Великолепная «семерка», или еще раз о турбонаддуве

После публикации в № 134 «КиЯ» статьи «Что может турбонаддув» автор получил множество писем самого разного содержания: это и технические вопросы, и просьбы помочь установить турбокомпрессор (ТКР) на катере или автомобиле, вопросы по приобретению ТКР и т. д. Эти письма в определенной степени стимулировали экспериментальную работу по оборудованию турбонаддувом двигателя «ВАЗ-2103», установленного на автомобиле «Жигули-2107». Этот автомобиль был предоставлен нашей творческой группе днепропетровским центром научно-технического творчества «Импульс». Думаем, что результаты нашей работы представят интерес и для водномоторников, поскольку на подавляющем большинстве быстроходных катеров — спортивных и прогулочных — используются серийные автомобильные двигатели. Напомним, что двигатель «ВАЗ-2103» имеет рабочий объем 1458 см и развивает номинальную мощность 77 л.с. при 5600 об мин. Главную цель, которую мы перёд собой ставили,— показать возможность увеличения максимальной мощности серийного карбюраторного автомобильного двигателя с помощью турбонаддува на 15—20% без снижения надежности двигателя и изменения серийности основных узлов и деталей. Одновременно предполагалось оценить эффект снижения удельного расхода топлива.
Для проведения работ был выбран самый малый из серийно выпускаемых в СССР по ГОСТ 9658—66 турбокомпрессор ТКР-7 с радиальной центростремительной турбиной, диаметром рабочих колес 74 мм, степенью повышения давления Пк=1,6, расходом воздуха 0,4 кг/с.
Столь значительное повышение давления горючей смеси на впуске в данном случае излишне и могло бы привести к преждевременному выходу из строя двигателя — прогоранию поршней, обгоранию выпускных клапанов и т.п. Поэтому решено было ограничить степень повышения давления величиной порядка 1,2, что обеспечило увеличение мощности двигателя на 15— 20 %. С этой целью был уменьшен подвод отработавших газов в турбокомпрессор путем установки перепускного патрубка, отводящего часть газов в выпускную трубу мимо турбины, и применены сменные дросселирующие шайбы на впуске в ТКР.
Для отработки компоновки ТКР был изготовлен специальный стенд, имитирующий двигатель. На нем были установлены штатный выхлопной и впускной коллекторы двигателя, к которым подсоединялись турбинный и компрессорный тракты ТКР с учетом минимальных потерь давления, прочности конструкции и размещения в пределах моторного отсека автомобиля «ВАЗ-2107». Здесь же определили способ установки карбюратора и воздушного фильтра, конфигурацию и крепление маслопроводов, расположение термопар и датчиков давления.
Турбокомпрессор был размещен со стороны впускного и выпускного коллекторов двигателя. Его ось ориентирована параллельно коленчатому валу двигателя. Приемный патрубок турбины и выпускной коллектор соединены короткими трубами, обеспечившими плавное сопряжение. Отработавшие газы из ТКР отводятся по специальному патрубку в приемную трубу глушителя, которую пришлось доработать для этой цели.
Конструкция подшипника скольжения ТКР предполагает его смазку под давлением. Масло сюда поступает из основной масляной магистрали двигателя, работающей под давлением, направляется через переходник, ввертываемый в резьбовое гнездо штатного датчика аварийного давления масла. Отработанное масло из ТКР сливается в масляный поддон картера двигателя самотеком. В нижней части переходника через медные уплотнительные кольца закрепляется ниппель трубки подвода масла к ТКР. В верхнюю часть вворачивается ниппель с трубкой для замера давления масла в системе, соединенной со стрелочным манометром непосредственного действия со шкалой измерения до 6 кгс/см2.
Для монтажа турбокомпрессора в моторном отсеке автомобиля «ВАЗ-2107» пришлось перенести аккумулятор в левую часть отсека. С двигателя снимаются воздушный фильтр и карбюратор, и на штатную площадку карбюратора через паронитовую прокладку устанавливается приемный алюминиевый патрубок, который закрепляется болтами. Штатная приемная труба удаляется.
На шпильки выхлопного коллектора через штатную прокладку устанавливается и закрепляется газоподводящий патрубок. Снизу вводится доработанная приемная труба глушителя и через медную прокладку соединяется с треугольным фланцем перепускной трубы газоподводящего патрубка. На горизонтальный фланец патрубка устанавливается и закрепляется ТКР. В выпускной тракт ТКР вводится цилиндрическая законцовка отводящего патрубка с уплотнительным кольцом, после чего прямоугольный фланец патрубка закрепляется через медную прокладку на приемной трубе ТКР.

Между приемным и выпускным патрубками, а также патрубком компрессора ТКР устанавливается соединительный патрубок диаметром 50 мм и закрепляется ленточными хомутами.
На выходе компрессора ТКР устанавливается входной алюминиевый патрубок и закрепляется через дюритовую муфту ленточными хомутами. К горизонтальному фланцу входного патрубка при помощи штатных шпилек через штатную паронитовую прокладку крепится карбюратор.
Короткие штатные тяги привода дроссельной заслонки и вторая справа прижимная пластина крышки головки блока удаляются. Вместо прижимной пластины устанавливается кронштейн привода дроссельной заслонки, на котором монтируются кулисы и длинные тяги привода дроссельной заслонки. На специальном штуцере входного патрубка закрепляется трубопровод гидровакуумного усилителя, подсоединяются датчики и указатели приборов. Затем устанавливается штатный воздухофильтр со штатным подсоединением трубы вентиляции картера.
Для сравнения показателей двигателя до и после установки турбокомпрессора были проведены испытания серийного автомобиля и оборудованного ТКР. В программу входили скоростные испытания на горизонтальном участке, испытания на подъеме, а также испытания на приемистость.
Контроль за температурой газов перед турбиной осуществлялся с помощью авиационного термометра со шкалой измерения до 950 С. Термопара датчика устанавливалась по оси газового потока в подводящем патрубке ТКР.
Температура наддувочного воздуха контролировалась авиационным термометром ТЦТ-13 со шкалой измерения до 300 С. Термопара датчика закреплялась на штатном впускном патрубке двигателя.
Разрежение и наддув в системе измерялись авиационным мановакуумметром МВ-16У со шкалой измерения от 350 до 1600 мм рт.ст.
Давление масла в системе контролировалось при помощи стрелочного манометра непосредственного действия со шкалой измерения до 6 кгс/см2.
Анализируя итоги проведенной работы, можно с уверенностью сказать, что ТКР-7 можно разместить в моторном отсеке любого автомобиля из семейства «ВАЗ» (кроме моделей 2108, 2109) без изменения серийности деталей и узлов. Двигатель с ТКР пускается без затруднений и устойчиво работает во всем диапазоне частот вращения. Ресурс ТКР соизмерим с ресурсом двигателя.
Давление наддува при 4000—4100 об/мин начинает превышать атмосферное давление 720 мм рт. ст. по прибору), т.е. при этом режиме обеспечивается форсаж приблизительно на 20%, что положительно сказывается на динамике разгона. При старте с места автомобиль «ВАЗ-2107» с ТКР при нагрузке четыре человека достигает скорости 100 км/ч за 18 с; этот же показатель у автомобиля без ТКР составляет 24 с.
При всех режимах температура двигателя с ТКР не отличалась от таковой на серийном автомобиле. Влияние отбора масла из главной магистрали на смазку ТКР проявляется в по¬нижении давления масла на 0,1—0,2 кгс/см2 в системе двигателя при частоте вращения 4500 об/мин и выше, что не выходит за пределы нормального.
Что касается экономичности, то удельный расход топлива (из расчета на 1 л. с/ч) у двигателя, снабженного ТКР, снизился на 15—20 %.
Во время испытаний выявились и недостатки установки. Например, при эксплуатации на автомобилях с объемом двигателя 1200 — 1500 см желательно применение ТКР меньших размеров. Для катерных двигателей, работающих практически в постоянном режиме, это несущественно.
В описанной установке выход на необходимое давление наддува (1,2 кгс/см2) приходится осуществлять подбором дросселирующих шайб, что очень трудоемко и занимает много времени. В дальнейшем предполагается установить клапан в газоподводящем канале, который будет срабатывать при достижении определенного давления нагнетаемой топливо-воздушной смеси.