Турбированный двигатель: Турбированный двигатель – ответы на все вопросы

Содержание

Турбированный двигатель – ответы на все вопросы

Я думаю, вы слышали фразу: «турбина», «турбированный», «турбонаддув» и т.д. Но не все точно знают значение этих слов и почему двигатель с наддувом называют турбированным – это не всегда верно. Ведь в нем может и не быть турбины. Эту разницу рассмотрим позже, когда разберемся с самим понятием, и как работает турбомотор.

Подробный разбор турбированных двигателей – чем она так хороши и почему их все бояться

Ответим на все вопросы, возникающие в умах неискушенных автолюбителей. Я уверен, что после прочтения этого материала, вы будите самым «подкованным» в вопросе турбонагнетателей. Сможете друзьям по гаражам рассказать, чем отличается турбированный мотор от атмосферного и какие в нем плюсы и минусы. Затронем вопрос масла, какое заливать в такие силовые агрегаты.

Давайте начнем с определения, что это такое. Пойдем дальше, повышая ваш уровень знаний.

Что такое турбированный двигатель и что это значит

Вы уже знаете, что в природе существуют обычные атмосферные двигатели, MPI моторы с распределенным впрыском топлива. Те же атмосферники, но конструкторы заморочились с дополнительными форсунками на каждый цилиндр (не путаем с непосредственным впрыском). Все они работают за счет всасывания воздуха самим силовым агрегатом. Давление во впускном коллекторе атмосферное, поэтому они так называются.

В конце 19, начале 20 века многие инженеры задумывались о повышении мощности за счет сжатия воздуха, подаваемого в камеры сгорания. Некий Альфред Бюхи в 1911 году запатентовал принцип турбонаддува. Он же смог впервые осуществить принудительное нагнетание воздуха в ДВС и увеличить его мощность на 120% . С того времени началась эра турбированных моторов.

Турбомотор – это атмосферник с прикрученной к нему турбиной

Заканчиваем с историей, переходим к физике. Горение топлива в камерах цилиндров происходит с присутствием в них воздуха. Чтобы повысить мощность, нужно больше подать в них бензина. Но большое количество «горючки» не сможет воспламениться без повышенного количества кислорода, значит, его тоже нужно увеличить. А его увеличение возможно только за счет увеличение рабочего объема цилиндра. До определенного времени так оно и было. Безразмерно росли размеры двигателей – три, четыре, шесть литров с целью наращивания лошадиных сил.

Для увеличения мощности инженеры повышали объемы двигателей, пока не появились турбомоторы

Это приводило к большому потреблению топлива, а значит повышенным выбросам вредных веществ в атмосферу. Это экологам не понравилось. Они на государственном уровне стали лоббировать запрет на многообъемные силовые агрегаты. В результате автопроизводителям запретили безразмерно «раздувать» ДВС, ввели экологические нормы. В этот момент они вспомнили про принудительный наддув воздуха.

Им пришлось научиться к моторам, с малым рабочим объемом, прикручивать турбину или компрессор. Кстати, разница между этими двумя понятиями есть, об этом я подробно писал в статье «Отличия и достоинства компрессора и турбины для автомобиля». Поэтому, не стоит путать эти два определения. Назначение одинаковые, но принципы работы разные.

Простыми словами: турбированный двигатель – это «обычный» атмосферный мотор, к которому прикрутили турбинку.

Что дает турбина

Она увеличивает мощность силового агрегата. Пусть то будет бензиновый или дизельный ДВС. Мощность и крутящий момент с одного кубического сантиметра полезного объема цилиндра, возрастает в разы, в сравнении с «атмосферниками».

Трубина дает прирост мощности и крутящего момента двигателю

Кроме возросших лошадиных сил получаем экономию топлива, а соответственно – меньше вредных выбросов. Экологи испытывают экстаз. Есть свои недостатки, о них позже. Появилась проблема «турбоямы» – когда при резком нажатии на педаль газа на низких оборотах, автомобиль рычит, но не едет. Подхват начинается, когда мотор раскручивается до 2500-3000 оборотов в минуту. Это связано с особенностями работы турбины.

Принцип работы турбонагнетателя

На гражданском автомобиле он представляет собой агрегат, состоящий из двух камер – горячей и холодной. Они герметически изолированы друг от друга. В них находится крыльчатка, лопасти вентилятора в каждой из них. Они насажены на общий вал. При вращении одной, синхронно вращается другая.

Нагнетание воздуха во впускной коллектор происходит крыльчаткой холодной части турбины. Воздух засасывается с улицы, сжимается, под давление поступает в цилиндры турбодвигателя.

Чтобы раскрутить лопасти холодной камеры, нужна энергия. А где ее взять? Догадались использовать энергию выхлопных газов. Они из выхлопного коллектора поступают в горячую часть турбинки, раскручивают крыльчатку. Она в свою очередь разгоняет лопасти холодной камеры, которые всасывают уличный воздух. Вот так, без дополнительных затрат энергии получилось принудительно надувать кислород в камеры сгорания.

Принцип работы турбины

Поэтому возникает эффект «турбоямы». При маленьких оборотах ДВС, скорости отработанных газов недостаточно, чтобы раскрутить крыльчатки. В холодной части не создается достаточного давления, всасывается воздуха меньше, чем необходимо. Поэтому происходит кратковременный провал мощности при резком нажатии на педаль газа. Нужно крутить мотор, чтобы он вышел на рабочие обороты, и смог «надуть» цилиндры. Скорость вращения крыльчаток турбоагрегата доходит до 100-150 тысяч об/мин.

Именно из-за того, что турбонагнетатель работает за счет энергии выхлопных газов и вращается с большой скоростью, у турбомоторов возникает ряд определенных проблем. Поэтому их многие недолюбливают, обходят стороной при покупке.

Атмосферный двигатель или турбированный – какой лучше

Для сравнения, рассмотрим достоинства и недостатки турбодвигателей. Хочу сразу сказать, что многие минусы могут быть минимизированы правильным обслуживание, соблюдением рекомендаций. Об этом поговорим позже.

Недостатки:

  1. Качество топлива.
  2. Качество масла.
  3. Турбояма.
  4. Необходимость остужать турбонагнетатель после длительной поездки на «холостых».
  5. Небольшой ресурс.
  6. Расход топлива и масла.

Почему все бояться турбодвигателей – обзор их недостатков

Разберем подробно каждый пункт.

1. Чем хуже бензин, тем он хуже сгорает. Так как турбина работает за счет выхлопных газов, на крыльчатке горячей части турбонагнетателя образуется нагар от несгоревшего топлива. Он со временем увеличивается, уменьшая эффективность наддува, сокращая срок службы лопастей и самого агрегата.

2. В турбированных нагнетателях используются подшипники скольжения. Они смазываются моторным маслом. Если его качество будет низкое или оно будет старое, подшипник разрушиться. Плюс ко всему высокие температуры от отработанных газов, просто могут «поджарить» его, оставив в подшипнике отличный нагар, который впоследствии «сожрет» его поверхности скольжения.

3. В последнее время инженеры научились уменьшать негативный эффект от этого явления. Используют системы с двумя турбокомпрессорами – битурбо или твин-турбо. Устанавливаются турбины с изменяемой геометрией, способные раскручиваться с самых низов.

4. Причину подробно описывал в этой статье, повторяться не буду. Знайте, дайте поработать ДВС на холостом ходу несколько минут, чтобы масло остудило подшипник и оно там не пригорело.

Не рекомендуется глушить турбодвигатель сразу.

5. В некоторых случаях турбина «ходит» максимум до 150 тыс. километров пробега. Чаще её срок эксплуатации заканчивается на 100 тысячах. Большие нагрузки, температуры, да и не все соблюдают регламент обслуживания. Где-то, что-то сэкономить – вот главный девиз многих автовладельцев.

6. Это спорный вопрос. Если сравнивать турбодвигатель и атмосферный мотор одного объема, то расход у турбированного будет выше. Но и мощность будет выше, значит динамика лучше. Вы куда-то сможете поехать, а не пытаться обогнать велосипедиста всю дорогу.

7. Например. Два мотора объемом 1,4 с турбиной и без нее. У одного 150 лошадиных сил, у второго 70 лошадок. У первого расход будет выше – 6-8 литров, у второго 4-5 литра на сто километров. Но с каким двигателем вы получите больше удовольствия от вождения? Для городской езды атмосферника вполне может хватить, если кто привык ездить в стили сонной черепахи. Поэтому каждый должен для себя сам решить, атмосферный мотор или турбированный выбирать в плане экономии бензина.

8. По поводу смазочных материалов. Вопреки расхожему мнению, которое активно культивируют противники турбомоторов, исправный турбонагнетатель не «жрет» масло.

Если заметите небольшую посадку уровня на щупе, то он, возможно, садится из-за двигателя, угорает от его «высочайшего качества» или ошибок в конструкции. Помните эпопею с масложором фольксвагеновских моторов? Если турбина «подходит» к концу, тогда да, маслице через подшипник может вылетать как во впускной коллектор, засерая интеркулер, воздушные заслонки, впуск или в выпускной – привет катализатору или сажевому фильтру в случае с дизелем.

Плюсы:

  1. Мощность и динамика разгона. Больше лошадиных сил с одного кубического сантиметра полезного объема двигателя.
  2. Расход топлива. Если сравнивать с аналогичным атмосферным ДВС такой же мощности. Например, лошадиных сил по 150, но у атмосферника объем 2 литра, у турбированного – 1,4. Значит, последний будет меньше потреблять горючки, при одинаковой мощности. Вы будите радоваться такой же динамике, но не считать деньги на заправке.
  3. Вес и размер. Маленький рабочий объем – меньше габариты и вес силового агрегата. В свое время были исследования, что если сократить массу автомобиля или его агрегатов на 50 килограмм, то расход топлива уменьшиться в пределах 1 литра на 100 километров.

А теперь делайте выводы, что для вас лучше, турбированный двигатель или атмосферный. Вам нравится быстро ездить и экономить на топливе, но тратиться больше на обслуживание, или «надежность» атмосферных лошадиных сил? Насчет последнего могу поспорить, особенно это касается моторов Киа Спортаж и Хёндай Сантафе – сто тысяч и привет – капиталка.

Рекомендуется при покупке подержанного автомобиля тщательно диагностировать турбину не предмет масленых потеков и посторонних звуков во время ее работы. Если они есть, возможно скоро придется её ремонтировать или менять.

Моторные масла

Масло для турбированных бензиновых или дизельных двигателей должно соответствовать рекомендациям завода-изготовителя авто. Не поленитесь, найдите инструкцию по эксплуатации. Там должно быть все подробно описано, начиная от  допусков, заканчивая стандартами и вязкостью.

Если таковую не нашли, то рекомендуется использовать синтетические масла вязкостью 30. Например 5W-30 или 0W-30. Обязательно смотреть допуск. Например, для турбодвигателей Skoda он составляет 502,00. На канистре обозначается 502000.

Хочется еще отметить, что вязкость изменяется от температурного режима, где оно работает. В подшипнике турбины температура достигает больших значение. Чем выше она, тем вязкость становится ниже. Значит, нам нужно масло, которое сможет сохранять свои характеристики при температурах выше 100 градусов.

За это отвечает критерий «кинематическая вязкость». В 0W-40 она составляет 12,5. Вязкость W-30 – 9,3. Использовать ГСМ с более низкой вязкостью может быть опасно. При высоких температурах оно станет жидким, плохо будет смазывать поверхности подшипника турбины. Например, концерн Шкода рекомендует для своих турбированных двигателей заливать масло 0W-40.

Значение кинематической вязкости масел – какое лучше заливать в турбомотор

Опять, смотрим допуск, Shell Ultra 0W-40 находится в заводском допуске, 0W-30, которое любит лить дилер – 504, небольшое отклонение от допустимого значения заводом-изготовителем моторов. Источник: drive2.ru

Вторым главным критерием масла для турбированных двигателей – периодичность замены. В этом случае не стоит обращать внимание на заводские рекомендации. В большинстве случаев они уходят далеко за 10 тысяч километра пробега. Этого делать нельзя.

Редакция «За рулем» провела испытание масел на разных пробегах. Пришла к выводу, что если мотор и турбина эксплуатируется в теплое время года и не имеют большого износа, то можно придерживаться заявленного заводом интервала замены масла. Если движок и его агрегаты уже «видали виды», то интервал нужно сократить. Вязкость при высоких температурах, которые наблюдаются в турбонагнетателе, при больших пробегах возрастает, что свидетельствует таблица результатов теста:

Изменение кинематической вязкости масла от величины пробега двигателя

Рекомендуется на подержанных автомобилях менять масло не реже чем 7-8 тысяч километров. Это будет полезно для двигателя и для турбины. Вы сильно не разоритесь, но срок замены турбинки отодвинете.

Кроме того. Если у вас трассовый пробег, то желательно интервал замены масла в турбомоторах сократить до 5-6 тысяч. Это связано с постоянными нагрузками на турбонагнетатель, постоянным её разогревом. В городе он испытывает меньше нагрузок, так как работает в пол силы.

Важно! При городском пробеге рекомендуется ориентироваться не на километры пройденного пути от замены до замены масла, а на моточасы. Об этом подробно написано здесь.

Газовое оборудование

На турбодвигатели можно ставить газобаллонное оборудование. Есть ограничение. На подобные силовые агрегаты устанавливается только четвертое и пятое поколение ГБО. Более старые модификации устанавливать категорически нельзя. Это связано с невозможностью получить корректную топливовоздушную смесь. Что влечет к детонации и прогару выпускных клапанов и последующему разрушению турбины.

Отличие четвертого от пятого поколения газового оборудования для турбированного двигателя заключается:

  1. Использование в 5 модификации более точного оборудования и способа подачи газа. Он поступает к газовым форсункам в жидком виде, в четвертом – в газообразном.
  2. Пятое поколение персонализировано. То есть, на конкретный мотор устанавливается определенный комплект ГБО, перенести его на другой нельзя.
  3. Срок службы 5 поколения рассчитан на весь период эксплуатации турбомотора.

Главный плюс газового оборудования для турбированных двигателей – экономия на топливе. Газ не имеет присадок, поэтому масло в паре с ним меньше окисляется, дольше сохраняет свои физические свойства.

Вывод

Заканчиваем словесный понос накуренного моториста, подведем итог. Турбированный двигатель – обычный мотор с турбиной. В угоду экологическим нормам и сокращению потребления топлива инженеры были вынуждены уменьшать объемы силовых агрегатов. Пользователи хотели больше мощности, поэтому пришлось «тулить» турбонагнетатель или компрессор.

Все недостатки турбомоторов перекрывает хорошая динамика автомобиля при небольших размерах ДВС и значительная экономия топлива в сравнении с большими моторами схожей мощности. Если хотите надежность – выбирайте атмосферники. Но стоит помнить, что это уже не те двигатели в стиле BSE от Фольксваген, где пробег до капиталки мог доходить до 500 тысяч километров.

Если сравнивать турбированные и атмосферные, то в современных реалиях выбор склоняется в сторону первых. При должном уходе вы получите удовольствие от вождения такого автомобиля. Да, затраты на его содержания будут выше, но незначительнее, чем у современных GDI-моторов, например.

Масло льем только качественное, стараемся покупать у проверенных продавцов. Экономия выйдет боком. Бензин – не ниже 98. В регионах 95 будет по качеству как 92, помните об этом. Интервал замены – 7-8 тысяч километров, если авто с пробегом, то чаще.

ГБО можно смело ставить. Только на силовые агрегаты с турбонаддувом устанавливаются 4 и 5 поколения казовое оборудование. Рекомендуется именно последняя модификация. Она дороже, но эффективнее и надежнее.

список проблемных двигателей — журнал За рулем

Надо ли бояться двигателей с турбонаддувом? «За рулем» объясняет причины их ненадежности и развеивает мифы.

Материалы по теме

Анализ вторичного рынка не оставляет сомнений: россияне при покупке автомобиля в подавляющем большинстве случаев выбирают машины с атмосферным двигателем. Хотя при сопоставимых ценах турбомотор экономичнее и мощнее.

Сказанное в большей степени относится к автомобилям по умеренной цене. В премиум-сегменте предпочтения выражены не столь очевидно — обеспеченные покупатели не чураются даже битурбо­двигателей.

Главные неудачники

В Европе «эффект турбостраха» не наблюдался — переход на «турбо» происходил постепенно и плавно, хотя в 1980‑е сами турбины были весьма капризными. В СССР таких моторов никогда не было, отсюда и недоверие. Чужая, незнакомая вещь — непонятно, как и где ее чинить, случись что. Поначалу в России были ощутимые трудности с ремонтом турбомоторов (и дизелей тоже). Специализированные сервисы по турбомоторам и их компонентам появились не сразу. Да и там дорогостоящий ремонт не всегда гарантирует качество.

Материалы по теме

Между тем с приходом экологических норм Евро‑5 (в Евросоюзе — с 2009 года) моторы с наддувом стали самым простым и эффективным решением для всех производителей. А Евро‑6 оказался и вовсе труднодостижимым уровнем для атмо­сферников.

Мощная волна даунсайзинга (сокращение рабочего объема моторов и уменьшение их габаритов при повышении производительности, часто с помощью турбонаддува) поднялась лет пятнадцать назад. Всего двадцатью годами ранее литровая мощность под 100 л.с./л встречалась только у спортивных машин. Сегодня это обыкновенный показатель для относительно простых и массовых моделей.

На этой волне практически все заводы выпустили множество турбомоторов. Часть из них оказались не слишком удачными. То ли недостаток инженерного опыта сказался (все новые двигатели намного сложнее предыдущих), то ли поспешность разработок. Список общепризнанных «неудачников» довольно длинный. Выборочно: трехцилиндровый опелевский 1.0 R3, Ford 1.0 EcoBoost, сильно страдавший перегревами, «Инновация 2007 года» 1.4 TSI/TFSI Volkswagen/Audi, моторы BMW семейств N45 и N46 периода 2001–2011 годов, обладатель многих премий «Двигатель года» 1.6 THP (EP6), созданный концерном PSA совместно с BMW и получивший имя собственное Prince (Принц). Локальные проколы случались и у Мерседеса, и у Тойоты, и у Рено. У всех турбоновинок были передовые характеристики, но это сопровождалось снижением надежности.

Преждевременно и скоропостижно из строя выходят, разумеется, не все поголовно двигатели некоего семейства или серии, а только отдельные экземпляры. Постепенно накапливается статистика: что чаще всего ломается и почему. Тысячи остальных точно таких же двигателей успешно отрабатывают заявленный ресурс — и даже больший, но репутация в итоге портится у всех.

Главные проблемы

Что произошло? Мотористы под давлением экологических нормативов вынужденно избрали невыгодный с точки зрения надежности путь — сочетание увеличения давления в цилиндрах (рост температур и механических нагрузок) с облегчением шатунно-поршневой группы (уменьшение размеров и массы элементов ради снижения инерционных нагрузок). Сократился расчетный запас прочности многих нагруженных деталей — по некоторым оценкам, примерно на 40%. Это сопровождалось общим усложнением конструкции с той же целью оптимизации процесса сгорания топлива и минимизации вредных выбросов. Например, бээмвэ-пежо-ситроеновский Prince, дебютировавший на Mini, совместил в себе несколько передовых решений — турбину Twin-Scroll, систему изменения фаз газораспределения, непосредственный впрыск, систему охлаждения с умным насосом и управляемым ­термостатом.

Материалы по теме

Проблемы у многих турбодвигателей разных фирм оказались если не идентичными, то схожими. Неэффективные и не доведенные системы смазки и, как следствие, склонность к масляному голоданию, нередко одновременно с масложором (до литра на тысячу километров). Высокие термонагруженность (приводящая к ускоренной деградации резиновых и пластиковых деталей) и чувствительность к качеству топлива и октановому числу (некоторым двигателям даже АИ‑95 противопоказан). Вкупе с небрежным отношением к обслуживанию мотора суммарным проявлением становились нагар на форсунках и клапанах, отложения в цилиндрах и масляных каналах. Результат загрязнений — от течей «всего и везде» до деформации клапанов, прогорания поршней, задиров цилиндров и распредвалов.

Иногда всё это усугублялось низким ресурсом цепного привода ГРМ: цепь растягивалась намного раньше ожидаемого срока — именно на турбоверсиях, а на атмосферниках точно такой же узел работал нормально. Растянувшаяся цепь могла перескочить на несколько зубьев, что приводило к встрече поршней с клапанами.

Многие агрегаты этого «нехорошего» поколения в Россию официально не ввозили. Но остальных с лихвой хватило, чтобы накопить определенный скепсис ко всем турбированным моторам — при активном обсуждении в интернете, где негатив как обычно подается с большим преувеличением, а позитив гораздо менее интересен.

Турбодизели этап даунсайзинга пережили более благополучно, чем бензиновые собратья. Те же наклонности у них проявлялись в меньшей степени. Правда, добавлялись индивидуальные проблемы в системе питания: некорректная работа засоренных форсунок приводила к разно­образным фееричным финалам.

Как с этим жить?

Материалы по теме

Теперь уже очень просто. К 2010–2012 годам все проблемные моторы обстоятельно модернизировали и довели до приемлемого состояния. Чаще и масштабнее всего совершенствовали систему смазки, привод ГРМ (вплоть до перехода с цепи на ремень), материалы и конструкцию поршней и колец.

А к 2015‑му практически все «жертвы даунсайзинга» получили замену в виде двигателей новых серий и поколений, в которых прежние недочеты в целом учтены и исправлены. Сего­дняшний фольксвагеновский 1.4 TSI — сильно другой и в кошмарных болезнях не уличен. У Принца 1.6 THP также мало общего осталось с первоначальным вариантом, и его до сих пор выпускают (в Китае, для местных компаний) как новое семейство.

Пробег 250–300 тысяч километров вполне достижим для современных турбомоторов — и бензиновых, и дизельных. Но все они любят хороший уход: регулярную чистку форсунок, своевременную (а лучше упреждающую) замену масла, пристальное внимание к звукам в приводе ГРМ. И промывку радиаторов — то, чего старым атмосферникам обычно не требовалось. И да, не нужно разбавлять бензин ослиной мочой.

1.4 TSI (ЕА111)

1.4 TSI (ЕА111)

1.4 TSI (ЕА111)

В 2005 году этот мотор поражал инновационной архитектурой, изяществом решений и отличными характеристиками. В самих буквах TSI зашифрована технология послойного непосредственного впрыска топлива и турбонаддува. Была заявлена пятипроцентная экономия топлива при увеличении мощности на 14% по сравнению с двухлитровым (!) FSI. Но эксплуатация быстро выявила уязвимые места.

Первый вал претензий — к цепи ГРМ и неудачному натяжителю. Цепь растягивалась, а натяжитель не натягивал, из-за этого сходили с ума фазорегуляторы. Оказалось, что машину нельзя оставлять на склоне на передаче без ручного тормоза — не исключалась вероятность проскока цепи. Реакцией на промах с топливом (или на короткие поездки зимой без прогрева) была детонация, засорение впускных клапанов и маслоприемника нагаром, падение компрессии, масложор, изредка — разрушение хрупких поршней с тонкими стенками. Нарекания в адрес турбин были малозначимые.

Мотор выпускали до 2012 года и ставили на множество автомобилей Volkswagen, Audi, Skoda и Seat. Затем ему на смену пришел 1.4 TSI нового поколения EA211, полностью переработанный. Злосчастную цепь ГРМ заменили привычным ремнем.

Брать или не брать?

Renault Arkana

Renault Arkana

Машины с турбомоторами часто выбирают адепты активной езды, потому при покупке ­бэушных машин требуется особое внимание. От приобретения техники с бензиновыми турбомоторами проблемного периода (примерно до 2011 года) лучше отказаться. Слишком большой заявленный пробег (от 200 000 км) намекает на предельный износ элементов двигателя, а за подозрительно маленьким (скажем, 50 000 км для десятилетней машины) могут скрываться годы простоя в ремонте — это если пробег не скручен. В любом случае полезна диагностика мотора и турбины.

С новыми автомобилями проще: пока действует гарантия, беспокоиться не о чем. Да и надежность турбомоторов подросла. Крайне интересно посмотреть на продажи в России потенциального бестселлера Renault Arkana, у которого альтернативу старому атмосфернику 1.6 составляет современнейший турбомотор 1.3 TCe (он же М282 в номенклатуре Мерседеса), представленный в 2017 году. Пока доля турбоверсий в общем объеме продаж Арканы составляет около 50 %. Значит, довольно скоро будет собрана статистика насчет надежности (или проблемности) этого мотора — и мы вернемся к теме.

Вдохнуть энергию. Почему турбированный двигатель экономичнее атмосферного? | Об автомобилях | Авто

Турбированные бензиновые агрегаты находят все большее применение в массовых автомобилях сегментов B и C. Сейчас концерн Volkswagen активно внедряет их практически на всех своих моделях. Наибольшим спросом пользуются 1,4-литровые агрегаты TSI с наддувом, а также 1,8-литровые TSI для кроссоверов и больших седанов. От немцев не отстают и другие автопроизводители. Турбированные машины можно встретить у корейцев и французов. И если внимательно изучить характеристики моторов, то удивляешься тому, насколько же они экономичны. В чем секрет этой метаморфозы и можно ли доверять указанным в спецификациях показателям?

Сила воздуха

Из курса физики мы знаем, что пламя костра горит сильнее, быстрее и при более высокой температуре, если в него надувать воздух. Стоит помахать над шашлыками веером, как угли разгорятся ярче. Если переусердствовать, то мясо даже подгорит. Так же и в моторе. Чем сильнее вкачивать воздух, тем горячее и быстрее будет горение топлива.

Конструктивно турбированный мотор отличается от атмосферного. Его система впуска работает с давлением гораздо выше атмосферного. Если обычный рядный двигатель всасывает воздух под действием внутреннего разрежения и давление там не может быть выше 1 атм, то турбоагрегат имеет специальное техническое устройство для повышения давления. Для накачки воздуха применяют турбину или механический компрессор-нагнетатель, которые сжимают воздух на впуске и доводят давление до 2 атм и выше. Этого достаточно, чтобы так насытить горючую смесь кислородом, чтобы она подрывалась с выделением гораздо большего количества тепла и энергии. Бензин и воздух впрыскиваются в камеры сгорания в виде аэрозоля, который подрывается искрой.

При большом количестве кислорода бензин сгорает быстро и почти полностью, благодаря чему остаточные газы содержат меньше вредных веществ. Топливо преобразуется в энергию, и КПД растет. И чем больше воздуха, тем меньше бензина потребуется для осуществления мотором запланированной работы. Поэтому становится возможным сделать мотор компактнее при сохранении мощности.

К примеру, 1,4-литровые турбированные двигатели сейчас развивают ту же мощность, что и 2,0-литровые атмосферные агрегаты, а по крутящему моменту существенно их превосходят. Потребление топлива у них тоже сокращается. К примеру, у кроссовера KIA Sportage 2,0-литровый атмосферный мотор в городском ритме потребляет 10,9 л бензина на 100 км пути, а у Volkswagen Tiguan турбированный 1,4-литровый агрегат при идентичной мощности съедает только 8,8 л.

Когда экономичность турбированных моторов сходит на нет?

Между тем турбонаддув — это палка о двух концах. Принято считать, что турбированные моторы имеют меньшую надежность, чем атмосферные. Отчасти это справедливо, так как деталям приходится работать при высоком давлении. Идет нагрузка на поршни, на клапанный механизм и т. д. Нагруженные высокооборотистые моторы довольно требовательны к качеству топлива и моторного масла. Они потребляют гораздо больше смазывающей жидкости, чем атмосферные. Если не уделять должного внимания смазке и затягивать со сменой масла, то турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км.

Да и к экономичности есть большие вопросы. При спокойной езде, когда турбоагрегаты не раскручиваются свыше 3 тысяч оборотов, потребление топлива действительно ниже, чем у атмосферных. Однако при динамичной езде на пике мощности и крутящего момента впрыск готовит такую смесь, чтобы обеспечить максимальную тягу. Для примера: 2,0-литровый атмосферный мотор у KIA Sportage развивает 192 Нм, а турбированный двигатель 1,4 TSI у Volkswagen Tiguan — 250 Нм. А так как моторы могут развивать гораздо больший крутящий момент, то и бензина для достижения заявленных характеристик требуется больше.

Смесь обогащается, вбирает в себя больше бензина, чем у атмосферных, благодаря чему растет тяга и потребление топлива.

Таким образом, при активной спортивной езде турбированные моторы могут удивить: бензин в них течет рекой, а потребление топлива опережает показатели атмосферных двигателей примерно на 30%.

Какой двигатель лучше — турбо или атмосферный? — журнал За рулем

За наддувными двигателями — будущее, а оснащенные ими автомобили динамичнее и экономичнее.

Материалы по теме

Все чаще современные автомобили оснащают турбомоторами. В первую очередь к даунсайзингу (уменьшение рабочего объема двигателя с одновременным использованием наддува) прибегают из-за постоянно ужесточающихся эконорм, которые, в частности, требуют лучшей экономичности.

Но преимущества таких моторов не только в низком расходе топлива. К сожалению, современные атмосферные двигатели сильно задушены экологическими нормами и редко гарантируют хорошую отдачу. Исключение — только двигатели серии Skyactiv у Мазды. Но даже они уступают в экономичности и крутящем моменте турбомоторам аналогичной мощности. К тому же крутящий момент у турбомоторов достигается на низких оборотах и доступен в широком диапазоне.

Ну а традиционные проблемы с надежностью (в первую очередь это касается ресурса), характерные для малокубатурных моторов, производители постепенно решают. Так что пальму первенства отдадим именно двигателям с наддувом — за ними будущее.

Маздовские двигатели серии Skyactiv — атмосферные моторы, изюминка которых в невероятно высокой для бензиновых агрегатов степени сжатия — 14. Обычно этот показатель не больше 11 — для атмосферного двигателя и колеблется в пределах 8–9 в случае с турбомоторами.

Маздовские двигатели серии Skyactiv — атмосферные моторы, изюминка которых в невероятно высокой для бензиновых агрегатов степени сжатия — 14. Обычно этот показатель не больше 11 — для атмосферного двигателя и колеблется в пределах 8–9 в случае с турбомоторами.

Что такое турбомотор и как он работает?

Мы все слышали о двигателях с турбонаддувом, но что вы знаете о том, как они работают? В этом руководстве мы рассмотрим все преимущества и недостатки турбонагнетателей, их преимущества и недостатки, а также их отличие от двигателей без наддува.

Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор — это компонент, состоящий из турбины и воздушного компрессора, который используется для перекачивания отработанных выхлопных газов двигателя. Он нагнетает больше воздуха в цилиндры, помогая двигателю развивать большую мощность.

Как они работают?

Турбины состоят из вала с турбинным колесом на одном конце и компрессорным колесом на другом. Они закрыты корпусом в форме улитки с впускным отверстием, в которое отработанные выхлопные газы попадают под высоким давлением. Когда воздух проходит через турбину, турбина вращается, и компрессор вращается вместе с ним, втягивая огромное количество воздуха, который сжимается и выходит из выпускного отверстия.

Трубка подает этот сжатый воздух обратно в цилиндры через промежуточный охладитель, который охлаждает воздух, прежде чем он достигнет цилиндров.Поскольку турбины работают на таких высоких скоростях (до 250 000 об / мин), они обычно имеют систему охлаждения масла, чтобы гарантировать, что они не будут слишком горячими. Большинство систем также содержат клапан, известный как «перепускной клапан», который используется для отвода избыточного газа от турбокомпрессора, когда двигатель производит слишком большой наддув, предотвращая повреждение турбины за счет ограничения ее скорости вращения.

Двигатели с турбонаддувом отличаются от стандартных двигателей тем, что в них используются отработанные выхлопные газы для втягивания большего количества воздуха во впускной клапан.В то время как двигатели без наддува полагаются на естественное давление воздуха для втягивания воздуха в двигатель, турбины ускоряют этот процесс, производя мощность более экономично.

Какие преимущества турбонаддува?

Турбокомпрессоры обладают рядом преимуществ, поэтому они так популярны в современных автомобилях. Здесь мы перечислим основные плюсы двигателя с турбонаддувом.

Мощность

Турбины производят больше мощности в двигателе того же размера. Это потому, что каждый ход поршня создает большую мощность, чем в двигателях без наддува.Это означает, что теперь больше автомобилей оснащается двигателями меньшего размера с турбонаддувом, заменяя более крупные и менее экономичные агрегаты. Хорошим примером этого является решение Ford заменить свой стандартный бензиновый двигатель 1,6 л на 1-литровый двигатель с турбонаддувом, который он называет EcoBoost.

Экономия

Поскольку турбокомпрессоры могут производить такую ​​же выходную мощность, что и более крупные безнаддувные двигатели, это открывает путь к использованию меньших, более легких и более экономичных двигателей. Теперь все современные дизельные автомобили оснащены турбонаддувом, что улучшает экономию топлива и снижает выбросы.

Крутящий момент и рабочие характеристики

Даже на самых маленьких двигателях турбокомпрессоры создают больший крутящий момент, особенно в нижнем диапазоне оборотов. Это означает, что автомобили выигрывают от высоких динамических характеристик, которые отлично подходят для поездок по городу и помогают двигателю чувствовать себя более совершенным на более высоких скоростях на автомагистралях и дорогах А. На низких оборотах небольшие двигатели с турбонаддувом могут опередить автомобили, оснащенные более крупными двигателями без наддува, из-за создаваемого ими крутящего момента.

Тихие двигатели

Поскольку воздух в двигателе с турбонаддувом фильтруется через большее количество труб и компонентов, шум на впуске и выхлопе снижается и улучшается, что обеспечивает более тихий и плавный шум двигателя — возможно, одно из самых неожиданных преимуществ двигатель с турбонаддувом.

И каковы недостатки?

Хотя турбины становятся все более популярными, у них есть некоторые подводные камни, которые мы перечислили ниже.

Дорогие затраты на ремонт

Турбокомпрессоры усложняют двигатель, поскольку под капотом находится целый ряд других компонентов, которые могут выйти из строя или привести к неисправности. Устранение этих проблем может быть дорогостоящим, а в случае их выхода из строя они могут повлиять на другие компоненты.

Turbo Lag

Turbo Lag — это кратковременная задержка реакции после нажатия на дроссель, которая может произойти, когда двигатель не производит достаточно выхлопных газов для достаточно быстрого вращения впускной турбины турбины.Это действительно происходит только тогда, когда автомобиль ведется агрессивно или из положения закрытой дроссельной заслонки. В высокопроизводительных автомобилях производители предотвращают турбо-задержку, добавляя два турбокомпрессора разной геометрии, а не один большой с одной турбиной.

Эффективность и стиль вождения

Достижение заявленных показателей эффективности двигателя с турбонаддувом требует тщательного управления дроссельной заслонкой, при котором педаль акселератора не нажимается слишком сильно. Когда турбонагнетатель находится в режиме «наддува», цилиндры сжигают топливо быстрее, что приводит к снижению эффективности.Водителям, переходящим от безнаддувного автомобиля к модели с турбонаддувом, возможно, потребуется скорректировать свой стиль вождения для поддержания хорошей эффективности, особенно при первом выезде.

Откуда берутся турбокомпрессоры?

Первый турбокомпрессор был произведен в конце 19-го -го века немецким инженером Готлибом Даймлером, но они не получили известности до окончания Первой мировой войны, когда производители самолетов начали добавлять их в самолеты для обеспечения мощности двигателей, работающих на более высоких скоростях. высоты, где воздух более разрежен.

Турбокомпрессоры не добавлялись в автомобильные двигатели до 1961 года, когда американский производитель Oldsmobile использовал простой турбонаддув для увеличения мощности двигателя V8 объемом 3,5 л. В 1984 году Saab разработал новую, более эффективную систему турбонаддува, и эта конструкция с небольшими изменениями и модификациями остается самой популярной конфигурацией турбонагнетателя на сегодняшний день.

В Redex присадки для топливной системы улучшают характеристики дизельных и бензиновых двигателей с турбонаддувом и без наддува. Добавьте немного Redex в каждый топливный бак, чтобы повысить производительность и улучшить состояние двигателя.Для получения дополнительной информации посетите домашнюю страницу Redex .

.

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 6 января 2020 г.

Идеального изобретения не бывает: всегда можно сделать что-нибудь лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью может сбить вас с дороги или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопных газов в задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше «энергии», чем в противном случае получить. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких улиток вентиляторов.Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины, из выхлопной трубы которых струится сажистый дым? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это намного меньше очевидно, что они одновременно тратят энергию.Выхлоп смесь горячих газов выкачивается на скорости и вся энергия содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли бы как-то использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра как выхлоп. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов сделать машину быстрее — это добавить больше цилиндров. Вот почему сверхбыстрые спортивные автомобили обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле.Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который нагнетает больше воздуха в цилиндры каждую секунду, они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбокомпрессора автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.Так как горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень аналогичный принципу поршневого двигателя. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбокомпрессор, но вместо того, чтобы приводиться в действие выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отходов энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор представляет собой два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются и вал, к которому они присоединены (технически называется вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля и, вращаясь, притягивает воздух в автомобиль и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробнее

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

  1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
  2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
  3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова его выдувает.
  4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
  5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
  6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше энергии на колеса через поршень, валы и шестерни.
  7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
  8. Горячие выхлопные газы, обдуваемые турбинным вентилятором, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
  9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
  10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через впускное отверстие, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый внешний воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7946118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уилла Хиппена и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры дают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанных выхлопных газов — и это иногда сбивает людей с толку. С турбокомпрессором мы используем часть энергии выхлопных газов для привода компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы питают турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо увеличивает мощность автомобиля в любом случае.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива, которое они могут сжечь, так много. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втянуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в движение турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус). Основное преимущество использования турбонагнетателя заключается в увеличении выходной мощности. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует большую мощность, чем в противном случае).Тем не менее, большая мощность означает больше энергии выработки в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что это означает, что вы также должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны соответственно сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него. Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче двигателя, производящего такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении.Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива. Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащаться одним двигателем.

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами). Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету.Есть более эффективные способы экономии топлива, включая гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще несколько вещей, которые нужно пойти не так, как надо. Это может сделать обслуживание турбин значительно дороже. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго.Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонагнетателя, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении. В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бюхи (1879–1959), инженер-автомобилестроитель, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопных газов вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя. Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Однако

Бючи была не единственной важной фигурой в этой истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое можно сжечь. Другие инженеры, включая Луи Рено, Готлиба Даймлера и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину. Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синяя рамка), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу.Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На сайте

Книги для старших читателей

Книги для юных читателей

  • Car Science Ричард Хаммонд.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

  • Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Терпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
  • «Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы на Кюль-де-Сак», автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью двигателя современного автомобиля.
  • Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
  • Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
  • Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, с энтузиазмом продвигают двигатели с турбонаддувом.
  • 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
  • Чак Скватриглиа, «Если ты не водишь турбо», то скоро будешь. Wired, 24 сентября 2010 г. Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами увеличится вдвое, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
  • Turbo приветствует зеленый сертификат Йорна Мадслиена.BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Вот Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

  • Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выдан 17 апреля 1934 г. Первый турбодвигатель, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
  • Патент США № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, выданный Ричардом Дж. Ллойдом, Корпорация Гарретт, 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
  • Патент США № 4083188: Система турбонаддува двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
  • Патент США № 7946118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.
.

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Турбокомпрессор с опорой на воздушную фольгу в разрезе

Турбокомпрессор , или турбо , это газовый компрессор. Он используется для нагнетания воздуха в двигатель внутреннего сгорания. Турбокомпрессор — это форма принудительной индукции. Он увеличивает количество воздуха, поступающего в двигатель, чтобы создать большую мощность. Турбокомпрессор имеет компрессор, приводимый в действие турбиной. Турбина приводится в движение выхлопными газами двигателя.В нем не используется прямой механический привод. Это помогает улучшить производительность турбокомпрессора.

Первые создатели турбокомпрессоров называли их «турбокомпрессорами». Нагнетатель — это воздушный компрессор, используемый для нагнетания воздуха в двигатель. Они думали, что добавив турбину для поворота нагнетателя, получится «турбокомпрессор». Термин вскоре был сокращен до «турбокомпрессор». Теперь это может создать некоторую путаницу. Термин «с турбонаддувом» иногда используется для обозначения двигателя, в котором используется как нагнетатель с приводом от коленчатого вала, так и турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов.Это также называется двойной зарядкой.

Некоторые компании, такие как Teledyne Continental Motors, до сих пор используют термин турбокомпрессор для обозначения своих турбокомпрессоров.

Двигатель создает мощность, сжигая смесь воздуха и топлива. Воздух и топливо попадают в цилиндры для сжигания. Когда они горят, они толкают поршень вниз. Поршень вращает коленчатый вал и создает мощность. Для автомобильных двигателей это измеряется лошадиных сил и лошадиных сил.

Безнаддувные двигатели [изменить | изменить источник]

Двигатель без турбонагнетателя или нагнетателя называется безнаддувным двигателем или без наддува .Обычно при перечислении технических характеристик двигателя делается отметка только в том случае, если в двигателе используется турбонагнетатель или нагнетатель. Большинство автомобильных двигателей безнаддувные. Мощность, которую они могут создать, ограничена количеством воздуха, который поршни могут втянуть в цилиндры.

Двигатели с турбонаддувом [изменить | изменить источник]

Турбокомпрессор — это небольшой вентиляторный насос, который вращается вокруг вала. Насос приводится в действие давлением выхлопных газов. Турбокомпрессор состоит из турбины и компрессора.Оба они установлены на одном валу. Турбина — это тепловой двигатель. Он преобразует выхлопное тепло и давление во вращение. Это вращение используется для включения компрессора. Компрессор всасывает наружный воздух. Он сжимает или сжимает воздух. Затем он направляет воздух в двигатель. Поскольку давление воздуха увеличилось, в цилиндры может попасть больше воздуха и топлива. Иногда это называется давление наддува . Чем больше топлива нужно сжигать, тем больше мощность двигателя. Это увеличивает лошадиных сил на двигателя.

Повреждение двигателя [изменение | изменить источник]

Двигатель может выйти из строя, если давление воздуха в цилиндрах станет слишком высоким. Если в турбину направлено слишком много выхлопных газов, компрессор может создать слишком высокое давление. Чтобы этого не происходило, используется перепускной клапан . Вестгейт ограничивает количество выхлопных газов, отправляемых в турбину.

Турбокомпрессор был изобретен швейцарским инженером Альфредом Бючи. Его патент был подан на использование в 1905 году. [1] Дизельные корабли и локомотивы с турбонагнетателями начали появляться в 1920-х годах.

Авиация [изменить | изменить источник]

Во время Первой мировой войны французский инженер Огюст Рато с некоторым успехом установил турбокомпрессоры на двигатели Renault, на которых устанавливались различные французские истребители. [2]

В 1918 году инженер General Electric Сэнфорд Мосс установил турбокомпрессор на авиационный двигатель Liberty . Двигатель был испытан на Пайкс-Пик в Колорадо на высоте 14 000 футов (4300 м). Испытания должны были показать, что турбонаддув может добавить мощности, которую самолет теряет на большой высоте.Двигатели внутреннего сгорания теряют мощность, потому что на большой высоте давление наружного воздуха низкое. В двигатель может попасть меньше воздуха и топлива. [2]

Турбокомпрессоры были впервые применены в серийных авиадвигателях в 1930-х годах.

Серийные автомобили [изменить | изменить источник]

Двигатель Chevrolet Corvair с турбонаддувом. Турбина, расположенная вверху справа, подает сжатый воздух в двигатель через хромированную Т-образную трубку, охватывающую двигатель.

Первый дизельный грузовик с турбонаддувом был построен швейцарским машиностроительным заводом Заурер в 1938 году. [3] Первые серийные автомобильные двигатели с турбонаддувом поступили от General Motors в 1962 году. Oldsmobile Cutlass Jetfire был оснащен турбокомпрессором Garrett AiResearch, а Chevrolet Corvair Monza Spyder — турбокомпрессором TRW. [4] [5] [6]

В 1974 году на Парижском автосалоне Porsche представила 911Turbo. Это было в разгар нефтяного кризиса. 911Turbo был первым серийным спортивным автомобилем с турбонагнетателем и регулятором давления.Регулятор давления был перепускным клапаном. [7] Первыми серийными турбодизельными автомобилями были Mercedes 300SD с турбонаддувом Garrett и Peugeot 604. Оба были представлены в 1978 году. Сегодня большинство автомобильных дизелей оснащено турбонаддувом.

Гоночные автомобили [изменить | изменить источник]

Первый успешный гоночный двигатель с турбонаддувом появился в 1952 году. Фред Агабашиан на дизельном Cummins Special квалифицировался на поул-позицию в Indianapolis 500.Он прошел 175 миль (282 км). Затем турбина была повреждена обломками покрышек. Двигатели с турбонаддувом Offenhauser впервые появились в Индианаполисе в 1966 году. Их первая победа пришла в 1968 году с использованием турбокомпрессора Garrett AiResearch. Автомобили с турбонаддувом доминировали в «24 часах Ле-Мана» с 1976 по 1988 год, а затем с 2000 по 2007 год.

Формула-1 переживала «турбо-эру» с 1977 по 1989 год. Двигатели объемом 1500 куб.см могли развивать до 1500 л.с. (1119 кВт). В 1977 году компания Renault первой применила двигатели F1 с турбонаддувом.Производительность компенсировала высокую стоимость. Другие производители двигателей начали выпускать турбины. Двигатели с турбонаддувом захватили поле F1. Они положили конец эре Ford Cosworth DFV в середине 1980-х годов. FIA решила, что турбокомпрессоры делают спорт слишком опасным и дорогим. В 1987 году FIA решила ограничить максимальное ускорение турбин. В 1989 году турбокомпрессоры были полностью запрещены.

Гонщики World Rally Car уже давно предпочитают двигатели с турбонаддувом. Они предлагают очень высокое отношение мощности к весу.Турбо мощность начала подниматься до уровня автомобилей F1. FIA не запрещала турбины. Они ограничивают турбо-мощность, ограничивая входной диаметр.

Параллельный [изменение | изменить источник]

В некоторых двигателях используется два турбонагнетателя. Они оба будут одного размера. Обычно они меньше, чем на двигателях с одной турбонаддувом. Они часто используются на двигателях V-типа, таких как V6 и V8. Каждый турбонагнетатель приводится в действие отдельной выхлопной трубой от двигателя. Поскольку они меньше, они быстрее достигают оптимального ускорения.Эту систему турбин обычно называют параллельной системой двойного турбонаддува. Первым серийным автомобилем с параллельными сдвоенными турбонагнетателями был Maserati Biturbo начала 1980-х годов.

Последовательный [изменение | изменить источник]

Некоторые автопроизводители избегают турбо-лага (см. Ниже), используя две небольшие турбины. Обычная установка — это постоянная работа одного турбо. Секундомер турбо начнет работать только на более высоких оборотах. Поскольку турбины меньше, у них меньше турбо-лаг. Второй турбонагнетатель сможет набрать полную скорость раньше, чем потребуется.Эта установка обычно называется последовательным твин-турбо. Porsche впервые применил эту технологию в 1985 году в Porsche 959.

Дизель [изменить | изменить источник]

Турбонаддув очень часто используется в дизельных двигателях автомобилей, грузовиков, локомотивов, кораблей и тяжелой техники. Дизели особенно подходят для турбокомпрессоров по нескольким причинам:

  • Турбонаддув может значительно улучшить мощность двигателя и удельную мощность.
  • Грузовые и промышленные дизельные двигатели обычно работают на максимальной скорости.Это уменьшает проблемы с турбо-лагом.
  • Дизельные двигатели не имеют детонации. Дизельное топливо впрыскивается в конце такта сжатия и воспламеняется от тепла сжатия. Дизельные двигатели могут использовать гораздо более высокое давление наддува, чем бензиновые двигатели.
Мотоцикл

[изменить | изменить источник]

Использование турбокомпрессоров для увеличения производительности было очень привлекательным для японских строителей в 1980-х годах. Первым примером мотоцикла с турбонаддувом является Kawasaki Z1R TC 1978 года выпуска.Он использовал турбо-комплект Rayjay ATP для создания наддува 0,35 бар (5 фунтов). Это увеличило мощность с 90 л.с. (67 кВт) до 105 л.с. (78 кВт). Это было ненамного быстрее стандартной модели. Несколько других мотоциклов были построены с турбонаддувом. Турбо-приложения для мотоциклов подорожали. Небольшой прирост производительности не стоил дополнительных затрат. С середины 1980-х ни один производитель не выпускал мотоциклы с турбонаддувом.

Самолет [изменить | изменить источник]

Естественно, турбокомпрессор используется в авиационных двигателях.Когда самолет поднимается на большую высоту, давление окружающего воздуха быстро падает. Турбонагнетатель решает эту проблему, сжимая воздух до более высокого давления.

Сжатие воздуха увеличивает его температуру. Это вызывает несколько проблем. Повышенные температуры могут привести к детонации в двигателе из-за повышенных температур головки блока цилиндров. Горячий воздух не может сжечь столько топлива, как холодный. Это уменьшит производимую мощность.

Обычный метод работы с более горячим воздухом — его охлаждение.Наиболее распространенный способ — использовать промежуточный или дополнительный охладитель. Эти охладители снижают температуру воздуха перед его поступлением в двигатель.

Современные самолеты с турбонаддувом обычно не нуждаются в охлаждении поступающего воздуха. Их турбокомпрессоры, как правило, небольшие, а создаваемое давление не очень высокое. Таким образом, температура воздуха не сильно повышается.

Чтобы запустить нагнетатель, он должен отнять у двигателя некоторую мощность. Мощность, которую он добавляет, больше, чем мощность, которую он использует.Турбокомпрессор использует выхлопные газы. Это тепловая энергия, которая будет потрачена впустую.

Надежность [изменить | изменить источник]

Турбокомпрессоры могут быть повреждены грязным или некачественным маслом. Большинство производителей рекомендуют чаще менять масло для двигателей с турбонаддувом. Турбокомпрессор при работе нагревается. Многие рекомендуют дать двигателю поработать на холостом ходу в течение нескольких минут, прежде чем выключать двигатель. Это дает турбо-режиму время для остывания. Это увеличит срок службы турбо.

Турбо задержка [изменение | изменить источник]

Время, необходимое турбонагнетателю для создания необходимого давления, называется турбо-лаг .Это отмечается как задержка реакции двигателя. Это вызвано временем, которое требуется выхлопной системе для ускорения турбины. Компрессор с прямым приводом в нагнетателе не имеет этой проблемы.

Задержку можно уменьшить, используя более легкие детали. Это позволяет турбине запускаться быстрее. Другие механические изменения могут уменьшить турбо-лаг, но за счет увеличения стоимости.

.

Плюсы и минусы покупки машины с турбокомпрессором

Главная »Плюсы и минусы покупки машины с турбонагнетателем

Обновлено: 26 сентября 2019 г.

В связи с ужесточением правил экономии топлива производители автомобилей используют двигатели с турбонаддувом во все большем количестве автомобилей. С турбонагнетателем автомобиль может иметь меньший двигатель и потреблять меньше топлива при движении накатом, на холостом ходу или в движении с остановками. При необходимости включается турбокомпрессор и обеспечивает дополнительную мощность.

Надежны ли двигатели с турбонаддувом? Требуют ли они большего обслуживания? Как долго может работать двигатель с турбонаддувом? На что следует обратить внимание при покупке подержанного автомобиля с турбомотором? Прежде чем ответить на эти вопросы, давайте начнем с основ:

Что делает турбокомпрессор в автомобиле?

Турбокомпрессор — это устройство повышения мощности, прикрепленное к выпускному коллектору автомобиля. Турбокомпрессор имеет два отдельных порта: выпускной и впускной.Вал турбокомпрессора имеет небольшие турбины, установленные на обоих концах.

Одна турбина находится в выпускном отверстии (на фото розовая), другая — во впускном (синяя на фото). Горячие выхлопные газы, быстро выходящие из двигателя, раскручивают турбину внутри выхлопного отверстия. Вал передает вращение на впускную турбину. Впускная турбина нагнетает больше воздуха в двигатель (наддув). По мере того, как в двигатель поступает больше воздуха, автомобильный компьютер добавляет больше топлива, увеличивая мощность двигателя.

Реклама — продолжить чтение ниже

Требуют ли двигатели с турбонаддувом большего обслуживания?

Короткий ответ — да.Первая причина очевидна: добавление турбонагнетателя к меньшему двигателю усложняет его работу. Турбокомпрессор увеличивает давление и температуру в камере сгорания, что увеличивает нагрузку на все внутренние компоненты, включая поршни, клапаны и прокладку головки. Чем тяжелее работает двигатель, тем быстрее он изнашивается.

Вторая причина заложена в конструкции турбокомпрессора: он должен работать при экстремальных температурах горячих выхлопных газов, а вал турбокомпрессора смазывается моторным маслом.Это означает, что к качеству масла предъявляются повышенные требования. Моторное масло портится быстрее при сильной жаре. Двигатель с турбонаддувом не простит низкого уровня масла, некачественного масла или увеличенных интервалов между заменами масла. Большинству автомобилей с турбонаддувом требуется высококачественное синтетическое масло и более короткие интервалы технического обслуживания. Некоторым требуется бензин премиум-класса.

Надежны ли двигатели с турбонаддувом?

Двигатели

Turbo, как правило, вызывают больше проблем во многих автомобилях, хотя есть двигатели с турбонаддувом, которые более надежны.Двигатель с турбонаддувом имеет больше компонентов, чем двигатель без наддува (без турбонаддува). К ним относятся установка выхлопной заслонки, интеркулер, система контроля наддува, вакуумный насос и более сложная вентиляция картера (PCV). Сам турбокомпрессор не редкость. Чем больше деталей, тем больше может выйти из строя.

При большем пробеге из-за износа стенок цилиндров и поршневых колец более высокое давление в камере сгорания приводит к увеличению давления в картере двигателя. Это может привести к утечкам масла, которые появляются из многих мест и которые трудно устранить.
Тем не менее, есть много двигателей с турбонаддувом, которые могут работать долго. Возьмем, к примеру, турбодизель в Volkswagen Golf / Jetta Mark IV (с начала 2000-х). Многие из них проезжают более 200 км при хорошем техническом обслуживании. Подробнее: как ухаживать за двигателем.

Подходят ли турбодвигатели для буксировки?

Если вы планируете использовать свой автомобиль для буксировки тяжелых грузов, вам лучше выбрать двигатель V6 или V8 большего размера. Двигатель с турбонаддувом больше подходит для быстрых всплесков мощности при прохождении или ускорении.Буксировка тяжелого прицепа, особенно при движении по длинной дороге в гору, создает большую нагрузку на небольшой турбомотор.

Плюсы и минусы

Подведем итог: турбонагнетатель усложняет двигатель, а значит, больше вероятность того, что что-то пойдет не так. Автомобили с турбонаддувом более чувствительны к плохому обслуживанию. С другой стороны, турбокомпрессор добавляет мощность только тогда, когда она вам нужна, позволяя использовать меньший по размеру более экономичный двигатель.

На что обращать внимание при покупке подержанного автомобиля с турбомотором?

Белый дым из выхлопа

Проверить рейтинг надежности автомобиля, который вы хотите купить; некоторые автомобили с турбонаддувом надежнее других.Требуется ли автомобилю бензин премиум-класса? Есть ли записи об обслуживании, подтверждающие, что замена масла производилась регулярно? Читать далее.

Двигатели с турбонаддувом обычно имеют специфические проблемы. При тестовой езде на подержанном автомобиле с турбомотором обратите внимание на белый дым из выхлопной трубы (см. Фото). Это может быть небольшая затяжка при запуске двигателя, но это означает, что ждите дорогостоящего ремонта.

Известно, что некоторые двигатели с турбонаддувом потребляют масло. Следите за низким уровнем масла, который может указывать на повышенный расход масла.Неисправный турбокомпрессор может издавать визг или завывание на определенных ступенях наддува.

Еще одним признаком того, что турбо выходит из строя, является недостаток мощности (наддува) при ускорении. Подробнее: Как осмотреть подержанный автомобиль.

Остерегайтесь утечек масла. Первый признак утечки масла — запах горелого масла, исходящий из-под капота. Это хорошая идея, чтобы ваш механик осмотрел автомобиль. Он (она) может поднять автомобиль и проверить наличие утечек масла под ним, а также осмотреть многие другие компоненты.

Попросите вашего механика визуально проверить состояние внутренних компонентов двигателя, если это возможно. Черные отложения, покрывающие масляный щуп или застрявшие под маслозаливной горловиной внутри двигателя, указывают на плохое обслуживание. Лучше избегать автомобилей с турбодвигателем, которые не требуют технического обслуживания.


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *