ProЖелезо. Прокачать турбину — сложно и дорого?

ProЖелезо. Прокачать турбину — сложно и дорого?

Турбина — пожалуй, самый интересный агрегат для автолюбителей. Ассоциативно «турбо» воспринимается как «скорость». Но только ли большим количеством воздуха можно получить всеми желанное ускорение? Вместе со специалистами SMTurbo разбираемся в доработках турбин, поближе рассмотрим турбокомпрессоры на «шариках» и узнаем, какие улучшения необходимы автомобилю, чтобы он быстрее поехал.

Чаще всего турбокомпрессор можно встретить на дизельных автомобилях. И если на заре появления компоненты устанавливались преимущественно на объёмные моторы, то сегодня даже бюджетные малолитражные авто оснащаются этими агрегатами. Кстати, «турбина» — слово не совсем верное, хоть и давно прижившееся среди автолюбителей. Правильнее использовать термин «турбокомпрессор», так как, по сути, этот исполнительный механизм делится на две части: компрессорную и турбинную. 

Немного теории 

Принцип действия довольно прост: отработанные газы поступают в турбинную часть (горячую улитку) и раскручивают рабочее колесо. Колёса турбинной и компрессорной частей находятся на одной оси и жёстко соединены валом, который вращается обычно на гидродинамических подшипниках. Таким образом поток выхлопных газов раскручивает оба колеса, благодаря чему холодная часть забирает большое количество воздуха, сжимает его и через интеркулер направляет к двигателю.

Далее по накатанной: образование топливовоздушной смеси и увеличение мощности на определённых оборотах. Не все турбины способны раскрутиться со старта, что логично, ведь чем больше поток выхлопных газов, тем быстрее раскручивается турбинное колесо. Отсутствие подрыва на низких оборотах называют турболагом, а для того, чтобы турбина крутилась во всём диапазоне работы двигателя, применяется система битурбо или механизм изменяемой геометрии потока выхлопных газов.  

Тюнинг турбины 

— Стоит начать с того, какие виды тюнинга турбокомпрессора вообще есть. Это Stage 1, 2, 3 и далее. Первый подразумевает изменение компрессорной части и увеличение рабочего колеса — так называемый гибрид. Остальные параметры турбины остаются неизменными. Второй Stage — это работы, которые можно проводить как с компрессорной, так и с турбинной частью. Например, раскрытие валов, облегчение, — объясняет специалист компании. — Третий Stage — полное изменение конструкции вплоть до перехода на «шарики» с гидродинамической втулки. А вообще, если говорить не конкретно о тюнинге турбины, а о доработке автомобиля в целом, там тоже есть свои «стэйджи».

— К примеру, всем известный Stage 1 — это программное увеличение мощности (чип-тюнинг). При таком варианте турбокомпрессор будет работать в определённом заводском диапазоне, можно лишь немного сместить рамки и увеличить давление до 0,2—0,4 бара, на это запас есть. Если всё-таки затрагивать турбину следом за чипом — гибрид позволит добавить вместо 0,2—0,4 уже 0,6—0,8 бара сверху от номинала.

— Без определённых доработок после тюнинга можно столкнуться с нюансами. В первую очередь это возрастание EGT (Exhaust Gas Temperature — температура выхлопных газов), детонация и всё отсюда вытекающее. Мы даём больше воздуха, значит, нам нужно больше топлива. Бедная смесь равно детонация. Это определённая работа с топливной системой.

— Если говорить о гибриде, то проблема с температурой особенно актуальна, ведь горячая часть не увеличилась. Показатель A/R, который можно увидеть на корпусе турбокомпрессора, — это соотношение сечения от центра колеса до выхода из турбины. Чем выше A/R, тем больший объём воздуха мы можем через турбину прокачать. В двух улитках этот показатель существует — как в горячей, так и в холодной. Важно помнить, что после любой физической доработки необходима настройка машины, это маст-хэв.

Все ли турбины поддаются тюнингу?

— Лучше всего поддаются тюнингу бензиновые турбокомпрессоры, хуже — дизельные. Всё потому, что дизельная турбина спокойно пройдёт Stage 1—2, а третий просто отметается из-за наличия механизма изменяемой геометрии потока выхлопных газов. Он конструктивно ограничивает проходное сечение и место для расточки, — рассказывает мастер.  

—  С бензиновыми турбинами чуть проще. Конструктивно у них больше возможностей, если, конечно, мы говорим о «серьёзных» турбинах, а не о том агрегате, что стоит, например, на двигателе 1.4 TSI. У турбокомпрессоров, установленных на более объёмных моторах, процентов на 40 можно увеличить потенциал. Всё зависит от готовности клиента, ведь при любом ощутимом увеличении мощности нужны доработки в авто. Для начала — наполнить топливом смесь. А затем можно вернуться к возрастанию EGT. Когда мы оставляем холодную улитку в тех же размерах, но увеличиваем в ней колесо, большое количество воздуха начинает сжиматься, при выходе из улитки он расширяется и нагревается. Соответственно, нужно установить в машину более производительный интеркулер или применить иное решение, чтобы избежать детонации. 

Про моторы

— Современные двигатели уже достаточно «надуты», потенциал мощности из них выжат практически весь. Хотя, например, любой (даже атмосферный) агрегат можно турбануть до 0,4—0,6 бара. Это не абсолютный показатель, в данном диапазоне просто не возрастают силы растяжения. С доработками реально добиться от 1,4 до 1,6 бара.

— У эксклюзивных моделей, таких как ваговские двигатели DAZA — это современный мотор 2.5 TFSi, потенциал хороший, но мы опять же сталкиваемся только с вопросом, куда отводить тепло. Двигатели BMW тоже неплохи, они держат наддув, но есть проблема — расположение турбин в развале блока. Здесь справиться с возрастанием EGT ещё сложнее. Всё тепло аккумулируется в развале, а дальше автомобиль просто начинает хлопать дросселем и говорит: «Я никуда ехать не хочу».

— У нас был интересный опыт тюнинга BMW для Литвы. В стандартные улитки установили колёса от 30/71 GTX — и машина поехала! Правда, как тепловоз. Со старта дистанцию в четверть мили преодолевала легко, но дальше разгоняться просто не могла. Пытались метанолом тушить EGT, пробовали охлаждать всеми возможными способами, но из-за нехватки проходного сечения вестгейта, когда авто выходит на полный спул, температура быстро возрастает и ЭБУ ограничивает мощность, чтобы не угробить мотор, — вспоминает специалист.  — А вот старым проверенным японским двигателям (JZ или 4G63) всё нипочем! Есть примеры людей, которые занимаются этим испокон веков. Mad Max выжимает по 700—800 сил из двухлитрового мотора. Конечно, всегда существует вопрос: как долго это будет работать? Но ведь цели у всех разные. Наша задача как специалистов — сохранить клиенту ресурс двигателя. Иногда мы сталкиваемся с безумными идеями, и клиент всегда прав, хотя иногда стоит его отговорить, предложив альтернативу.

— Например, с Honda есть известная история. Все слышали о системе VTEC, разработанной для атмосферных моторов. Изменение фаз на высоких оборотах очень сильное, а когда мы туда устанавливаем турбину — создаётся «затычка» для выхода выхлопных газов. Такие двигатели очень чувствительны к высоким температурам, поэтому не стоит, как у нас любят, впихивать турбокомпрессор от трактора. А нужно прорабатывать именно турбинную часть выбранного компрессора, чтобы не создавать высокое давление. 

Сколько тюнинг даст сил в момент разработки?

— Выходная мощность после тюнинга зависит от очень большого количества факторов. К примеру, турбина Garrett. У любого турбокомпрессора есть турбокарта, благодаря которой получается теоретически рассчитать результат на каких-то номинальных показателях. Есть даже калькуляторы в интернете! Но точные цифры предугадать невозможно. Всё выясняется опытным путём, — уверен мастер. — Допустим, из двух турбокомпрессоров BMW можно выжать 745 сил, поставив туда 30/71 GTX. И на динамометрическом стенде после свода метанолом на определённом количестве оборотов двигателя действительно будет 745 сил. Это только эмпирическим путём выяснится, ведь теории попросту нет для данного варианта, пока кто-то его не сделает и не опишет это. Ну кто додумается запихнуть 30/71 в малюсенькие штатные улитки?

— Для горячей части турбокомпрессора BMW компания Garrett и так выжала максимум. Размер турбинной части совершенно небольшой, чтобы авто быстрее «спулилось», но и достаточно солидный для того, чтобы турбокомпрессор работал на всём диапазоне оборотов. Всё поместилось в развале блока, без изменений заводской конструкции ничего не перегревается, авто отлично едет. На 7 500 оборотах начинает падать полка наддува, момент, соответственно, тоже падает. Но когда мы туда вместо штатных 60 мм устанавливаем 71 — на сантиметр больше, нужно задуматься над реализацией проекта. По-хорошему, мы понимаем, что необходимо заменить выпускные коллекторы, варить их иначе, чтобы вынести турбины из штатного места. Но это уже совершенно другая история! Мы не услышим: «А сколько будет сил?» Клиент понимает, как много будет трат и доработок, чтобы постепенно выйти на желаемую мощность. 

— Если взять сухие цифры, при увеличении рабочего колеса 1 миллиметр даёт 200 миллибар, сугубо при номинале. Что дальше с этим давлением сделает двигатель, сколько запустить туда топлива — это больше к настройщикам, которые высчитают показатели, опираясь на ход поршня, его диаметр, площадь, степень сжатия… Там формула есть такая интересная, абсолютно простая! 

Битурбо, или Секреты маркетинга

— Тритурбо, квадтурбо — это уже история о маркетинге. Существует прекрасный механизм изменения геометрии (VGT), который внедрён практически во все дизельные турбокомпрессоры. Он позволяет получить максимальный наддув на всём диапазоне оборотов без ступенчатости типа битурбо и далее. С бензиновыми турбокомпрессорами действительно заморочились только Porsche, потому что там работают сумасшедшие инженеры (в хорошем смысле этого слова), которые умудряются даже повесить противовес на турбокомпрессор для развесовки. 

— Битурбо, так называемый ступенчатый наддув, используется только для того, чтобы не внедрять VGT. Получается, проще поставить одну маленькую турбину, которая будет работать на низких оборотах, а потом одну большую, включаемую уже на высоких. Турбина, как и любой компрессор, имеет ограниченный диапазон оборотов. Например, возьмём один турбокомпрессор на любом бензиновом двигателе с доработками, чтобы добиться оптимального функционирования ДВС. Максимальный наддув можем получить где-то в районе трёх-четырёх тысяч оборотов и до конца. Да, турбина начнёт раздуваться примерно с 2 500 об/мин, но это ещё не эффективная работа. При приближении к трём-четырём тысячам произойдёт выход на оптимальное действие, а после пяти-шести турбокомпрессор начнёт сдуваться, просто нагревать воздух и терять наддув. 

— Чтобы этого избежать, можно внедрить битурбо. Тогда картинка немного изменится: до 3 000 оборотов работает маленькая турбинка, затем необходимо её обрезать, чтобы она крутилась вхолостую и запустилась большая. Три турбины, четыре турбины — принцип один и тот же: просто увеличение ступенчатостью.


— Где конструктивно можно вместить четыре турбины — хороший вопрос. Это большеобъёмные двигатели, V-образные. Для V8 ставить одну турбину нет смысла, плюс это сложно технически реализовать: придётся сводить два коллектора, например. Так что решение о количестве обусловлено и технически, правда, это сказывается также на значительном росте цены обслуживания автомобиля, только об этом никто не думает, когда слышит о четырёх турбинах. С другой стороны, те, кто может позволить себе авто с такими двигателями, вероятно, может их обслужить. 

— Помню времена, когда, подойдя к BMW сзади, можно было понять, какой двигатель спрятан под капотом. Сегодня шильдик 535 говорит отнюдь не об этом. По сути, 3-литровый дизель один и тот же, просто вместо одной турбины ставят две. На последнем моторе (B-серия) турбокомпрессор срастили с коллектором, этот двигатель, кстати, поставили в Supra. Все агрегаты постепенно эволюционируют, мощность наращивается, а проблема одна — охлаждение. Для её решения появляются алюминиевые коллекторы с водяным охлаждением, что раньше казалось чем-то фантастическим, — рассказывает наш эксперт. 

Для кого? Для чего?

— Самое важное в работе с турбокомпрессором — выполнить тюнинг правильно, так, чтобы это работало. Никому неинтересно получить агрегат, с которым машина не поедет. Часто наши клиенты не определяются с тем, чего хотят от автомобиля. Где-то увидели, прочитали, что можно взять и приварить к штатной турбине 1,9-литрового мотора улитку от турбины «3-литровой» Audi — и машина попрёт. По прямой — без сомнений! Но что ещё нужно сделать, чтобы она всегда так ехала? Как это работает, сколько придётся бороться с форсунками? 

— В целом же тюнинг разделяется на гражданский и спортивный. Гражданский — это Stage 1, максимум — 2 (по работе с турбокомпрессором), «спорт» — это уже Stage 3 и далее. Редко можно кататься на спортивной машине по городу. На примере BMW, с которой мы недавно работали: едешь по шоссе, нужно опередить три автомобиля, а у тебя начинает схлопывать дроссель. Без сомнений, автомобиль очень бодро ускоряется с 100 км/ч с пробуксовкой, а толку? Это безопасно и интересно только на гоночной трассе. 

Человек, начав единожды улучшать автомобиль, сталкивается с тем, что нужно дорабатывать его дальше и дальше. Тюнинг — это дорого, это про деньги. Многие клиенты часто звонят и говорят: «Вот хочу, чтобы тачка лучше ехала!» Спрашиваешь, делали ли что-то с автомобилем уже. Ответ: «Ничего». Может, стоит начать с чипа? Предлагаем попробовать и проверить, будет ли чип-тюнинга достаточно. Турбина — это когда прошивки не дают желаемого результата. Тут бывает незнание или непонимание. Иногда лучше разумно оценить свой автомобиль, не всегда стоит вкладывать большое количество денег в определённые модели. Может быть, следует купить более гибкую для тюнинга машину, с большим ресурсом мотора и хорошим запасом прочности в целом. 

Турбина сама по себе мощности не придаёт. Турбокомпрессор даёт только возможность добавить воздуха, потому что не факт, что его количество возрастёт даже после тюнинга. Чтобы увеличить энергию выхлопных газов, нужно больше топлива. Многие этого просто не понимают. Кажется, начнём дуть — колесо будет больше, мощи больше! Например, BMW 3.0 дизель: с гибридной турбиной по датчикам машина видит, что двигатель на трёх тысячах оборотов и наддув 1,5 бара. Хорошо, время открыть «геометрию» и сбросить наддув. Смысл большого колеса моментально теряется, весь потенциал был выброшен в выхлопную трубу. Нужно ехать на настройку.

Загадочные шарики

— Турбокомпрессор на «шариках» — тема, которая ещё не раскрыта в полной мере. «Шарики» — это подшипник качения. Он адаптирован к работе при высоких температурах. Раньше турбины на шариковых подшипниках редко можно было встретить в гражданском автомобиле, но всё поменялось. Это связано с проблемой тепловыделения. «Шарики» более выносливы и менее капризны по отношению к маслу, чем гидродинамические элементы. Но есть один момент: если в турбокомпрессоре на гидродинамике можно быстрее почувствовать какую-то неисправность, то «шарики» чаще всего выходят из строя моментально, без предупреждений. 

— В тюнинге «шарики» больше дают возможность инерции и быстрее раскручиваются. Поддержание наддува будет чуть дольше. Но спул снижается не настолько, чтобы оправдать риски. Такие турбокомпрессоры очень чувствительны к ударным нагрузкам, там не используются металлические подшипники, в основном применяют керамику — хрупкий материал. Это сделано не просто так: металл при нагревании имеет свойство расширяться. Все потребители тюнинговых авто любят пошуметь: попкорн, хлопки из выхлопной трубы. Но что такое этот хлопок? Это не сгоревшее в цилиндре топливо, которое вылетает в коллектор и ищет место, где взорваться. А за коллектором у нас турбокомпрессор. Взрыв происходит в турбинной части, топливо, так сказать, выполняет задуманную функцию, но вся нагрузка передаётся на колесо турбины, которое жёстко сидит на «шарике». Масляной подушки там нет, как следствие — подшипник разрушается. Это уже отчасти болезнь такого турбокомпрессора. 

— Если не заниматься весельем, а использовать турбокомпрессор по назначению, то «шарики» служат чуть дольше, чем гидродинамика. Лучше держат нагрузки. Хотя ограниченный ресурс никто не отменял в обоих случаях. 

— В спорте это востребовано, но турбокомпрессор становится просто расходником, как воздушный фильтр, только с ресурсом побольше. «Шарики» играют большую роль в тех видах состязаний, где доли секунды имеют огромное значение: кольцевых гонках, ралли, когда необходимо успеть переключить передачу и не потерять наддув, входя в поворот. Опытным путём установили, что в драге, например, нет разницы, как исполнены подшипники турбокомпрессора. Потому что автомобиль раздулся ещё до старта, турбина уже готова ехать. В простых авто особого смысла, кроме надёжности, нет. 

Деньги

— Стартует тюнинг турбины от $500, а далее — до бесконечности. Всё зависит от конструктивных особенностей элемента. Допустим, приезжает уже знакомый нам агрегат PTE 5858, мы знаем, что можно реализовать, а что нет, длительных усилий не потребуется. А когда принесли ещё неизвестную в плане тюнинга турбину? Затрачиваются материалы и много часов труда, чтобы исполнить желание клиента. Всё, что уже делалось, — быстрее и дешевле. 

—  У нас случился проект с V12, когда мы были молоды и зелены. У двигателя V12 AMG Mercedes W211 изначально очень своеобразная конструкция турбокомпрессоров. Задача — поставить туда 30/76 GTX. Честно, казалось, что это просто сумасшествие. Мы потратили около 200 человеко-часов в процессе воплощения идеи в реальность. И это только время! Не считаем уже количество материалов, топливных затрат.

Или проект DAZA 2.5 TFSi Audi TT RS, где уже было ясно, что делать, в каком направлении двигаться. Он занял у нас 80 часов. Заметное сокращение? По этой причине нельзя даже приблизительно сказать, во сколько вам обойдётся тюнинг. Всё обсуждается индивидуально, прикидывается, намечается, только потом можно назвать какую-то цифру. Поэтому начинаем от $500, а дальше зависит от фантазии и пожеланий заказчика. 

av.by благодарит компанию SMTurbo за помощь в написании материала

Читайте и подписывайтесь на наш канал Yandex.Zen