Турбоямой называется выражения ощущений во время вождения автомобиля или то, что даёт невысокая эффективность двигателя при слишком маленьких оборотах турбины. Эффект турбоямы появляется только на тех автомобилях, двигатели которых оснащаются турбинами.
Когда подаётся большее количество топлива, мощность становится больше. Но если увеличить только подачу топлива, может появиться эффект его частичного сгорания, что скажется напротив на падении мощности мотора. В этом случае для полного сгорания всего количества топлива будет слишком мало кислорода. Как раз для этих целей и был придуман турбокомпрессор, при помощи которого к дополнительной порции топлива прибавляется ещё большее количество воздуха из атмосферы.
Классическая турбина представлена в виде двух крыльчаток, закреплённых на общем валу, но находящихся в отдельных камерах, герметично удалённых друг от друга. Одна из крыльчаток вращается под воздействием поступающих на неё выхлопных газов двигателя. Так как вторая крыльчатка тесно с ней связана, то она тоже начинает вращаться, захватывая при этом свежий воздух и подавая этот воздух в цилиндры агрегата.
Эффект турбоямы
За счёт небольшого количества выпускных газов турбина способна раскручиваться более чем на 150000 оборотов в минуту, то есть, чем больше выхлопных газов подаётся на крыльчатку турбины, тем выше становятся её обороты, следовательно, она нагнетает больше свежего воздуха. Для того чтобы уменьшить набор оборотов турбины, можно установить байпасный клапан, который будет сбрасывать часть давления отработавших газов, тем самым спасая двигатель от «разноса». Тем не менее, здесь имеется один весьма серьёный недостаток. Как и в любом другом автомобиле, водитель всегда ожидает ускорения при каждом нажатии на педаль газа.
Происходит при этом следующее:
Автомобиль движется с достаточно маленькой скоростью и его мотор также работает с не слишком большими оборотами коленчатого вала. В пути может возникнуть необходимость обогнать идущий впереди автомобиль, и водитель слишком резко нажимает педаль газа, однако ничего при этом не происходит. Это, можно сказать, и есть турбояма - то есть, задержка мощности и увеличение оборотов двигателя во время резкого нажатия на педаль газа.
После нажатия в цилиндры будет подаваться топливо, которому обязательно нужно сгореть, и только затем отработанные газы станут поступать к крыльчатке турбины. Наращиваются обороты, турбина подаёт в цилиндры двигателя больше воздуха, осуществляется ожидаемое ускорение, которое позволяет выполнить обгон. Но на встречной полосе может неожиданно появиться другой автомобиль, обгон в таком случае придётся отложить.
Избавление от турбоямы
Такую проблему с турбоямами инженеры смогли решить путём применения турбины с изменяющейся геометрией или применения механической турбины, а также второго компрессора, аккумулирующего воздух в том случае, если автомобиль резко ускориться.
«Турбояма» (или «турболаг») – это кратковременный провал (задержка) при наборе скорости и оборотов турбодвигателя после резкого нажатия на педаль «газа» (акселератора).
Как правило, это явление возникает при работе турбодвигателя на низких оборотах (1000 – 1500 об/мин) и связано с инерционностью турбосистемы , когда для раскрутки ведущей крыльчатки турбины потоком выхлопных газов требуется некоторое время (2-3 сек). В результате автомобиль ускоряется не плавно, а «скачком». турболаг может ощущаться как на «дизеле», так и на бензиновом турбодвигателе. Просто, на «дизеле», в силу его конструктивной особенности, турболаг ощущается сильнее.
Суть процесса
В турбине турбодвигателя установлены 2 крыльчатки – «ведущая» и «ведомая», с жестким креплением к общему валу и расположением в отдельных герметизированных камерах.
Чтобы увеличить обороты и скорость, водитель жмет на педаль акселератора («газа»), увеличивая поступление топлива в камеры сгорания цилиндров, где поступившее топливо должно полностью сгореть и выделить отработанные выхлопные газы, которые затем будут направлены на ведущую крыльчатку и начнут ее вращать, вместе с валом.
В силу того, что обе крыльчатки (ведущая и ведомая) жестко прикреплены к одному общему валу, ведомая крыльчатка тоже начинает вращаться и нагнетать атмосферный воздух в камеры сгорания цилиндров. Крыльчатки турбины способны вращаться со скоростью более 150 000 об/в минуту. И чем сильнее поток выхлопного газа будет давить на ведущую крыльчатку, тем быстрее будет вращаться ведомая крыльчатка и, соответственно, тем мощнее будет нагнетаться воздух в камеры сгорания цилиндров.
На раннем этапе эксплуатации в описанном выше технологическом процессе существовала опасность так называемого «разноса мотора» , когда обороты мотора начинали бесконтрольно (независимо от водителя) расти, а с ними (при включенной передаче) начинала бесконтрольно увеличиваться и скорость. Мотор как бы выходил из-под контроля и «шел в разнос», буксуя на месте, бесконтрольно разгоняясь и выдавая из выхлопной трубы черный или белый густой дым с языками пламени и сильным шумом. Чем и как плохо это могло закончиться, представить себе не трудно…
Чтобы ограничить число оборотов турбины и спасти мотор от «разноса», в конструкции турбодвигателя стали применять перепускной клапан для сброса некоторой части выхлопного газа (точнее, сброса его давления). Однако такой способ спасения от «разноса» принес и недостаток – эффект турбоямы.
«Замкнутый круг» (или как и почему возникает турбояма)
Чтобы увеличить скорость движения, необходимо нарастить обороты двигателя, для чего требуется нажать на педаль «газа».
Как уже говорилось выше, при нажатии на педаль «газа» в цилиндры двигателя начинает поступать топливо, и чем сильнее водитель жмет на «газ», тем большее количество топлива поступает в цилиндры. Но для увеличения оборотов и скорости, топлива в цилиндрах должно быть не только больше, но оно должно еще и полностью и быстро сгорать. А чтобы топливо горело, требуется воздух, и чем большее количество топлива подается в цилиндры, тем больше требуется воздуха для его сгорания.
Как говорилось выше, за доставку воздуха в камеры сгорания цилиндров отвечает вторая (ведомая) крыльчатка, и чем больше будут ее обороты, тем большее количество воздуха она сможет нагнетать в цилиндры. Однако ведомая крыльчатка жестко связана на общем валу с первой крыльчаткой (ведущей), поэтому количество оборотов ведомой крыльчатки зависит от количества оборотов ведущей. Чем больше будет оборотов у ведущей крыльчатки, тем больше будут обороты ведомой.
В свою очередь, для увеличения оборотов ведущей крыльчатки (которая потом увеличит обороты ведомой) необходимо увеличение потока отработанного газа. А поток отработанного газа может увеличиться только в том случае, если будет хорошо и быстро сгорать повышенное количество топлива в цилиндрах.
Но для сгорания повышенного количества топлива требуется повышенное количество воздуха, который нагнетается второй (ведомой) крыльчаткой. И пока ее обороты не увеличатся, топливная смесь будет переобогащенной, с недостатком воздуха. Соответственно, топливо будет хуже и медленнее сгорать, а поток отработанного газа также будет увеличиваться медленнее.
В итоге, получается «замкнутый круг» , когда после резкого нажатия на педаль «газа» повышенное количество топлива в цилиндре не может быстро сгореть, пока вторая (ведомая) крыльчатка не нагонит достаточного количества воздуха. А первая (ведущая) крыльчатка не может быстро раскрутить вторую (ведомую) из-за еще слабого потока отработанного газа (а часть «запасного» давления газа сбрасывает перепускной клапан, в целях безопасности и не допущения «разноса»).
В результате мы имеем следующее:
- Воздуха для сгорания топлива не будет достаточно до тех пор, пока не будет необходимого давления от потока отработанного газа, чтобы ведущая крыльчатка раскрутилась сама и смогла раскрутить ведомую, которая нагнетает воздух. (Часть «запасного» отработанного газа, способного поддержать обороты ведущей крыльчатки на должном уровне, сбросит перепускной клапан).
- А достаточного давления от потока выхлопного отработанного газа для ведущей крыльчатки не будет до тех пор, пока быстро не сгорит все топливо и не выделит выхлопной отработанный газ.
- А топливо не сгорит быстро до тех пор, пока не будет достаточного нагнетания воздуха ведомой крыльчаткой, обороты которой зависят от ведущей.И так далее, по кругу...
Таким образом, образуется переобогащенная топливная смесь, и имеет место временной «лаг» при замедлении сгорания переобогащенного топлива. Что и приводит к эффекту – «турболаг» («турбояма»).
Любой процесс требует строгого соблюдения последовательности технологической цепочки, а для этого требуется время (пусть даже и небольшое, 2-3 сек). Нельзя сначала быстро сжечь нужное количество топлива в цилиндре, а потом добавить туда воздуха, чтобы лучше горело!
Некоторые особенности процесса
Эффект турбоямы является характерным для турбодвигателей, в которых используется энергия выхлопных газов. Однако есть и другие виды турбодвигателей, в которых для нагнетания воздуха в цилиндры используется не энергия выхлопных газов, а механический или электрический компрессоры. В таких турбодвигателях эффект турбоямы встречается редко или отсутствует вовсе.
- Механический компрессор – популярен у американских производителей. В двигателях с таким компрессором сила нагнетания воздуха в цилиндры зависит от вращения коленчатого вала. Чем больше будут обороты коленвала, тем больше воздуха будет нагнетать механический компрессор.
- Электрический компрессор – менее распространен и используется в некоторых немецких авто. Как понятно из названия, он работает на электричестве и способен подавать воздух как при низких, так и при высоких оборотах турбодвигателя. Это позволяет избегать эффекта турбоямы при любом диапазоне оборотов.
Также следует отметить, что эффект турбоямы не остался без внимания производителей, работающих с газотурбинными моторами. Поэтому сегодня данный эффект можно встретить не на всех турбодвигателях, использующих энергию отработанного газа.
Например, для устранения эффекта турбоямы компания «Volvo» применяет баллон со сжатым воздухом . При резком нажатии на педаль «газа» баллон открывается и отправляет воздух из баллона к цилиндрам по кратчайшему пути, чтобы не допускать переобогащения топлива и исключить временной «лаг» при его сгорании.
Некоторые производители решают проблему турболага с помощью дополнительной турбины (чаще - механической, реже – электронной). Турбодвигатели с такими турбинами имеют название – «TWIN TURBO» (с двойным наддувом). В подобных моторах при низких оборотах сначала задействуется механический (или электронный) вариант турбины, создающий давление для набора оборотов и скорости с «холостого старта». А потом вступает в работу обычная турбина, работающая с выхлопным газом. Такой алгоритм работы позволяет достаточно эффективно предотвращать образование турбоямы.
Другой вариант – установка турбины с измененной геометрией сопла.
Устранить турболаг можно применением чип-тюнинга в турбодвигателе, при котором изменяются настройки и задаются новые параметры управления двигателем через его блок управления (изменение момента впрыска топлива, угла опережения зажигания и др.). «Оттюнинговать» можно любой турбодвигатель как в бензиновом исполнении, так и в дизельном.
Исключительно в «турбодизелях» устранить турболаг при небольших оборотах мотора можно с помощью установки специального устройства «пауэр бокс - Smart Diesel», с подключением его к датчику топлива. Данное устройство будет адаптировать работу турбодвигателя в соответствии с командами, поступающими из блока управления.
Заключение
Такое явление, как турбояма (турболаг) не принято считать серьезной неисправностью, которую обязательно и сразу нужно устранять. Для многих водителей это явление уже давно стало привычным и считается очередной особенностью вождения, которую просто нужно учитывать и к которой нужно привыкнуть. Например, как особенность вождения заднеприводных и переднеприводных автомобилей, когда при заносе заднеприводного нужно сбрасывать «газ», а при заносе переднеприводного, наоборот – надо «давить на газ».
Если же вы все-таки решили устранить эффект турболага, то для этого вовсе не обязательно сразу покупать новую турбину. Для решения этой проблемы можно обратиться в специальное «тюнинговое ателье» (или автосервис), которых сейчас предостаточно. Там специалисты легко подберут оптимальный вариант для вашего турбодвигателя и по техническим параметрам, и по стоимости.
Если оперировать простыми, понятными обыкновенному автолюбителю понятиями, то турбояма — это явление, когда давления наддува (обычно выхлопных газов), подаваемого на лопасти турбины двигателя, не хватает для того, чтобы раскрутить ротор на полную силу .
Проходит некоторое время, пока давление газов в так называемой «улитке» (это система выхлопных труб, по которым сжатые газы поступают на крыльчатку ротора) возрастет до необходимой нормы.
Все это время (обычно несколько секунд, которые длится турбояма) мотор, предусмотренный к штатной работе при помощи турбо-нагнетателя, работает в режиме обычного дизель — атмосферника. То есть выдает на порядок меньше мощности, и не дает возможности резко разогнаться, нарастив мощность.
Причины появления турбоямы
Особое внимание – современным турбированным дизелям.
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.
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.
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.
Турбояма возможна не только на дизеле
К бензиновым турбированным двигателям подход особый. Особенно настойчивы в борьбе с такой проблемой, как турбояма дизель японские и итальянские производители (те же Субару, Мазда, Альфа — Ромео и Фиат).
Впрочем, в случае с итальянцами более актуален такой подход, что турбояма случается и у бензиновых двигателей с турбированием. Правда, в этом случае стараются использовать не столько возможности выхлопных газов, а всякого рода нагнетатели.
Ведь бензин, в отличие от дизельного топлива, не дает такого количества выхлопа при сгорании, и достичь необходимого для резкой раскрутки крыльчатки турбины давления (в случае с бензиновым двигателем) труднее.
Поэтому современная автомобильная промышленность ищет принципиально новые подходы, проектирует нагнетатели, принцип действия которых зависит не только от количества выхлопных газов, образовавшихся при сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания.
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.
Ситуация, о которой бы мы хотели рассказать в нашей сегодняшней статье, знакома большинству автолюбителей, обладающих машинами с турбированными силовыми агрегатами. Речь о турбояме, периодически возникающей в процессе поездки. Давайте разберемся, что собой представляет турбояма, каковы причины её возникновения, а также какие методы помогут избавиться от этого неприятного явления.
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 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.
Можно ли избавиться от турбоямы?
Избавиться от явления турбоямы, разумеется, возможно. Существует два метода, эффективно применяющихся на практике.
- . Чип-тюнинг. Главный смысл этого способа состоит в изменении параметров работы мотора, делающих возникающую задержку минимальной. Процесс чип-тюнинга представляет собой изменение настроек, «зашитых» в блок управления моторным агрегатом. При помощи специального компьютера настройки, установленные по умолчанию, изменяются, после чего движок начинает ориентироваться на заданные параметры. Сделать чип-тюнинг не составит труда как на бензиновых силовых агрегатах, так и на дизельных. Стоимость подобной услуги невысока.
- Установка пауэрбокса. Второй метод заключается в подключении к датчику топлива специального электронного устройства, изменяющего режимы работы мотора в соответствии с поступающими сигналами. Применение пауэрбокса является более эффективным, так как его наличие не только полностью нейтрализует эффект турбоямы, но и способствует снижению топливного потребления.
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.
Турбояма является последствием инерционных процессов происходящих в турбомеханизме. Ее проявление характеризуется провалом в ускорении после нажатия на педаль газа, сопровождающимся последующим рывком. Это влияет на комфорт управления автомобилем не в лучшую строну. Особо заметно ощущение турбоямы при выполнении обгона, когда задержка в реакции машины на педаль газа может привести к аварийной ситуации.
Причины проявления турбоямы
Наиболее яркое проявление турбоямы происходит при динамическом стиле езды. Водитель вдавил педаль акселератора в пол, а ускорение начинается только после выхода турбины на рабочее давление. Данный эффект присутствует как на бензиновых, так и на дизельных двигателях.
При подаче большого количества бензина или солярки в камеру сгорания, мощность двигателя должна возрасти. Произойдет это только при полном сгорании топливовоздушной смеси. В турбированных моторах при подачи горючего, не хватает кислорода, что снижает крутящий момент.
Обеспечивать достаточное количество воздуха возложено на турбину. В классическом исполнении она представляет собой две крыльчатки, закрепленные на едином валу и расположенные в двух раздельных камерах. Первая крыльчатка вращается от выхлопных газов, приводя в действие вторую. Та, в свою очередь, захватывает воздух и под давлением подает его в камеру сгорания. Чем больше выхлопных газов вращает крыльчатку, тем больше свежего воздуха турбина подает в цилиндры.
При нажатии на педаль газа происходит моментальное увеличение подачи топлива. После его сгорания газы попадают на крыльчатку, но повышение оборотов турбины происходит с определенной инерцией. Это не дает двигателю развить полную мощность. Лишь при достижении турбиной необходимых оборотов происходит ожидаемое ускорение автомобиля.
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.
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.
Нивелирование эффекта турбоямы
Для того, чтобы избавиться от неприятного эффекта, которым обладают двигатели с турбонаддувом, рекомендуется переходить перед обгоном на низшую передачу. Это позволяет убрать турбояму, но мотор начинает потреблять больше топлива. Дискомфорт может доставить и необходимость работать рычагом КПП.
