предназначенном для движения в сложных дорожных условиях.
Потому следующие мои статьи будут посвящены тому — как сделать из задохлика(ZD30) человека.
Дома. На коленке.

Пока же я предлагаю в качестве домашнего задания сравнить аж целых пять реинкарнаций всеми нами любимого ZD30:

Первый(ZD30DD) — атмосферный прямовпрысковый дизель-прародитель:
ZD30DD…18,5:1…2953куб.см…105лс@3800RPM…230Nm@2000RPM

Второй(ZD30DDT) — турбо-вариант с VGT-турбиной
ZD30DDT…18:1…2953куб.см…148лс@3400RPM…314Nm@2000RPM

Третий(ZD30DDTi) — турбо-вариант с VGT-турбиной и интеркулером
ZD30DDTi…18:1…2953куб.см…170лс@3600RPM…353Nm@1800RPM

Четвёртый(ZD30 CR) — COMMON RAIL турбо-вариант с VGT-турбиной и интеркулером
ZD30 CR…18:1…2953куб.см…150лс@3400RPM…350Nm@1200-2800RPM

Пятый(ZD30 CR TTi) — COMMON RAIL TWIN-турбо-вариант c интеркулером
ZD30 CR TTi…18:1.2953куб.см…170лс@2600PRM…540Nm@1400-2200RPM

Очень наглядно прослеживается влияние турбины, интеркулера и COMMON RAIL.
Как видно по характеристикам — нулевой эффективностью обладает только COMMON RAIL.

VGT-турбина с интеркулером обеспечивают уже полуторократное(прогресс на месте не стоИт) преимущество в моменте над атмосферным прародителем.
Вероятно 4,5 литровый атмосферник ещё можно сделать сопоставимым по массе и размерам? Неважно…
Форсированный TWIN-турбо-вариант c интеркулером обладает моментом уже 540Nm(удвоенным по сравнению с атмосферником) начиная уже с 1200-1400 оборотов и таскает восьмитонник Nissan NT500:

Читайте также:  Установка закиси азота на мотоцикл

Мне было бы очень интересно посмотреть на поршня этого TWIN-турбового ZD30 — они такие же облегчённые, как и на обычном ZD30? Если такие же — значит перегревается и разрушается обычный задохлик исключительно благодаря косякам в системе охлаждения…

Для конкуренции по максимальному моменту понадобится уже 7-ми литровый атмосферник…
Так что турбина — это бОльшая половина СОВРЕМЕННОГО дизеля и от этого факта никуда уже не деться.
Современный турбодизель с высоким наддувом(3-4 бар избытка) за счёт современных материалов и технологий выглядит намного более выигрышно, чем рассмотренные выше модели 90-ых и 2000-ых годов.
Всё чаще мне попадаются обзоры современных дизелей с объёмом уже около 2(!) литров и характеристиками 4-5-6 литровых старых дизелей. Догадайтесь с трёх раз — за счёт чего они имеют заявленный крутящий момент?

Кому интересно — почитайте и, например, вот это — www.drive2.ru/l/490025395538624709/
со ссылками. Даже гадать отказываюсь — сколько они вдули в этот дизель, что степень сжатия пришлось снижать до 14…
Подобные статьи примечательны ещё и тем, что все теоретические выкладки в них — чистейший бред и откровенные подтасовки. Судя по всему — это теперь трэнд.

Самое интересное — как шарикомалят со степенью сжатия. Но про степень сжатия вплотную поговорим в другой раз.

источник

Сообщества › Кулибин Club › Блог › Эксперименты с турбинами на дизеле.

Гляжу, изгаляется в этом сообществе кто как может. Расскажу про своё кулибничество. Началось все с того, что однажды у меня через выхлопную вылетела запчасть от турбины.

Поити и купить штатное натура не позволила. Душа требует экспериментов. Поэтому решил экспериментировать с самым доступным вариантом — тракторной турбиной ТКР6.

Были заглушены родные отверстия крепления к коллектору и просверлены новые.

Проведенные испытания показали жизнеспособнсть турбины. Она качала интенсивно и позволяла бодрее разгоняться. Но у нее выявился минус. Горячая часть более тяжелая. и турбозона сместилась вверх. Подхват стал позже.

Но на бездорожье и для хорошего рывка на короткой дистанции нужна тяга на низах. Поэтому было решено еще раз поэкспериментировать. Теперь я взял турбину от Субару. TD04L. На данный момент ведутся работы по ее внедрению. Скоро будет отчет и видео с испытанием.
Спасибо за внимание. Высказывайте свое мнение в комментариях.

Смотрите также

Комментарии 46

была эта запись пол года назад, зачем дублировать драйв накручивать?
www.drive2.ru/c/3039681/

Ты прочитай обе записи. Мне на драйв вообще пох… Я пишу о том, что установленная ранее ТКР не оправдала ожиданий. Чтобы люди моих ошибок не повторили. И впереди вживление td04.

надо было делать установку нормальной современной турбы, а это получается шаг назад!

Всем привет. От тракторс слабоватая эта турбина. Сейчас видел на алиэеспрес комплекты электро турбин по 1800-4000рую стоят. Там жаже нулевик в комплекте есть. Они проще и бещевле. Да и обороты, можно сделать регулятор в салон и вручную еще регулировать.

Только не вздумай деньги тратить на это говно.

Я вот думал себе поставить, но мне какбы и так хватает моих 200 лошадей и 4.3 литра объёма😆

Только не вздумай деньги тратить на это говно.

А вы себе ставели? Поясните в чём там проблема?

У меня такая же беда была, на bmw 524td. Тоже обломило вал

ТД04л сместит спул еще выше, т.к. турбина от бензина.
Тебе надо искать именно от дизеля! Раз в чачу лезть, а не по прямой.

А может быть кто-то уже проходил более простым путем с заменой внутреннего картриджа на более производительный?

Я опираюсь на чужой опыт. Сместилось именно вниз. Давай проследи. Обязательно будет видос с тестом.

А может быть кто-то уже проходил более простым путем с заменой внутреннего картриджа на более производительный?

На мою турбину родную таких картриджей нет это раз. Даже стоковые дорогие это два и разбило саму улитку это три.

Я бы тогда сделал бы гибрид. Полноценна турбина с заявленными тобой характеристиками.

Объем воздуха у какой турбы больше?

3.2 размеры турбин примерно сопоставимы

Мне не очень нравится толстенный даунпайп между фланцами выпускного коллектора и турбиной. Выхлопные газы должны раскручивать турбину сильнее за счёт более быстрого прохождения выхлопных газов через крыльчатку. Рекомендовал бы уменьшить диаметр трубы между фланцами, а за турбиной наоборот увеличить. Это должно сместить наддув раньше.
Также, объём газов в выпуске до турбины очень влияет на длительность турбоямы. В вашем случае, когда турбина стала более массивной, уменьшение диаметра выпускной трубы до турбины должно уменьшить турбояму.
Вот тут детальнее есть о теории. www.drive2.ru/l/1832954/

В случае, если решитесь, буду благодарен за обратную связь.

источник