Так ли страшна турбина? Как правильно ездить с турбомотором и сколько может стоить ремонт
В России панически боятся турбированных моторов, предпочитая менее мощные и эффективные "атмосферники". Разбираемся, как не "убить" турбину раньше срока и во сколько встанет ее обслуживание или замена.
В нашей прошлой публикации мы уже сравнивали турбированный и атмосферный моторы, пытаясь понять, в чем их отличие и какой из них лучше выбрать. Допустим, что вы уже приобрели машину с наддувным двигателем или вот-вот собираетесь ее купить.
Как устроена турбина?
В общем-то, турбокомпрессор устроен просто. Главная деталь — это картридж. Внутри него размещается вал, а с двух противоположных концов к этому валу прикреплены турбинные колеса. Для того чтобы вал нормально вращался и не грелся, к нему под давлением подается моторное масло. Также к картриджу идет и трубка с антифризом для дополнительного охлаждения.
По бокам к корпусу картриджа прикреплены две «улитки» — горячая и холодная, внутри которых вращаются турбинные колеса. В горячую поступают выхлопные газы, раскручивают колесо, а затем «улетают» в выхлопную трубу через боковое отверстие улитки. Турбоколесо в холодной улитке всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и гонит его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора.
Такова общая схема турбины, и мы не будем сейчас вдаваться в тонкости конструкции и различные варианты компоновки. Впрочем, стоит упомянуть новое поколение турбин, где масло подается под более низким давлением, а вал вращается в очень дорогих и сверхпрочных шариковых подшипниках.
Будет ли турбина «есть» масло?
Как мы уже говорили, без масла турбина работать не может. Обычно для герметизации вращающихся валов используют резиновые сальники (как в двигателе и коробке передач), но никакие сальники не смогут выдержать режимы работы турбины. Рабочая температура в ней достигает тысячи градусов, а частота вращения валов — сотен тысяч оборотов в минуту. Это намного более суровые условия, чем в моторе.
Валы и втулки в турбине подогнаны друг к другу с очень высокой точностью, и за счет этого масло не должно сочиться сквозь них, если турбина исправна. Но как только зазоры увеличиваются, масло через «холодную» часть турбины засасывает во впускной коллектор двигателя вместе с нагнетаемым воздухом. В таких случаях говорят, что «турбина гонит масло».
Из-за чего это происходит?
- Естественный износ рабочих поверхностей валов и втулок.
- Пониженное давление масла в двигателе: турбине не хватает смазки, и она сильнее изнашивается.
- Повышенное давление масла в двигателе: масло попросту выдавливает через щели между втулками и валами.
- Повышенное разрежение во впускном коллекторе — масло из турбины туда засасывает. В результате двигатели, где зазоры в цилиндрах близки к идеальным, угар масла из-за неисправной турбины может достигать нескольких литров на сотню километров. Вот этого-то и боятся сторонники безнаддувных моторов.
Каков ресурс турбины?
Здесь все очень индивидуально и зависит от стиля езды. В среднем на бензиновых двигателях ресурс турбины составляет 150 тысяч километров. На дизельных двигателях — 250 тысяч километров. Однако если ездить быстро, перекручивая двигатель и турбину, то ресурс может сократиться и до 100, и до 60 тысяч.
Как понять, что турбина просится в ремонт?
Главный признак скорой кончины турбины — синеватый дым из выхлопной трубы. Его появление означает, что в цилиндрах вместе с топливовоздушной смесью сгорает масло. Весьма вероятно, что во впуск это масло попало именно через турбину. Чтобы провести диагностику, не нужно обладать дипломом автослесаря. Достаточно иметь книжку по устройству автомобиля, где нарисовано расположение узлов под капотом, и немного свободного времени.
- Найдите впускной патрубок, по которому воздух попадает в турбину и открутите его. Засуньте руку в «улитку» турбины и нащупайте вал, на котором закреплена крыльчатка. Покачайте его, и если есть люфт, то через щели наверняка сочится масло.
- Найдите интеркулер и загляните внутрь. Если внутри есть масло, то турбина его «гонит». Чем больше масла, тем выше износ.
Еще иногда на приборной доске турбированных автомобилей есть указатели температуры и давления турбины. Соответственно температура не должна быть повышенной, а давление — пониженным.
Все эти советы обязательно нужно учесть, если вы покупаете турбированную машину с пробегом. Турбина — вещь дорогостоящая, и ее дефект может обернуться для вас, как для будущего владельца, крупными затратами.
Сколько стоит ремонт турбины и что в ней ремонтируется?
Когда турбина выходит из
Какой двигатель лучше выбрать: атмосферный или турбированный
Многие автомобилисты, желая поменять автомобиль на новый, сталкиваются с вопросом, какой двигатель лучше, атмосферный или турбированный. Оба варианта имеют свои плюсы и минусы, поэтому, прежде чем сделать выбор, информацию стоит изучить и проанализировать.Атмосферный силовой агрегат – мотор, который не нагнетен турбонагнетателем. Он функционирует на основе атмосферного давления, собственно, вследствие этого он и получил такое название. Поршни затягивают воздух через фильтры, после чего он перемешивается с топливом, создавая горючий состав, который воспламеняется.
- Отличие атмосферного двигателя от турбированного заключается в более простой системе работы и конструкции. Ввиду этого ремонтные работы обходятся дешевле;
- При работе не особо нагружается, а потом срок эксплуатации такого движка выше, нежели чем у турбированного;
- Небольшой расход масла, обусловленный отсутствием компонентом, требующих смазки;
- Движок не требует использования определённого вида масла. Сюда подойдет как минеральная смесь, так и синтетика. Но не забывайте, чем качественней этот расходный материал, тем больше шансов у движка прожить без ремонта как можно дольше. Во избежание неприятностей на масле не стоит экономить;
- Мотор нетребователен к качеству топлива;
- Масло менять следует каждый 15000, максимум 20 000 километров пройденного пути. Если не следить за уровнем состава, может произойти неприятная поломка;
- Разница между атмосферным и турбированным двигателем заключается во времени прогрева. Так, первые прогреваются быстрее.
- Заметно проигрывает турбированному решению по мощности;
- Больший расход топлива.
Турбированный мотор впервые появился в 1905 году, а устанавливать его на легковушки начали в середине 20 века. Турбина, находящаяся внутри движка, использует выхлопные газы для создания давления, которое отправляется цилиндры для образования топлива. Из-за высокого давления в турбины попадает больше воздуха, нежели у конкурента, что позволяет повысить мощность мотора до десяти процентов.
- Высокая мощность;
- Экономичный расход топлива;
- Имеет небольшую массу и вес относительно атмосферного аналога;
- Могут иметь 2 или 3 цилиндра, что позволяет экономить топливо при сохранении высокой мощности;
- Более экологичный, так как обеспечивает качественное сгорание топливной смеси;
- Отличная динамика;
- Минимальный шум при работе.
- Требует использования качественного топлива. Дешевый бензин, который реализуется на малоизвестных заправках, приводит к быстрому износу движка;
- Требователен и к качеству масла. Не принимает минеральные и полусинтетические составы. Для этого типа двигателя следует приобретать синтетическое масло, которое разработанного для него.
- Небольшой ресурс мотора, достигающий 120 тыс. километров, после чего с высокой вероятностью потребуется его замена. Стоимость процедуры больно бьет по карману владельца авто;
- Медленный прогрев при низких температурах, преобладающих в зимний период;
- Замена масла рекомендована каждые 10 тыс. километров;
- Водителю придется постоянно следить за состоянием фильтрующей системы. Если она засорена, это негативно скажется на работе компрессора.
Мы выяснили, чем отличается атмосферный двигатель от турбированного. Как видим, минусов и плюсов достаточно у обоих вариантов. Если выбор пал на турбину, от владельца потребуется больше внимания при уходе за ним. В обслуживании такой мотор будет стоить дороже, чем конкурент. Также не стоит забывать о специальном масле, которое стоит на 30-40% дороже, чем состав для атмосферного мотора.
Атмосферный мотор проигрывает по мощности, но является менее дорогостоящим в обслуживании и использовании.
Многие автомобилисты придерживаются мнения, что турбированный мотор менее надёжен, движок имеет сложное строение, потребляет много дорогостоящего масла, медленно прогревает авто, поэтому с ним лучше не связываться.
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 публикации
Атмосферный двигатель дизельного и бензинового типа, характеристики
По типам двигатели автомобиля делится на атмосферные и турбированные. По части дизельных моторов, их абсолютное большинство оснащено турбинами, чего не сказать о бензиновых. Хотя тенденция наддува бензинового мотора растет, в СНГ к таким агрегатам относятся скептически. Название «атмосферный двигатель» говорит само за себя: давление воздуха, попадающего во впускной коллектор, равно атмосферному давлению.
Принцип работы атмосферного ДВС
Работа двигателя внутреннего сгорания основана на эффективном смесеобразовании и горении, следствие чего образуется механическая энергия в виде крутящего момента, передаваемого на колеса.
Топливно-воздушная смесь представляет собой смесь бензина или дизеля и воздуха. Эталонным соотношением является 1:14,7, то есть на 1 литр топлива приходится 14,7 килограмм воздуха.
Принцип работы атмосферного двигателя: воздух, поступающий во впускной коллектор, затягивается в цилиндры, а роль насоса играет поршень. Благодаря достаточной компрессии поршень при движении вниз всасывает воздух в требуемом количестве.
Конструктивные особенности атмосферного двигателя
Атмосферный дизельный или бензиновый двигатель, в силу невозможности затягивать больше воздуха, имеет слишком ограниченный порог увеличения мощности. Из-за того, что крутящий момент достигается ближе к максимальным оборотам, а диапазон момента слишком короток, это создает дискомфорт при движении в виде недостаточной тяги на малых и средних оборотах.
Автомобильные инженеры нашли выход благодаря следующим изобретениям:
Непосредственный впрыск
Топливо подается непосредственно в цилиндры под давлением 3 атмосферы. Смешивание воздуха и топлива происходит в цилиндре, что дает и топливную экономичность и прирост в мощности.
Фазовращатель
Чтобы крутящий момент смещался по ходу роста оборотов двигателя, были внедрены фазовращатели. Принцип работы состоит в следующем: при повышении оборотов коленвала возрастает давление в масляной системе, а под давлением масло давит на шестерни фазовращателя, смещая фазу.
Как итог – диапазон крутящего момента становится шире, а разгон – без провалов.
Впускной коллектор с изменяемой геометрией
Принцип работы заключается в изменении геометрии впускных каналов, а именно – их длины. Для малых оборотов воздух движется по длинной траектории, а в режиме средних и максимальных оборотов – по короткой.
Подобная конструкция позволяет достигать максимального крутящего момента с малых оборотов, обеспечивая плавное изменение момента.
Достоинства и недостатки атмосферного двигателя
Достоинства:
- простая конструкция, если сравнивать с турбированным,
- невысокая стоимость обслуживания и ремонта,
- возможность самостоятельного ремонта,
- относительная неприхотливость к качеству топлива,
- ресурс двигателя от 250 000 км в силу низкой форсировки.
Недостатки:
- большой расход топлива,
- ограничение по повышению мощности без потери эластичности мотора и его ресурса,
- низкий КПД,
- внедрение сложных узлов для «выравнивания» полки крутящего момента, что сказывается на дальнейшей стоимости в обслуживании и ремонте негативно.
Выводы
Бензиновый и дизельный атмосферный двигатель – идеальный агрегат с точки зрения надежности и ресурса. В силу отсутствия сложной конструктивной начинки его можно самостоятельно ремонтировать и обслуживать. Не составляет труда подружить такой мотор с газом для экономии на расходе топлива.
Однако атмосферник слишком ограничен в возможностях повышения мощности без вреда системе и комфорту передвижения. Также повышение мощности в его случае прямо пропорционально увеличению расхода топлива. По этим причинам в новых автомобилях все больше внедряется турбина.
Какой лучше двигатель — атмосферный или турбированный? Описание, особенности, все плюсы и минусы — RUUD
Содержание статьи:Сегодня существует масса типов и модификаций двигателей, и в последнее время наблюдается тенденция к увеличению мощности. Причем производители стараются сделать это без увеличения рабочего объема двигателя. С данной целью устанавливают турбину. Но стоит ли приобретать подобные автомобили либо лучше купить старый, проверенный «атмосферник»? Это весьма спорный вопрос. Чем отличается атмосферный двигатель от турбированного, рассмотрим в нашей сегодняшней статье.
Характеристика атмосферного ДВС
Вам будет интересно:Автомобильный дизайн: особенности, история и интересные факты
Он представляет собой классический двигатель внутреннего сгорания. Система питания его основана на распределенном инжекторе. Так, горючая смесь формируется из 14 частей воздуха и одной части бензина. При необходимости ЭБУ современных авто может корректировать данное значение в большую или меньшую сторону. После того как смесь попадает в цилиндр, система поджигает ее и происходит воспламенение, а далее – рабочий ход поршня. За счет этого вращается коленчатый вал, маховик и, соответственно, колеса машины.
Давление – это главное отличие атмосферного двигателя от турбированного. Давление воздуха, который поступает в двигатель, небольшое – около одной атмосферы (отсюда и столь характерное название). Никакого принудительного нагнетания здесь нет.
Плюсы атмосферного мотора
Вам будет интересно:»Ниссан Кашкай»: размеры, габариты и технические характеристики
Что лучше — атмосферный двигатель или турбированный? Среди преимуществ первого мотора специалисты выделяют:
- Высокий ресурс деталей кривошипно-шатунного механизма.
- Простоту и дешевизну ремонта.
- Надежность.
Ресурс
Что выбрать — атмосферный двигатель или турбированный? В среднем моторы без турбины имеют ресурс в 300, а то и более тысяч километров до капитального ремонта. А если это атмосферный дизельный мотор, то он и вовсе способен пройти миллион километров. Яркий пример тому – дизельные моторы старых 124-х «Мерседесов». Также эти двигатели проще ремонтировать, поскольку их конструкция предельно проста.
Относительно надежности атмосферных моторов, не возникает каких-либо вопросов. Такие двигатели могут хорошо чувствовать себя, даже работая на некачественном бензине. К маслу они тоже не так требовательны. Среди особых плюсов нужно отметить их ремонтопригодность. Починка обойдется очень дешево и не займет много времени.
Недостатки атмосферных моторов
Разница атмосферного и турбированного двигателя заключается в мощности. Такие моторы всегда будут развивать меньше мощности и выдавать ограниченный крутящий момент. Поэтому о динамичной езде стоит задумываться только тогда, когда рабочий объем мотора — выше 2,5 литра. Большинство авто с атмосферными моторами медленно разгоняются.
Турбированный мотор: характеристика и преимущества
Многие считают, что эти моторы были разработаны недавно. Но впервые турбированный агрегат был установлен на автомобиль еще в 50-х годах прошлого века. Принцип работы его несколько отличается от атмосферного. Так, в конструкции имеется специальный нагнетающий механизм. Это турбина. Она использует энергию выхлопных газов и таким образом нагнетает воздух во впускной коллектор.
Создается искусственное давление, которые в разы выше атмосферного. При этом возрастает мощность и крутящий момент мотора без повышения его рабочего объема. Данные показатели могут быть выше на 20-40 процентов, что, конечно же, сказывается на динамике разгона машины. Высокий крутящий момент позволяет быстрее набирать скорость. К тому же турбированный мотор издает меньше шума и более экологичный. В плане расхода топлива он практически не отличается от своих атмосферных собратьев. Такие двигатели станут отличным выбором для тех, кто хочет получить удовольствие от вождения. Совершать обгоны на таком моторе можно с полной уверенностью.
Недостатки турбированного мотора
Делая выбор между атмосферным двигателем или турбированным, стоит учитывать тот факт, что последний тип более привередлив к качеству топлива. Большинство двигателей предпочитают высокооктановый бензин. А если речь идет о турбированном дизеле, покупать топливо нужно только на проверенных заправках. Производя выбор между атмосферным двигателем или турбированным, нужно понимать, что последний мотор требует более качественных смазочных материалов. Масло должно быть дорогим и оригинальным. Менять его нужно каждые 10 тысяч километров. Это касается как бензиновых, так и дизельных турбированных двигателей. Кроме этого, внимание следует уделять и фильтру. Масляный фильтр должен быть качественным. От этого зависит ресурс и износ важных деталей двигателя.
О надежности
Какой двигатель надежнее — атмосферный или турбированный? По сравнению с первым, турбированный двигатель менее надежен. Это обусловливается более сложной конструкцией. Также нужно понимать, что все детали в таком моторе подвергаются высоким нагрузкам. Ведь при таком же объеме и конструкции данный агрегат выдает большие характеристики. Это однозначно сказывается на общем ресурсе. Следует знать, что турбированный мотор работает при повышенной температуре. Поэтому нужно чаще проверять масло и следить за состоянием всех фильтров. Малейшая проблема с ними сказывается на производительности и на расходе топлива.
К сожалению, ресурс у таких моторов будет всегда ниже. Особенно это касается бензиновых двигателей. Яркий тому пример – турбированные двигатели от концерна «Фольксваген-Ауди».
Ресурс таких моторов даже при своевременном обслуживании не превышает двухсот тысяч километров. Можно приобрести и дизельные двигатели. Они служат несколько дольше. Но турбина даст о себе знать все равно раньше. И далее владельцу придется готовиться к серьезным капиталовложениям.
Теперь о ремонте. Выполнить ремонт самого ответственного узла (турбины) не так просто. В случае если она подает характерные признаки, следует выполнить диагностику и дефектовку. Это лучше доверить квалифицированным специалистам. Сам ремонт заключается в замене картриджа турбины. Это самый популярный метод восстановления. Можно пойти и другим путем – установить уже бывшую в употреблении турбину с разборки. Хотя такой вариант опасен, ведь никто не дает гарантии, сколько она прослужит, какой ее реальный километраж и в каких условиях она эксплуатировалась. Однако все операции, связанные с ремонтом и диагностикой данного элемента, имеют свои сложности. Это отображается на итоговой стоимости. Атмосферные моторы в данном случае гораздо проще. Так как нет турбины, ремонтировать здесь нечего.
Также отметим, что эксплуатация турбированного автомобиля имеет свои особенности. Например, после агрессивной езды нельзя сразу же глушить двигатель. Нужно дать ему возможность поработать на холостых, чтобы турбина остыла.
Подводим итоги
Какой двигатель лучше — атмосферный или турбированный? Как видите, оба мотора имеют свои особенности. Но нужно сказать, что турбированный мотор будет однозначно дороже в ремонте и содержании. Он требователен к топливу и к расходным материалам. Атмосферный в данном случае проще. Но не стоит забывать, что турбированный мотор дает динамику разгона, которую не получить даже современному «атмосфернику» с непосредственным впрыском.
Однозначного ответа на вопрос о том, что лучше — турбированный или атмосферный двигатель, нет. Но практика показала, что в содержании последний мотор в три раза дешевле. Поэтому, если вам неважна динамика, а нужен простой автомобиль на повседневку, стоит рассмотреть покупку машины без турбины. Если же вы фанат скорости и хотите получать удовольствие от езды, нужно смириться с тратами и выбирать турбированный мотор. Некоторые хотят обыграть судьбу и таким образом купить более объемный, но атмосферный мотор (если такой вариант есть в линейке силовых агрегатов). В таком случае не стоит забывать о расходе топлива. Чем больше объем, тем больше бензина требуется для работы цилиндра. Поэтому иногда есть смысл купить какой-либо малолитражный, но турбированный мотор, чем прожорливый атмосферный.
Источник
принцип работы, плюсы и минусы
Все водители слышали о том, что большинство современных автомобилей производители предлагают в варианте с турбированными двигателями. У таких моторов имеются, как сторонники, так и противники. В интернете на различных сайтах и форумах можно встретить кучу всевозможных мифов о том, почему не стоит покупать турбированные двигатели. На деле же, многие из распространенных слухах о таких моторах преувеличены или уже не актуальны для современных силовых агрегатов. В рамках данной статьи рассмотрим, что такое турбированные двигатели, и какие преимущества и недостатки у них имеются на самом деле.
Оглавление: 1. Что такое турбированный двигатель 2. Плюсы турбированных двигателей 3. Минусы турбированных двигателей
Что такое турбированный двигатель
Турбированный двигатель, без лишней скромности, можно назвать едва ли не главным открытием современного производства моторов. Создатели турбированных двигателей ставили перед собой задачу повысить мощность мотора, но при этом сохранив прежний рабочий объем. Плюс ко всему, поскольку такие двигатели предполагалось устанавливать на массовых автомобилях, нужно было учесть фактор их надежности.
В турбированном двигателе топливовоздушная смесь направляется в камеру сгорания под давлением. За счет этого удается повысить крутящий момент и в целом мощность двигателя.
Турбина устанавливается, в том числе, на малообъемных двигателях, где важно малое использование топлива, а современные стандарты требуют от таких двигателей повышенную экологичность. Турбина в таких двигателях приводится к работу за счет остаточной энергии, которая остается в выхлопе. Выхлопные газы, в том числе, отвечают за образование принудительного давления в цилиндрах, где топливовоздушная смесь подготавливается к дальнейшей работе.
Обратите внимание: Турбины изначально устанавливались на дизельных двигателях, поскольку, в силу конструктивных особенностей, их использование на бензиновых агрегатах снижало надежность, а также повышало стоимость. Но позже конструкция турбины была улучшена, что позволило ее использовать, в том числе, на бензиновых моторах в массовом сегменте.
Плюсы турбированных двигателей
Турбированные моторы имеют следующие преимущества, за которые их выбирают автомобилисты:
- Повышенная мощность при прежнем объеме. Соответственно, динамические характеристики автомобиля с турбированным двигателем будут лучше, чем автомобиля с атмосферным двигателем того же объема;
- Лучше экологические свойства, а вместе с тем и большая экономичность. Турбированный двигатель лучше с экологической точки зрения, поскольку топливо сгорание более полно, и меньше отработавших газов и вредных примесей отправляется в атмосферу;
- Турбированный двигатель работает тише, чем атмосферный;
- Возможность выбора. Сейчас турбированные двигатели имеются, как бензиновые, так и дизельные;
- Наличие интеркулера. Поступающий воздух охлаждается, благодаря интеркулеру, что положительно сказывается на эффективности использования топлива и сохранности агрегатов;
- Для быстрого старта с места нет необходимости сильно повышать обороты.
Минусы турбированных двигателей
Есть у турбированных моторов и явные минусы, которые для многих водителей перевешивают имеющиеся плюсы:
- Стоимость покупки и обслуживания. Конструктивно турбированные двигатели устроены более сложно. Соответственно, стоимость таких агрегатов выше. В среднем, автомобиль с турбированным мотором стоит на 10-20% больше, чем “собрат” с атмосферным двигателем. Но не только начальная стоимость выше для турбированных двигателей, но и цена обслуживания. Кроме того, не все сервисы берутся за работу с турбированными двигателями;
- Выше вероятность поломки. Поскольку конструкция турбины более сложная, такие моторы менее надежные, чем атмосферные. Но в последнее время эта ситуация значительно улучшилась, и производители сумели добиться достаточной надежности и турбированных моторов, но только при правильной эксплуатации. В инструкции к автомобилю с турбированным двигателем можно встретить информацию, что мотору нужно давать “отдыхать” на холостых оборотах после продолжительной работы. Если поездка длилась более 2 часов, нужно дать минут 10 поработать двигателю на холостом ходу перед тем, как его выключать;
- Привередливость к топливу и маслу. Турбированные двигатели более привередливы к качеству топлива и масла. Рекомендуется заправлять такие моторы только топливом с высоким октановым числом, а также использовать масла проверенных производителей;
- Высокое потребление топлива при агрессивной езде. Выше отмечалось, что турбированный двигатель позволяет повысить мощность, и он достаточно экономичный. Это так, но все зависит от стиля езды. Если водитель агрессивно давит на педаль акселератора при старте с каждого светофора, расход у турбированного мотора будет выше, чем у атмосферного;
- Повышенные требования к качеству воздуха. Владельцу автомобиля с турбированным мотором нужно тщательно следить за качеством подаваемого воздуха и чаще менять воздушный фильтр.
Турбированный мотор при правильной эксплуатации способен прослужить не меньше, чем атмосферный.
Загрузка…Что такое атмосферный двигатель?
Безнаддувные двигатели — это двигатели, которые работают без турбонагнетателей или нагнетателей, что означает, что они дышат воздухом при атмосферном давлении вместо использования «принудительной индукции» для повышения производительности.
Что мне нужно знать о двигателях без наддува?
Традиционно стандартные бензиновые двигатели были безнаддувными (также называемыми безнаддувными двигателями или даже просто NA), в то время как дизельные двигатели должны были регулярно использовать турбокомпрессоры для повышения мощности и экономии.
Однако производители все чаще прибегают к турбонаддуву как бензиновых двигателей, так и дизелей, поскольку покупатели по-прежнему хотят одновременно большей мощности и большей экономии топлива.
Двигателис турбонаддувом часто показывают лучшие результаты в официальных тестах на экономию топлива, и они могут обеспечить больший разброс производительности от низких до средних оборотов двигателя и выше, а это означает, что вам не нужно так сильно работать с двигателем для того же ускорения.
Каковы преимущества безнаддувных двигателей?
В то время как двигатели с турбонаддувом могут обеспечить большую мощность, чем безнаддувные альтернативы того же размера, безнаддувные двигатели обладают и другими преимуществами.
Безнаддувные двигатели обычно намного быстрее реагируют на нажатие педали акселератора — давая им то, что восторженные водители назвали бы большей реакцией, — тогда как при внезапном запросе увеличения скорости от двигателей с турбонаддувом может возникнуть задержка.
Эта турбо задержка является результатом дополнительной сложности, которая в конечном итоге позволяет двигателям с турбонаддувом вырабатывать дополнительную мощность.
Точно так же, если вы позволите двигателю упасть слишком низко, некоторые двигатели с турбонаддувом могут чувствовать себя очень запаздывающими, поскольку турбокомпрессору требуется больше времени для восстановления и восстановления скорости.Это не проблема для большинства двигателей без наддува.
Кроме того, безнаддувные автомобили должны быть дешевле в покупке, более надежными и простыми в обслуживании, поскольку они менее сложны.
Моделис турбонаддувом также не всегда так экономичны в реальном вождении, особенно при более интенсивной работе двигателя — это может привести к большим расхождениям между заявленным и реальным расходом топлива на галлон, особенно для бензиновых автомобилей с турбонаддувом.
Бензин без турбонаддува, как правило, не страдает такими большими различиями; Mazda, например, в значительной степени избегала турбонаддува в своих последних бензиновых двигателях и в результате имеет тенденцию предоставлять впечатляющие показатели реальной экономики.
Однако вы обнаружите, что автомобили без турбонаддува невероятно медленные. Поэтому их лучше избегать.
Альтернативы / аналогично
Турбокомпрессор
Нагнетатель
Ищете более сложные автомобильные значения? Перейдите на страницу глоссария автомобилей Parkers и ознакомьтесь с другими нашими определениями
Безнаддувный двигатель
Двигатель без наддува. — это один из распространенных типов двигателей внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршней, который зависит исключительно от атмосферного давления для противодействия частичному разрежению в тракте всасывания для всасывания воздуха для горения.Это отличается от двигателя с принудительной индукцией, в котором нагнетатель с механическим приводом или турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов используются для облегчения увеличения массы всасываемого воздуха сверх той, которая может быть произведена только за счет атмосферного давления.
В безнаддувном двигателе; воздух для сгорания (дизельный цикл в дизельном двигателе или определенные типы цикла Отто в бензиновых двигателях, а именно прямой впрыск бензина) или топливно-воздушная смесь (традиционные бензиновые двигатели с циклом Отто) всасываются в цилиндры двигателя под действием атмосферного давления. против частичного вакуума, который возникает при движении поршня вниз к нижней мертвой точке во время такта всасывания.Из-за врожденного ограничения во впускном тракте двигателя, который включает в себя впускной коллектор, при всасывании воздуха происходит небольшой перепад давления, что приводит к объемному КПД менее 100 процентов и неполному заправке воздуха в цилиндре. На плотность воздушного заряда и, следовательно, на максимальную теоретическую выходную мощность двигателя, помимо влияния ограничений системы впуска, также влияют частота вращения двигателя и атмосферное давление, последнее уменьшается с увеличением рабочей высоты.
Большинство автомобильных бензиновых двигателей, а также многие малые двигатели, используемые не для автомобилей, являются безнаддувными. Большинство современных дизельных двигателей, устанавливаемых на автомагистрали, оснащены турбонаддувом для обеспечения более благоприятного отношения мощности к весу, а также повышения топливной эффективности и снижения выбросов выхлопных газов. Турбонаддув практически универсален в дизельных двигателях, которые используются в железнодорожных, судовых и коммерческих стационарных двигателях (например, для выработки электроэнергии). Принудительная индукция также используется с поршневыми авиационными двигателями, чтобы свести на нет некоторые потери мощности, которые происходят при подъеме самолета на большую высоту.
Двухтактный дизельный двигатель не способен на естественное всасывание, как определено выше. В конструкцию двигателя должен быть интегрирован какой-либо метод зарядки цилиндров продувочным воздухом. Обычно это достигается с помощью нагнетательного нагнетателя с приводом от коленчатого вала. Воздуходувка в данном случае не действует как нагнетатель, так как она рассчитана на создание объема воздушного потока, который прямо пропорционален рабочему объему и скорости двигателя. Двухтактный дизельный двигатель с механической продувкой считается безнаддувным.
См. Также
Ссылки и дополнительная литература
Как настроить турбомотор
Логин участника Курсы Стартовый пакет Вебинары Форум Статьи Насчет нас Блог Карьера Свяжитесь с нами Логин участника Академия высоких достижений МенюНапоминание о вебинаре добавлено в ваша панель.
Турбокомпрессор
Погрузка
С 2014 года руководящий орган Формулы 1 FIA объявил новый свод правил, и между ними один, касающийся двигателя. Новые двигатели оснащены V6 объемом 1600 куб. См с турбонаддувом. Главной мотивацией для этого изменения было обязательство сообщества Формулы 1 стать более «экологичным», использовать технологии, которые можно перенести на серийные автомобили, и сэкономить деньги. На картинке ниже вы можете увидеть турбокомпрессор Renault Formula 1 для двигателя V6 2015 года выпуска.
Итак, давайте разберемся, что такое турбонаддув и как он работает. В этой статье мы поговорим только о самом турбокомпрессоре, без ERS-H. Чтобы узнать больше о новом наборе правил, новых движках, ERS-H и ERS-K, перейдите по этой ссылке.
История
Основное описание этого — «ветряная мельница с одной стороны вала, воздушный насос с другой стороны вала». Этой концепции уже тысячи лет, но турбокомпрессор, используемый в двигателях, был изобретен швейцарским инженером Альфредом Бючи.Его патент на турбокомпрессор был подан на использование в 1905 году. Дизельные корабли и локомотивы с турбокомпрессорами начали появляться в 1920-х годах. Во время Первой мировой войны французский инженер Огюст Рато с некоторым успехом установил турбонагнетатели на двигатели Renault, на которых установлены различные французские истребители. В 1918 году инженер General Electric Сэнфорд Мосс прикрепил турбо к авиадвигателю V12 Liberty . Двигатель был испытан на Пайкс-Пик в Колорадо на высоте 14 000 футов (4300 м), чтобы продемонстрировать, что он может устранить потери мощности, обычно возникающие в двигателях внутреннего сгорания в результате пониженного давления воздуха и недостатка кислорода на большой высоте.
Турбокомпрессоры были впервые использованы в серийных авиадвигателях в 1930-х годах перед Второй мировой войной. Основной целью большинства авиационных приложений было увеличение высоты, на которой самолет мог летать.
A-body Oldsmobile Cutlass Jetfire и его переключатель с турбонаддувом |
Первые серийные автомобильные двигатели с турбонаддувом поступили от General Motors в 1962 году.Oldsmobile Cutlass Jetfire с A-кузовом и Chevrolet Corvair Monza Spyder были оснащены турбокомпрессорами. Saab был первым производителем, который успешно применил турбонаддув к серийным автомобилям. Это стало возможным благодаря установке перепускного клапана для сброса избыточного давления.
Первыми в мире серийными автомобилями с дизельным двигателем были Mercedes 300SD и Peugeot 604, представленные в 1978 году. Сегодня большинство автомобилей с дизельными двигателями имеют турбонаддув.
Клесси Л.Cummins экспериментировала с турбонаддувом, чтобы заменить тяжелые нагнетатели. На этот раз правила Indy дали дизелям с наддувом (с наддувом или с турбонаддувом) максимальный рабочий объем 6,6 литра (402,7 кубических дюйма). Клесси и его брат Дон были заинтересованы в этом специальном гоночном двигателе объемом 6,597 литра (402,6 кубических дюйма), облегченном алюминием и магнием. Отдача составила нешуточные 380 лошадиных сил. Изготовителем шасси был Фрэнк Куртис, чья компания Kurtis Craft построила несколько автомобилей-победителей для Indy.Куртис экспериментировал с размещением карданного вала рядом с левым бедром водителя, переносом веса и уменьшением общей высоты автомобиля. Горизонтальная установка двигателя, а не вертикальная, добавила элегантности дизайну. Под капотом автомобиль имел высоту 58,4 сантиметра (23 дюйма)! Тем не менее, он весил 3100 фунтов по сравнению со средним весом в 2000 фунтов других записей. Сам по себе двигатель весил 750 фунтов. В первый день квалификации, будучи первым участником трассы, большой дизельный родстер завершил квалификацию 4 круга на 138.010 миль в час, новый рекорд трассы. Он ошеломил всех остальных 32 участников, включая команду Ferrari, единственную иностранную команду. Ведя гонку до 70-го круга, дизель начал выплевывать огромные клубы черного дыма. Был сделан пит-стоп, но два круга спустя машина сошла с дистанции. Позже проверка показала, что воздухозаборник для турбонагнетателя Elliot забился кусочками резины с гоночной трассы. Неправильно расположенный воздухозаборник был причиной отказа, а не самого двигателя. Слева фото команды с увеличенной табличкой Фреда Агабашяна и благодарственной запиской.Нажмите на картинку, чтобы увеличить версию. |
Первое успешное применение турбонаддува в автомобильных гонках, по-видимому, было в 1952 году, когда Фред Агабашиан на дизельном двигателе Cummins Special (см. Выше) квалифицировался на поул-позицию на Indianapolis 500 и возглавил гонку на 175 миль (282 км). ). Двигатели с турбонаддувом Offenhauser вернулись в Индианаполис в 1966 году, а победа пришлась на 1968 год. Пик мощности Offenhauser с турбонаддувом составил более 1000 л.с. (750 кВт) в 1973 году, в то время как Porsche доминировал в серии Can-Am с 917/30 мощностью 1100 л.с.Автомобили с турбонаддувом доминировали в 24 часах Ле-Мана в период с 1976 по 1988 год, а затем с 2000 по 2010 год. Эпоха турбо-дизелей в гонках «24 часа Ле-Мана» начинается с прототипа Audi R10 LMP. С тех пор дизели только победителями в высшем классе этой гонки были турбодизели (вниз).
13 декабря 2005 года Audi представила новый прототип R10 LMP, преемника блестящего R8. Это было чудо — 5,5-литровый полностью алюминиевый двигатель V12 с двойным турбонаддувом TDI, чрезвычайно тихий и экономичный.Из коробки он развивает 650 л.с. и крутящий момент более 1100 Нм. Благодаря ему Audi стала первым производителем, который участвовал в соревнованиях и несколько лет подряд одерживал общую победу с дизельным двигателем в самой известной гонке спортивных автомобилей в мире — «24 часа Ле-Мана». | |
Давление впрыска легко превышало 2000 бар. Полезный диапазон мощности находился в диапазоне от 3000 до 5000 об / мин, что является необычно низким диапазоном оборотов для гоночного двигателя. Водителю приходится переключать передачи гораздо реже, чем на бензиновом R8, из-за благоприятной кривой крутящего момента двигателя TDI.Огромный крутящий момент более 1100 Нм не только предъявляет высокие требования к системе трансмиссии R10. Даже динамометры двигателей последнего поколения Audi Sport пришлось переоборудовать специальными коробками передач, способными выдерживать необычные нагрузки. |
Renault первый набег на Формулу-1 в 1977 году, когда был изобретен двигатель с турбонаддувом, который доминировал в 1980-х. Первоначально автомобиль был настолько ненадежным, что его соперники окрестили «желтым чайником».Двигатель Renault Gordini RE20 с турбонаддувом, установленный на Renault RS01 Жан-Пьера Жабуя на их первой гонке, они сошли с дистанции на 39 круге с пропуском зажигания. Нажмите на картинку, чтобы увеличить версию. |
В Формуле-1, в так называемую «Эру Турбо» с 1977 по 1989 год, двигатели объемом 1500 куб. См могли развивать мощность от 1000 до 1500 л.с. (от 746 до 1119 кВт) (Renault, Honda, BMW, Ferrari и Порше). Renault был первым производителем, применившим турбо-технологию в области F1, в 1977 году с автомобилем Renault R01 и турбодвигателем Renault-Gordini RE20.Высокая стоимость проекта была компенсирована его производительностью, и другие производители двигателей последовали их примеру.
Первым автомобилем с турбонаддувом, выигравшим Гран-при чемпионата мира, стал Renault в 1979 году, что вполне соответствовало требованиям Гран-при Франции в Дижоне: пилотом тоже был француз Жан-Пьер Жабуй. Рене Арну, за рулем другого Renault, стал третьим после захватывающей битвы с Жилем Вильневым, завершившей отличный день для французской команды. Жабуй выиграл еще одну гонку для Renault в 1980 году, прежде чем его заменил Ален Прост, который добился еще большего успеха, выиграв девять гонок: Арну выиграл четыре.Renault покинул F1 после сезона 1985 года и вернулся в 2002 году.
Герхард Бергер за рулем Barclays Arrows BMW, Arrows A8 — BMW M12 1.5 L4t, Гран-при Австрии 1985, Остеррайхринг (окончание карьеры). На этот раз размещение турбоагрегата было свободным. |
Двигатели с турбонаддувом захватили поле F1 и положили конец эре Ford Cosworth DFV в середине 1980-х. Однако FIA решила, что турбокомпрессоры делают спорт слишком опасным из-за невероятной мощности и скорости, которые они генерируют и стоят.В 1987 году FIA решила ограничить максимальное давление наддува, прежде чем эта технология была полностью запрещена в 1989 году.
В ралли двигатели с турбонаддувом объемом до 2000 куб. См уже давно являются предпочтительным источником энергии для участников World Rally Car (WRC) из-за исключительного отношения мощности к весу. Это сочетается с использованием машин с относительно небольшими корпусами кузова для маневренности и управляемости. Поскольку мощность турбонагнетателя поднимается до уровня, аналогичного категории F1, FIA вместо того, чтобы запретить эту технологию, ввела ограничение на диаметр впуска турбонагнетателя до 34 мм.
Основная теория
Преимущество турбонаддува очевидно — вместо того, чтобы тратить тепловую энергию на выхлоп, мы можем использовать эту энергию для увеличения мощности двигателя, направляя выхлопные газы для вращения турбины, которая приводит в движение другую турбину для нагнетания свежего воздуха в цилиндры, что приводит к большая масса воздуха (кислорода), поступающего в цилиндры при каждом такте впуска. Двигатель небольшого объема может выдавать мощность, сравнимую с гораздо более крупными противниками.
Турбокомпрессоры — это тип системы принудительной индукции. Они просто сжимают воздух, поступающий в двигатель. Двигатель с турбонаддувом в целом производит больше мощности, чем такой же двигатель без наддува. Задача состоит в том, чтобы улучшить объемный КПД двигателя за счет устранения одного из его ограничений. В автомобильном двигателе без наддува используется только ход поршня вниз, чтобы создать зону низкого давления, чтобы втягивать (втягивать) воздух в цилиндр через впускные клапаны.Поскольку давление в атмосфере составляет не более 1 атм, в конечном итоге будет ограничение разницы давлений на впускных клапанах и, таким образом, количества воздушного потока, входящего в камеру сгорания. Поскольку турбонагнетатель увеличивает давление в точке, где воздух входит в цилиндр, большая масса кислорода будет выталкиваться и сжиматься по мере увеличения давления во впускном коллекторе, а большее количество воздуха означает, что можно добавить больше топлива.
Дополнительный воздушный поток позволяет поддерживать давление в камере сгорания и топливно-воздушную нагрузку даже при высоких оборотах двигателя, увеличивая отношение мощности к крутящему моменту и соотношение мощности к массе двигателя.Турбо-двигатель может значительно увеличить мощность двигателя без значительного увеличения его веса, что является огромным преимуществом, которое делает турбины настолько популярными!
Когда люди говорят о гоночных или высокопроизводительных спортивных автомобилях, обычно возникает тема турбонагнетателей. Но турбокомпрессоры также очень распространены, и сегодня они практически незаменимы на больших дизельных двигателях.
Турбокомпрессор прикреплен к выпускному коллектору двигателя. Выхлоп из цилиндров проходит через лопатки турбины, заставляя турбину вращаться.Чем больше выхлопа проходит через лопасти, тем быстрее они вращаются. Турбина соединена валом с компрессором, который находится между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор сжимает воздух, поступающий в цилиндры. Компрессор представляет собой центробежный насос. Он втягивает воздух в центр своих лопастей и выбрасывает его наружу во время вращения.
Подшипники турбины
Вал турбонагнетателя с масляным подшипником посередине.Вы можете четко видеть отверстия, через которые масло входит и выходит из зоны подшипника. |
Турбина в турбонагнетателе вращается со скоростью до 150 000 оборотов в минуту (об / мин), что примерно в 25–30 раз быстрее, чем может работать большинство автомобильных двигателей. А поскольку он подсоединен к выхлопу, температура в турбине также очень высока.
Чтобы выдерживать скорость и температуру, вал турбины необходимо поддерживать очень осторожно. Большинство подшипников взорвутся на таких скоростях, поэтому в большинстве турбонагнетателей используется жидкостный (масляный) подшипник.Обычно такое же смазочное масло используется двигателем для внутренней смазки. Как и ваш коленчатый вал, вы вращаетесь с турбонаддувом на тонкой масляной пленке, зажатой между подшипниками скольжения. Это служит двум целям: циркуляция масла охлаждает вал и некоторые другие детали турбокомпрессора, а также позволяет валу вращаться без большого трения. Как мы знаем, любое уменьшение трения приводит к огромному увеличению эффективности.
Турбокомпрессор с центральным картриджем на шарикоподшипниках |
Внедрение новых технологических картриджей с шарикоподшипниками уступило место турбонагнетателям меньшего размера с возможностью использования стандартных масляных опорных частей среднего размера.Вместо полосы металла конструкция центрального картриджа шарикового подшипника позволяет валу вращаться вдоль крошечных прецизионных шарикоподшипников, дальних родственников подшипников, используемых в колесах скейтборда. Но это не обычные шариковые подшипники. Это сверхточные подшипники, изготовленные из современных материалов, чтобы выдерживать скорость и температуру турбокомпрессора. Они позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем гидравлические подшипники. Они также позволяют использовать более легкий вал немного меньшего размера. Это помогает турбокомпрессору ускоряться быстрее, что еще больше снижает турбо-лаг.
Таким образом, вы можете выбрать большую крыльчатку компрессора, которая может быть согласована с крыльчаткой турбины непропорционально меньшего размера. Турбины на шарикоподшипниках особенно полезны в тех случаях, когда требуется высокий отклик, например, в гонках, потому что увеличение пикового эффективного наддува не так очевидно, как скорость подъема катушки. Это означает, что вы можете быстрее достичь пикового усиления, увеличивая мощность среднего диапазона.
Самый большой фактор, вызывающий беспокойство при использовании стандартных масляных и шарикоподшипниковых турбин, — это стоимость.Здесь вступает в действие правило «хочешь играть, значит, ты должен заплатить». Цена турбонагнетателя на шарикоподшипниках вдвое (или более) превышает цену турбонагнетателя на масляных подшипниках. Кроме того, картриджи с шарикоподшипниками настолько дороги в обслуживании, что вы просто этого не делаете. Вам нужно либо купить новый центральный узел, либо купить новый турбо. Как видите, во всем есть компромисс.
Wastegate
Вырез перепускного клапана |
Без перепускной заслонки величина наддува, создаваемого турбонагнетателем, зависит от давления выхлопных газов двигателя.Это происходит потому, что давление выхлопных газов зависит от скорости двигателя (измеряется в оборотах в минуту). Это означает, что по мере того, как двигатель достигает более высоких оборотов, турбонагнетатель создает все большее количество наддува. Проблема в том, что двигатель может выдерживать только определенное количество наддува. Большинство стандартных двигателей рассчитаны только на 10 фунтов на квадратный дюйм, если не меньше. Чтобы регулировать количество наддува, которое поступает в двигатель, перепускная заслонка действует как дверь, позволяя только определенному количеству выхлопных газов попадать в выхлопную турбину турбонагнетателя, а остальным — обходить лопатки турбины или, в некоторых случаях, быть вентилируется в атмосферу.Как только двигатель начинает производить большее давление выхлопных газов, чем позволяет система перепускных клапанов, открывается заслонка, чтобы перенаправить избыточный выхлоп от лопаток турбины. В свою очередь, именно здесь вестгейт получил свое название. Это ворота для выноса мусора. Чтобы регулировать, когда открывается вестгейт, можно использовать контроллер наддува.
Большинство автомобильных турбокомпрессоров имеют перепускную заслонку, которая позволяет использовать турбокомпрессор меньшего размера для уменьшения задержки и предотвращения слишком сильного вращения.Перепускная заслонка определяет давление наддува, и если давление становится слишком высоким, это может быть признаком того, что турбина вращается слишком быстро, поэтому перепускная заслонка обходит часть выхлопных газов вокруг лопастей турбины, позволяя лопаткам замедляться до надлежащей скорости. Введение электронного контроля наддува в конце 80-х сделало большой шаг вперед от механического перепускного клапана. В то время как механический перепускной клапан просто устанавливает верхний предел давления наддува, электронный контроль наддува регулирует давление наддува во всем диапазоне оборотов.Например, он может ограничить наддув до 1,4 бара для менее 3000 об / мин, затем 1,6 бар для 3000–4500 об / мин и затем 1,8 бар для более 4500 об / мин. Это помогает добиться линейной подачи мощности и способствует совершенствованию.
Garrett GT28R с внутренним перепускным клапаном и видимым приводом |
Wastegate, установленный рядом с турбокомпрессором с прямым выпуском в атмосферу |
По сути, Electronic Boost Control — это просто перепускная заслонка, активируемая системой управления двигателем.
Существует два типа вестгейта. Первый — это внутренний вестгейт. Внутренний перепускной клапан — это компонент самого турбоагрегата. Затвор открывается с помощью привода, который представляет собой систему диафрагменного типа (см. Рисунок слева). Затем избыток выхлопных газов направляется непосредственно в выхлопную систему после турбины.
У нас также есть так называемый внешний перепускной клапан, в отличие от внутреннего перепускного клапана, он отделен от турбоагрегата и не требует привода. Избыточный выхлоп можно либо направить в выхлопную систему, либо выпустить прямо в атмосферу (см. Рисунок слева).Последнему варианту обычно следуют высокопроизводительные установки. Большинство стандартных систем поставляются с внутренним перепускным клапаном, так как эта установка лучше подходит для приложений с низким наддувом. Однако большинство систем вторичного рынка работают лучше с отдельным внешним узлом перепускной заслонки, что делает их идеальным выбором для тех, кто создает наддув в диапазоне 20-30 фунтов на квадратный дюйм.
Wastegate в современном двигателе V6 Formula 1 (после 2014 г.) большую часть времени не будет открыт, потому что открытый перепускной клапан будет сбрасывать энергию, которая в противном случае может быть восстановлена MGU-H (блок двигателя-генератора, подключенный к турбонагнетателю).Открытый перепускной клапан снижает общую тепловую эффективность, которую производители двигателей пытаются максимизировать.
1 — блок турбины / компрессора за двигателем | На этой фотографии вы можете увидеть конфигурацию двигателя Cosworth DFX с турбонаддувом, установленного на Chaparral 2K Indycar 1979 года Джона Барнарда. |
Путаница с перепускными клапанами и продувочными клапанами
Турбо-вестгейты и продувочные клапаны — это два совершенно разных устройства с похожей функцией, и их обычно путают.Они установлены на противоположных сторонах турбонагнетателя, и оба имеют функцию сброса избыточного давления. Выпускные клапаны устанавливаются на стороне впуска давления (на стороне воздуха), и цель клапана — сбросить избыточное давление сжатого воздуха, когда дроссельная заслонка закрыта, но турбонагнетатель все еще нагнетает воздух с высокой скоростью. Он просто выбрасывает лишний воздух в атмосферу, или вы можете сбросить воздух обратно в воздухозаборник турбины. В то время как перепускная заслонка, как объяснялось ранее, устанавливается на стороне выпуска, а клапан регулирует количество выхлопных газов, поступающих в турбину, таким образом регулируя давление наддува.Максимальное удаление выхлопных газов через перепускную заслонку достигается при превышении максимального наддува.
Двойной турбонаддув
Пара турбокомпрессоров на рядном 6-м двигателе 2JZ-GTE Toyota Supra, слесарь-монтажник на драгстере |
Задержка турбонагнетателя может быть значительно уменьшена за счет использования конфигурации двойного турбонаддува. Большинство двигателей с двойным турбонаддувом имеют турбокомпрессоры, работающие независимо, каждый из которых обслуживает один ряд цилиндров V-образного двигателя или даже — нечетные цилиндры в рядных двигателях.Турбины могут быть меньше (с меньшей турбонаддувом), потому что они должны подавать воздух к меньшему количеству цилиндров. Это так называемый «параллельный твин-турбо».
Альтернативная компоновка, «Последовательный твин-турбо», была разработана для улучшения отклика и дальнейшего уменьшения турбо-лага. Турбины работают последовательно, то есть на низких оборотах весь ограниченный объем выхлопных газов направляется на привод меньшей турбины, оставляя другую турбину на холостом ходу на низких оборотах. Следовательно, первая турбина будет быстро ускоряться, уменьшая задержку.Когда поток выхлопных газов достигает достаточной величины для привода обеих турбонагнетателей, вмешивается вторая турбина, обычно более мощная, и помогает достичь максимального давления наддува. К сожалению, последовательный твин-турбо требует очень сложных трубопроводов. Выхлопные трубы из рядов V-образных двигателей или четно-нечетных цилиндров рядных двигателей должны доходить до обеих турбин. То же самое и с впускными трубами обоих берегов), таким образом, «Sequential Twin-Turbo» сейчас теряет интерес со стороны автопроизводителей.
Изменяемая геометрия турбины
Турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины также известен как турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) или турбина с изменяемым соплом (VNT).Технология изменяемой геометрии турбины — это следующее поколение технологии турбонагнетателя, в которой турбонагнетатель имеет небольшие подвижные лопатки, которые могут направлять поток выхлопных газов на лопатки турбины и способны изменять направление потока выхлопных газов для уменьшения турбо-лага на низких оборотах двигателя, но это также используется для внедрения системы рециркуляции отработавших газов (EGR) для снижения выбросов в дизельных двигателях. Эта технология в последние годы широко используется в турбодизельных двигателях.
Первый серийный бензиновый автомобиль с турбонаддувом, Porsche 997911 Turbo, 2007 г. |
VTG широко использовался в турбодизельных двигателях с 1990-х годов, но он никогда не устанавливался на серийных бензиновых автомобилях с турбонаддувом до нового 997 Porsche 911 Turbo.Это связано с тем, что выхлопные газы бензиновых двигателей могут достигать 950 ° C по сравнению с 700-800 ° C в дизельных двигателях. Обычные материалы и конструкции с трудом выдерживают такую температуру. В 997 911 Turbo используется турбокомпрессор BorgWarner VTG, в котором используются специальные материалы, полученные из аэрокосмической техники, что решает проблему температуры.
Привод с электронным управлением может регулировать угол этих лопаток. Угол лопаток изменяется в диапазоне оборотов двигателя для оптимизации поведения турбины.Обычные турбокомпрессоры не могут избежать турбо-лага, потому что при низких оборотах двигателя поток выхлопных газов недостаточно силен, чтобы быстро толкать турбину. Эта проблема особенно серьезна для современных дизельных двигателей, поскольку они, как правило, используют большие турбины, чтобы компенсировать недостаток эффективности.
В разрезе вы можете видеть направление выхлопного потока, когда регулируемые лопатки находятся под почти закрытым углом. Это положение оптимизировано для низких оборотов двигателя с предварительным наддувом.Узкий канал, через который должен проходить выхлопной газ, ускоряет выхлопной газ по направлению к лопаткам турбины, заставляя их вращаться быстрее. Угол лопастей также направляет газ, чтобы попасть в лопасти под правильным углом. |
Выше показано, когда на высоких оборотах выхлопной поток достаточно сильный. Регулируемые лопатки турбины полностью открыты, что позволяет использовать высокий поток выхлопных газов. Высокий поток выхлопных газов на высоких оборотах двигателя полностью направляется на лопатки турбины.Это также снижает давление выхлопных газов в турбокомпрессоре, избавляя от необходимости использовать перепускной клапан. |
Интеркулеры
Когда воздух нагнетается в цилиндры под давлением горячим турбонагнетателем, а затем подвергается дальнейшему сжатию поршнем, существует большая опасность детонации. Стук происходит потому, что когда вы сжимаете воздух, температура воздуха увеличивается. Температура может повыситься достаточно, чтобы зажечь топливо до того, как загорится свеча зажигания.Автомобили с турбонагнетателем часто должны работать на топливе с более высоким октановым числом, чтобы избежать детонации. Если давление наддува действительно высокое, возможно, придется уменьшить степень сжатия двигателя, чтобы избежать детонации.
Интеркулер — это простой теплообменник (на самом деле, не все так просто!). Это означает, что есть две или более жидкости, которые физически не соприкасаются друг с другом, но между ними происходит передача тепла или энергии. Некоторые ранние серийные автомобили поставлялись с промежуточными охладителями для охлаждения горячего сжатого воздуха, выходящего из турбокомпрессора.В некоторых из них в качестве охлаждающей среды используется наружный воздух, а в других — вода. Дрэг-рейсеры часто используют лед в воде для усиления охлаждающего эффекта.
При полностью открытой дроссельной заслонке и полном наддуве горячий сжатый воздух, выходящий из турбонагнетателя, вероятно, имеет температуру от 100 до 250 ° C в зависимости от конкретного турбонагнетателя, давления наддува, температуры наружного воздуха и т. Д. Мы хотим его охладить, что уменьшает его объем так мы можем поместить больше молекул воздуха в цилиндры и снизить вероятность детонации двигателя.
Как работает интеркулер? Горячий воздух от турбонагнетателя проходит через трубки внутри промежуточного охладителя. Турбо воздух передает тепло трубкам, нагревая трубки и охлаждая турбо воздух. Наружный воздух (или вода) проходит по трубкам и между ребрами, прикрепленными к трубкам. Тепло передается от горячих трубок и ребер холодному наружному воздуху. Это нагревает наружный воздух при охлаждении трубок. Так охлаждается турбо-воздух. Тепло передается от турбо-воздуха к трубкам и наружному воздуху.
Система интеркулера, установленная на Mitsubishi Lancer Evolution IX. |
Еще один аспект промежуточных охладителей, который следует учитывать, — это падение давления. Давление, считываемое манометром наддува (если он у вас есть), является давлением во впускном коллекторе. Это не то же самое, что давление, создаваемое самим турбонагнетателем. Чтобы жидкость, такая как воздух, текла из точки A в точку B, должна быть разница в давлении от одного конца до другого.Например, каталог одного поставщика подразумевает, что если бы у вас было небольшое падение давления или его отсутствие, то у вас не было бы теплопередачи. Это неверно. Падение давления и теплопередача относительно независимы, вы можете иметь хорошую теплопередачу в промежуточном охладителе, который имеет небольшой перепад давления, если он правильно спроектирован. При большем падении давления легче обеспечить хорошую теплопередачу, потому что турбулентность жидкости способствует теплопередаче, но современные и качественные промежуточные охладители могут иметь менее 0.Падение на 2 фунта на квадратный дюйм при потоке намного большего количества воздуха, так что это, безусловно, возможно.
С интеркулером или без? Интеркулер, правильно спроектированный и рассчитанный на вашу компоновку, может увеличить мощность двигателя от 10 до 20%.
И в конце вопрос: турбо и нетурбо версии одних и тех же двигателей … какова выгода от установки турбо?
Что ж, когда есть заводские безнаддувные и турбо версии, доступные для непосредственного сравнения друг с другом, турбомоторы, как правило, дают примерно на 30-40% больше мощности.
Конечно, на вторичном рынке люди используют турбины, которые заставляют двигатель развивать 100%, 200% — иногда даже большую мощность. Но они никогда не делают этого с заводскими ходовыми качествами или надежностью.
Итак, поддерживая его в пределах хороших характеристик на дороге в большей части диапазона оборотов и хорошей надежности без необходимости замены всех внутренних компонентов двигателя после каждой поездки в местный супермаркет, можно сказать, что увеличение мощности на 50% над цифрой без наддува — достижимая и реалистичная цель турбо.
Есть много компромиссов, связанных с турбокомпрессорами для двигателя.
Турбо-лаг
Одна из основных проблем турбокомпрессоров заключается в том, что они не обеспечивают немедленного повышения мощности, когда вы «педалируете до упора». Турбине требуется секунда или две, чтобы разогнаться до полной откачки воздуха. Это приводит к ощущению запаздывания, когда вы нажимаете на педаль газа, а затем машина рвется вперед, когда турбо набирает нужную скорость.Турбо-запаздывание сильно портит изысканность автомобиля и действительно было самой большой проблемой, мешающей тому, чтобы ранние автомобили с турбонаддувом были приняты как практичные. С этой проблемой современная Формула 1 попытается бороться с помощью комбинации турбина / двигатель / генератор ERS-H.
Хотя турбонаддув широко и успешно использовался в автоспорте — начался с BMW 2002 с турбонаддувом, затем распространился на гонки на выносливость и, наконец,
Формула-1 — дорожным автомобилям всегда требуется более удобная для пользователя подача мощности.Современные турбины были большими и тяжелыми и не могли начать вращаться до 3500 или более оборотов двигателя. В результате выход на низких оборотах оставался слабым. Кроме того, поскольку современный турбонаддув требует уменьшения степени сжатия примерно до 6,5: 1, чтобы избежать перегрева до
BMW 2002 с турбиной, 1974 |
ГБЦ, мощность предварительного наддува была даже слабее, чем у двигателя без наддува такой же мощности в этом диапазоне оборотов!
Turbo lag может вызвать проблемы при ежедневном вождении.До срабатывания турбонаддува автомобиль ведет себя как обычный седан. Откройте полностью дроссельную заслонку и увеличьте обороты двигателя, считая от 1, 2, 3, 4 … внезапно скачок мощности на 3500 оборотах в минуту, и машина становится диким зверьком. На мокрой поверхности или в крутых поворотах это может привести к пробуксовке колес или даже потере управления. При наличии турбо лага очень сложно плавно водить машину.
Одним из способов уменьшения турбо-лага является уменьшение инерции вращающихся частей, в основном за счет уменьшения их веса.Это позволяет турбине и компрессору быстро разгоняться и раньше начинать подачу наддува. Чтобы справиться с огромным количеством тепла в выхлопных газах, турбины в основном изготавливаются из нержавеющей стали или керамики (последняя особенно популярна в японской IHI). Иногда в некоторых автомобилях используются титановые турбины, которые еще легче, но очень дороги. Современные керамические или титановые лопатки турбин легче стальных лопаток, используемых в большинстве турбокомпрессоров. Опять же, это позволяет турбине набирать обороты быстрее, что снижает турбо-лаг.
Еще один верный способ уменьшить инерцию турбины и компрессора — сделать турбокомпрессор меньше. Небольшой турбокомпрессор обеспечивает более быстрый наддув и при более низких оборотах двигателя, но из-за своего диаметра может не обеспечить значительного наддува при более высоких оборотах двигателя, когда в двигатель поступает действительно большой объем воздуха. Также существует опасность слишком быстрого вращения на высоких оборотах двигателя, когда через турбину проходит много выхлопных газов.
Ротор турбины Garett в сборе |
Как мы уже грустили, в некоторых турбонагнетателях вместо гидравлических подшипников для опоры вала турбины используются шариковые подшипники.Они позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением. Они также позволяют использовать меньший вал. Это помогает турбокомпрессору ускоряться быстрее, что еще больше снижает турбо-лаг.
Первый «практичный» дорожный автомобиль с турбонаддувом появился в 1975 году, это Porsche 911 Turbo 3.0. Чтобы уменьшить турбо-лаг, инженеры Porsche разработали механизм, позволяющий турбине «предварительно раскручиваться» перед ускорением. Секретом была труба рециркуляции
.Порше 911 Турбо 3.0 |
и клапан: до того, как выхлопной газ достигнет давления, достаточного для приведения в действие турбины, между входом и выходом турбины с наддувом свежего воздуха устанавливается путь рециркуляции, таким образом турбина может свободно вращаться без замедления из-за давления наддува. Когда выхлопных газов станет достаточно для турбонаддува, клапан закроет рециркуляционный тракт, и уже вращающаяся турбина сможет быстрее подавать свежий воздух в двигатель. Опять же, турбо-задержка значительно уменьшается, а переключение мощности становится более плавным.
В течение 80-х годов турбонаддув продолжал развиваться для улучшения дорожных качеств. По мере совершенствования материалов и технологий производства масса и инерция турбины были значительно уменьшены, что привело к улучшению реакции и значительному уменьшению турбо-лага.
Другая причина неэффективности турбокомпрессора связана с тем, что мощность для вращения турбины не бесплатна. Это всегда одна и та же история: если ты чего-то хочешь, ты должен что-то отдать. Наличие турбины в потоке выхлопных газов увеличивает ограничение в выхлопе.Это означает, что на такте выпуска двигатель должен преодолевать более высокое противодавление. Это вычитает немного мощности из цилиндров, которые работают одновременно.