Турбина на змз 409 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.

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:

Пока Ульяновский автозавод раскрашивает свой внедорожник во все цвета радуги, сторонние фирмы снабжают его узлами и агрегатами, о которых мечтают потребители. В частности, появилась возможность установить на двигатель Патриота турбонаддув.

УАЗ > Patriot

С нынешним стоковым 2,7-литровым бензиновым двигателем мощностью 134,6 л.с. Патриоту остро не хватает динамики. Производитель пока с этим ничего сделать не может (или не хочет), зато дефицит готова восполнить фирма ТД «УАЗ Моторс» из подмосковной Щербинки. Она уже навострилась прилаживать к уазовскому движку автоматическую коробку передач (услуга стоит 170 тысяч рублей), а теперь предлагает и установку турбонаддува.

Пакет улучшения динамики так и называется — «Динамика», стоит он от 100 тысяч рублей. Благодаря «улитке» Garrett GT28 мощность двигателя вырастает до 180–200 л.с., крутящий момент — до 320–340 Нм. С прокачанным «сердцем» Патриот разгоняется до 100 км/ч менее чем за 10 секунд.

С заводской гарантией после таких модификаций, конечно, можно распрощаться, зато фирма дает свою — 6 месяцев или 15 тысяч км пробега. Негусто… К слову, на Патриоты с автоматом гарантия больше — год или 30 тысяч км. О каких-либо доработках шасси в связи с возросшей мощностью фирма ничего не сообщает — видимо, не за эти деньги, то есть рулить мощным Патриотом придется на свой страх и риск.

В будущем ТД «УАЗ Моторс» предложит для ульяновского внедорожника программу доработок «Агрессив», где помимо турбокомпрессора будет еще и оригинальная система газораспределения для выравнивания полки крутящего момента. Пиковая мощность при этом составит 210–230 л.с., а крутящий момент — 340–360 Нм. Стоимость пакета «Агрессив» составит от 135 тысяч рублей.

Для тех, у кого таких денег нет, фирма разработала экономичную программу чип-тюнинга «Норма» за 12 000 рублей, повышающую мощность до 155 л.с. На ресурс новая заливка ЭБУ, по идее, никак не повлияет, но ухудшит экологические характеристики мотора.

• Стоковый УАЗ Патриот в апреле немного подорожал и теперь обойдется минимум в 719 000 рублей.
• Также в апреле Патриот получил заводскую оранжевую модификацию для экстремальных путешествий и футбольную версию, приуроченную к чемпионату мира, который пройдет в России летом этого года.
• В октябре прошлого года другое российское тюнинг-ателье General Performance разработало для Патриота стильный кузовной обвес и назвало снабженную им машину Grand Patriot.
• В конце 2019 года УАЗ Патриот ждет глубокая заводская модернизация.

Описываю свой путь установки турбокомпрессора на УАЗ Патриот. Расчет и заказ деталей занимает весьма небольшое время, а вот процесс сборки может затянуться весьма надолго. Много мелкой работы, которая занимает больше половины всего времени. Время простоя машины где-то 2-3 недели, при условии выполнения работ по вечерам и в выходные дни.

Выпускной коллектор.
Был взят б/у выпускной коллектор от дизеля ЗМЗ 514. Для установки на ЗМЗ 409 требуется заменить 2 нижних шпильки на более короткие или установить проставки под гайки. Перед установкой коллектор был слегка доработан – убраны ступеньки и наплывы в каналах и сделана подгонка под мою пиленую ГБЦ, а также был врезан датчика температуры выхлопных газов от Субару.

Подача масла на турбину.
Подача масла на турбину осуществляется через штатный выход на датчик давления масла в ГБЦ с использованием медной трубки. Предварительно был установлен тройник датчиков масла ЗМЗ. В один из выходов я ввернул датчик аварийного давления масла, в оставшийся — цанговый фитинг для медной трубки. Подача масла на турбину также через модернизированный банджо фитинг с выходом на медную трубку.

Слив масла с турбины.
Слив масла с турбины выполнен классическим способом – резиновым термостойким шлангом. Сперва планировал вывести медной трубкой, но места под турбиной ограничено, да и перегиб для меди весьма сильный. Фланец турбины самодельный, штуцер слива в поддон тоже эксклюзивного исполнения. На фото первые примерки, впоследствии были приварены штуцеры под шланг. Прилив в поддоне заводской и симметричен штатному сливу масла с масляного радиатора.

Подача ОЖ на турбину.
Для подачи ОЖ на турбину было использовано отверстие в блоке для слива ОЖ. В отверстие был ввернут тройник датчиков масла ЗМЗ. В один из выходов я ввернул кран слива, в оставшийся — цанговый фитинг для медной трубки. На самой турбине также используется цанговый фитинг, который я приварил к банджо фитингу.

Слив ОЖ с турбины.
Слив ОЖ организован с противоположной стороны от подачи путем вкручивания штуцера под шланг 10 мм. Сам шланг выведен в расширительный бачок, чем исключается возможность завоздушивания турбины. После запуска мотора напор более чем достаточный.

Даунпайп.
Отвод выхлопных газов от турбины сделан из нержавейки AISI 304 (как и все остальные трубы в этом проекте). Толщина стенки 2 мм. Выбор материала может и не самый лучший, но, что было, то и использовал. Фланец турбины самодельный с приваренным переходом на трубу 70 мм, после отводов идет гибкая вставка 63х250 мм, далее труба 60,2 мм как и на всем протяжении выхлопной трубы. Резьба для датчика кислорода вварена сразу после гибкой вставки, длины проводов вполне хватает.

Забор воздуха до турбины.
Для подвода воздуха на впуск турбины был выточен фланец под зажимной хомут. К фланцу приварен отвод, на который впоследствии был одет впускной резиновый патрубок турбины от Патриота с двигателем Ивеко. Далее из трубы 70 мм по месту подгонялся впуск от фильтра. Для жесткости крепления и снятия нагрузки от веса трубы впоследствии был сделан крепеж к крышке ГБЦ.

Подача воздуха на интеркулер.
На выход турбины был одет кусок шланга с внутренним диаметром 50 мм. Далее через отвод все тем же шлангом был осуществлен подвод к интеркулеру. Интеркулер штатный от дизельного УАЗа.

Подача воздуха на впускной коллектор.
Подвод воздуха к впускному коллектору также выполнен с использованием шланга и нержавеющих труб диаметром от 50 до 70 мм. Плавные переходы закончились, поэтому пришлось делать ступенчато. В качестве резьбы под датчик температуры воздуха была использована гайка крепления колеса. Клапан сброса воздуха идеально подошел вместо трубки рециркуляции картерных газов. Ввиду повышения давления перед заслонкой в момент резкого закрытия дросселя родной гофрированный отвод раздувается. Временно стянул его стяжками по складкам гофры, но впоследствии он потребует замены на усиленный.

Фазы ГРМ.
Установку фаз ГРМ на первое время решил не менять, оставив заводские установки

20/19. Теоретически перепуск в ВМТ нужно сводить к минимуму, уменьшив с 1 мм до 0,5…0,4 мм (а может и меньше). Уверен, на предстоящей отладке разберемся.

ЭБУ и топливоподача.
Блок управления пока штатный. Прошивка «Перцовка» без каких-либо доработок. На данный момент машина ожидает замены блока на Пакман и настройки. Топливный насос и форсунки штатные.

ВУТ и тормоза.
Все осталось без изменений. Вакуума хватает, тормозное усилие на педали вроде не изменилось. Торможение и раньше не было эталоном, так что разницы я не заметил.

Вентиляция картера.
Весьма важный вопрос. По незнанию проехал пару десятков км без отключения короткого шланга от коллектора к крышке ГБЦ (длинную трубку с обратным клапаном вывел в атмосферу сразу). Это привело к увеличению давления внутри ДВС и выбросу масла через передний сальник КВ и на впуск турбины. Соответственно вентиляцию отключил полностью, выведя оба шланга в атмосферу. Отверстие в корпусе ресивера заглушил. Сальник КВ пришлось срочно менять, а вот на работе турбины впоследствии это не отразилось.

Первые впечатления.
После доработок машина завелась и, в принципе, без проблем пробежала уже больше 1000 км, так как не было возможности отдать на настройку ЭБУ. На холостых оборотах при снятии впускного патрубка турбина уже дает ощутимый поток воздуха. По ШДК при малом открытии дросселя до 2000 об/мин смесь находится в допустимых пределах 14,5…15,0, соответственно до этих оборотов 99% времени и езжу. При плавном увеличении оборотов двигателя свыше 2000 об/мин смесь беднеет до 17,0 и ниже. ЭБУ пытается разобраться в чем дело, и смесь начинает скакать от 12,0 до 18,0, машина дергается, ехать нельзя, соответственно, убираем ногу с педали. При резком нажатии газа, видимо из-за перехода в мощностной режим прошивки, двигатель можно раскрутить до 3000…3500 об/мин без обеднения смеси ниже 15,0…15,5, но так пробовал всего пару раз.
Ощущения от вождения даже при ненастроенном ЭБУ положительные. Старт с ХХ стал гораздо бодрее. Нет намеков на провалы и дерганье на низких оборотах под нагрузкой. Работа турбины практически не слышна с улицы. Легкий свист появляется при повышении оборотов ближе к 1800 об/мин. Расход топлива в городе снизился на 3 л со средних 18 л до 15 л. По трассе, при пробегах более 100 км в одну сторону, также упал с 16 до 12,5. Но авто пока не настроено и быстрее 80-85 км/ч я не езджу. Видимо параллельно сказывается изменение стиля вождения.