Турбированный двигатель: что это такое?
Начнем с того, что ситуация на современном рынке новых автомобилей заметно поменялась за последние 15-20 лет. Изменения в автоиндустрии коснулись как исполнения, уровня оснащения и решений в плане активной и пассивной безопасности, так и устройства силовых агрегатов. Привычные атмосферные моторы на бензине с тем или иным рабочим объемом, которые раньше фактически являлись показателем класса и престижности авто, сегодня активно вытесняются турбированным двигателем.
В случае с турбомоторами объем двигателя перестал выступать базовой характеристикой, определяющей мощность, крутящий момент, динамику разгона и т.д. В этой статье мы намерены сравнить двигатели с турбиной и атмосферные версии, а также ответить на вопрос, в чем состоит принципиальное отличие атмосферных ДВС от турбированных аналогов. Параллельно будут проанализированы основные преимущества и недостатки моторов с турбонаддувом. Также в итоге будет дана оценка, стоит ли покупать новые и подержанные бензиновые и дизельные машины с турбированным двигателем.
Содержание статьи
Турбированные двигатели и «атмосферники»: главные отличия
Для начала немного истории и теории. В основу работы любого ДВС положен принцип сгорания топливно-воздушной смеси в закрытой камере. Как известно, чем больше воздуха удается подать в цилиндры, тем больше горючего получается сжечь за один цикл. От количества сгоревшего топлива будет напрямую зависеть количество высвобождающейся энергии, которая толкает поршни. В атмосферных моторах забор воздуха происходит благодаря образованию разрежения во впускном коллекторе.
Другими словами, мотор буквально «засасывает» в себя наружный воздух на такте впуска самостоятельно, а объем поместившегося воздуха зависит от физического объема камеры сгорания. Получается, чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха он может уместить в цилиндрах и тем большее количество топлива получится сжечь. В результате мощность атмосферного ДВС и крутящий момент сильно зависят от объема мотора.
Рекомендуем также прочитать отдельную статью о том, что такое рабочий объем двигателя. Из этой статьи вы узнаете, какие параметры определяют данную характеристику, чем измеряется объем мотора и на что влияет данный показатель.Принципиальной особенностью двигателей с нагнетателем является принудительная подача воздуха в цилиндры под определенным давлением. Данное решение позволяет силовому агрегату развивать больше мощности без необходимости физически увеличивать рабочий объем камеры сгорания. Добавим, что системами нагнетания воздуха может быть как турбина (турбокомпрессор), так и механический компрессор.
На практике это выглядит следующим образом. Для получения мощного мотора можно пойти двумя путями:
- увеличить объем камеры сгорания и/или изготовить двигатель с большим количеством цилиндров;
- подать в цилиндры воздух под давлением, что исключает необходимость увеличивать камеру сгорания и количество таких камер;
В результате моторы от V6 до V12 с большим рабочим объемом долгое время являлись эталоном производительности. Также не стоит забывать и о надежности, так как конструкция атмосферных двигателей всегда оставалась проверенным временем решением. Параллельно с этим главными минусами мощных атмосферных агрегатов справедливо считается большой вес и повышенный расход топлива, а также токсичность. Получается, на определенном этапе развития двигателестроения увеличение рабочего объема оказалось попросту нецелесообразным.
Теперь о турбомоторах. Еще одним типом агрегатов на фоне популярных «атмосферников» всегда оставались менее распространенные агрегаты с приставкой «турбо», а также компрессорные двигатели. Такие ДВС появились достаточно давно и изначально шли по другому пути развития, получив системы для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, механический компрессор или турбина. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках указанных систем нагнетания воздуха, а также о том, какой мотор выбрать, с компрессором или турбированный.Стоит отметить, что значительной популяризации моторов с наддувом и быстрому внедрению подобных агрегатов в широкие массы долгое время препятствовала высокая стоимость автомобилей с нагнетателем. Другими словами, двигатели с наддувом были редким явлением. Объясняется это просто, так как на раннем этапе машины с турбодвигателем, механическим компрессором или одновременной комбинацией сразу двух решений зачастую ставились на дорогостоящие спортивные модели авто.
Немаловажным фактором оказалась и надежность агрегатов данного типа, которые требовали повышенного внимания в процессе обслуживания и уступали по показателям моторесурса атмосферным ДВС. Кстати, сегодня это утверждение также справедливо для двигателей с турбиной, которые конструктивно сложнее компрессорных аналогов и еще дальше ушли от атмосферных версий.
Преимущества и недостатки современного турбомотора
Перед тем, как мы приступим к анализу плюсов и минусов турбодвигателя, хотелось бы еще раз обратить ваше внимание на один нюанс. Как утверждают маркетологи, доля реализуемых новых автомобилей с турбонаддувом сегодня существенно увеличилась.
Более того, многочисленные источники делают акцент на том, что турбодвигатели все больше и больше теснят «атмосферники», автолюбители зачастую выбирают именно «турбо», так как считают атмосферные двигатели безнадежно устаревшим типом ДВС и т.п. Давайте разбираться, так ли хорош турбомотр на самом деле.
Плюсы турбодвигателя
- Начнем с явных плюсов. Действительно, турбодвигатель легче по весу, меньше по рабочему объему, но при этом выдает высокую максимальную мощность. Также моторы с турбиной обеспечивают высокий крутящий момент, который доступен на низких оборотах и является стабильным в широком диапазоне. Другими словами, турбомоторы имеют ровную полку крутящего момента, доступную с самых «низов» и до относительно высоких оборотов.
- В атмосферном двигателе такой ровной полки нет, так как тяга напрямую зависит от оборотов двигателя. На низки оборотах атмомотор обычно выдает меньший крутящий момент, то есть его нужно раскручивать для получения приемлемой динамики. На высоких оборотах мотор выходит на максимум мощности, но крутящий момент снижается в результате возникающих естественных потерь.
- Теперь несколько слов об экономичности турбодвигателей. Такие моторы и правда расходуют меньше топлива по сравнению с атмосферными агрегатами в определенных условиях. Дело в том, что процесс наполнения цилиндров воздухом и топливом полностью контролируется электроникой. Получается, ЭБУ следит за тем, чтобы соотношение компонентов смеси было оптимальным на любых режимах работы турбированного ДВС, благодаря чему достигается полноценное сгорание заряда и происходит отдача максимума полезной энергии. В случае с атмосферными двигателями наполнение зависит как от оборотов коленвала, так и от температуры наружного воздуха, атмосферного давления и ряда других факторов.
- Если учесть небольшой вес самого агрегата с турбиной, доступную тягу на низких оборотах и отсутствие зависимости от внешних факторов, турбомотор закономерно расходует в штатных режимах эксплуатации меньше топлива. При этом следует помнить, что данное преимущество полностью исчезает в том случае, если постоянно ездить в режиме «газ в пол». Тогда расход топлива на турбодвигателе может оказаться даже большим, чем у атмосферных аналогов.
Минусы турбированного ДВС
Итак, с основными плюсами разобрались. Что касается минусов, они также присутствуют. Вполне очевидно, что турбомотор сложнее как в плане электроники и исполнительных устройств, так и в плане реализации самой схемы турбонаддува. Повышенные требования к качеству топлива и моторного масла тоже никуда не делись.
Дело в том, что небольшой по размерам и объему агрегат работает в условиях высоких механических и тепловых нагрузок. Давление наддува и температура в цилиндрах намного выше по сравнению с атмосферными двигателями, что означает ускоренный износ турбомотора.
Производители учитывают разные нюансы, закладывая больший запас прочности в агрегат, но во время ремонта турбодвигателя стоимость усиленных деталей получается ощутимо выше. Также двигатель с турбиной имеет большое количество датчиков и магистралей, а также дополнительных систем, что усложняет диагностику в случае возникновения неисправностей.
- Очень важным моментом является ресурс самой турбины. Турбонагнетатель повсеместно устанавливается на современные ДВС, окончательно вытеснив механический компрессор. При этом турбина на бензиновом двигателе обычно «ходит» всего около 150 тыс. км, на дизеле этот показатель в среднем составляет до 250 тыс. км. Затем турбокомпрессор нуждается в дорогом ремонте или полной замене.
- Что касается известной проблемы в виде «турбоямы» или «турболага», на современных двигателях этот недостаток практически устранен посредством установки турбин с изменяемой геометрией, путем использования технологий «би-турбо» и т.д. Почему практически, а не до конца? Дело в том, что идеальной остроты отклика во время дозирования тяги в процессе дросселирования, которая свойственна атмосферным моторам, все равно нет. Параллельно с этим более сложные системы турбонаддува требуют повышенных затрат, создают определенные затруднения, которые связаны с обслуживанием и ремонтом.
Что в итоге
Помните, в начале статьи мы говорили о том, что доля турбомоторов на рынке в последнее время заметно возросла. Да, это так, но исключительно благодаря турбодизельным агрегатам. Практически любой современный дизельный двигатель сегодня оборудован турбонаддувом. Дело в том, что именно турбина позволяет дизельному мотору обеспечить достойные эксплуатационные характеристики в сочетании с высокой топливной экономичностью. По этой причине турбодизели пользуются огромной популярностью.
Однако, ситуация с турбобензиновыми агрегатами несколько иная. Подавляющее большинство производителей продолжают выпускать модели в сегментах от «бюджет» до «премиум» с простым атмосферным двигателем. Только в отдельных случаях в линейку добавляются турбированные бензиновые версии. Что касается стран СНГ, авто с турбонаддувом на бензине продолжают заметно уступать машинам с атмосферными бензиновыми ДВС по общему количеству на дорогах. Причин для этого много, начиная от низкого спроса в результате высокой начальной стоимости «надувных» бензиновых авто и заканчивая политикой автодилеров. Последние стараются избавить себя от гарантийных обязательств перед потребителем в случае возникновения проблем с более сложной технически турбированной бензиновой машиной.
Другими словами, турбобензиновые версии завозятся намного реже, так как продавцы учитывают низкое качество горючего и недостаточное количество квалифицированных технических специалистов по ремонту и обслуживанию таких авто на территории СНГ. Добавим, что подавляющее большинство турбированных бензиновых автомобилей на отечественных дорогах представлены моделями немецкого концерна WAG (Audi, Volkswagen, Skoda и т.д.).
Подводя итоги, ответим на еще один важный вопрос. Многие автолюбители интересуются, стоит ли покупать бензиновый автомобиль с турбиной. Если вы присматриваете новую машину, планируете проездить на ней условные 3-5 лет или 100-150 тыс. км, тогда почему бы и нет. Только будьте готовы изначально переплатить за более «продвинутый» мотор и с самого начала приучите себя к мысли, что такому авто требуется частое плановое обслуживание. При этом крайне желательно выполнять регламентные работы и ремонтировать машину в официальном сервисе со всеми вытекающими допрасходами.
Если же вы хотите приобрести подержанный турбированный автомобиль, в таком случае нужно более чем основательно подумать. В случае с дизелем будет необходима глубокая диагностика состояние самого ДВС и готовность заменить изношенную турбину. Когда речь заходит о бензиновых версиях, тогда нашим ответом будет практически однозначное «нет». Дело в том, что актуальная ситуация на рынке турбобензиновых автомобилей б/у достаточно сложная.
- Всегда помните о небольшом ресурсе турбины. В том случае, если на конкретной модели их установлено сразу две или более, сумма ремонта заметно возрастает.
- Обращайте внимание на пробег и предыдущих владельцев. Зачастую турбоавтомобили берут «гонщики» или амбициозная молодежь. Если первые целенаправленно «укатывают» мощную машину, вторые, как правило, попросту не обслуживают такой автомобиль должным образом и достаточно небрежно его эксплуатируют.
В обоих случаях получается целесообразнее продать машину с пробегом 100-150 тыс. км. другому владельцу по бросовой цене, чем ремонтировать или менять высокотехнологичный турбированный двигатель. То же самое вполне справедливо и для турбированных малолитражек, например, с рабочим объемом 1.2 литра. Моторы данного типа и вовсе считаются «одноразовыми», так как имеют относительно небольшой ресурс около 150-200 тыс. км. и плохо поддаются серьезному ремонту.
Читайте также
Турбированный двигатель: плюсы и минусы
Современные автопроизводители в последнее время всё чаще устанавливают на свои модели турбированные двигатели взамен атмосферных. Казалось бы, это логично, поскольку турбонаддув придаёт мотору дополнительную мощность при сохранении небольшого рабочего объёма, но на деле всё не так просто. Поэтому специалисты советуют изучить плюсы и минусы турбированного двигателя и проанализировать особенности его эксплуатации, прежде чем приобретать автомобиль.
Что такое турбированный двигатель в автомобиле
Первые турбированные двигатели были сконструированы ещё в 1905 году, однако на легковые автомобили их начали устанавливать во второй половине 20-го века. Турбонаддув – система нагнетания в цилиндры атмосферного двигателя дополнительного воздуха, вследствие чего происходит повышение среднего эффективного давления в цилиндрах. Это увеличивает мощность мотора без внесения изменений в его конструкцию. Работу мотора с турбонаддувом обеспечивает приводной нагнетатель, использующий энергию отработанных газов. Они приводят в движение колесо турбины, которая в свою очередь вращает колесо компрессора с помощью роторного вала. Компрессорное колесо сжимает воздух, который нагревается, а после поступления в интеркулер охлаждается и подаётся в цилиндры.
Это важно! Энергия отработанных газов растёт по мере увеличения числа вращения движка. Чем интенсивнее работает мотор, тем больше становится энергетический потенциал и растёт подача сжатого воздуха.
До недавнего времени двигатели с турбонаддувом устанавливались исключительно на дорогостоящие спортивные модели автомобилей. Но, по утверждению маркетологов, в настоящее время доля моделей с такими моторами стремительно увеличивается, и турбина становится практически обязательным элементов престижных марок авто.
Турбины устанавливают гораздо чаще на дизельных двигателях, чем на бензиновых
Производители машин делают акцент на том, что турбодвигатели беспощадно теснят «атмосферники», и большинство покупателей хороших машин предпочитают именно такой тип двигателя. Но так ли хорош турбомотор, как это расписывают конструкторы и инженеры автопредприятий? Чтобы сделать выводы, стоит рассмотреть его конструктивные особенности и поближе познакомиться с принципом действия.
Конструктивные особенности
Система турбонаддува состоит из компрессора, интеркулера, регулятора давления наддува и других узлов. Главная деталь – турбокомпрессор, регулирующий рост давления в системе впуска воздуха. Интеркулер охлаждает воздух и повышает его плотность.
Схема движения воздуха во время работы турбированного двигателя
Всей системой управляет регулятор наддува. Это перепускной клапан, ограничивающий давление отработанных газов. Отсекая некоторое их количество, клапан делает давление наддува оптимальным.
Турбокомпрессор работает следующим образом:
- Воздух проходит через воздушный фильтр и поступает во входное отверстие.
- Происходит сжатие воздуха, и в нём увеличивается содержание кислорода. Воздух нагревается, и его плотность снижается.
- Массы воздуха покидают турбокомпрессор и попадают в интеркулер, в котором происходит охлаждение.
- Сжатый воздух проникает через дроссель и впускной коллектор в цилиндры мотора.
- Часть выхлопных газов, образовавшихся при сгорании топлива в цилиндрах, передаётся турбодвигателем назад в коллектор турбины. Этот поток воздуха запускает движение вала, на противоположном конце которого расположен компрессор. Здесь начинается повторное сжатие воздуха.
Схема турбокомпрессора
Это важно! Результат работы турбонаддува – увеличение уровня сжатия кислорода при сохранении объёма цилиндров. За один такт работы турбомотор сжигает больше топливной смеси, чем атмосферный двигатель того же объёма.
Плюсы и минусы
Турбированные двигатели имеют свои сильные и слабые стороны, поэтому верить заявлениям автопроизводителей об их однозначном преимуществе не стоит. Прежде чем принимать решение о выборе машины, оснащённой турбонаддувом бензинового двигателя, стоит взвесить все «за» и «против».
Преимущества
Главное достоинство турбированного мотора – его повышенная мощность, и в этом с производителями нельзя не согласиться. По мощности при аналогичном объёме цилиндров агрегат превосходит атмосферные моторы на 20–30%. Дополнительные плюсы установки на мотор турбонаддува состоят в следующем:
- Повышение эффективности работы за счёт оптимизации процесса сгорания безвоздушной смеси в цилиндрах. Благодаря этому расход топлива на обеспечение работы аналогичного количества атмосферного мотора лошадиных сил значительно снижается.
- Уменьшенный уровень шума и вибрации во время движения.
- Экологичность. Эффективное сгорание топлива внутри цилиндров значительно уменьшает количество выбросов в атмосферу через выхлопную трубу. Специалисты утверждают, что введение в Европе и США новых норм токсичности выхлопа увеличило производство автомобилей с турбированными бензиновыми двигателями на 25%.
- Компактные размеры. Мотор на трёх и даже двух цилиндрах по мощности сопоставим с четырёхцилиндровым «атмосферником». Благодаря оптимальным размерам такой двигатель имеет большее число вариантов расположения в автомобиле.
Недостатки
При всех своих достоинствах турбонаддув имеет и некоторые негативные стороны:
- Повышенная чувствительность к качеству топлива. Отсюда вытекает необходимость использования бензина более высокого класса. Турбированный двигатель быстро выйдет из строя, если заставлять его работать на 92 бензине.
- При активном использовании турбины расход топлива увеличивается в 1,5 раза. Любители езды в стиле «газ в пол» будут заполнять бак своего автомобиля в два раза чаще.
- Необходимость частой замены масла. Смазка добавляется в мотор и непосредственно в турбокомпрессорную установку, поэтому его расход увеличивается. Требования к марке масла также довольно жёсткие: можно использовать только качественные марки синтетики, стоимость которых на порядок выше минеральных или полусинтетических смазок. К этому стоит добавить необходимость частой замены масла: каждые 8 000 километров. В то время как в атмосферных двигателях процедуру можно проводить через 12 и даже 15 тысяч километров. Несвоевременная замена масла и фильтров приведёт к изменению параметров турбины и скорому выходу её из строя.
- Дорогостоящий ремонт. Комплектующие для турбированных моторов имеют достаточно высокую цену, поэтому их ремонт требует значительного вложения средств. Стоимость ремонта возрастает дополнительно из-за отсутствия квалифицированных работников СТО. Отремонтировать мотор с турбонаддувом возьмутся не на каждом автосервисе, а за квалификацию мастеров придётся заплатить на 40–50% больше. Капитальный ремонт двигателя с турбонаддувом требуется каждые 150–200 тысяч километров пробега.
- Особенности эксплуатации. Машину с турбодвигателем нужно правильно заводить и глушить. После запуска двигатель должен поработать вхолостую, причём, чем автомобиль старше, тем «прогон» нужен более длительный. После остановки автомобиля также нельзя сразу глушить мотор.
- Проявление эффекта «турбоямы». Так именуют характерный провал, когда машина вяло реагирует на нажатие педали газа. Двигатель «не тянет» на низких оборотах, в результате машина не может резко тронуться с места. При интенсивном движении и непростой дорожной обстановке в мегаполисах это достаточно опасное явление. Конструкторы предлагают для решения проблемы устанавливать на мотор две турбины, одна из которых будет работать на малых оборотах за счёт оснащения электроприводом. Это снизит риск возникновения «турбоям», но дополнительно увеличит стоимость двигателя и одновременно снизит его надёжность.
Турбированный двигатель чаще подвергается дорогостоящему ремонту и требует высококачественного топлива
Это важно! Новейшие автомобили почти избавлены от недостатка, связанного с «турбоямами» за счёт установки турбин с изменяемой геометрией. Но идеальной остроты отклика во время дозирования тяги в процессе дросселирования, которая свойственна атмосферным моторам, конструкторам добиться пока не удаётся.
Какой двигатель лучше: атмосферный или турбированный
Долгий спор поклонников атмосферных и турбированных двигателей далёк от логического завершения. У каждого варианта есть свои достоинства и недостатки. Не дают перевесить какой-либо чаше весов постоянные разработки инженеров и конструкторов, добавляющие преимущества то одному, то другому варианту.
Большинство автовладельцев сходятся во мнении, что атмосферный двигатель, хоть и уступает по мощности турбированному, но всё-таки более надёжен в эксплуатации. Он неприхотлив в выборе марки бензина и масла, может быть отремонтирован в любой автомастерской. Для турбированных моторов такие «вольности» не допустимы.
Турбированный мотор – дорогое удовольствие: он требует большего внимания, тщательного ухода, правильной эксплуатации. Сама турбина, даже при соблюдении всех рекомендаций по эксплуатации, обладает ограниченным ресурсом работы и через достаточно непродолжительный срок требует замены.
Поэтому выбирать вариант мотора необходимо по собственным материальным возможностям. Атмосферный вариант предпочтителен для автовладельцев, ограниченных в бюджете и не готовых вкладывать в машину значительные средства. Обслуживание, эксплуатация и ремонт «атмосферника» явно проще и дешевле.
Турбированный двигатель – правильный выбор для тех, кто во главу угла ставит мощность мотора и динамику передвижения. Хотя такой мотор может доставить немало проблем и расходов в процессе эксплуатации.
Немаловажный фактор выбора мотора – стиль езды автовладельца. Для водителя, предпочитающего спокойное передвижение двигатель с турбонаддувом – бесполезная «фишка». В этом случае затраты на мотор повышенной мощности не оправданы, ведь турбина не будет выполнять свои функции. Но даже без использования силовой установки по назначению, обслуживать её придётся по правилам, а значит, попросту выбрасывать деньги на ветер.
Специалисты советуют при покупке машины с турбиной останавливать выбор на новых моделях. Только в этом случае можно быть уверенным, что агрегат правильно обслуживался и эксплуатировался. Автомобиль, с «убитой» предыдущим владельцем турбиной, доставит в разы больше проблем, чем удовольствия от езды на нём.
Видео: турбо- и атмосферный моторы: в чём разница?
Увеличение в современных условиях количества автомобилей с турбированными двигателями касается, прежде всего, дизельных агрегатов. В настоящее время почти все дизельные моторы снабжены турбонаддувом, поскольку именно эта деталь придаёт мотору на дизтопливе достойные эксплуатационные характеристики.
С турбо-бензиновыми моторами дело обстоит иначе. Большинство автопроизводителей продолжают выпускать модели с простыми атмосферными двигателями, и только в некоторые линейки добавляют турбомоторы на бензине. Меньше всего таких моделей на дорогах в странах СНГ. Объясняется это отсутствием спроса и политикой автодилеров, которые стараются оградить себя от возникающих при эксплуатации машин проблем и выполнения гарантийных обязательств. Продавцы учитывают низкое качество бензина и отсутствие на территории СНГ достаточного количества высококвалифицированных автослесарей.
Ответ на вопрос, стоит ли покупать бензиновый автомобиль, оснащённый турбиной, зависит от планов автолюбителя. Если на машине планируется покататься 3–5 лет и пройти 150–200 тысяч километров, при достаточном количестве свободных средств, почему бы и нет. Но тем покупателям, которые не готовы переплачивать за мощность и тратиться на дорогостоящее обслуживание автомобиля, лучше остановить выбор на традиционном «атмосфернике».
От покупки подержанного авто с турбонаддувом стоит однозначно отказаться, памятуя об ограниченном ресурсе турбины. Такие модели часто приобретают молодёжь и «гонщики», которые «укатывают» мощную машину и практически не ухаживают за нею по правилам. После использования агрегата на «всю катушку» им проще продать его, чем вкладываться в ремонт. Приобретённый «с рук» автомобиль с турбированным бензиновым двигателем стопроцентно доставит массу хлопот новому владельцу.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!что это такое и чем он отличается от атмосферного
Мощность двигателя — одна из основных его характеристик. Чем выше данный показатель, тем бодрее машина будет реагировать на нажатие педали газа. Соотношение количества лошадиных сил и рабочего объема варьируется в зависимости от конструкции ДВС и наличия в нем турбины. В данной статье мы рассмотрим турбированные двигатели и расскажем о том, что это такое и чем они отличаются от классических атмосферных движков.
Что значит турбированный двигатель
По своему внутреннему устройству турбированный двигатель практически ничем не отличается от классического атмосферного мотора. А свое название он получил из-за специальной системы турбонадува, которая обеспечивает нагнетания давления в цилиндрах. В ее состав входит турбокомпрессор, охладитель или, как его еще называют интеркулер, а также сама турбина. Данная незамысловатая система использует энергию отработанных газов для нагнетания сжатого воздуха в камеру сгорания. Для этого приемный патрубок турбины соединен с выпускным коллектором, откуда и поступают газы, раскручивающие турбину и компрессор, который, находится на одном валу с турбиной и нагнетает давление в цилиндрах.
Принцип работы турбированного двигателя.
Таким образом в камеру сгорания попадает больший объем воздушной смеси, давая возможность топливу сгорать в полном объеме и выделять при этом больше энергии. Для того, чтобы сделать этот процесс еще более эффективным, турбина оснащается интеркулером, который охлаждает атмосферный воздух, тем самым уменьшая занимаемый им объем и позволяя закачать в двигатель еще больше кислорода за один такт.
Стоит отметить, что турбированный двигатели бывают как бензиновыми, так и дизельными. Турбины в бензиновых ДВС испытывают значительно более высокие нагрузки, чем турбины на дизеле. Поскольку температура отработанных газов в бензиновом агрегате составляет почти 1000 градусов, соответственно, воздействие на стенки турбины больше. Несмотря на то, что корпус турбины изготовливается из высокопрочных сплавов, ресурс работы изделия весьма ограничен. Чтобы хоть как-то продлить его, инженеры применяют для турбины бензинового ДВС ряд конструктивных особенностей, например, измененный угол входа отработанных газов, что снижает уровень разрушающего воздействия на ее стенки.
Плюсы и минусы турбированного двигателя
Турбированный двигатель имеет как немало сторонников, так и тех, кто считает, подобная система отличается крайней ненадежностью. Попробуем разобраться, какие доводы в пользу каждой из точек зрения существуют.
В первую очередь турбина привлекает внимание любителей быстрой езды, даже при сравнительно небольшом объеме ДВС она позволяет добиться впечатляющей разгонной динамики. К примеру, турбированный двигатель с объемом 1,8 литра может выдавать около 200 л.с., что уже обеспечивает хороший набор скорости.
Другое преимущество, которое получает владельцы турбированных моторов — снижение расхода топлива в расчете на общее количество лошадиных сил. Поскольку камера сгорания наполняется большим объемом воздуха, то и эффективность сгорания топливной смеси при этом возрастает. Очень важно учитывать, что если сравнивать показатели по потреблению горючего, исходя исключительно из объема силового агрегата, то турбированный двигатель будет наоборот потреблять больше топлива в сравнении с классическим атмосферным агрегатом.
Принцип работы турбокомпрессора и турбины.
А что же говорят те, кто выступает против турбированных двигателей? У них также достаточно аргументов:
- Повышенные требования к качеству топлива и смазочных материалов. Заправляться придется только на проверенных станциях, а замена недешевого синтетического масла обязательно должна производиться вовремя (как правило, один раз в 10 000 км) и в строгом соответствии с предписаниями производителя.
- Долгий прогрев автомобиля в холодное время года, а, следовательно, увеличенный расход топлива зимой.
- Ресурс как турбины, так и самого двигателя в этом случае не превышает 120-150 тысяч километров. После этого, мотор обычно требует капитального ремонта, а турбина и вовсе меняется на новую. В обоих случаях для владельца это приведет к дополнительным расходам.
Таким образом, эксплуатация турбированного двигателя, хотя и дает его обладателю преимущества в динамике над схожими по объему атмосферными моторами, но требует гораздо более бережного и внимательного отношения. Плюс обслуживание машины с турбинной обойдется дороже, вследствие использования более дорого масла и более частом интервале его замены.
Чем отличается турбированный двигатель от атмосферного и что лучше
По своей сути конструкция турбированного двигателя полностью идентична конструкции атмосферного, как собственно и алгоритм функционирования обоих моторов. Отличия между ними заключаются в способе подачи воздуха в камеру сгорания. У турбированного этим занимается специальная система, использующая энергию отработанных газов. В классическом атмосферном моторе воздух попадает в камеру сгорания под действием обычного атмосферного давления, вследствие чего этот ДВС и получил свое название.
Однозначно сказать, какой тип двигателя — турбированный или атмосферный лучше нельзя. Каждый решает самостоятельно, что для него важнее — динамические характеристики или простота в обслуживании и более длительный ресурс эксплуатации. Конечно, для спокойной и равномерной езды обычный атмосферник выглядит предпочтительнее, но вот, когда нужно совершить резкий маневр на дороге, например, быстро обогнать впереди идущую машину, дефицит лошадиных сил может сразу дать о себе знать.
Выбирая автомобиль лучше сразу определиться, чего вы хотите от него и на какие жертвы готовы при этом пойти. Дороговизна в обслуживании и необходимость переборки мотора уже на 150 тысячах могут отпугнуть начинающего автолюбителя, с другой стороны возможность получить под капотом 200 л.с. при объеме всего в 1,8 литра также выглядят очень привлекательно. Поэтому, выбирая турбированный двигатель, будьте готовы, что вложить в него придется значительно больше чем в атмосферный, особенно если машина не новая и предыдущий владелец халатно относился к ее обслуживанию.
Похожие статьи
Турбированный мотор – это силовой агрегат, в котором подача воздуха в цилиндры осуществляется посредством специального устройства – турбины. Мощность турбированного двигателя значительно больше, чем у обычного атмосферного. В этой статье мы расскажем, как работает турбированный двигатель, какие он имеет преимущества и недостатки, а также как правильно его эксплуатировать.
Принцип работы турбированного двигателя
Турбированный двигатель (будь то бензиновый или дизельный) конструктивно имеет некоторые отличия от своего атмосферного аналога. Главной особенностью любого турбированного двигателя является турбокомпрессор. Данное устройство состоит из специального вентилятора и турбины. Компрессор подключается к выхлопной системе автомобиля и через систему специальных труб принимает часть выхлопного газа на лопасти турбины. Турбина раскручивается под давлением, создаваемым выхлопным газом и приводит в движение вентилятор компрессора. Компрессор закачивает под давлением большое количество воздуха.
Увеличение количество и давление воздуха способствует лучшему сгоранию топлива, а значит, увеличению мощности двигателя. Таким образом, при меньшем объеме, турбированный двигатель способен иметь больше лошадиных сил, чем больший по объему атмосферный мотор.
Охлаждение турбированного двигателя отличается от охлаждения атмосферного. Прежде всего, в таких двигателях вместо радиатора применяется специальное устройство – интеркуллер. Он представляет собой тот же радиатор, однако в нем, вместо ОЖ циркулирует воздух. Иногда интеркуллер может дополняться вентилятором, для эффективности охлаждения потоком воздуха.
Видео — Работа ДВС как работает турбонаддув
Преимущества и недостатки турбированного двигателя
Как и любой другой двигатель, турбированный тоже обладает своими преимуществами и недостатками.
Преимущества:
1. Самое главное преимущество турбированного двигателя – высокая мощность. Пожалуй, это главная цель, которую получили при минимальном изменении конструкции двигателя. При одинаковом объеме с атмосферным двигателем, турбированный может выдавать мощность и крутящий момент на 70 процентов больше.
2. Турбокомпрессор позволяет снизить содержание вредных веществ в выхлопном газе, что делает такой двигатель намного экологичнее. Это связано с тем, что воздух в цилиндрах сгорает намного эффективнее и полностью, в связи с этим, количество выхлопных газов уменьшается, а то и вовсе пропадает по пути в компрессор.
3. Двигатель, оборудованный турбиной, имеет низкий уровень шума, в отличие от атмосферного аналога.
4. Турбированный двигатель можно установить практически на любой автомобиль. Это связано с тем, что его конструктивные особенности мало чем отличаются от обычного ДВС. А значит, при равном объеме, они имеет такие же габариты, что позволяет монтировать его на те же крепежные элементы. Данное свойство касается как бензиновые, так и дизельные двигатели.
Недостатки:
1. Пожалуй, это самый логичный недостаток из всех – повышенный расход топлива. Дело в том, что при потреблении большего объема воздуха, необходимо и соответствующее количество топлива. Решить эту проблему невозможно, так как двигатель, раскручиваясь быстрее, будет самостоятельно закачивать требуемый уровень топлива.
2. Очень большие трудности в эксплуатации. Они связаны с высокой чувствительностью качества топлива и моторного масла. Если атмосферный двигатель менее привередлив к этим показателям, то турбированный может запросто выйти из строя.
3. В дополнение ко второму недостатку можно отметить очень низкий срок службы масло и его фильтра. Дело в том, что турбированный двигатель строится на основе обычного ДВС, а значит, рассчитан на такой же пробег и количество оборотов. Так как турбированный двигатель чаще работает на повышенных оборотах, соответственно масло быстрее теряет свои свойства.
4. Большие цены. Суть данного вопроса начинается с того, что цена на турбину и ее комплектующие изделия достаточно высокая. Соответственно турбокомпрессор очень дорого ремонтировать, что не каждому по карману.
5. Есть некоторые особенности охлаждения турбины после долгой поездки. Дело в том, что она достаточно сильно перегревается и может остыть только на холостых оборотах. Поэтому, прежде чем глушить двигатель, ему дают поработать еще около двух минут.
6. Двигатель с турбокомпрессором в сборе стоит дороже своего атмосферного аналога на 20-30 процентов.
Как правильно эксплуатировать турбированный двигатель?
Если соблюдать все правила эксплуатации, то двигатель, оснащенный турбокомпрессором, может прослужить около 500 тысяч километров. Известны случаи, когда двигатель «переживал» собственный автомобиль. Кузов сгнивал, а мотор устанавливали на другой автомобиль и продолжали эксплуатировать.
- Заливайте в бензобак только самое качественное топливо. Не заправляйтесь на сомнительных заправках. То же самое относится и к моторному маслу. Некачественное масло очень быстро приведет к дорогостоящему ремонту турбированного двигателя. Помимо этого, необходимо чаще проверять уровень масла.
- Работа на холостых оборотах, которые превышают нормируемые значения, дольше 30 минут недопустима. Если у вас холостые обороты выставлены на слишком больших или малых значениях, обязательно отрегулируйте карбюратор или перепрограммируйте систему впрыска топлива.
- После каждого запуска турбированного двигателя, его необходимо прогревать не менее двух минут. Только затем можно начинать движение.
- Если после длительной поездки вы решили остановиться, то не глушите двигатель сразу. Необходимо выждать время, пока на холостых оборотах остынет турбокомпрессор (порядка 2-3 минут) и только после этого выключайте зажигание.
- Всегда своевременно проводите мероприятия, касающиеся технического обслуживания двигателя. Здесь имеется ввиду замена масла, расходных материалов.
Вот так устроен турбированный двигатель. Если вы не боитесь всех сложностей эксплуатации и повышенного расхода топлива, то можете без проблем установить на свой автомобиль подобный агрегат. Однако стоит отметить, что если вы планируете установку такого двигателя на свой автомобиль, то необходимо соответствующее переоформление двигателя в органах ГИБДД.
Перед покупкой автомобиля каждый из нас предстает перед массой дилемм, необходимо выбирать между производителями, марками и моделями автомобилей, различными комплектациями, и самое главное, между силовыми агрегатами. Распространенный вопрос: «Что лучше, дизель или бензин?», по популярности может конкурировать разве что с вопросом: «Что лучше выбрать, турбину или атмосферник?». Сегодня в нашей рубрике постоянных дилемм мы поднимем актуальный вопрос о том, автомобиль с каким двигателем лучше покупать — атмосферник или турбированный, поговорим о преимуществах и недостатках каждого из них для того чтобы ваш выбор был более простым и правильным. Прежде всего необходимо уяснить один важный момент, дело в том, что нельзя сказать однозначно, что лучше турбина или атмосферник, и тот и другой имеет свои «плюсы» и «минусы». Итак, давайте по порядку… Преимущества и недостатки атмосферного двигателяПервым делом для тех кто не в курсе я расскажу, что такое атмосферник. Атмосферником принято называть обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который использует для образования топливно-воздушной смеси воздух из карбюратора или инжектора (1 часть бензина к 14 частям воздуха). С появлением турбомоторов выбор автомобиля усложнился, поскольку водители начали все больше «соблазняться» более мощными турбированными агрегатами, отдавая им предпочтение перед обычными ДВС. Однако есть также и те, кто все же не решается покупать турбину ввиду отсутствия знаний или опыта эксплуатации этого двигателя. Атмосферный двигатель: преимуществаК несомненным достоинствам атмосферных двигателей относят:
Атмосферный двигатель: недостаткиКак и все в этом Мире, атмосферные двигатели не лишены недостатков. К таким можно отнести большой вес двигателя, меньшую мощность по сравнению с турбомотором аналогичного объема, снижение мощности при езде в горной местности или других местах, где воздух разрежен. Кроме всего прочего, атмосферник уступает турбированному двигателю в динамических показателях. Преимущества и недостатки турбированного двигателяТурбированный двигатель впервые увидел мир в 905 году, а на «легковушки» турбины стали устанавливать только в середине 20-го века. Принцип двигателя оснащенного турбиной заключается в том, что турбина рационально использует выхлоп автомобиля, посредством которого происходит нагнетание дополнительного воздуха в цилиндры, который способствует лучшему сгоранию топливно-воздушной смеси. Как вы знаете, чем больше воздуха, тем лучше будет гореть, по тому же принципу устроен и турбомотор, турбина под высоким давлением нагнетает воздух в цилиндры, благодаря чему сгорание топливной смеси происходит с большим КПД, в результате двигатель получает больше мощности минимум на 10%. Турбированный двигатель: преимуществаК плюсам турбированных моторов (по сравнению с атмосферными аналогами) относят:
Турбированный двигатель: недостаткиСреди недостатков турбированных моторов больше эксплуатационных минусов. Во-первых, двигатель с турбиной более привередлив к качеству топлива и моторного масла. Кроме того, на таких двигателях срок службы смазывающих и фильтрующих элементов гораздо меньше чем у атмосферников, примерно в 1,5-2 раза, это объясняется более сложными условиями работы при высоких температурах. Владельцам турбированных моторов следует более тщательно следить за уровнем и состоянием фильтров и масла, и производить их замену в строгом соответствии с указаниями производителя двигателя. Не менее важно состояние воздушного фильтра, забитый или поврежденный фильтр ухудшает работу компрессора и может стать причиной его неисправности. К недостаткам турбодвигателя следует также отнести его «прожорливость». Турбина, по сравнению с атмосферником аналогичного объема, будет «кушать» больше топлива. Кроме того, турбомотор имеет меньший моторесурс чем атмосферный двигатель. Турбина со временем изнашивается, особенно если владелец не владеет навыками эксплуатации таких двигателей. К примеру, турбомотору после остановки автомобиля необходимо дать немного поработать на холостых, чтобы турбина остыла и только после этого можно глушить двигатель. Стоимость ремонта турбированного двигателя обойдется намного дороже чем ремонт атмосферника, кроме того желающих выполнить этот ремонт не так уж много, некоторые специалисты вообще отказываются ремонтировать турбомоторы. Те же, кто берется, иногда выполняют ремонт некачественно, в результате двигатель работает с перебоями или со временем турбодвигатель снова выходит из строя. Как же расход топлива?Если вы внимательно прочитали о плюсах и минусах обоих моторов (атмосферного и турбированного), то вас удивило то, что мы ничего не рассказали о расходе топлива. На этом вопросе стоит остановиться несколько подробнее. Попробуем разобраться, какой мотор является более экономичным. Сначала сравним два двигателя с одинаковым объемом (например, 1,4 литра). Атмосферный мотор будет расходовать в среднем около 6÷7 л на 100 км пробега, а трубированному потребуется уже 8÷9 литров. Однако при этом он развивает мощность в 1,5 раза большую, чем атмосферный. Вывод: при одинаковом рабочем объеме «атмосферник» значительно экономичнее (ведь он не только «ест» меньше топлива, но и использует более дешевый бензин), однако значительно уступает турбированному по мощности. Теперь проведем сравнение расхода топлива у моторов с одинаковой мощностью (например, около 140÷150 лс). Столько «лошадок» под капотом обычно имеет атмосферный мотор объемом 2,0 литра или турбированный двигатель объемом 1,4 литра. В городском цикле расход у обычного двигателя составит около 12÷14 литров на 100 км, у турбированного – все те же 8÷9 литров. Вывод: даже учитывая меньшую стоимость бензина, необходимого для нормальной эксплуатации атмосферного двигателя, мотор с турбо наддувом значительно экономичнее.
Автомобиль с каким двигателем лучше выбратьОбе разновидности моторов имеют как свои достоинства, так и недостатки. Поэтому нельзя однозначно сказать какой из них лучше. Если вы поклонник агрессивной езды, быстрого старта с места, любите драйв и готовы к значительным затратам на обслуживание, то выбор однозначен – автомобиль с турбированным двигателем. Однако, склоняясь к такому выбору, надо помнить о том, что мотор вашего транспортного средства (а особенно турбина) «проживет» значительно меньше, чем атмосферный аналог. К тому же вы должны быть уверены, что в своем регионе вы без труда сможете приобрести топливо высокого качества, а также специальные синтетические масла. Если для вашего стиля езды характерны спокойствие, предусмотрительность и осторожность, и к тому же вы практичный и бережливый человек, то излишки мощности турбированного двигателя вам просто не нежны. А вот надежность, простота в обслуживании и долговечность атмосферного мотора, позволят значительно сэкономить затраты на его повседневную эксплуатацию. Источники: avto-moto-shtuchki.ru, vopros-avto.ru и др. Не забываем! Всё ремонтируется, вопрос остается только в выборе СТО. Этот выбор только за Вами! Читайте также: Принцип работы турбины, какие типы бывают? Плюсы турбомоторов. |
Начнем с того, что сегодня все большее число мировых автопроизводителей на своих моделях практикует установку турбированных двигателей. И речь идет не о дизелях, где турбина, безусловно, является обязательным элементом, а о бензиновых моторах. Другими словами, стало заметно, что простых атмосферных двигателей на бензине в последнее время становится все меньше.
Казалось бы, так и должно быть, ведь прогресс не стоит на месте, а турбомоторы хорошо известны своей высокой мощностью при сравнительно небольшом рабочем объеме. Однако на деле не все так просто. Водители и автомеханики делают отдельный акцент на том, что при выборе между атмосферным и турбированным двигателем будущему владельцу нужно хорошо подумать и взвесить все «за» и «против».
Далее мы рассмотрим основные преимущества и недостатки турбированного бензинового двигателя, а также поговорим о том, в каких случаях целесообразно купить такой мотор, а когда от подобного приобретения лучше полностью отказаться в пользу атмосферного ДВС.
Содержание статьи
Развитие турбомоторов
Прежде всего, значительную популяризацию двигателей с турбонаддувом можно наблюдать именно в наши дни. При этом турбированный двигатель появился немного позже после того, как в широкие массы пошел и сам ДВС. Впервые силовую установку оснастили турбиной в 1905 г. Однако на легковые автомобили моторы с наддувом начали ставить только ближе к 1960 годам.
Что касается дизельного двигателя, турбокомпрессор медленно и уверенно приживался на такой технике, однако с бензиновыми аналогами ситуация сложилась с точностью до наоборот. Если коротко, турбомоторы на бензине по причине целого ряда индивидуальных особенностей не отличались особой надежностью, а также имели высокую начальную стоимость.
Вполне очевидно, что не только покупка, но также обслуживание и содержание этих ДВС получалось слишком дорогим. По этой причине бензиновый турбодвигатель до относительно недавнего времени являлся большой редкостью и обычно устанавливался только на дорогие версии премиальных моделей и спортивные авто.
Однако в дальнейшем развитие технологий и одновременное ужесточение экологических норм и стандартов заставило производителей вновь обратить внимание на турбокомпрессор для бензиновых ДВС. Результатом стало активное внедрение турбин на современные моторы.
Турбированные бензиновые двигатели: сильные и слабые стороны
Итак, хорошо известно, что турбина на бензиновый двигатель или дизель позволяет нагнетать воздух в камеру сгорания принудительно и под давлением. Чем больше воздуха поступает в цилиндры, тем больше горючего можно сжечь, причем нет необходимости физически увеличивать размеры самой камеры сгорания.
Решение позволяет сделать такой мотор более мощным и приемистым, при этом двигатель получается компактным. Дело в том, что подобно объему, не нужно увеличивать количество цилиндров. Другими словами, не увеличиваются габариты силовой установки, а также не происходит значительного прироста в весе, однако мощность двигателя значительно возрастает.
Также следует отметить, что если сравнивать турбомотор с атмосферным аналогом, который имеет аналогичную мощность, агрегат с турбиной окажется более экономичным и экологичным по сравнению с безнаддувным вариантом.
- Общий принцип работы турбокомпрессора состоит в том, что выхлопные газы, которые образуются во время работы двигателя, вращают турбинное колесо. За счет этого вращается и компрессорное колесо, которое нагнетает воздух во впуск.
В результате турбомотор становится мощнее атмосферных аналогов на 20-30% и более (что зависит от степени наддува). Турбированный двигатель способен обеспечить лучшие показатели крутящего момента, а также является более экологичным решением, так как топливо сгорает в цилиндрах более полноценно.
Еще стоит отметить, что тяга у такого двигателя ровная и доступна на низких оборотах. Другими словами, отсутствует необходимость сильно раскручивать мотор для интенсивного ускорения или быстрого старта с места.
Итак, в списке основных плюсов можно выделить:
- Компактность и вес;
- Сниженную токсичность;
- Меньший расход горючего;
- Высокий показатель крутящего момента;
- Ровную «полку» момента в широком диапазоне оборотов;
Минусы турбированных двигателей на бензине
Прежде всего, установка турбонаддува предполагает более сложную конструкцию ДВС. Даже с учетом того, что сама турбина по размерам небольшая и является готовым решением в корпусе, в общей схеме обязательно присутствуют дополнительные элементы в виде интеркулера и ряда других устройств. Сам турбодвигатель также дороже в производстве, так как высокие нагрузки предполагают использование более прочных и жаростойких деталей.
Также не следует забывать о некоторых сложностях в эксплуатации данного типа ДВС. Отметим, что бензиновые двигатели с турбиной имеют более высокую склонность к появлению детонации. Это значит, что моторы весьма чувствительны к качеству топлива, особенно если принимать во внимание ситуацию на территории СНГ.То же самое можно сказать и о моторном масле. Выбор масла для турбированного двигателя ограничивается небольшим списком, в который входят специальные масла. Более того, масло и фильтры нужно менять чаще (желательно каждые 5-6 тыс. км.). Дело в том, что масло из двигателя также смазывает турбину, которая, в свою очередь, сильно разогревается.
Не трудно догадаться, что при высоких температурах смазочный материал быстро теряет свои свойства. Также в обязательном порядке необходимо регулярно менять воздушный фильтр, так как его загрязнение сразу приводит к ощутимому снижению производительности турбокомпрессора и ДВС.
Еще в рамках практической повседневной эксплуатации турбодвигатели обычно расходуют больше бензина, так как водитель привыкает ездить более динамично с учетом возможностей такого мотора.
Главным же минусом можно считать срок службы самого турбокомпрессора, причем на бензиновых двигателях ресурс турбины заметно ниже, чем на дизелях. Причина — более высокие температуры отработавших газов. Стоимость качественной турбины составляет, в среднем, от 1000 у.е. и более.Что касается ремонта, далеко не каждый сервис способен выполнить эту работу грамотно с предоставлением официальных гарантий, а также сама сумма квалифицированного ремонта турбин может доходить до 40-60% от ценника за новую деталь.
Еще следует отметить, что на многих двигателях с наддувом присутствует эффект так называемой турбоямы. Под турбоямой следует понимать характерный провал, когда машина сначала достаточно «вяло» реагирует на нажатие педали газа и не разгоняется, а потом появляется резкий подхват.
Происхождение этого явления объясняется тем, что на низких оборотах коленвала энергии выхлопных газов недостаточно для эффективного раскручивания турбины, что закономерно приводит к недостаточной подаче воздуха для получения нужной отдачи от мотора.
Наконец, ресурс самих двигателей с турбонаддувом зачастую небольшой и оставляет, в среднем, около 200-250 тыс. км. до капитального ремонта. При этом качественно отремонтировать турбомотор получается заметно дороже, чем простой рядный атмосферник.
Подведем итоги
Сегодня производители автомобилей предлагают потребителю бензиновые и дизельные двигатели. Что касается бензиновых версий, они могут быть как атмосферными, так и с наддувом. При этом турбонаддув может использоваться на рядных, оппозитных, V-образных моторах и т.д.
Обратите внимание, рассмотренные выше плюсы и минусы турбированного бензинового двигателя наглядно отражают тот факт, что атмосферный ДВС во многих случаях может оказаться более предпочтительным вариантом.
Атмосферный мотор имеет больший ресурс, его проще и дешевле обслуживать, такой агрегат менее требователен к качеству бензина и смазки, не так склонен к детонации и перегревам. Если же говорить о меньшем расходе топлива на моторах с турбокомпрессором, то и в этом случае не все так однозначно.Дело в том, что снижения расхода топлива за счет турбины и большей мощности редко удается добиться на практике. Особенно это утверждение справедливо в том случае, если говорить о бензиновых ДВС с турбонаддувом.
Зачастую многие владельцы таких авто в СНГ сознательно выбирают турбодвигатель, так как намерены ездить быстро и достаточно агрессивно, а сам автомобиль к этому располагает. В результате формируется характерный стиль езды и получается так, что водитель, а не машина, расходует, в среднем на 15-30% топлива больше в городском или смешанном цикле.
При этом для автолюбителей, которые практикуют спокойный стиль езды, мощность турбодвигателя вполне может оказаться попросту избыточной. В этом случае и повышенные затраты на содержание такого двигателя окажутся неоправданными. Другими словами, владелец фактически не будет использовать весь имеющийся потенциал силовой установки в полном объеме, при этом все равно нужно будет заливать дорогой бензин, чаще менять моторное масло и т.д.
Читайте также
список проблемных двигателей — журнал За рулем
Надо ли бояться двигателей с турбонаддувом? «За рулем» объясняет причины их ненадежности и развеивает мифы.
Материалы по теме
Анализ вторичного рынка не оставляет сомнений: россияне при покупке автомобиля в подавляющем большинстве случаев выбирают машины с атмосферным двигателем. Хотя при сопоставимых ценах турбомотор экономичнее и мощнее.
Сказанное в большей степени относится к автомобилям по умеренной цене. В премиум-сегменте предпочтения выражены не столь очевидно — обеспеченные покупатели не чураются даже битурбодвигателей.
Главные неудачники
В Европе «эффект турбостраха» не наблюдался — переход на «турбо» происходил постепенно и плавно, хотя в 1980‑е сами турбины были весьма капризными. В СССР таких моторов никогда не было, отсюда и недоверие. Чужая, незнакомая вещь — непонятно, как и где ее чинить, случись что. Поначалу в России были ощутимые трудности с ремонтом турбомоторов (и дизелей тоже). Специализированные сервисы по турбомоторам и их компонентам появились не сразу. Да и там дорогостоящий ремонт не всегда гарантирует качество.
Материалы по теме
Между тем с приходом экологических норм Евро‑5 (в Евросоюзе — с 2009 года) моторы с наддувом стали самым простым и эффективным решением для всех производителей. А Евро‑6 оказался и вовсе труднодостижимым уровнем для атмосферников.
Мощная волна даунсайзинга (сокращение рабочего объема моторов и уменьшение их габаритов при повышении производительности, часто с помощью турбонаддува) поднялась лет пятнадцать назад. Всего двадцатью годами ранее литровая мощность под 100 л.с./л встречалась только у спортивных машин. Сегодня это обыкновенный показатель для относительно простых и массовых моделей.
На этой волне практически все заводы выпустили множество турбомоторов. Часть из них оказались не слишком удачными. То ли недостаток инженерного опыта сказался (все новые двигатели намного сложнее предыдущих), то ли поспешность разработок. Список общепризнанных «неудачников» довольно длинный. Выборочно: трехцилиндровый опелевский 1.0 R3, Ford 1.0 EcoBoost, сильно страдавший перегревами, «Инновация 2007 года» 1.4 TSI/TFSI Volkswagen/Audi, моторы BMW семейств N45 и N46 периода 2001–2011 годов, обладатель многих премий «Двигатель года» 1.6 THP (EP6), созданный концерном PSA совместно с BMW и получивший имя собственное Prince (Принц). Локальные проколы случались и у Мерседеса, и у Тойоты, и у Рено. У всех турбоновинок были передовые характеристики, но это сопровождалось снижением надежности.
Преждевременно и скоропостижно из строя выходят, разумеется, не все поголовно двигатели некоего семейства или серии, а только отдельные экземпляры. Постепенно накапливается статистика: что чаще всего ломается и почему. Тысячи остальных точно таких же двигателей успешно отрабатывают заявленный ресурс — и даже больший, но репутация в итоге портится у всех.
Главные проблемы
Что произошло? Мотористы под давлением экологических нормативов вынужденно избрали невыгодный с точки зрения надежности путь — сочетание увеличения давления в цилиндрах (рост температур и механических нагрузок) с облегчением шатунно-поршневой группы (уменьшение размеров и массы элементов ради снижения инерционных нагрузок). Сократился расчетный запас прочности многих нагруженных деталей — по некоторым оценкам, примерно на 40%. Это сопровождалось общим усложнением конструкции с той же целью оптимизации процесса сгорания топлива и минимизации вредных выбросов. Например, бээмвэ-пежо-ситроеновский Prince, дебютировавший на Mini, совместил в себе несколько передовых решений — турбину Twin-Scroll, систему изменения фаз газораспределения, непосредственный впрыск, систему охлаждения с умным насосом и управляемым термостатом.
Материалы по теме
Проблемы у многих турбодвигателей разных фирм оказались если не идентичными, то схожими. Неэффективные и не доведенные системы смазки и, как следствие, склонность к масляному голоданию, нередко одновременно с масложором (до литра на тысячу километров). Высокие термонагруженность (приводящая к ускоренной деградации резиновых и пластиковых деталей) и чувствительность к качеству топлива и октановому числу (некоторым двигателям даже АИ‑95 противопоказан). Вкупе с небрежным отношением к обслуживанию мотора суммарным проявлением становились нагар на форсунках и клапанах, отложения в цилиндрах и масляных каналах. Результат загрязнений — от течей «всего и везде» до деформации клапанов, прогорания поршней, задиров цилиндров и распредвалов.
Иногда всё это усугублялось низким ресурсом цепного привода ГРМ: цепь растягивалась намного раньше ожидаемого срока — именно на турбоверсиях, а на атмосферниках точно такой же узел работал нормально. Растянувшаяся цепь могла перескочить на несколько зубьев, что приводило к встрече поршней с клапанами.
Многие агрегаты этого «нехорошего» поколения в Россию официально не ввозили. Но остальных с лихвой хватило, чтобы накопить определенный скепсис ко всем турбированным моторам — при активном обсуждении в интернете, где негатив как обычно подается с большим преувеличением, а позитив гораздо менее интересен.
Турбодизели этап даунсайзинга пережили более благополучно, чем бензиновые собратья. Те же наклонности у них проявлялись в меньшей степени. Правда, добавлялись индивидуальные проблемы в системе питания: некорректная работа засоренных форсунок приводила к разнообразным фееричным финалам.
Как с этим жить?
Материалы по теме
Теперь уже очень просто. К 2010–2012 годам все проблемные моторы обстоятельно модернизировали и довели до приемлемого состояния. Чаще и масштабнее всего совершенствовали систему смазки, привод ГРМ (вплоть до перехода с цепи на ремень), материалы и конструкцию поршней и колец.
А к 2015‑му практически все «жертвы даунсайзинга» получили замену в виде двигателей новых серий и поколений, в которых прежние недочеты в целом учтены и исправлены. Сегодняшний фольксвагеновский 1.4 TSI — сильно другой и в кошмарных болезнях не уличен. У Принца 1.6 THP также мало общего осталось с первоначальным вариантом, и его до сих пор выпускают (в Китае, для местных компаний) как новое семейство.
Пробе
Что такое турбодвигатель и как он работает?
Мы все слышали о турбодвигателях, но сколько вы знаете о том, как они работают? В этом руководстве мы рассмотрим все плюсы и минусы турбокомпрессоров, от их преимуществ и недостатков до того, как они отличаются от двигателей без наддува.
Что такое турбокомпрессор?
Турбокомпрессор — это компонент, состоящий из турбины и воздушного компрессора, который используется для сбора выхлопных газов, выбрасываемых из двигателя. Он нагнетает больше воздуха в цилиндры, помогая двигателю вырабатывать больше энергии.
Как они работают?
Турбины состоят из вала с турбинным колесом на одном конце и компрессорного колеса на другом. Они закрыты корпусом в форме улитки с впускным отверстием, в которое отработавшие выхлопные газы попадают под высоким давлением. Когда воздух проходит через турбину, турбина вращается, и компрессор вращается вместе с ней, всасывая огромное количество воздуха, который сжимается и выходит из выпускного отверстия.
Труба подает этот сжатый воздух обратно в цилиндры через промежуточный охладитель, который охлаждает воздух до того, как он достигает цилиндров.Поскольку турбины работают на таких высоких скоростях (до 250 000 об / мин), они, как правило, имеют систему масляного охлаждения, чтобы они не работали слишком жарко. Большинство систем также содержат клапан, известный как «перепускной клапан», который используется для отвода избыточного газа из турбонагнетателя, когда двигатель создает слишком большую форсировку, предотвращая повреждение турбины путем ограничения ее скорости вращения.
Двигатели с турбонаддувом отличаются от стандартных двигателей тем, что они используют отработавшие выхлопные газы, чтобы втянуть больше воздуха во впускной клапан.В то время как двигатели без наддува полагаются на естественное давление воздуха для всасывания воздуха в двигатель, турбины ускоряют этот процесс, производя энергию более экономно.
Каковы преимущества турбо?
Турбокомпрессорыобладают рядом преимуществ, поэтому они так популярны на современных автомобилях. Здесь мы перечислим основные плюсы двигателя с турбонаддувом.
Мощность
Турбины производят больше энергии в двигателях того же размера. Это потому, что каждый ход поршня генерирует больше мощности, чем в безнаддувных двигателях.Это означает, что теперь все больше автомобилей оснащаются двигателями меньшего размера с турбонаддувом, заменяя более крупные и менее экономичные агрегаты. Хорошим примером этого является решение Ford заменить свой стандартный бензиновый двигатель объемом 1,6 л на 1-литровый турбированный агрегат, который он называет EcoBoost.
Экономия
Поскольку турбонагнетатели могут вырабатывать ту же мощность, что и большие, безнаддувные двигатели, это открывает путь для использования меньших, более легких и более экономичных двигателей. Теперь все современные дизельные автомобили оснащены турбокомпрессором, что повышает экономию топлива и снижает выбросы.
Крутящий момент и производительность
Даже на самых маленьких двигателях турбокомпрессоры производят больший крутящий момент, особенно ниже диапазона оборотов. Это означает, что автомобили извлекают выгоду из сильной, быстрой работы, которая хороша в городе и помогает двигателю чувствовать себя более усовершенствованным на высоких скоростях на автомагистралях и дорогах. На низких скоростях небольшие двигатели с турбонаддувом могут опережать автомобили, оснащенные большими, безнаддувными двигателями из-за крутящего момента, который они производят.
Тихие двигатели
Поскольку воздух в двигателе с турбонаддувом фильтруется через большее количество труб и компонентов, шум на впуске и выпуске уменьшается и улучшается, что обеспечивает более тихий и плавный шум двигателя — возможно, одно из самых неожиданных преимуществ двигатель с турбонаддувом.
И каковы недостатки?
Хотя турбины становятся все более популярными, у них есть некоторые подводные камни, которые мы перечислили ниже.
Дорогие затраты на ремонт
Турбокомпрессоры увеличивают сложность двигателя, а под капотом находится целый ряд других компонентов, которые могут выйти из строя или вызвать неисправности. Эти проблемы могут быть дорогостоящими, чтобы решить их, и могут оказать влияние на другие компоненты, если они выходят из строя.
Turbo Lag
Turbo Lag — это кратковременная задержка реакции после нажатия дроссельной заслонки, которая может возникнуть, когда двигатель не вырабатывает достаточно выхлопного газа, чтобы достаточно быстро вращать турбину впуска турбины.Это действительно происходит только тогда, когда автомобиль движется агрессивно или из закрытого положения дроссельной заслонки. В автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками производители предотвращают отставание от турбокомпрессора, добавляя два турбонагнетателя различной геометрии, а не один большой с одной турбиной.
Эффективность и стиль вождения
Для достижения заявленных показателей эффективности двигателя с турбонаддувом требуется тщательный контроль дроссельной заслонки, при котором акселератор не нажимается слишком сильно. Когда турбокомпрессор находится в режиме «наддува», цилиндры сжигают топливо быстрее, что приводит к снижению эффективности.Водителям, переезжающим из безнаддувного автомобиля на модель с турбонаддувом, может потребоваться изменить стиль вождения, чтобы сохранить хорошую эффективность, особенно при первой поездке.
Откуда приходят турбокомпрессоры?
Первый турбокомпрессор был изготовлен в конце 19 -го -го века немецким инженером Готтлибом Даймлером, но он не получил известность до окончания Первой мировой войны, когда производители самолетов начали добавлять их в самолеты, чтобы обеспечить мощность для двигателей, работающих на более высоких скоростях. высоты, где воздух тоньше.
Турбокомпрессорыне добавлялись в автомобильные двигатели до 1961 года, когда американский производитель Oldsmobile использовал простую турбину для повышения мощности двигателя V8 3,5 л. В 1984 году Saab разработал новую, более эффективную турбо-систему, и эта конструкция, с некоторыми изменениями и модификациями, остается самой популярной конфигурацией турбокомпрессора сегодня.
В Redex наши присадки к топливной системе улучшают рабочие характеристики дизельных и бензиновых двигателей с турбонаддувом и безнаддувными. Используя Redex в каждом топливном баке, вы можете наслаждаться улучшенными характеристиками и здоровьем двигателя.Для получения дополнительной информации посетите домашнюю страницу Redex .
.
Вид в разрезе турбонагнетателя на воздушной фольге с подшипникомТурбокомпрессор или turbo — это газовый компрессор. Он используется для нагнетания воздуха в двигатель внутреннего сгорания. Турбокомпрессор — это форма принудительной индукции. Это увеличивает количество воздуха, поступающего в двигатель, чтобы создать больше мощности. Турбокомпрессор имеет компрессор с питанием от турбины. Турбина приводится в движение выхлопными газами двигателя.Он не использует прямой механический привод. Это помогает повысить производительность турбокомпрессора.
Ранние производители турбонагнетателей называли их «турбонагнетателями». Нагнетатель — это воздушный компрессор, используемый для нагнетания воздуха в двигатель. Они думали, что, добавив турбину для вращения нагнетателя, получится «турбонагнетатель». Термин вскоре был сокращен до «турбокомпрессор». Теперь это может создать некоторую путаницу. Термин «с турбонаддувом» иногда используется для обозначения двигателя, в котором используется как нагнетатель с коленчатым валом, так и турбонагнетатель с вытяжкой.Это также называется двойной зарядкой.
Некоторые компании, такие как Teledyne Continental Motors, все еще используют термин турбокомпрессор для обозначения своих турбокомпрессоров.
Двигатель создает энергию, сжигая смесь воздуха и топлива. Воздух и топливо помещаются в цилиндры для сжигания. Когда они горят, они толкают поршень вниз. Поршень поворачивает коленчатый вал и создает мощность. Для автомобильных двигателей это измеряется лошадиных сил .
Безнаддувные (безнаддувные) двигатели [изменить | изменить источник]
Двигатель, который не использует турбонагнетатель или нагнетатель, называется безнаддувным или безнаддувным двигателем .Обычно, когда указаны технические характеристики двигателя, это делается только в том случае, если в двигателе используется турбонагнетатель или нагнетатель. Большинство автомобильных двигателей без наддува. Мощность, которую они могут создать, ограничена количеством воздуха, которое поршни могут втянуть в цилиндры.
Двигатели с турбонаддувом [изменить | изменить источник]
Турбокомпрессор — это небольшой насос вентилятора, который вращается вокруг вала. Насос приводится в действие давлением отработавших газов. Турбокомпрессор состоит из турбины и компрессора.Они оба установлены на одном валу. Турбина — это тепловой двигатель. Он преобразует тепло выхлопных газов и давление в вращение. Это вращение используется для поворота компрессора. Компрессор втягивает воздух в воздух. Это сжимает или сжимает воздух. Затем он отправляет воздух в двигатель. Поскольку давление воздуха было увеличено, в цилиндры может попасть больше воздуха и топлива. Это иногда называют , давление наддува . Чем больше топлива нужно сжечь, тем больше мощность может вырабатывать двигатель. Это увеличивает лошадиных сил двигателя.
повреждение двигателя [изменить | изменить источник]
Двигатель может быть поврежден, если давление воздуха в цилиндрах становится слишком высоким. Если в турбину направлено слишком много выхлопных газов, компрессор может создать слишком большое давление. Чтобы этого не произошло, используется стробирующая заслонка . Ворота будут ограничивать количество выхлопных газов, отправляемых в турбину.
Турбокомпрессор был изобретен швейцарским инженером Альфредом Бучи. Его патент был подан в 1905 году. [1] Дизельные суда и локомотивы с турбокомпрессорами начали появляться в 1920-х годах.
Авиация [изменить | изменить источник]
Во время Первой мировой войны французский инженер Огюст Рэйто установил турбокомпрессоры для двигателей Renault, приводящих в движение различные французские истребители с некоторым успехом. [2]
В 1918 году инженер General Electric Сэнфорд Мосс подключил турбокомпрессор к двигателю Liberty . Двигатель был испытан на Пайкс-Пик в Колорадо на 14000 футов (4300 м). Тест должен был показать, что турбонагнетатель может добавить потери мощности самолетов на большой высоте.Двигатели внутреннего сгорания теряют мощность, потому что на большой высоте давление наружного воздуха низкое. Меньше воздуха и топлива можно втянуть в двигатель. [2]
Турбокомпрессорыбыли впервые использованы в производстве авиационных двигателей в 1930-х годах.
Производство автомобилей [изменить | изменить источник]
Двигатель Chevrolet Corvair с турбонаддувом. Турбина, расположенная вверху справа, подает сжатый воздух в двигатель через хромированную Т-образную трубку, охватывающую двигатель.Первый дизельный грузовик с турбонаддувом был построен швейцарским машиностроительным заводом Saurer в 1938 году. [3] Первые серийные автомобильные двигатели с турбонаддувом были выпущены компанией General Motors в 1962 году. Oldsmobile Cutlass Jetfire был оснащен турбонагнетателем Garrett AiResearch и Chevrolet Corvair Monza Spyder с турбонагнетателем TRW. [4] [5] [6]
В 1974 году на Парижском автосалоне Porsche представил 911 Turbo. Это было в разгар нефтяного кризиса. 911Turbo был первым серийным спортивным автомобилем с турбонагнетателем и регулятором давления.Регулятор давления был перепускным воротом. [7] Первыми серийными автомобилями с турбонаддувом были Mercedes 300SD с турбокомпрессором Garrett и Peugeot 604. Оба были представлены в 1978 году. Сегодня большинство автомобильных дизелей с турбонаддувом.
Гоночные автомобили [изменить | изменить источник]
Первый успешный гоночный двигатель с турбонаддувом, по-видимому, был в 1952 году. Фред Агабашян в дизельном двигателе Cummins Special получил право на поул в Индианаполисе 500.Он вел за 175 миль (282 км). Тогда турбо было повреждено обломками шин. Двигатели Оффенхаузера с турбонаддувом впервые появились в Индианаполисе в 1966 году. Их первая победа состоялась в 1968 году с использованием турбокомпрессора Garrett AiResearch. Автомобили с турбонаддувом доминировали на 24 часах Ле-Мана с 1976 по 1988 год, а затем с 2000 по 2007 год.
У «Формулы-1»была «Турбо-эра» с 1977 по 1989 год. Двигатели мощностью 1500 куб. См могли производить до 1500 л.с. (1119 кВт). В 1977 году Renault первым использовал двигатели с турбонаддувом F1.Производительность компенсируется высокой стоимостью. Другие производители двигателей начали строить турбины. Двигатели с турбонаддувом взяли на себя поле F1. Они закончили эпоху Ford Cosworth DFV в середине 1980-х годов. FIA решила, что турбокомпрессоры делают спорт слишком опасным и дорогим. В 1987 году FIA решила ограничить максимальный наддув турбин. В 1989 году турбокомпрессоры были полностью запрещены.
World Rally Car давно предпочитают двигатели с турбонаддувом. Они предлагают очень высокое соотношение мощности к весу.Турбогенератор начал подниматься до уровня автомобилей F1. FIA не запрещала турбо. Они ограничивают турбо-мощность, ограничивая диаметр входного отверстия.
Параллель [изменить | изменить источник]
В некоторых двигателях используются два турбонагнетателя. Они оба будут одинакового размера. Они, как правило, меньше, чем используются на двигателях с одним турбокомпрессором. Они часто используются на двигателях V-типа, таких как V6 и V8. Каждая турбина приводится в действие отдельной выхлопной трубой от двигателя. Поскольку они меньше, они быстрее достигают оптимального уровня.Эта установка турбины обычно называется параллельной системой с двумя турбинами. Первым серийным автомобилем с параллельными двойными турбокомпрессорами был Maserati Biturbo начала 1980-х годов.
Последовательный [изменить | изменить источник]
Некоторые производители автомобилей избегают турбо-задержки (ниже), используя две маленькие турбины. Нормальная настройка — постоянно работать с одним турбо. Секундное турбо начнет работать только на более высоких оборотах. Поскольку турбины меньше, у них не так много турбо-лагов. Второе турбо сможет разогнаться до того, как это потребуется.Эта установка обычно называется последовательным твин-турбо. Porsche впервые применил эту технологию в 1985 году в Porsche 959.
Дизель [изменить | изменить источник]
Турбокомпрессорочень распространен на дизельных двигателях автомобилей, грузовиков, локомотивов, кораблей и тяжелой техники. Дизели особенно подходят для турбокомпрессоров по нескольким причинам:
- Турбонаддув может значительно улучшить мощность двигателя и соотношение мощности к весу.
- Грузовые и промышленные дизельные двигатели обычно работают на максимальной скорости.Это уменьшает проблемы с турбо запаздыванием.
- дизельных двигателей не имеют детонации. Дизельное топливо впрыскивается в конце такта сжатия и воспламеняется от тепла сжатия. Дизельные двигатели могут использовать намного более высокое давление наддува, чем бензиновые двигатели.
Мотоцикл [изменить | изменить источник]
Использование турбонагнетателей для повышения производительности было очень привлекательным для японских строителей в 1980-х годах. Первым примером мотоцикла с турбонаддувом является Kawasaki Z1R TC 1978 года.Он использовал турбо-комплект Rayjay ATP для создания наддува 0,35 бар (5 фунтов). Это повысило мощность с 90 л.с. (67 кВт) до 105 л.с. (78 кВт). Это было только немного быстрее, чем стандартная модель. Несколько других мотоциклов были построены с турбинами. Турбо приложения для мотоциклов повысили свою цену. Небольшой прирост производительности не стоил дополнительных затрат. С середины 1980-х годов ни один производитель не производил мотоциклы с турбонаддувом.
Самолеты [изменить | изменить источник]
Естественное использование турбокомпрессора с авиационными двигателями.Когда самолет поднимается на большую высоту, давление окружающего воздуха быстро уменьшается. Турбокомпрессор решает эту проблему, сжимая воздух до более высоких давлений.
Сжатие воздуха повышает его температуру. Это вызывает несколько проблем. Повышенные температуры могут привести к детонации двигателя из-за повышенной температуры головки цилиндров. Горячий воздух не может сжечь столько топлива, сколько холодный воздух. Это уменьшит выработанную мощность.
Распространенным методом борьбы с горячим воздухом является его охлаждение.Наиболее распространенным способом является использование промежуточного или дополнительного охладителя. Эти кулеры снижают температуру воздуха перед его поступлением в двигатель.
Современные самолеты с турбонаддувом обычно не нуждаются в охлаждении поступающего воздуха. Их турбокомпрессоры, как правило, маленькие, а создаваемое давление не очень высокое. Таким образом, температура воздуха не сильно повышается.
Чтобы запустить нагнетатель, ему нужно отнять мощность двигателя. Мощность, которую он добавляет, больше, чем сила, которую он использует.Турбокомпрессор использует выхлопные газы. Это тепловая энергия, которая будет потрачена впустую.
Надежность [изменить | изменить источник]
Турбокомпрессорымогут быть повреждены грязным или плохим маслом. Большинство производителей рекомендуют более частые замены масла для двигателей с турбонаддувом. Турбокомпрессор нагревается при работе. Многие рекомендуют дать двигателю поработать на холостом ходу несколько минут, прежде чем выключать двигатель. Это дает турбо время остыть. Это увеличит срок службы турбо.
Turbo Lag [изменить | изменить источник]
Время, необходимое для создания необходимого давления в турборежиме, называется турбо-запаздыванием .Это замечено как колебание в ответе двигателя. Это вызвано тем, что выхлопной системе требуется время, чтобы ускорить турбину. Компрессор с прямым приводом в нагнетателе не имеет этой проблемы.
Лаг можно уменьшить, используя более легкие детали. Это позволяет турбине запускаться быстрее. Другие механические изменения могут уменьшить турбозагрузку, но при увеличении стоимости.
,Крис Вудфорд. Последнее обновление: 6 января 2020 г.
Нет такого понятия, как совершенное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, более эффективный или более экологичный. Возьми внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приведенный в действие жидкостью может швырнуть Вас по шоссе или ускорить Вас через небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать.Но это всегда можно построить двигатель, который будет двигаться быстрее, дальше или использовать меньше топлива. Одним из способов усовершенствования двигателя является использование турбокомпрессора -а. пара вентиляторов, которые используют отработанную выхлопную мощность в задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше «ооо», чем вы в противном случае получить. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотрись!
Фото: типичный автомобильный турбонагнетатель использует пару вентиляторов в форме улитки, как это.Здесь вы видите Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делькора любезно предоставлено ВМС США.
Что такое турбокомпрессор?
Фото: два вида безмасляного турбонагнетателя, разработанного НАСА. Фото предоставлено Исследовательский центр Гленна НАСА (NASA-GRC).
Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины с дымящимися выхлопными газами? Очевидно, что выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше Очевидно, что они тратят энергию в то же время.Выхлоп есть смесь горячих газов, откачивающихся со скоростью и всей энергии содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезают бесполезно в атмосферу. Не было бы аккуратно, если бы двигатель Можно ли использовать эту затраченную энергию для ускорения движения машины? Это именно то, что делает турбокомпрессор.
Автомобильные двигатели получают мощность, сжигая топливо в прочных металлических банках, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, поворачивая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается назад, он откачивает отработанный воздух и топливная смесь из цилиндра в качестве выхлопа. Количество силы автомобиль может производить напрямую связан с тем, насколько быстро он сжигает топливо. Чем больше у вас баллонов и чем они больше, тем больше топлива автомобиль может гореть каждую секунду и (теоретически, по крайней мере) быстрее можешь идти.
Один из способов сделать машину быстрее, это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спортивные автомобили как правило, имеют четыре и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычной семейной машине.Другой вариант заключается в использовании турбокомпрессор, который каждую секунду нагнетает больше воздуха в цилиндры, они могут сжигать топливо с большей скоростью. Турбокомпрессор простой, относительно дешевый, дополнительный немного комплекта, который может получить больше мощности от того же двигателя!
Как работает турбокомпрессор?
Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбокомпрессора автомобиля. реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выбрасывает горячий воздух из спины.Так как горячий воздух уходит, он ревет мимо турбины (немного похоже на очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который выталкивает воздух в двигатель заставить топливо гореть правильно. Турбокомпрессор на автомобиль наносит очень принцип, аналогичный поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это раскручивает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбонагнетатель, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он питается от вращающегося коленчатого вала автомобиля. Обычно это недостаток: если турбонагнетатель работает от ненужной энергии в выхлопе, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника питания автомобиля (коленчатого вала), что, как правило, бесполезно.
Фото: сущность турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой поворачивается тоже. Фото любезно предоставлено NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Как работает турбонаддув на практике? Турбокомпрессор — фактически два маленьких воздушных вентилятора (также названный рабочими колесами или газовые насосы) сидят на одном металлическом валу так, что оба вращаются вокруг все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в поток выхлопных газов из цилиндров. Как цилиндры дуют горячий газ мимо лопасти вентилятора, они вращаются и вал, к которому они подключены (технически называется вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) вращается также.Второй вентилятор называется компрессором и, поскольку он сидит на одном валу с турбиной, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, поэтому при вращении он притягивает воздух в машину и выталкивает его в цилиндры.
Теперь здесь есть небольшая проблема. Если вы сжимаете газ, вы делаете его горячее (вот почему велосипедный насос прогревается, когда вы начинаете накачивать шины). Hotter воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше помогает сжигать топливо, поэтому было бы гораздо лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, охлаждался до его поступления цилиндры.Чтобы охладить его, выход компрессора проходит через теплообменник, который удаляет дополнительный нагрев и каналы его в другом месте.
Как работает турбокомпрессор — более пристальный взгляд
Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который направляет воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вот как это все работает:
- Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
- Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
- Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова выдувает его.
- Горячий сжатый воздух из компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
- Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре с большей скоростью.
- Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он вырабатывает энергию быстрее и может передавать больше энергии колесам через поршень, валы и шестерни.
- Отработанный газ из цилиндра выходит через выпускное отверстие.
- Горячие выхлопные газы, проходящие мимо вентилятора турбины, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
- Вращающаяся турбина установлена на том же валу, что и компрессор (показана здесь бледно-оранжевой линией). Таким образом, когда турбина вращается, компрессор тоже вращается.
- Выхлопные газы покидают автомобиль, тратя меньше энергии, чем в противном случае.
На практике компоненты могут быть подключены примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через воздухозаборник, приводя в действие компрессор (синяя слева), который забирает чистый наружный воздух и закачивает его в двигатель. Эта конкретная конструкция оснащена электрической системой охлаждения (зеленого цвета) между турбиной и компрессором.
Artwork: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США №7946118: охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением, выполненного Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выданным 24 мая 2011 года.Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Откуда берется дополнительная сила?
Турбокомпрессоры дают автомобилю большую мощность, но эта дополнительная мощность не поступают непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда смущает людей. С турбокомпрессором, мы используем часть энергии в выхлопе для привода компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо, где автомобиль имеет дополнительную мощность происходит от. Все выхлопные газы питают турбокомпрессор и, потому что турбокомпрессор не связан с коленчатым валом или колесами автомобиля, это не непосредственно , добавляя к движущей силе автомобиля любым способом.Это просто позволяет Тот же двигатель для сжигания топлива с большей скоростью, что делает его более мощным.
Сколько дополнительной мощности вы можете получить?
Если турбокомпрессор даст двигателю большую мощность, больший и лучший турбокомпрессор даст это еще большая сила. Теоретически, вы можете продолжать улучшать турбокомпрессор сделать ваш двигатель все более и более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры очень большие, и они могут сжечь столько топлива. Там только столько воздуха, что вы можете нагнетать в них через впуск определенного размера, и только столько выхлопных газов, которые вы можете выбросить, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для управления турбонагнетателем.Другими словами, в игру вступают другие ограничивающие факторы, которые вы должны принять во внимание. счет также; Вы не можете просто турбировать свой путь в бесконечность!
Преимущества и недостатки турбокомпрессоров
Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и на более или менее любых тип транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус). Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете больше мощности для двигателя одинакового размера (каждый такт поршня в каждом цилиндре вырабатывает больше энергии, чем в противном случае).Однако, чем больше мощность, тем больше энергии вырабатывается в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что это означает, что вы должны также вкладывать больше энергии, поэтому вы должны сжигать соответственно больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него. Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, вырабатывающий ту же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении.Производители теперь часто могут сойти с рук, установив гораздо меньший двигатель на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом вместо V6). И здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: работая хорошо, они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива. Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они имеют тенденцию сжигать его более тщательно и чисто, производя меньше загрязнения воздуха.
« Большинство экспертов отрасли ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, продаваемых в Соединенных Штатах, будут оснащены одним. ”
The New York Times, 2018
Больше мощности для двигателя того же размера звучит замечательно, так почему же не все двигатели с турбонаддувом? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как того требовали производители (стремящиеся воспользоваться какими-либо маркетинговыми преимуществами по сравнению с конкурентами). В одном из исследований Consumer Reports 2013 года были обнаружены небольшие двигатели с турбонаддувом, обеспечивающие значительно более низкую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и сделан вывод: «Не принимайте эко-хвасту от двигателей с турбонаддувом по номинальной стоимости.Существуют более эффективные способы экономии топлива, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность также часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые можно Неправильно. Это может сделать обслуживание турбин значительно дороже. По определению, турбонаддув — это все, что нужно для получения большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к преждевременному выходу деталей из строя; поэтому, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом не работают так долго.Даже вождение может быть разным с турбинами: поскольку турбонагнетатель работает на выхлопных газах, часто существует значительная задержка («турбо-запаздывание») между моментом, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и когда включается турбина, и это может привести к турбокомпрессору. автомобили очень разные (а иногда и очень сложные) для вождения. В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывали частично или полностью электрические турбонагнетатели для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Borg — eBooster®.
Кто изобрел турбокомпрессор?
Кого мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), автомобильный инженер, работающий в компании Gebrüder Sulzer Engine Company, Винтертур, Швейцария. Как и турбокомпрессор, который я проиллюстрировал выше, его оригинальная конструкция использовала вал турбины с приводом от выхлопа для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя. Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.
ОднакоБючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугальд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с использованием двух отдельных цилиндров. Это работало как наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндре, так и количество топлива, которое можно было сжечь. Другие инженеры, включая Луи Рено, Готлиба Даймлера и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.
Произведение искусства: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бучи, выпущенный в конце 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопной газ из цилиндра подается вокруг трубы (зеленого цвета), которая приводит в движение турбину. Это связано с оранжевым «нагнетателем» (компрессор) и охладителем (синяя коробка), который выталкивает воздух в цилиндр через синюю трубу.Существуют и другие сложные элементы, но я не буду вдаваться во все детали; если вам интересно, взгляните на патент США №1955620: двигатель внутреннего сгорания (подается через патенты Google). Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Узнайте больше
На этом сайте
Книги для пожилых читателей
Книги для младших читателей
- Car Science Ричардом Хаммондом.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет науку, которая заставляет ваш автомобиль работать (в возрасте 9–12).
Статьи
- Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание. Аарон Турпен, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
- Прыжки с турбонаддувом от ипподрома до Куль-де-Сак. Автор Stephen Williams. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью двигателя современного автомобиля.
- Маленький вентилятор, который решает самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Alex Davies.Wired, 24 августа 2017 года. Быстрый просмотр eBooster от BorgWarner.
- Как сделать турбодвигатели более эффективными? Просто добавь воды от Ника Чапа. The New York Times, 29 сентября 2016 года. Bosch возрождает идею распыления воды в цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
- Автопроизводители считают, что турбины являются мощным путем к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 года. Почему такие производители, как Ford и BMW, активно продвигают турбодвигатели.
- 50 лет назад турбокомпрессор был прорывной технологией Джима Кошка. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как рано турбокомпрессоры в конце концов преодолели свои проблемы с зубами?
- Если вы не водите турбо, вы скоро станете Чаком Скватриглием. Wired, 24 сентября 2010 года. Ожидается, что к 2015 году число автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы получения более высоких характеристик от небольших двигателей.
- Turbo приветствует свои зеленые верительные грамоты от Jorn Madslien.BBC News, 11 октября 2009 года. Турбины заставляют машины двигаться быстрее; они также могут сделать их «более зелеными», улучшив расход топлива.
Патенты
Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — это хорошее начало. Вот Вот некоторые недавние патенты на турбонагнетатели, которые стоит проверить:
- Патент США №1955620: двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выданный 17 апреля 1934 года. Ранний турбодвигатель, разработанный самим изобретателем турбонагнетателей.
- Патент США № 2,309,968: Управление и способ управления турбокомпрессором, Ричард Дж. Ллойд, Garrett Corporation, выданный 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
- Патент США № 4 083 188: Система турбонагнетателя двигателя от Emerson Kumm, Garrett Corporation, выдана 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низким сжатием.
- Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением, выполненное Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 года.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.
Что такое двигатель с турбонаддувом?
Когда-нибудь начался пожар? Или видел, как Беар Гриллс начал один? Как только тлеющие угли исчезнут, вы заметите, что легкое воздух — это то, что нужно для того, чтобы он превратился в полноценное пламя.
Вот как турбокомпрессор влияет на двигатель. Это увеличивает объем и скорость воздуха, поступающего в двигатель, так что он производит больше энергии.
Вот что вам нужно знать о турбо:
Как работает турбо?
Не удивительно, учитывая то, что он делает, он выглядит как фен и сидит под капотом.Воздух втягивается снаружи с одного конца и, когда он движется, сжимается рабочим колесом, вращающимся с очень высокой скоростью. Огромное количество высокоскоростного воздуха, который он производит, выходит из рабочего колеса и сбивает другой конец турбины в двигатель, где он смешивается с топливом, создавая больший удар и большую мощность.
Это довольно умно, но все же умнее то, что рабочее колесо работает не от двигателя, а от выхлопных газов, образующихся при детонации топлива и воздуха.По сути, турбо превращает ненужную энергию в энергию.
Какие двигатели используют турбо?
В течение многих лет турбонаддув использовался главным образом в бензиновых двигателях. Однако, когда дизельные двигатели завоевали популярность, они стали использоваться и в них.
Сегодня почти все дизельные двигатели с турбонаддувом. Тем временем бензиновый турбонаддув сейчас возвращается.
Почему автопроизводители предлагают больше бензиновых турбо двигателей?
Производители автомобилей вынуждены сокращать выбросы автомобилей и улучшать расход топлива.Ранее турбонаддув использовался для ускорения движения автомобилей и сжигания большего количества топлива.
Сегодня, однако, он используется для того, чтобы сделать небольшие двигатели более мощными при низких оборотах. В результате они сжигают меньше топлива, являются более чистыми и экономичными, но при этом чувствуют себя более мощными при нормальной скорости движения.
Как узнать двигатель с турбонаддувом?
Двигатели с турбонаддувом выпускаются под различными названиями. Дизельные турбины часто обозначаются как TDI или TDi, сокращенно от прямого впрыска с турбонаддувом.
Одна из самых известных небольших бензиновых турбин — это двигатели Ford семейства EcoBoost, которые можно найти на моделях, включая Fiesta и Focus. Семейство турбо бензиновых двигателей Renault TCe, найденное в Clio и Captur, является другим. Nissan маркирует свои турбо бензины DIG-T, ожидайте найти их в кроссоверах Juke и Qashqai.
Насколько мощнее двигатели с турбонаддувом?
Выходные мощности отличаются в зависимости от модели, но на примере Ford Fiesta она наименее мощная 1.0T EcoBoost с бензиновым двигателем с турбонаддувом развивает 100 л.с., но намного больше тягового усилия, называемого крутящим моментом, который вы ощущаете как толчок в спину при очень низких оборотах двигателя. Это делает легкую работу обгона и может перейти от 0-62 миль в час через 10.5 секунд.
Альтернатива — новый бензиновый двигатель Ti-VCT без турбокомпрессора 1.1 с турбонаддувом, производящий 85 л.с. и значительно меньший крутящий момент при более высоких оборотах двигателя. В результате вам придется сильнее нажимать на акселератор и больше использовать коробку передач, чтобы добиться приличного прогресса.Требуется 14.0 секунд, чтобы достигнуть 60 миль в час.
Каких экономических выгод можно ожидать от небольшого бензинового двигателя с турбонаддувом?
Официальные цифры экономии топлива для небольших бензиновых двигателей с турбонаддувом имеют тенденцию их обесценивать В реальном мире они только немного экономичнее своих аналогов без турбокомпрессора.
Дело, однако, в том, что бензиновые двигатели с турбонаддувом не только более экономичны, но, как мы видели, они также более мощные, именно там, где они вам нужны, в среднем диапазоне при обгоне или крейсерском режиме на скоростях автомагистрали.
Согласно индексу Equa реальной экономии топлива, новый двигатель Ford Ti-VCT 85PS без двигателя с турбонаддувом мощностью 1,15 кгс развивает 42,3 мили на галлон. Его эквивалент с турбонаддувом, более мощный 1.0T EcoBoost 100PS, делает 45.2 миль на галлон.
Каковы дорожные налоги для турбо двигателей?
Поскольку они производят меньшие выбросы, малые турбированные бензиновые двигатели обходятся немного дешевле, по крайней мере, в первый год, прежде чем ставки станут стандартизированными со второго года.
Например, Fiesta 1.0T EcoBoost 100PS выделяет 106 г / км CO2 и обойдется в 145 фунтов стерлингов в первый год, или на 20 фунтов меньше, чем Fiesta 1.1 Ti-VCT 85PS.
Двигатели с турбонаддувом стоят дороже?
Их экономичность и производительность достигаются по цене, хотя и не такой высокой, как вы могли бы подумать. Ford Fiesta Zetec 1.0 T EcoBoost 100PS 3dr стоит 15 815 фунтов стерлингов, а 1,1 Ti-VCT 85PS, 15 155 фунтов или 600 фунтов стерлингов дешевле. Чтобы преодолеть эту разницу, вам нужно проехать 67 000 миль в EcoBoost.
С другой стороны, EcoBoost, вероятно, будет стоить больше денег, когда вы продаете его из-за его более привлекательного движка и большей производительности.
.