Турбо двигатель что это такое: Что такое турбодвигатели, и надежны ли они Пост для новичков

краткое описание, характеристики, принцип работы и фото

Каждый автомобилист знает, что двигатели внутреннего сгорания по своему устройству и принципу действия разделяются на атмосферные и турбированные. Но не все понимают, в чем разница между этими силовыми агрегатами. Давайте рассмотрим, чем отличается двигатель турбо, как он устроен и как работает. Познакомимся с этими моторами на примере современных агрегатов группы VAG.

Бензиновые турбомоторы

Бензиновый турбомотор – это двигатель внутреннего сгорания с искусственно повышенной за счет турбины степенью сжатия в камерах. Повышение данного показателя дает увеличение мощности и других технических характеристик. Еще с момента создания первого двигателя внутреннего сгорания инженеры пытались прибавить мощность без существенного изменения рабочего объема ДВС.

На первый взгляд это решение было практически на поверхности – нужно было помочь мотору более эффективно «дышать». Это бы позволило получить лучшие характеристики сгорания топливной смеси. Обеспечить это можно за счет дополнительной подачи воздуха. Значит, необходимо подавать его в цилиндры принудительно, под давлением. Благодаря дополнительному объему воздуха топливо будет полностью сгорать, что и поможет увеличить мощность. Но внедрялись данные технологии очень медленно. В самом начале турбокомпрессорное оборудование использовалось только для больших моторов кораблей и авиации.

История бензиновых турбированных ДВС

Первый двигатель турбо был установлен еще в прошлом веке. Впервые автомобильные турбированные ДВС начали выпускать в 1938 году. В начале 60-х в США стали производить и первые моторы с турбиной для легковых авто. Это автомобили Oldmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza. При всех своих характеристиках двигатели не отличались высокой надежностью и износостойкостью.

Начало популярности

Популярными ДВС с турбокомпрессором стали в 70-х годах. Тогда их стали массово устанавливать на спортивные авто. Но в гражданских автомобилях двигатель турбо не стал популярным из-за высокого расхода топлива. Этим недостатком отличались все турбированные бензиновые двигатели той эпохи. А ведь расход топлива был очень важен в тот период. Это время пришлось на нефтяной кризис в 70-х годах.

Устройство бензиновых турбо-ДВС

Алгоритм работы бензинового турбированного силового агрегата заключается в применении специального компрессора. Задача последнего – нагнетать в камеры сгорания дополнительный объем воздуха. За счет улучшения наполнения цилиндров смесью воздуха и топлива растет среднее эффективное давление за цикл и повышается мощность. В качестве привода системы турбонаддува применяются отработанные газы, энергия которых делает полезную работу.

Современный компрессор представляет собой корпус с подшипниками, колесо, перепускной клапан, корпус турбины. В последнем имеются каналы для движения смазки. Также присутствует в конструкции вал ротора, подшипники скольжения, компрессор, пневматический привод перепускного клапана. В корпусе, где монтируются подшипники, установлен ротор. Он представляет собой вал с закрепленными на нем турбинным и компрессорным колесами. На последних имеются лопасти. Данный ротор может вращаться за счет подшипников скольжения. Для их смазки и охлаждения поступает масло из смазочной системы двигателя. Чтобы корпус подшипников дополнительно охлаждался, используются также и каналы охлаждающей жидкости. Данный элемент компрессора изготовлен в форме улитки.

Принцип действия

Патрубок турбины соединен с выпускным коллектором. А компрессорный – с впускным. Как уже было замечено, турбокомпрессор приводится в действие за счет энергии отработанных газов. Они при попадании в турбину вращают ротор, отдавая тем самым энергию. Далее через приемную трубу газы попадают в выхлопную систему.

Колесо компрессора и «улитки» установлены на одном и том же валу. За счет вращения турбины компрессорное колесо всасывает воздух из воздушного фильтра и нагнетает его в камеры сгорания. В зависимости от уровня наддува устройство может повысить силу давления от 30% до 80%. При помощи этого двигатель с одним и тем же объемом может принимать смесь в больших количествах. Именно за счет этого мощность агрегата повышается от 20% до 50%. Выхлопные газы и их энергия в значительной мере повышают КПД мотора.

Турбодизельные агрегаты

Примерно так же устроен и двигатель турбо (дизель). Принцип действия турбокомпрессора не отличается от бензинового. Единственное отличие – наличие интеркулера. Это специальный механизм, который охлаждает воздух, прежде чем он попадет в цилиндры. Объем холодного воздуха меньше, чем теплого. Это значит, что холодный воздух можно «затолкать» в цилиндр в большем количестве.

Двигатели TSI

Эти агрегаты устанавливаются на современные модели автомобилей от «Фольксваген», «Ауди» и «Шкода». Все они относятся к одному концерну. Производители утверждают, что это моторы нового поколения, в которых удачно сочетаются мощность и экономичность. В случае с обыкновенным классическим ДВС при малом объеме, особой мощности от него ждать не приходится. Если вес автомобиля равен одной тонне, а двигатель маломощный, это приведет к высокому расходу топлива из-за малой динамики и работы на высоких оборотах.

Двигатель с большим объемом имеет высокий расход за счет увеличенной камеры сгорания. Турбо-двигатели («Шкода Октавия», «Фольксваген» и «Ауди») – это настоящее чудо инженерной мысли. В данных силовых агрегатах сочетается скромный расход топлива и достаточная мощность при сравнительно небольшом объеме.

TSI: устройство

По объему эти агрегаты могут быть различными. Так, производят ДВС на 1,2; 1,4; 1,6 л. А также двигатель 1,8 турбо, 2,0 л. Мощность мотора растет за счет большего объема. И это верное решение. А дальше поговорим об отличиях.

Турбированный и компрессорный

TSI – это одновременно и турбированный, и компрессорный агрегат. Специалисты группы VAG применили такую конструкцию, чтобы решить стандартную проблему мотора. Это провалы на небольших оборотах двигателя. Если рассматривать классические турбодвигатели, то «улитка» функционирует за счет отработанных газов. Сила давления при работе на небольших оборотах не дает возможности нагнетателю создавать нужное усилие и подавать в камеры сгорания достаточное количество воздуха.

На двигатель 1,8 турбо («Фольксваген») устанавливается компрессор. Он не дает падать мощности. Максимальный крутящий момент в обыкновенном атмосферном двигателе находится на уровне около 5000 об./мин. В случае с моторами TSI максимум крутящего момента пребывает в диапазоне от 1500 об./мин до 4500 об./мин. Это рабочий интервал, который используют большинство водителей. В моторах TSI за счет применения двух турбин создается давление до 2,5 Бар.

Компрессор

Данный узел функционирует от отдельного привода ременного типа. Он отличается высоким передаточным числом. Включается компрессор только тогда, когда водитель нажмет на газ. На оборотах, близких к холостым, давление составляет 0,8 BAR – это достаточно много. За счет этого получаются отличные динамические характеристики. Так работает двигатель «Ауди» 1,8 турбо с TSI. Прошлое поколение этих моторов не оснащено компрессором. Здесь имеется только турбина.

Турбированный двигатель 1,8 от «Фольксваген»

Этот агрегат присутствует на рынке порядка 20 лет. Данная модель ДВС очень популярна и дала старт спросу на моторы с турбонаддувом. Таким двигателем оснащались многие модели автомобилей от группы VAG. Дебют этой силовой установки состоялся в 1995 году.

Впервые двигатель («Фольксваген Пассат» б5) 1.8 турбо был установлен на Ауди «А4» (да, на них используют одинаковые моторы). Что касается характеристик, то существует несколько моделей мощностью в 150 и 210 лошадиных сил. В 2002 году создали мотор мощностью 190 «лошадей». Турбированный двигатель от «Фольксвагена» стал началом совершенно новой философии относительно бензиновых ДВС. Он дал хорошую производительность при сравнительно небольшом объеме за счет турбины. Преимуществом данного агрегата является умеренный аппетит.Модель «А4» от «Ауди» потребляет до 8 литров на 100 километров по трассе. В городских условиях расход топлива составляет не более 10 литров. За счет наличия 20 клапанов в ГБЦ и турбонагнетателя, инженеры «Фольксвагена» смогли получить более высокие показатели крутящего момента до того, как обороты достигнут отметки в 2 тысячи.

Так, в этом моторе объединена отличная эластичность, которая свойственна турбодизельным установкам, но при этом культура работы – бензиновая. Данный агрегат может быть также легко переоборудован на газ. Силовая установка является одной из лучших во всей линейке. Производительностью, умеренным расходом топлива и высокой надежностью может похвалиться двигатель. «Пассат» (1.8 турбо) не имеет никаких конструктивных недостатков агрегата. Даже сейчас, в эпоху современных TSI, равных этому мотору практически нет.

Турбодвигатели: преимущества и недостатки

Главный плюс, которым обладает турбомотор, – повышенная мощность. Это основная цель, которую удалось достичь без существенных изменений в конструкции. При одинаковых объемах с атмосферными моторами двигатель турбо может выдавать на 70% больше крутящего момента и мощности. Компрессор снижает процент вредных веществ в выхлопных газах. Двигатель, оснащенный турбиной, имеет значительно более низкий уровень шума. Эти силовые установки можно устанавливать на любые автомобили. Главный недостаток – высокий расход топлива. Объем воздуха увеличивается, растет и количество потребляемого топлива. Данную проблему инженеры решить не могут. Также к недостаткам относятся трудности в эксплуатации. Эти ДВС очень чувствительны к качеству горючего и масла. Дополнительно к минусам относят низкие сроки службы масла и очистительных фильтров. Мотор работает на повышенных оборотах. За счет этого масло быстрее теряет свои свойства.

Электродвигатель и двигатель V8 с двойным турбонаддувом – технические подробности

На борту нового Porsche совместно работают электродвигатель и позаимствованный у Panamera Turbo и адаптированный бензиновый двигатель V8. Электродвигатель развивает 100 кВт (136 л.с.) при 2800 об/мин и предоставляет свой максимальный крутящий момент 400 Нм (до 2300 об/мин). Поскольку электродвигатели экстремально быстро раскручиваются до высоких оборотов, высокую мощность и максимальный крутящий момент можно получить уже практически сразу же при нажатии на педаль «газа».

V8 битурбо с рабочим объемом 4,0 литра и крутящим моментом 770 Нм

Восьмицилиндровый двигатель с двойным турбонаддувом (битурбо) Panamera Turbo S E-Hybrid – это новая разработка. Он имеет компактную конструкцию, сравнительно небольшую массу и развивает мощность 404 кВт (550 л.с.) в диапазоне от 5750 до 6000 об/мин; свой максимальный крутящий момент 770 Нм бензиновый ДВС сохраняет на неизменном уровне в диапазоне от 1960 до 4500 об/мин. Конструктивно это установленный продольно восьмицилиндровый V-образный агрегат с углом развала между цилиндрами 90 градусов. Четыре впускных и выпускных распредвала имеют цепной привод и для регулировки фаз газораспределения поворачиваются на угол до 50 градусов. Двигатель с четырьмя клапанами на каждый цилиндр имеет рабочий объем 3996 см³; это дает высокую удельную мощность 137,5 л. с./л. Главными техническими особенностями бензинового двигателя V8 с непосредственным впрыском топлива является компоновка Central Turbo с двумя турбонагнетателями, лежащие в V-образном пространстве между рядов цилиндров, и форсунки, расположенные по центру камер сгорания. Другие особенности: циркуляционная система смазки, пригодная к условиям эксплуатации на кольцевой гоночной трассе (конструктивная схема смазочной системы компенсирует даже экстремальные продольные и поперечные ускорения) и практически неизнашиваемое покрытие рабочей поверхности цилиндров.

Два турбонагнетателя TwinScroll с давлением наддува до 2,0 бар

Бензиновый V8 в любом диапазоне мощности и частоты вращения отличается высокой приемистостью. Одновременно уже на очень низких оборотах он выдает внушительный крутящий момент. Подобная рабочая характеристика является заслугой в том числе и двойного турбонаддува (битурбо) с компоновкой Central Turbo. Поступление сжатого воздуха в камеры сгорания двигателя V8 обеспечивают турбонагнетатели TwinScroll (с двумя «улитками»). Две вращающиеся в противоположном направлении турбины уже на низких оборотах обеспечивают высокий крутящий момент. Максимальное давление наддува турбонагнетателей составляет 2,0 бар. Компрессор каждого турбонагнетателя, который приводится в движение потоком отработавших газов, сжимает направляемый в двигатель воздух. Для оптимального времени отклика двигателя подвод рабочего воздуха выполнен двухпоточным; поступивший снаружи воздух – после прохождения через интеркулеры, расположенные слева и справа перед двигателем V8, – через свою дроссельную заслонку попадает соответственно в левый и в правый ряд цилиндров. Интеркулеры служат для того, чтобы вновь понизить температуру рабочего воздуха, нагретого в процессе его сжатия в компрессорах. Таким образом повышается плотность воздуха, что улучшает степень наполнения цилиндров кислородом и, в конечном итоге, эффективность. Впрыск топлива осуществляется через форсунки высокого давления, которые расположены по центру камер сгорания. Благодаря форсункам Porsche реализовывает специфические стратегии впрыска для запуска двигателя, быстрого нагрева катализаторов, короткой фазы прогрева двигателя и для прогретого двигателя. На каждый ряд цилиндров используется один топливный насос высокого давления. Максимальное давление впрыска составляет 250 бар.

Нейтрализация отработавших газов с катализаторами, расположенными в V-образном пространстве

Двигатель V8 имеет двухпоточную систему выпуска отработавших газов с предварительными и основными катализаторами и предварительными и дополнительными глушителями. Конструктивно восьмицилиндровый агрегат отличается расположением катализаторов, аналогичным компоновке Central Turbo, а именно – рядом с двигателем в V-образном пространстве между цилиндрами. Благодаря такой конфигурации система нейтрализации отработавших газов особенно быстро достигает своей оптимальной рабочей температуры. Кроме того, нагрев катализаторов в фазе запуска двигателя ускоряется благодаря открытию перепускного клапана турбонагнетателя.

next item

Porsche Advanced Cockpit со специфическими для гибрида индикаторами

previous item

Следующая ступень гибридной динамики

Что такое двигатель с турбонаддувом?

Что делает турбо?

Турбина сжимает выхлопные газы на выходе и направляет их обратно в двигатель. Увеличенный поток воздуха посылает больше топлива в двигатель, увеличивая его мощность.

Преимущества и недостатки двигателей с турбонаддувом

Использование турбонагнетателя для получения дополнительной мощности от двигателя меньшего размера может показаться простым способом избежать недостатков более крупного двигателя. Вот некоторые плюсы и минусы добавления турбокомпрессора к вашему автомобилю.

Плюсы двигателя с турбонаддувом

• Производительность : Когда вам нужно ускориться, чтобы влиться в полосу встречного движения, дополнительная мощность, которую дает ваш двигатель с турбонаддувом, может повысить его производительность на дороге.
• Топливная эффективность : Поскольку турбонагнетатели дают вашему автомобилю дополнительную мощность без увеличения размера двигателя, они обычно более экономичны, чем более крупные двигатели.
• Звук : Турбины приглушают звуки двигателя, делая автомобили с турбодвигателями более тихими в движении.

Минусы двигателя с турбонаддувом

• Задержка : Турбинам нужно немного времени для подготовки, поэтому может пройти несколько секунд с момента нажатия акселератора до включения турбонаддува.
• Доступность по цене : Автомобили с двигателями с турбонаддувом, как правило, дороже, чем автомобили со стандартными двигателями, поскольку в вашем автомобиле может потребоваться бензин премиум-класса.
• Надежность : Двигатели с турбонаддувом могут быть не такими надежными, как стандартные двигатели. В двигателях с большим количеством деталей больше проблем, которые могут выйти из строя.
• Техническое обслуживание : Поскольку турбонагнетатели создают нагрузку на двигатель и его части, двигатели с турбонаддувом часто требуют более регулярного обслуживания.
• Возможность буксировки : Турбокомпрессоры не лучший вариант, если вы планируете перевозить тяжелые грузы. Обычно вам нужен двигатель большего размера, а не двигатель меньшего размера с турбонаддувом.

Как получить автомобиль с турбодвигателем

Многие автомобили стандартно поставляются с двигателями с турбонаддувом, поэтому, если вы ищете новую машину, найти машину с турбонаддувом будет относительно легко. Если вы хотите добавить турбонаддув к своему нынешнему автомобилю, вы можете приобрести комплект, в котором должны быть все детали, необходимые для турбонаддува вашего двигателя.

Однако это не лучший вариант. Перед турбонаддувом вашего автомобиля подумайте, сможет ли двигатель и остальная часть вашего автомобиля справиться с дополнительной мощностью. Возможно, вам придется модернизировать такие компоненты, как сцепление, поршни и клапаны, прежде чем вы сможете турбонагнетать двигатель, чтобы не повредить автомобиль. Если вы не разбираетесь в автомобилях или не уверены, как турбонаддув повлияет на ваш двигатель, рекомендуется поговорить с квалифицированным механиком.

Повлияет ли наличие двигателя с турбонаддувом на мою страховку?

Страхование автомобилей с двигателями с турбонаддувом часто обходится дороже, потому что их ремонт обходится дороже, чем их аналоги без турбонаддува. У них также больше мощности и скорости, чем у стандартного двигателя, что увеличивает риск аварии. Ваша премия по страхованию автомобиля может отражать повышенный риск для страховой компании. Обратитесь в свою страховую компанию, чтобы узнать подробности и узнать больше о факторах стоимости страхования автомобиля.

Если вы покупаете автомобиль с двигателем с турбонаддувом, страховая компания узнает, когда они введут идентификационный номер автомобиля (VIN), чтобы добавить его в ваш полис, и страховщик соответственно рассчитает вашу премию. Однако, если вы добавляете турбокомпрессор к двигателю после покупки автомобиля, важно сообщить об этом страховой компании. Вам, вероятно, понадобится одобрение или индивидуальный полис страхования автомобиля для покрытия модификаций. Страховщик может отклонить ваше требование, если вы не сообщите страховой компании об изменениях и ваш автомобиль будет поврежден или украден. Узнайте больше о страховании модифицированных автомобилей.

Как работает турбокомпрессор?

Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, который забирает воздух при атмосферном давлении, сжимает его до более высокого давления и подает сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны. Для автомобилей и фургонов, как правило, турбонаддув чаще использовался на дизельных двигателях как способ повышения производительности, но, чтобы соответствовать постоянно ужесточающемуся контролю за выбросами, в настоящее время наблюдается переход к турбонаддуву серийных бензиновых двигателей.

 

Поскольку все двигатели зависят от воздуха и топлива, мы знаем, что увеличение содержания этих элементов в установленных пределах увеличивает мощность двигателя, но если мы увеличим количество топлива, мы должны быть в состоянии сжечь его полностью, иначе смесь станет слишком богат, что может иметь различные проблемы. Точно так же слишком много воздуха считается слишком бедным и может быть весьма разрушительным.

Для удовлетворения наших потребностей в энергии требуется воздух; добавление большего количества воздуха представляет гораздо больше проблем, чем добавление большего количества топлива. Воздух все время находится вокруг нас и находится под давлением (на уровне моря это давление составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм), и именно это в сочетании с тактом впуска двигателя нагнетает воздух в цилиндры. Для дальнейшего увеличения воздушного потока устанавливается воздушный насос (турбокомпрессор), и в двигатель подается сжатый воздух. Этот воздух смешивается с впрыскиваемым топливом, позволяя топливу сгорать более эффективно, что увеличивает выходную мощность двигателя.

Другая сторона турбонаддува, которая может представлять интерес, — это двигатель, который регулярно работает на больших высотах, где воздух менее плотный и где турбонаддув может восстановить часть мощности, потерянной из-за падения давления воздуха. Мощность двигателя на высоте 8000 футов составляет всего 75% от его мощности на уровне моря.

 

Захват

Вместо выхода через выхлопную трубу горячие газы, образующиеся при сгорании, поступают в турбонагнетатель. Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлоп выходит из камеры сгорания нерегулярными импульсами. Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока. Напротив, турбокомпрессор с двойной спиралью собирает выхлопные газы от пар цилиндров в чередующейся последовательности.

 

Вращение

Выхлоп ударяет в лопатки турбины, раскручивая их до 150 000 об/мин. Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбояму.

 

Вентиляционное отверстие

Отработав свое предназначение, выхлопные газы проходят через выпускное отверстие в каталитический нейтрализатор, где очищаются от угарного газа, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.