Турбинный двигатель на автомобиле

Описание и принцип работы турбонаддува двигателя

Среди всех возможных вариантов наддува двигателя внутреннего сгорания наибольшее распространение получил турбонаддув, в котором воздух подается в цилиндры при помощи специального устройства – турбокомпрессора (турбины). Вращение турбины осуществляют отработавшие газы, что позволяет существенно увеличить мощность двигателя без увеличения частоты оборотов последнего. Помимо этого, турбонаддув позволяет получать большие значения крутящего момента при небольшом расходе топлива. В сравнении с классическими конструкциями при аналогичной мощности турбированный двигатель имеет более компактные габаритные размеры.

1. Устройство системы турбонаддува
2. Принцип работы турбонаддува
3. Особенности эксплуатации турбированных двигателей
4. Виды систем турбонаддува
5. Что такое турботаймер и для чего он необходим
6. Достоинства и недостатки системы турбонаддува

Развитие турбомоторов

Прежде всего, значительную популяризацию двигателей с турбонаддувом можно наблюдать именно в наши дни. При этом турбированный двигатель появился немного позже после того, как в широкие массы пошел и сам ДВС. Впервые силовую установку оснастили турбиной в 1905 г. Однако на легковые автомобили моторы с наддувом начали ставить только ближе к 1960 годам.

Что касается дизельного двигателя, турбокомпрессор медленно и уверенно приживался на такой технике, однако с бензиновыми аналогами ситуация сложилась с точностью до наоборот. Если коротко, турбомоторы на бензине по причине целого ряда индивидуальных особенностей не отличались особой надежностью, а также имели высокую начальную стоимость.

Однако в дальнейшем развитие технологий и одновременное ужесточение экологических норм и стандартов заставило производителей вновь обратить внимание на турбокомпрессор для бензиновых ДВС. Результатом стало активное внедрение турбин на современные моторы.

Плюсы и минусы турбированного двигателя

Теперь, когда новички познакомились с основами работы турбины (ее также называют «улиткой» за визуальное сходство входной части турбины с панцирем моллюска), можно приступать к рассмотрению двух основных преимуществ турбированного двигателя – большая выходная мощность и повышенная топливная эффективность.

Поскольку турбонагнетатель позволяет небольшому двигателю производить больше мощности, разработчики могут использовать силовые агрегаты меньшего объема.

Меньший по объему двигатель, как правило, потребляет меньше топлива, чем более объемный мотор (данный постулат сейчас активно подвергается сомнениям, особенно ввиду множественных скандалов, связанных с занижением экономичности и экологичности), что способствует некоторой экономии топлива на определенных режимах работы агрегата (обычно это неспешная работа мотора на низких оборотах в городских условиях).

Двигатели с турбинами, нагнетая больше обогащенного кислородом воздуха внутрь цилиндров, улучшают сгораемость горючей смеси, уменьшая объем количества выбрасываемых вредных отходов. По этим причинам двигатель с турбонаддувом может быть более эффективным, чем атмосферный двигатель (без установленной турбины) при аккуратном движении.

Однако эффективность и экологичность турбированного двигателя может быстро упасть, если вы начнете агрессивно ездить. Почему это неминуемо произойдет? И здесь все достаточно банально. Для того чтобы двигатель работал правильно и не выходил из строя, он должен достичь надлежащего соотношения топливовоздушной смеси, миксующейся в камере сгорания (как правило, это происходит в камере сгорания). Турбина же будет доставлять больше кислорода в двигатель, особенно при условии полного нажатия на педаль газа: «тапок в пол», поэтому, во-первых, двигатель начнет сжигать больше топлива при таком сценарии.

Работа турбонагнетателей также увеличивает давление в двигателе вашего автомобиля. При работе мотора с высоким давлением вы рискуете столкнуться с «предварительным зажиганием» – так называется несанкционированное воспламенение топлива до того момента, как свечи зажигания должны дать искру и воспламенить его. Для проявления этого явления достаточно мощно ускориться на турбированном автомобиле. Давление внутри цилиндров подскочит, что увеличит шансы на преждевременное зажигание топливовоздушной смеси.

Современные двигатели оснащены датчиком детонации и программным обеспечением, которые помогают предотвратить предварительное воспламенение, обнаруживая его и распыляя дополнительное топливо в камеру, способствуя дальнейшему увеличению расхода топлива.

По этой причине многие современные турбированные двигатели также будут рассчитаны на работу на премиальном бензине. Топливо с более высоким октановым числом имеет меньше шансов к детонации, что делает его идеальным для небольших турбомоторов с высокой степенью сжатия.

Вы можете выяснить, какой бензин подходит для вашего автомобиля, в руководстве пользователя. Но если это современный турбированный двигатель, есть хороший шанс, что он использует 95 или 98 бензины.

В то время как многие современные двигатели довольно надежны, турбированные двигатели поставляются с рядом дополнительных компонентов на пути к самому турбокомпрессору: интеркулера и всех трубопроводов, необходимых для доставки сжатого охлажденного воздуха в двигатель. Это может сделать ремонт двигателя или его обслуживание дороже по сравнению с традиционным атмосферным мотором.

В плане надежности все зависит от транспортного средства. Надежнее всего изучить рейтинги надежности и затраты на ремонт приглянувшегося турбированного автомобиля, поскольку эти цифры варьируются от модели к модели. В целом вам больше не нужно беспокоиться о том, что автомобиль с турбонаддувом ненадежен – технология прошла долгий путь с 1980-х годов.

Победа за турбокомпрессором?

Не углубляясь в технические подробности, скажем, что механические нагнетатели можно считать частью эволюционного пути, а массовое распространение в итоге получили турбокомпрессоры. Для раскрутки нагнетателя требуется мощность с вала двигателя, турбина же раскручивается просто за счeт выхлопных газов. Первый путь технически сложнее и дороже в массовом производстве.

Тем не менее механические компрессоры до сих пор устанавливают! С одной стороны, это премиальные модели британских Jaguar и Land Rover, некоторые двигатели у Mercedes, а с другой — традиционные масл-кары в духе Dodge Challenger Hellcat, которые продолжают специфически «подвизгивать» именно из-за своего механического нагнетателя.

Главное преимущество этой конструкции — приводной компрессор любой конструкции, будучи привязанным к коленвалу, не имеет инерционности. Связь «по педали» с ним прямая, и разгон остаeтся ровным практически во всeм диапазоне.
Как говорится, каждому своe. Но вернeмся к массовым автомобилям.

Устройство и принцип работы атмосферного двигателя

Система запитывания атмосферного двигателя основана на инжекторном или карбюраторном механизме. Топливовоздушная смесь формируется в строгой пропорции: 1 часть бензина + 14 частей воздуха.

Принцип работы «атмосферника» заключается в том, что топливо впрыскивается в цилиндр без сопротивления. Это стало возможным благодаря сложным и тонким настройкам в распределительном валу, который открывает впускающий клапан. После впрыска смесь сгорает, а выделившиеся газы приводят в движение поршни.

Атмосферный двигательный аппарат назван так потому, что давление воздуха при попадании в мотор, равняется одной атмосфере. В его конструкции не используются турбонагнетатели, он функционирует при стандартном атмосферном давлении.

Преимущество в использовании атмосферного двигателя заключается в том, что на каких бы оборотах он не работал в данный момент, у него всегда будет определенный запас мощности. Это позволяет максимально быстро ускоряться при любой начальной скорости движения. До максимально возможного количества оборотов атмосферный силовой агрегат «раскрутится» за считанные секунды.

О принципах работы турбокомпрессора

Как работает турбина? Почему нельзя сразу глушить движок, дополненный таким агрегатом? Ответы на эти вопросы важны, так как, зная их, легче соблюдать особенности эксплуатации турбированного двигателя.

Схематично устройство турбины включает в себя следующие элементы:

1. Компрессорный хаузинг, следом за которым располагается компрессорное кольцо, отвечающее за сжатие воздуха.
2. Воздушный фильтр.
3. Задняя пластина компрессора.
4. Шарикоподшипник, установленный на валу.
5. Точки подачи и слива масла.
6. Турбинный хаузинг.
7. Турбинное колесо, за счет которого осуществляется преобразование энергии выхлопных газов в энергию вращения вала.

Важно: воздушный фильтр является основным источником возникновения проблем двигателя с турбонаддувом. Этот элемент рекомендуется регулярно менять.

Принцип работы турбокомпрессора заключается в следующем:

1. Воздух, проходя через воздушный фильтр, пронимает во входное отверстие агрегата.
2. Воздушные массы подвергаются сжатию. Одновременно с этим в них увеличивается уровень содержания кислорода. На данном этапе возникает нагрев воздуха, вследствие чего снижается его плотность.
3. Покидая турбокомпрессор, массы воздуха попадают в интеркулер, где происходит их охлаждение. Последний элемент конструкции также предотвращает возможность детонации топливной смеси в двигателе.
4. На последнем этапе сжатый воздух через дроссель проникает через впускной коллектор в цилиндры мотора.

Как видно, принцип работы подобного двигателя выглядит достаточно простым. Турбодвигатель часть выхлопных газов, возникших вследствие сгорания топливной смеси в цилиндрах, передает обратно в выпускной коллектор турбины. Этот воздушный поток запускает движение вала, на другом конце которого располагается компрессор. В результате последний вновь приступает к сжатию воздуха.

Благодаря чему турбированный двигатель обладает большей мощностью в сравнении с «атмосферным»?

После того как сжатый воздух попадает в цилиндр, в последнем увеличивается уровень содержания кислорода при сохранении прежних параметров цилиндра. Поэтому за один такт сжигается больше топливной смеси, чем в «атмосферном» моторе аналогичного объема.

Автомобиль с каким двигателем лучше выбрать

Обе разновидности моторов имеют как свои достоинства, так и недостатки. Поэтому нельзя однозначно сказать какой из них лучше. Если вы поклонник агрессивной езды, быстрого старта с места, любите драйв и готовы к значительным затратам на обслуживание, то выбор однозначен – автомобиль с турбированным двигателем. Однако, склоняясь к такому выбору, надо помнить о том, что мотор вашего транспортного средства (а особенно турбина) «проживет» значительно меньше, чем атмосферный аналог. К тому же вы должны быть уверены, что в своем регионе вы без труда сможете приобрести топливо высокого качества, а также специальные синтетические масла.

Если для вашего стиля езды характерны спокойствие, предусмотрительность и осторожность, и к тому же вы практичный и бережливый человек, то излишки мощности турбированного двигателя вам просто не нежны. А вот надежность, простота в обслуживании и долговечность атмосферного мотора, позволят значительно сэкономить затраты на его повседневную эксплуатацию.

Источники: avto-moto-shtuchki.ru, vopros-avto.ru и др.

Не забываем!

Всё ремонтируется, вопрос остается только в выборе СТО. Этот выбор только за Вами!

Турбина: что это и зачем

Турбированный двигатель – это как спортсмен с допингом. Атмосферник честно забирает воздух для сжигания топлива путём движения поршней и освобождения пространства в цилиндрах. Воздух поступает естественным путем, никаких сложных механизмов тут нет, и такой мотор нужно сильнее «крутить» для получения желаемой тяги.

Турбомотору помогает турбина – по сути, простой вентилятор, который насильно нагоняет воздух в цилиндры. Сильно дует, больше мощности, всё очень просто.

На первый взгляд покажется, что при таких раскладах атмосферный мотор сам по себе менее интересен, и в чем тогда вообще вопрос. Но у турбомоторов есть как плюсы, так и минусы, в которых стоит разобраться.

• Стабильная тяга и высокая мощность;
• Более низкий расход топлива;
• Не нужно крутить двигатель, чтобы получить отдачу;
• Меньший объем двигателя, следовательно, меньший вес.

Несмотря на то, что воздух поступает интенсивнее, чем в атмосферный мотор, расход топлива меньше. Этот эффект достигается за счет того, что у турбомоторов есть тяга уже с «низов», а атмосферный двигатель нужно сильно крутить, чтобы получить полную мощностью

• Дорогостоящий ремонт турбины;
• Технически сложное устройство самого двигателя;
• «Турбояма» на старых моторах;
• Тихий звук мотора и выхлопа.

У турбомотора намного больше разных патрубков и датчиков, следовательно, вероятность поломки выше. Старые двигатели грешат так называемой «турбоямой», когда для раскрытия турбине надо немного времени после нажатия на педаль – буквально полсекунды, но в критической ситуации они могут решать.

Что касается звука, то речь не столько о стиле и имидже, сколько о необходимости слышать работу мотора. Иногда звук подскажет о приближающейся поломке.

Плюсы и минусы системы

Турбонаддув, как и любой элемент автомобильной системы, имеет преимущества и недостатки.

К преимуществам относятся:

Дополнительная мощность. Считается, что установка доптурбины на выпускном коллекторе ДВС придает дополнительную мощность. Это поможет получить еще один источник энергии для турбонаддува. Нельзя называть ее «бесплатной» энергией. Ее можно назвать «дешевой дополнительной энергией».

Оптимизация соотношения массы «движка» и веса. Переход на турбонаддув помог отказаться от увеличения количества и объема цилиндров с целью увеличения мощности мотора.

Экономичность. При сравнении удельного расхода топлива и атмосферного двигателя с той же мощностью можно понять, что преимущество у первого типа. Это объясняется тем, что за один цикл тратиться меньше топлива.

Что касается недостатков, то их не так много, как кажется. Во-первых, самым основным «минусом» системы является «турбояма». Это явление представляет собой процесс, который при разгоне с небольших оборотов выдает вялую динамику, вместо ускорения. Это обуславливается тем, что турбонаддув работает в тесной связи с частотой вращения коленчатого вала. Эффективности от наддува совершенно не будет, если величина окажется невысокой.

Вторым недостатком считается повышенная температура. Сжатие воздуха связывают с нагревом, что отрицательно сказывается на функционировании движка. Именно из-за этого приходится вводить систему охлаждения дополнительно. Турбонаддув, несмотря на свои недостатки, является отличным способом для достижения высоких показателей экономичности и мощности.