Как контролируется надув, и как прибавить 20% мощности к Вашему турбомотору
Всем привет, давно не писал по делу. Сегодня хочу Вам рассказать о различных системах контроля надува в турбо системе мотора. Но для начала, очень коротко о самой турбине и как она работает. Турбина или точнее турбокомпрессор состоит из двух частей – из самой турбины (горячая часть) и компрессор (холодная часть)
Вот так выглядит турбокомпрессор
1. Вход в турбину выпускных газов (из выпускного коллектора)
2. Вход в компрессор свежего воздуха
3. Выход из турбины горячих газов в систему выпуска
4. Выход из компрессора сжатого воздуха
Принцип очень простой отработанные газы, попадая в турбину, раскручивают крыльчатку (лопатки) которая имеет одну ось с лопатками компрессорной части. Крыльчатка компрессора всасывает свежий воздух и под давлением (создает надув, избыточное давление) направляет сжатый воздух в интеркулер, где он охлаждается и потом поступает в камеру сгорания. Вот и все.
Но сегодня я бы хотел более подробно остановится о принципах, видах контроля надува. Последнее время мне часто попадались споры о том, что лучше 2 портовый или 3 портовый соленоид и т.д. Лично я даже, не понимаю сути этих споров. Моя цель рассказать Вам, как все это работает, а Вы потом сами решите, что лучше.
Надув контролируется регуляцией выпускных газов в горячей части турбокомпрессора (турбине). Для этого в ней есть специальный клапан, дверка или вестгейт
Если дверка закрыта, то все газы попадают на лопатки, если этот клапан (на фото valve) открыть то часть газов, направится в систему выпуска, минуя крыльчатку и тем самым снизится скорость вращения лопаток, что соответственно приведет к понижению давления. Все гениальное, очень просто. И вот здесь начинается самое интересное, а именно, как производится регулировка открытия и закрытия вестгейта.
Для этих целей используется актуатор (на фото wastegate Actuator), если его шток выдвигается, то он открывает вестгейт Для качественной настройки системы регулирования вестгейтом необходимо установить правильный преднатяг. Для этого, у большинства хороших актуаторов, используется шток с изменяемой длиной
(это кстати мой любимый актуатор)
В нутрии актуатора есть возвратная пружина. Если ее не будет, то давление выпускных газов в турбине сразу откроют вестгейт и мы не сможем создать избыточное давление (буст). Обычно в стоке (если у машины максимальное давление около 1 бара) пружина устанавливается на 0.6 бара. Расмотрим на различных примерах
При таком подключении (на актуатор подается давление, источник должен быть до заслонки, чем ближе, короче трубка, тем лучше) надув будет контролироваться жесткостью пружины актуатора. Если мы уберем источник давления на актуатор (заглушим трубку) то надув будет максимально возможный (очень большой)
Как мы можем увеличить надув, есть много вариантов. Один из хорошо себя зарекомендовавших это установка в актуатор пружины под планируемый надув, работает великолепно. Этот вид подключения можно использовать, как при установке турбокомпрессора на атмосферный мотор, так и при желании улучшить характеристики стандартной системы контроля с помощью соленоида. Очень просто, подберите пружину или актуатор с жесткостью пружины для планируемого Вами максимального надува, Подключите как на выше указанном примере. Трубки, идущие к соленоиду заглушите, а сам соленоид оставьте подключенным к разъему (или можете заменить на сопротивление 10 кОм)
Самое главное, Вы должны понять принцип, а он очень простой. В выше указанном примере давление контролируется пружиной актуатора. Если мы отсоединим от источника давления, то сможем увеличить надув в 2 раза (возможно). В таком случае без помощи дополнительного давления на мембрану актуатора будет необходимо создать намного больше обратного давления в системе выпуска, для открытия вестгейта.
Принцип ясен, уменьшая подачу давления на актуатор, мы увеличиваем силу необходимую для открытия вестгейта и тем самым увеличиваем надув, избыточное давление или буст.
Скажем у Вас пружина на 0.6 бара и Вы решили поднять давление до 0.9 бар, что можно для этого сделать. Вот несколько вариантов
Установка рестриктора. Чем меньше будет диаметр рестриктора, тем меньше будет подаваться давления на актуатор, и тем больше мы сможем получить избыточное давление (надув). Какой диаметр рестриктора? Необходимо подбирать, скажем, где-то между 1.5 мм – 0.8 мм.
Если для Вас это слишком сложно, то можете использовать следующий вариант
Обыкновенный ручной (мануал) буст контролер. В принципе это регулируемый рестриктор, не более. Зажимаем, уменьшаем диаметр, уменьшаем давление на актуатор – понимаем давление турбины и наоборот.
Это мы рассмотрели возможные механические варианты регулирования надува. Конечно, большинство современных моторов с турбонадувом используют электронную систему управления. Предлагаю рассмотреть основные, с использование электронного соленоида 2 или 3 портового. Соленоид, это электромагнитный клапан, который регулируется ЭБУ.
Основные схемы подключения
С 2-х портовым соленоидом
С 3-х портовым соленоидом
Теперь более подробно
Порт 1 – источник давления
Порт 2 – возврат в систему впуска (после МАФ сенсора)
Порт 3 – подключается к актуатору
Если соленоид закрыт, то в таком случае порт 1 и 2 соединены между собой, на актуатор нет подачи, и как следствие мы можем ожидать максимальный надув.
Если соленоид открыт, то порты 1 и 3 соединены, надув контролируется пружиной актуатора.
ЭБУ меняя дюти сайкл соленоида, перераспределят подачу между портами 2 и 3.
Теперь рассмотрим варианты с 2-х портовым соленоидом
Bleed Style Boost Controller
Достаточно узкий диапозон контроля надувом соленоидом, но очень точный. Taкая система контроля эффективно работает только с рестриктором, если Вы не можете добиться необходимого Вам надува, то для увеличения буста, просто уменьшите диаметр рестриктора, только очень аккуратно
Если соленоид закрыт, то система работает по размеру рестриктора и пружине актуатора
Если клапан, соленоид открыт тот система будет иметь максимальное давление. Максимальное значение в большей степени зависит от диаметра рестриктора
И последний (мой любимый вариант), так же с использованием 2-х портового соленоида. Очень широкий диапазон контроля надувом с помощью соленоида
Interrupt Stule Boost Controller
Если соленоид открыт, то надув контролируется только пружиной актуатора
Если соленоид закрыт, то будет достигнуто максимальное значение надува.
Мы рассмотрели основные варианты используемые для контроля надува в системах с турбонагнетателями. Теперь я подскажу Вам, как можно безопасно, эффективно повысить мощность Вашего турбомотора на 20%.
Очень просто. Для этого необходимо поменять систему выпуска Вашего автомобиля на более эффективную, большего диаметра, без катализатора или с заменой на спортивный. Главное понизить обратное давление в системе выпуска. Следующее, желательно установить холодный впуск (как его сделать я уже писал) или хотя бы более эффективный фильтр в стандартный фильтр бокс.
После этого Вы можете безопасно повысить надув Вашего турбонегнетателя на 10-15% и получите, как минимум прибавку мощности 20%. Как поднять буст Вы теперь знаете, все в Ваших руках. Да и последнее, не пытайтесь изменить надув на автомобиле в котором система контролируется ЭБУ с использованием соленоида. Для этого надо перевести в механическую систему контролем надува, а сам соленоид, чтобы ЭБУ не выдавал ошибку оставить просто подключенным к разъему или впаять сопротивление.
И главное, нет необходимости прибегать к услугам различных ателье, мастеров занимающихся пошивом прошивок для ЭБУ. В этом нет необходимости. Нет это не значит, что не надо настраивать мотор, конечно качественная настройка на порядок улучшит характеристики Ваше автомобиля.
Электромагнитный клапан регулирования давления наддува. Принцип работы и ремонт. Часть I.
Эта история произошла лет пять назад. Написание темы сначала по разным причинам была отложена, а за тем и забыта. Систематизируя в компьютере свои давние файлы, наткнулся на материалы, связанные с одним ремонтом своего сигнума, которые и послужили основой для данной темы. Поэтому решил, что все же лучше написать позже, чем никогда.
И так, поехали.
Периодически при попытке резкого ускорения появилось не совсем адекватное поведение автомобиля – тупость при разгоне. Понятно, что одна из причин неисправности связана с турбонаддувом. А вот в чем конкретно, то ли самой турбине, актуаторе турбины, датчике давления, электромагнитном клапане регулирования турбонаддувом, недостатком вакуума, либо еще чего-то, нужно поискать.
Для того, что бы убедиться в правильности предположения о неисправности турбонаддува, достаточно подключить op-com, и посмотреть за показаниями датчика давления наддува.
Для этого войти в раздел “Тест исполнительных элементов”, выбрать “Клапан давления наддува”, и проследить за значениями “Управляющее давление наддува” и “Давление наддува”.
На фрагментах 3 и 4 фотографии видны следующие показатели:
Управляющее давление наддува – идеальное давление нагнетаемого воздуха в кПа, которое должно быть в определенный момент.
Давление наддува – показания датчика давления в кПа, то есть фактическое давление в этот же момент. Из-за небольшой инертности системы нагнетания воздуха может иметь незначительные отклонения от идеального значения.
Давление наддува – показания датчика давления в вольтах, то есть уровень сигнала, передаваемого датчиком давления электронному блоку управления двигателем.
Скважность электромагнитного клапана давления наддува – определяет уровень напряжения в % от значения напряжения в бортовой сети автомобиля, которое подается на клапан давления наддува, и которым задается состояние клапана. В зависимости от состояния клапана происходит управление турбиной, а, следовательно, и нагнетание необходимого количества воздуха. Любознательным про скважность, и каким образом происходит регулирование уровня напряжения, можно почитать в интернете по запросу “PWM или широтно-импульсная модуляция”.
Обороты двигателя — no comments.
Перед записью можно выбрать в строках желательные параметры, которые будут для наглядности отображаться на мониторе. Но можно такого выбора и не делать, так как все равно все параметры будут записаны и сохранены.
Записью всех параметров работы автомобиля происходит с частотой 100 раз за каждую секунду, и записываются значения этих параметров в табличном виде формата excel. Записи лучше делать небольшими по продолжительности в пределах одной минуты, например, перед резким набором скорости.
Разбираться в сотнях тысяч различных чисел, занятие еще то, тем более, что описание параметров и их значение в столбцах таблиц смещены относительно друг друга (есть программное решение вопроса смещение, но это не входит в необходимость излагать в данной теме).
Поэтому, для большей наглядности, есть палочка-выручалочка.
Заходим на сайт www.opcom.avtodiagnostika.by/. Регистрируемся. Далее необходимо загрузить файл и перейти по указанной ссылке для просмотра параметров в графическом виде. Слева выбираем пять различных параметров, которые будут отображены в графическом виде, а слева выбираем временной отрезок для построения.
Осталось только построить график, активировав кнопку “Построить”.
Останавливаться на анализе графика не буду. Кто захочет, то сможет сам рассмотреть зависимость параметра давление наддува в зависимости от скорости автомобиля, оборотов двигателя, скважности управляемого напряжения электромагнитным клапаном турбонаддува, а так же отклонения фактического давления наддува (желтая линия) от управляющего (желательного) давления наддува (зеленая линия).
Сохранить построенный график можно в одном из любых форматов PNG, JPEG, PDF, или векторной графики. Я же рекомендую сохранять в PDF формате, так как можно значительно увеличить отдельные фрагменты графика без потери качества изображения.
Несколько увлекся описанием способов определения параметров системы наддува. В моем же случае все выглядело более проще и нагляднее – все, что нужно отображалось на штатном дисплее:
Турбина просто не додавала аж целых 91 кПа давления нагнетаемого воздуха, а другим, более доступным языком, ни хрена не работала.
Осталось найти неисправность в таком поведении турбины.
И тут, кажучы па беларуску, пашанцавала.
Выключив зажигание, и открыв капот, услышал характерный тарахтящий звук в течении нескольких десятков секунд, как будто очень быстро щелкало какое-то реле. Полтергейст, ведь зажигание выключено. Даже с моим далеким от музыкального слуха виновник треска был установлен сразу же – электромагнитный клапан регулирования давления наддува. А треск, это следствие борьбы оставшегося вакуума в актуаторе и мембраны внутри клапана, пока мембрана не одерживала верх, и воздух полностью не заполнил актуатор.
Как работает электромагнитный клапан регулирования давления наддува.
При включении зажигания на клапан подается управляющее напряжение. Клапан открывает перепуск между двумя отделениями внутри клапана – отделение VAC, шланг от которого подсоединяется к вакуумному насосу, и отделением OUT, второй шланг от которого идет на актуатор турбины. При запуске двигателя создается разряжение в рабочей полости актуатора, то есть, часть воздуха, проходящего через клапан, откачивается вакуумным насосом (красные стрелки). В результате этого поднимается шток актуатора, который в свою очередь поворачивает лопатки турбины по касательной к ее вращению. Турбина работает в холостом режиме и практически не происходит дополнительного нагнетания воздуха.
При необходимости резкого ускорения автомобиля, а, соответственно, и большего объема подачи воздуха для образования топливной смеси, электронный блок управления двигателем за счет скважности уменьшает напряжение на соленоиде электромагнитного клапана, и тем самым перекрывая перепуск VAC-OUT, открывая доступ наружного воздуха через клапан в рабочую полость актутора (синие стрелки). Под воздействием пружины шток в актуаторе опускается, а заодно и поворачивая перпендикулярно оси вращения лопатки внутри турбины. Происходит рабочий цикл турбины, когда лопатки нагнетают необходимое количество воздуха.
При выключении зажигания и снятии напряжения с электромагнитного клапана, за счет мембраны шток внутри клапана возвращается в исходное положение, открывая тем самым доступ наружного воздуха в рабочую полость актуатора. Шток актуатора опускается.
Понятно, что если по каким либо причинам электромагнитный клапан регулирования давления наддува не работает, то и не будет работать и сама турбина. О тестировании работы клапана расскажу чуть позже (если, конечно, не забуду), в первой части остановлюсь на проверке управляющего напряжения, подаваемого на клапан. Проверять лучше всего вот таким нехитрым способом.
Обычно я в подобных случаях, дабы не портить изоляцию проводов и не засовывать иголки под контакты разъема, поступаю следующим образом. Разъединяю разъем. Все контакты на ответных частях разъемов между собой соединяю проводами с подходящими клеммами на концах проводов. Те провода, на которых необходимо выполнить измерения, имеют ответвления, через которые подсоединяются измерительные приборы.
Далее необходимо включить зажигание, произвести запуск двигателя и измерить мультиметром напряжение на электромагнитном клапане. Оно должно быть в районе 10В. Почему 10В, а не уровня напряжения бортовой сети, потому что за счет управляющей ЭБУ скважности напряжение на клапане уменьшается. Легко посчитать, что при скважности 80% подаваемое напряжение будет составлять 14В х 0,7 = 9,8В. И наоборот, замеряв напряжение на клапане и бортовой сети, можно посчитать скважность и сравнить с показаниями в TISе.
При резком увеличении оборотов, электронный блок управления двигателем резко уменьшает скважность, и тем самым уменьшается управляемое напряжение на электромагнитном клапане. При замерах, при совсем уж резком нажатии на газ по самую плешку, напряжение на клапане падало до 3В (если мне не изменяет память).
Поскольку коснулись TISа, то приведу в теме еще несколько картинок о том, что еще шепчет TIS относительно клапана и наддува.
Эта электросхема действительна для электронного блока управления двигателя Z19DTH. Для других двигателей электросхема частично может отличаться, но схема управления электромагнитным клапаном регулирования наддувом Y142 будет идентичной.
Как видно из электросхемы при включенном зажигании положительный потенциал бортовой сети через реле К2_Х125 и предохранитель FE14 подается на 1 контакт (провод красный с белой полосой) электромагнитного клапана. От блока управления двигателем на 2 контакт (провод коричневый с белой полосой) клапана поступает регулируемый за счет скважности отрицательный потенциал.
А на этом скриншоте из TISа показаны рабочие значения давления и сигнальное напряжение, отражаемые датчиком давления B150, при различных режимах работы двигателя.
При включенном зажигании без запуска двигателя, и работе двигателя на холостых оборотах, показания датчика давления должны находиться в пределах 90-120кПа, а амплитуда сигнала исправного датчика должна быть в пределах 1,5-2,5В. При увеличении числа оборотов двигателя, значения показаний датчика давления возрастают, как и возрастает амплитуда сигнального напряжения. Все эти показатели можно сравнить с теми, что отражены на первых двух картинках в начале темы.
Все, теории хватит, пора переходить и к делу. Но это уже во второй части.
Перепускной клапан
Перепускной клапан (Waste Gate) турбины вращается за счет выхлопных газов, которые проходя через лопасти крыльчатки, раскручивают ее. Наиболее популярныv среди автолюбителей стал перепускной клапан HKS Вращающаяся крыльчатка (пропеллер), раскручивает колесо компрессора турбины, что и приводит к созданию давления во впускном коллекторе. Уровень этого давления определяется количеством воздуха, проходящего через турбину.
Поток выхлопных газов на крыльчатку турбины должен быть уменьшен т.е. выхлопные газы должно контролируемо уходить или до турбины или непосредственно из нее. В стоковых машинах обычно практикуется внутренний перепускной клапан, т.е. выхлопные газы выводятся непосредственно из корпуса самой турбины. Однако многие устанавливают внешний перепускной клапан до входа в турбину путем установки перекрестной трубы или замены части выпускного коллектора.
Внутренний перепускной клапан фирмы HKS имеет большое отверстие, через которое выхлопной газ выходит из турбины. Внутренний клапан имеет специальную заслонку, которая закрывает это отверстие в момент работы турбина (когда набирается требуемое давление) — по принципу действия это чем-то похоже на дверь. И как и дверь, заслонка имеет промежуточные положения — частичной открытости. Эта заслонка соединена с рычагом, который виден снаружи самой турбины. Этот рычаг соединяют с рычагом активатора. Активатор — это пневматическое устройство, которое преобразует давление в линейное движение (как насос), используя диафрагму и пружину. Активатор приводит рычагом в действие заслонку, вплоть до ее полного открытия при давлении в 10-12 psi.
Как же получается большее давление при установке контроллеров наддува? (буст — контроллер)
Соленоид это специальный прибор который устанавливается перед активатором, и изменяет давление, поступающее на активатор, таким образом активатор как бы обманывается соленоидом и «видит» нереальное давление в системе, а то которое ему «показывает» соленоид. Таким образом если у вас давление до соленоида 13 psi, после него 10 psi, то перепускной клапан если он активизируется при давлении в 12 psi будет оставаться неактивным до 15 psi. (15-3=12), т.е. перепускной клапан откроется на давлении не менее 12 psi, хотя на самом деле будет уже 15 psi. Соленоид делает это за счет использования рабочего цикла маленького механизма (тут на днях, разобрал один — выглядит внутри как маленький игольчатый клапан с пружинкой). С изменением рабочего цикла, соленоид пропускает больше или меньше воздуха через себя. Соленоид управляется компьютером, который считывая давления отдает приказ увеличить или уменьшить наддув, путем открытия или закрытия перепускного клапана.
Регулировка тяги перепускного клапана
Сам по себе рычаг свободно перемещается, качаясь на креплении. Если это не так, и он не двигается свободно, когда отсоединен от тяги перепускного клапана, значит есть какая-то проблема и что-то ему мешает. Это нужно исправить. Иногда рычаг двигается рывками, особенно при нагревании. Длина самой тяги активатора может варьироваться, таким образом регулируя степень открытости/закрытости перепускного клапана. Затягивание конца будет укорачивать тягу перепускного клапана, расслабление — удлинять ее. Если тяга короче, клапан более плотно закрыт, и активатору требуется большее давление чтобы открыть клапан. Результат — большее давление, более быстрое раскручивание турбины, и перепускной клапан не открывается так сильно и так быстро. И наоборот при ослаблении тяги.
Если вы используете контроллер с обратной связью, который сам меряет и контролирует давление (это обычное дело для электронных контроллеров), то регулировка тяги перепускного клапана — не даст такого же эффекта, как она дает при отсутствии обратной связи. Это происходит потому, что контроллер «принимает во внимание», произошедшие изменения, поэтому такая регулировка будет сказываться незначительно. Кроме того, хороший электронный контроллер держит перепускной клапан закрытым (давление на активаторе 0 psi), до тех пор пока не будет набран нужный уровень — таким образом набор давления происходит гораздо быстрее.
Внешние перепускные клапаны (external wastegate). Внешний перепускной клапан — отдельное устройство, которое создано для работы отдельно от корпуса турбины. (хотя некоторые внешние перепускные клапаны устанавливаются на корпус турбины — например Turbonetics). Внешние перепускные клапана обычно рассчитаны на гораздо больший поток воздуха, чем внутренние. Большинство из них имеет двойной активатор, это способствует более быстрому открытию клапана и обеспечивает лучший контроль за раскручиваемостью турбины. Если вы строите мощный автомобиль (500л.с. и выше), то внешний перепускной клапан (может и не один) — это единственный правильный путь. Выход от внешнего перепускного клапан может направляться обратно в выхлоп или в атмосферу (ОЧЕНЬ громко, можно поставить небольшую трубу с глушителем). Кроме того, внешние клапана могут иметь разные пружины, тем самым заменив пружину на более упругую, вы можете задать минимальный уровень наддува предположим в 5 psi. Я использую внешний перепускной клапан HKS, с простым регулятором. Наддув — как камень — и очень легко регулируется.
Как работает клапан управления турбиной?
Зачем нужен клапан управления турбиной?
Принцип действия клапана заключается в том, что выхлопные газы попадают на крыльчатку и разгоняют турбину. В результате чего во впускном коллекторе возникает давление.
Во избежание дорогостоящих поломок турбокомпрессора и двигателя, лучше приобрести клапан управления турбиной.
Виды клапанов и их краткая характеристика
Перепускной клапан обеспечивает контроль потока выхлопных газов. Такая деталь стравливает избыток газов через саму турбину или до входа в нее. Благодаря этому и говорят клапан сброса давления турбины.
Выделяют следующие виды:
Как настроить клапан турбины?
Установить и настроить внутренний клапан самостоятельно можно, но есть определенные риски. Для вашего спокойствия лучше обратится к специалистам.
Расслабление и затягивание конца активатора позволяет контролировать степень закрытия-открытия заслонки. Расслабленным концом можно сделать тягу длиннее, а затянутым; короче. При укорачивании тяги, активатору требуется выше давление для приоткрытия заслонки. Такое действие вызывает максимально быстрое раскручивание турбины. А при удлинении все наоборот.
Актуаторы турбины по супер цене
В случае с внешним клапаном требуются настройки, если давление слишком сильное либо, наоборот, слабое. В процессе регулирования может потребоваться замена пружины. В результате выполнения каких-либо работ с клапаном перепускного типа необходима регулировка турбонаддува.
Зачем нужна регулировка?
В определенных случаях нужна регулировка клапана. Если посмотреть на это со стороны, то мы увидим:
Где можно отремонтировать турбину?
Компания Турборотор обеспечивает высококвалифицированный ремонт турбин. При необходимости, производится диагностика и настройка деталей. Преимущества сотрудничества с мастерской:
