Турбина для дизельного уаз патриот

Выбор турбокомпрессора для УАЗ Патриот

УАЗ Патриот с двигателем ЗМЗ-409, в отличии от своего собрата с дизельным ЗМЗ-514 не турбирован. Отсюда довольно скромные показатели мощности и крутящего момента.
Можно ли на УАЗ Патриот установить турбину? Да, можно, но с оговорками, которые озвучены в FAQ

Чтобы подобрать нужную турбину для УАЗ надо вначале определить необходимые для этого параметры.

Исходим из того, что у нас есть бензиновый ЗМЗ-409 и мы не хотим его кардинально переделывать: не будем подводить охлаждение к поршням, не будем менять коленвал, увеличивать объем камеры сгорания и т.д. То есть делаем турбирование с минимальными вмешательствами в двигатель.

Для начала надо понять насколько сильно, в вышеназванных условиях мы можем «наддуть» мотор.
Существует общепринятая классификация величины давления наддува: до 0,5 бар – малое давление, до 0,8 бар – среднее давление, свыше 0,8 бар – высокое давление наддува (буста). При высоких значениях буста все-таки придется подвергать двигатель модернизации, значит надо ориентироваться на средние величины, допустим 0,7 бар
Но это в относительных величинах. Абсолютное PR будет равно 1,7 (см. описание параметров турбокарт)
Здесь не учтены потери в интеркулере и в воздуховодах, которые составляют около 10%, если их включить, то необходимое PR = (1+0,7)/0,95=1.79

Теперь посчитаем расход воздуха.

Расход воздуха = (Объем двигателя * Обороты * 0,5 * Ev) / 1000000
Объем двигателя = 2693 см3
Обороты = 5000 об/мин
Ev — объемная эффективность = 0,85 для 16-ти клапанного мотора
0,5 — означает, что у четырехтактного двигателя воздух в цилиндр поступает только во время одного оборота из двух
1000000 — служит для перевода см3 в м3

Расход воздуха = (2693 * 5000 * 0,5 * 0,85) / 1000000 = 5,723 м3/мин

Температура воздуха.
Один из важных параметров, это температура воздуха. От температуры напрямую зависит объем, чем он холоднее, тем больший объем воздуха попадет в цилиндры. Но в турбокомпрессоре за счет сжатия воздуха происходит его нагрев. Рассмотрим как же повысится температура воздуха на выходе из турбины при входящей температуре 20°С и сжатии 1,79. Для этого воспользуемся формулой:

Tout = Tin * ( Tin * ( -1 + (Pout/Pin)^0,263) / Efficiency;
Efficiency — это эффективность турбокомпрессора. Её можно узнать из турбокарты. Считаем, что она равна 72%
Pin и Pout — давление на входе и выходе компрессора;
Tin и Tout — температура на входе и выходе компрессора. Температура в формуле в градусах Ранкина, поэтому надо перевести градусы Цельсия в градусы Ранкина.

Tout = 528 * ( 528 * ( -1 * 1,766)^0,263 ) / 0.72 = 646,3°R = 86°C

На выходе из турбины воздух достаточно горячий, при такой температуре эффективность наддува будет низкой, именно поэтому в системе применяют интеркулер. Стандартно у интеркулера КПД около 70%, следовательно воздух на входе в двигатель после охлаждения в интеркулере будет:

КПД = (Tin — Tout) / (Tin — Ta), где Tin, Tout, Ta — температуры на входе, выходе интеркуллера и температура окружающей среды.

Tout = Tin — КПД * (Tin — Ta) = 86 — 0,7 * (86 — 20) = 40°C

Плотность воздуха зависит от температуры, а она повысилась при сжатии. (Плюс, дополнительно разогревается от выхлопных газов)
На входе у нас 20 С, на выходе интеркулера 40 С. Тогда отношение плотности воздуха (Density ratio)
DR = 1,79 * (20 + 238) / (40 + 238) = 1,66

Действительный расход воздуха через мотор при наддуве 1,79 бара равен: 5,723*1,66 = 9,51 м3/мин.

Чтобы преобразовать м3/мин к более правильному термину кг/мин, надо м3/мин умножить на плотность воздуха на высоте географического места.

Высота над уровнем моря (м)	Атмосферное давление (кг\см3)	Температура (оС )	Относительная плотность
0	1.03	15	1.0
200	1.0	13.7	0.98
400	0.98	12.6	0.96
600	0.96	11.1	0.94
800	0.93	9.8	0.93
1000	0.91	8.5	0.91

Температура, t°C	Плотность, кг/м3
-15	1,3673
-10	1,3413
0	1,2920
10	1,2466
15	1,2250
20	1,2041
25	1,1839
30	1,1644

В средней полосе России относительная плотность = 0,98, значит
Расход воздуха через мотор при наддуве 1,79 бара равен: 9,51 м3/мин. * 1,2041 * 0,98 = 11,22 кг/мин

Смотрим для начала один из первых примеров реализации турбомотора, сделанного фирмой ТД Моторс. Они, после нескольких попыток, задействовали продукцию компании Garrett. Поскольку Garrett расход воздуха указывает в фунтах в минуту, то переведем величины, зная, что 1 кг/мин = 2.2046 lb/min

Расход воздуха при 5000 об/мин = 11,22 кг/мин * 2.2046 = 24,73 lb/min
Рассчитаем расход воздуха для разных оборотов двигателя:

Источник

Турбина для дизельного уаз патриот

Есть целый ряд причин. И вот наиболее существенные из них:

1. УАЗ Патриот с ЗМЗ Pro соответствует экологическому классу ЕВРО-5, а это значит, что установить и внести в документы можно только современный мотор того же или более высокого класса токсичности. Старые и надежные двигатели, такие как Toyota UZ, VZ, JZ серий, стали вне закона. а среди надежных и мощных моторов, которые присутствуют на рынке и соответствуют ЕВРО-5 есть только такие, что стоят весьма дорого, да и установка их сложна в связи с очень большим количеством вспомогательных узлов и систем, обеспечивающих корректную работу такой силовой установки. Выходит, что цена свапа с учетом приведения в порядок БУ мотора составляет круглую сумму, стремящуюся к 1 млн. рублей.

2. На Патриоте с завода стоит масса электронных систем и помощников- это и ABS, и ESP (она же отвечает и за псевдоблокировки межколесных дифференциалов и трекшн-контроль), и BAS, и круиз-контроль, а все они умеют работать только в сочетании с штатным блоком управления двигателем BOSCH. Таким образом свап приведет к установке специально изготовленных блоков согласования, а также внесению существенных изменений в электронику и проводку автомобиля, чтобы поженить УАЗовские системы с совершенно чужим ему иномарочным двигателем

3. После выполнения свапа возникают проблемы с диагностикой неисправностей и ремонтом автомобиля в сторонних сервисах и «полях», а не в той же фирме, которая делала swap, ведь теперь там все кастомное- начиная от блоков управления, проводки и заканчивая карданными валами. В случае же установки турбонаддува на штатный двигатель практически все комплектующие остаются заводскими и обслуживание такой машины не сложнее, чем стоковой, а в чем-то даже становится проще!

Источник

Сайт о внедорожниках УАЗ, ГАЗ, SUV, CUV, кроссоверах, вездеходах

Турбокомпрессор C12-92-02 дизельного двигателя ЗМЗ-5143.10 это устройство, которое использует кинетическую и тепловую энергию выхлопных газов для нагнетания воздуха в цилиндры двигателя. В результате этого повышается масса воздушного заряда в цилиндре, а следовательно среднее эффективное давление в нем.

Соответственно это позволяет повысить максимальный крутящий момент и номинальную мощность двигателя за счет увеличения цикловой подачи топлива при одновременном снижении его удельного эффективного расхода и улучшении экологических показателей двигателя. Еще одним очень важным аспектом использования турбокомпрессора является редукция выхлопных газов.

Турбокомпрессор C12-92-02 двигателя ЗМЗ-5143, устройство, работа и особенности эксплуатации.

Турбокомпрессор C12-92-02 производства CZ Strakonice состоит из картриджа, корпуса турбины, корпуса компрессора и механизма регулирования расхода отработавших газов через турбину. Его основные характеристики :

— Диапазон рабочего числа оборотов : 80 000 — 180 000 об/мин
— Максимальная степень сжатия компрессора : 2.4
— Максимальная подача воздуха : 0.13 кгс
— Максимально допустимая температура выхлопных газов : 700 градусов
— Максимальное сопротивление впускного тракта перед компрессором : 4-7 кПа
— Максимальное сопротивление выпускного трубопровода за турбиной : 12 кПа
— Рабочее давление масла : 200-600 кПа

Картридж турбокомпрессора C12-92-02.

Включает в себя:

— Ротор.
— Корпус подшипников.
— Подшипники скольжения.

Уплотнения колеса компрессора и колеса турбины — лабиринтовые, предназначены для предотвращения попадания сжатого воздуха и отработавших газов в корпус подшипников.

Ротор включает в себя колесо турбины, приваренное к торцу вала. На противоположном конце которого с помощью гайки закреплено колесо компрессора. Ротор свободно вращается на двух радиальных подшипниках скольжения, расположенных на валу.

Для компенсации осевой нагрузки, действующей на ротор на переходных режимах работы двигателя, установлен упорный подшипник скольжения со стороны колеса компрессора. Корпус подшипников выполнен в виде оребренной детали из чугуна. К корпусу подшипников с помощью пластин крепятся корпус турбины и корпус компрессора.

Корпус турбины турбокомпрессора C12-92-02.

Выполнен из чугуна с повышенным содержанием никеля в виде улитки с фланцами входного и выходного каналов для отработавших газов. Внутри корпуса турбины со стороны фланца выходного канала расположено колесо турбины и клапан перепуска части отработавших газов, минуя турбину.

Корпус компрессора турбокомпрессора C12-92-02.

Выполнен из алюминиевого сплава в виде улитки с осевым и тангенциальным патрубками. Внутри корпуса компрессора расположено колесо компрессора. В улитку ввернут угловой штуцер, на котором закреплена резиновая трубка пневмокамеры.

Механизм регулирования турбокомпрессора C12-92-02.

Включает в себя пневмокамеру в сборе со штоком (актуатор), резиновую трубку и стопорное кольцо. Пневмокамера соединена резиновой трубкой со штуцером, установленном в улитке компрессора и закреплена на кронштейне, который установлен на корпусе компрессора. Шток пневмокамеры зафиксирован с помощью стопорного кольца на рычаге перепускного клапана, расположенного в корпусе турбины.

Расположение турбокомпрессора C12-92-02 на двигателе ЗМЗ-5143.10.

Турбокомпрессор расположен на левой стороне двигателя по ходу движения автомобиля. Фланец входного канала корпуса турбины крепится к выпускному коллектору двигателя с помощью четырех гаек и шпилек, изготовленных из жаропрочной стали. К фланцу выходного канала корпуса турбины крепится чугунный патрубок трубы приемной глушителя.

К верхнему фланцу корпуса подшипников с помощью полого болта крепится трубка нагнетательная для подвода смазочного масла из блока цилиндров. В нижнем фланце корпуса подшипников ввернут штуцер, на котором закрепляется шланг для слива смазочного масла в масляный картер двигателя.

На осевом патрубке корпуса компрессора закреплен угловой патрубок. Соединенный резиновым шлангом с воздушным фильтром автомобиля. Тангенциальный патрубок корпуса компрессора соединен с нагнетательным патрубком. Далее расположены воздуховод, ресивер и впускная труба. К штуцеру ресивера крепится трубка компенсатора давления наддува топливного насоса высокого давления.

Работа турбокомпрессора C12-92-02 дизельного двигателя ЗМЗ-5143.10.

Двигатель ЗМЗ-5143.10 с турбокомпрессором образуют единый силовой агрегат. Отрегулированный по энергетическим, экономическим и экологическим параметрам.

При работе двигателя без нагрузки на минимальных оборотах холостого хода.

Воздух в двигатель поступает за счет разрежения, создаваемого цилиндро-поршневой группой. При этом колесо и корпус компрессора оказывают дополнительное сопротивление воздушному потоку.

При работе двигателя под нагрузкой.

Отработавшие газы из выпускного коллектора поступают в улитку корпуса турбины. В каналах между лопатками колеса турбины отработавшие газы расширяются. Затрачивая часть энергии на вращение ротора и нагрев турбокомпрессора. При этом их скорость увеличивается, а температура и давление падают. Из корпуса турбины отработавшие газы поступают в систему выхлопа автомобиля.

За счет вращения колеса компрессора в осевом патрубке корпуса компрессора создается разрежение. Окружающий воздух под действием атмосферного давления через воздушный фильтр поступает в каналы между лопатками колеса компрессора и далее, в улитку корпуса компрессора, в которых происходит процесс сжатия воздуха. При этом его скорость уменьшается, а температура и давление увеличиваются. Сжатый воздух нагнетается в систему воздухоснабжения двигателя.

При увеличении избыточного давления в ресивере топливный насос высокого давления с помощью компенсатора давления наддува обеспечивает увеличение подачи топлива. С помощью механизма регулирования поддерживается требуемое давление наддува, путем перепуска части отработавших газов, минуя колесо турбины турбокомпрессора.

На работающем двигателе смазочное масло под давлением из блока цилиндров по трубке нагнетательной поступает в корпус подшипников турбокомпрессора для смазки подшипников скольжения. Из корпуса подшипников масло стекает по шлангу в масляный картер двигателя.

Особенности эксплуатации и обслуживания турбокомпрессора C12-92-02.

Во время эксплуатации запрещается самостоятельно изменять длину штока в механизме регулирования турбокомпрессора. Зафиксированную изготовителем с помощью гайки. При увеличении длины тяги уменьшается давление наддува и мощность. Ухудшаются экономические и экологические показатели двигателя. При уменьшении длины тяги возрастает давление наддува при больших цикловых подачах топлива. Это приводит к возрастанию давления сгорания в цилиндрах и поломке двигателя.

После запуска холодного двигателя ЗМЗ-5143 в любое время года, до начала движения автомобиля, необходимо дать ему поработать как минимум пять минут на минимальных оборотах холостого хода. В этом случае обеспечивается равномерный прогрев колеса и корпуса турбины.

Для исключения закоксовывания смазочного масла из-за перегрева в радиальных подшипниках скольжения турбокомпрессора при остановке автомобиля после длительной работы двигателя на больших нагрузках необходимо дать ему поработать около 3-5 минут на минимальных оборотах холостого хода. Смазочное масло выполняет дополнительную функцию – охлаждение подшипников скольжения.

Работа дизельного двигателя ЗМЗ-5143 более десяти минут на минимальных оборотах холостого хода не рекомендуется. Так как за счет разрежения, создаваемого цилиндро-поршневой группой, давление воздуха внутри корпуса компрессора устанавливается ниже атмосферного. Часть смазочного масла из корпуса подшипников через лабиринтовое уплотнение колеса компрессора поступает в систему впуска двигателя, вызывая его повышенное дымление.

Поскольку турбокомпрессор C12-92-02 является самонастраивающейся системой, то нарушения в его работе могут вызвать только:

— Механические неисправности и повреждения.
— Засорение газовых и масляных магистралей.
— Залив в двигатель масла не предусмотренного заводом изготовителем.
— Избыточное давление в картере двигателя.

Проведение планового технического обслуживания, своевременная замена фильтрующих элементов, использование соответствующего моторного масла и качественного топлива существенно снизят вероятность отказа этого дорогостоящего устройства.

Источник