2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое турбированный двигатель

Турбонаддув

Турбонаддув — один из методов агрегатного наддува, основанный на использовании энергии отработавших газов. Основной элемент системы — турбина.

Содержание

История изобретения [ править | править код ]

Принцип турбонаддува был запатентован Альфредом Бюхи в 1911 году в патентном ведомстве США [1] .

История развития турбокомпрессоров началась примерно в то же время, что и постройка первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885—1896 г. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путём сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. В 1905 г. швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности до 120 %. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению в жизнь турботехнологий.

Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В авиации с некоторым успехом турбокомпрессоры использовались на истребителях с двигателями Рено ещё во время Первой Мировой войны. Ко второй половине 1930-х развитие технологий позволило создавать действительно удачные авиационные турбонагнетатели, которые у значительно форсированных двигателей использовались в основном для повышения высотности. Наибольших успехов в этом достигли американцы, установив турбонагнетатели на истребители P-38 и бомбардировщики B-17 в 1938 году. В 1941 году США был создан истребитель P-47 с турбонагнетателем, обеспечившим ему выдающиеся летные характеристики на больших высотах.

В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г. на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля. Первыми массовыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962—1963 г. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.

Начало использования турбодвигателей на спортивных автомобилях, в частности, на Formula 1, в 70-х годах привело к значительному увеличению популярности турбокомпрессоров. Приставка «турбо» стала входить в моду. В то время почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Однако, по прошествии нескольких лет мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. На первых порах задержка в реакции турбокомпрессора была достаточно большой, что также являлось серьёзным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошёл с установкой в 1977 г. турбокомпрессора на серийный автомобиль Saab 99 Turbo и затем в 1978 г. выпуском Mercedes-Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за Mercedes-Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel, сохранив при этом значительно более низкий уровень расхода топлива. Вообще, дизельные двигатели имеют повышенную степень сжатия и, вследствие адиабатного расширения на рабочем ходу, их выхлопные газы имеют более низкую температуру. Это снижает требования к жаропрочности турбины и позволяет делать более дешёвые или более изощрённые конструкции. Именно поэтому турбины на дизельных двигателях встречаются гораздо чаще, чем на бензиновых, а большая часть новинок (например, турбины с изменяемой геометрией) сначала появляется именно на дизельных двигателях.

Принцип работы [ править | править код ]

Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большее количество смеси воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ находится под большим давлением и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень. [ стиль ]

Читайте так же:
Актуатор что это такое

Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)) и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.

Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. [ стиль ] Турбонаддув особенно эффективен в дизельных двигателях тяжёлых грузовых автомобилей. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. [ источник не указан 1052 дня ] Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины в зависимости от режима работы двигателя.

Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например, на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с. [ источник не указан 1052 дня ]

Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W). [ источник не указан 1052 дня ]

Состав системы [ править | править код ]

Кроме турбокомпрессора и интеркулера в систему входят: регулировочный клапан (wastegate) (для поддержания заданного давления в системе и сброса давления в приёмную трубу), перепускной клапан (bypass valve — для отвода наддувочного воздуха обратно во впускные патрубки до турбины в случае закрытия дроссельной заслонки) и/или «стравливающий» клапан (blow-off valve — для сброса наддувочного воздуха в атмосферу с характерным звуком, в случае закрытия дроссельной заслонки, при условии отсутствия датчика массового расхода воздуха), выпускной коллектор, совместимый с турбокомпрессором, или кастомный даунпайп, а также герметичные патрубки: воздушные для подачи воздуха во впуск, масляные для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Задержка турбокомпрессора [ править | править код ]

Задержка турбокомпрессора («турбояма») — это время, необходимое для изменения выходной мощности после изменения состояния дроссельной заслонки, проявляющееся в виде замедленной реакции на открытие дроссельной заслонки по сравнению с поведением безнаддувного двигателя. Это связано с тем, что выхлопной системе и турбонагнетателю требуется время для раскрутки, чтобы обеспечить требуемый поток нагнетаемого воздуха. Инерция, трение и нагрузка на компрессор являются основными причинами задержки турбокомпрессора.

Что такое турбированный двигатель

Современные тенденции автопроизводителей сделали ставку на компактный турбированный двигатель. Это дало ряд преимуществ, среди которых компактность, экономичность, экологичность и максимальный КПД при малых объемах.

Турбированный двигатель

Основные отличия турбированного двигателя от атмосферного

Если атмосферный двигатель подразумевает впуск воздуха посредством разряжения, созданным поршнем, то с турбированным мотором все иначе. Для максимально эффективного сгорания топлива необходимо большое количество воздуха, чего невозможно добиться от атмосферника, поэтому нужно было воздух, в большом объеме, «затолкать».

В атмосферном силовом агрегате крутящий момент и мощность во многом зависит от объема цилиндров, что и стало основным отличием от турбомоторов.

Особенности турбированных двигателей

Принцип работы турбины состоит в принудительном нагнетании воздуха под давлением в цилиндры. Такое действие позволяет увеличить рабочий объем камеры сгорания за счет сильного сжатия, поэтому при равном объеме двигателя, разница в мощности между атмосферником и турбомотором колоссальная.

Читайте так же:
Что такое двухмассовый маховик

Главные предпосылки появления турбированных моторов:

  • Невозможность существенного увеличения мощности без увеличения объема и количества цилиндров (отсюда мы имеем агрегаты V8 и V12)
  • «Выжимание» максимальной мощности с помощью уменьшения камеры сгорания увеличивает степень сжатия, а значит работа двигателя без детонации невозможна. Детонация разрушает поршни.
  • Любые манипуляции по увеличению мощности атмосферника увеличивают расход топлива, а также делают невозможным комфортную эксплуатацию во всем диапазоне оборотов двигателя.

Изначально в массовое производство был запущен дизельный турбированный двигатель — такие моторы «наматывали» миллионы километров без особых проблем. В 80-х годах прошлого века среди легковых автомобилей начали появляться бензиновые турбоагрегаты.

Стоимость таких автомобилей существенно отличалась от обычных. До 90-х годов широко использовались механические нагнетатели, приводящиеся в движение через ремень от коленвала. Конструкция довольно проста и надежна, о чем свидетельствует яркий пример в лице двигателя Mercedes-Benz M111 E23 Compressor.

Турбированные бензиновые двигатели

Позднее решено было переходить на турбокомпрессор, работающий от выхлопных газов, так как механический нагнетатель забирал значительную мощность на раскручивание лопастей.

Как работает турбина

Турбина состоит из двух частей:

  1. Холодная – всасывает и раскручивает впускной воздух,
  2. Горячая – раскручивается воздух посредством движения выхлопных газов.

В турбине установлен картридж с лопастями, которые от движения воздуха раскручиваются вплоть до 150 000 оборотов в минуту, создавая давление. Вращаются лопасти на подшипниках, а за смазывание и охлаждение отвечает подача масла с двигателя.

Так как при резком повышении давления воздух сильно нагревается, был изобретен интеркуллер, охлаждающий воздух до нужной температуры.

Во впускной магистрали установлен клапан, отвечающий за сброс избыточного давления впускного воздуха (Blow off), а также вестгейт, ограничивающий количество отработанных газов, попадающих в турбину, что позволяет избежать резкого роста повышения оборотов крыльчатки (простыми словами-ограничитель).

Минусы турбированного двигателя

Работа турбины крайне проста: в горячую часть турбины попадают отработанные газы и раскручивают крыльчатку. В холодной части раскрученная крыльчатка всасывает большое количество воздуха, который проходит через интеркулер, и в охлажденном состоянии попадает в цилиндры. После того, как отработанные газы раскрутили турбину, они идут далее по выпускной магистрали.

Турбированный двигатель, плюсы и минусы

Сначала о преимуществах:

  1. Возможность с малого объема “выжать” большую мощность, зачастую это 100 л.с. на каждый литр объема.
  2. Крутящий момент уже с холостых оборотов дает уверенную тягу, но только в случае, если турбина маленькая, она раскручивается быстрее.
  3. Диапазон крутящего момента широкий.
  4. Расход топлива, при одинаковой мощности с атмосферным моторов, явно ниже.
  5. Возможность увеличивать мощность с помощью прошивки на 20-30% без вреда ресурсу и комфорту движения.
  1. Ресурс турбины современных авто едва достигает 100 тыс.км.
  2. Возникновение «турбоямы», процесса между провалом и резким набором скорости из-за ожидания раскрутки турбины.
  3. Стоимость ремонта дороже, обслуживать двигатель нужно чаще.
  4. Возрастает потребность в качественном масле и топливе.

Отличие от механического нагнетателя

Приводной нагнетатель широко используется на американских автомобилях с V-образными «восьмерками». Явной потери мощности не ощущается в силу большого объема, зато компрессор уже с холостых оборотов обеспечивает стабильный крутящий момент. К тому же, конструктивно приводной компрессор удобнее и дешевле, чем установка двух турбин.

Турбина, работающая от выхлопных газов, значительно повышает КПД, а его сопротивление приравнивается к 0, так как используется энергия отработанных газов.

У приводного компрессора есть два недостатка: повышенный шум работы и потери мощности на раскручивание.

Основной проблемой турбированного двигателя является незнание правильного ухода и обслуживания таких агрегатов. Турбомоторы требуют более частого внимания, в таком случае дорогой ремонт турбины можно отсрочить на долгие годы.

Турбированный или атмосферный двигатель. Что лучше и надежнее, также пару слов про расход

Ребят, очень много вопросов связанных с выбором двигателя для своего будущего железного коня. Все дело в том, что сейчас довольно много б/у турбированных автомобилей. Это в первую очередь продукция немецких производителей — Volkswagen, Mercedes, ну и BMW. Редко (в нашей стране) продукция японских производителей, ну и остальные понемногу французы, итальянцы и т.д. Все знают, что турбированные авто более мощные, оборотистые, но это ли является положительным моментом? Или скрывает в себе серьезные неудобства? В общем вопрос исходит от вас такой – подскажите какой двигатель лучше брать турбированный или атмосферный? Сегодня я решил расставить все точки над «i» и разом всем ответить на этот вопрос …

Читайте так же:
Что такое опасная зона

Турбированый или атмосферный двигатель

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Если честно, то я немного уже затрагивал этот вопрос в статье – минусы турбированных двигателей. Но сегодня я постараюсь повторить все плюсы и минусы и одной и другой группы силовых агрегатов. Давайте начнем.

Атмосферный двигатель

Это двигатель, который не имеет турбонагнетателя в своей конструкции. Он работает при обычном атмосферном давлении. Поршни затягивают воздух через систему фильтрации, где при помощи таких приспособлений, как карбюратор или инжектор, этот воздух смешивается с топливом, после чего получается горючая смесь, которая впоследствии воспламеняется. У этого принципа работы, как обычно, есть свои плюсы и минусы.

Плюсы

1) Бензиновый вариант имеет более простое строение (если сравнивать с турбированным). Поэтому его ремонт обходится дешевле.

2) Работает не при таких больших нагрузках, а поэтому ресурс выше (иногда выше в два и более раз)

3) Расход масла. Отсутствуют устройства, которые дополнительно требуют смазки, а поэтому расход масла не большой.

4) Качество масла. Не так требователен к маслу, как его турбированный собрат, поэтому можно лить и минеральные масла, и полусинтетику, и синтетику. Однако стоит помнить — чем лучше масло, тем дольше двигатель проходит. Не стоит экономить в этом подходе.

5) Качество топлива. Менее требователен к качеству топлива.

6) Замена масла. Масло меняется через 15 – 20 тысяч километров. Всегда следите за уровнем масла, это может привести к серьезной поломке!!

7) Прогрев. Атмосферник быстрее прогревается, нежели турбированные варианты.

Плюсы такого двигателя понятны – он простой, неприхотливый (в том числе и к топливу), более дешевый в обслуживании, масло меняется реже и т.д. Если не «гоняетесь» по городу, то атмосферник лучше, дешевле и главное долговечнее.

Минусы

1) Мощность. При таком же объеме, проигрывает по мощности турбированному варианту.

2) Расход. Тут все сложно, однако хочу объяснить более понятно. В общем так — атмосферный двигатель будет иметь больше объем, но столько же лошадиных сил, как турбированный при меньшем объеме! А соответственно расход будет больше. Простыми словами – «атмосферник» при объеме в 2,0 литра, выдает скажем 140 л.с., расход у него будет в районе 12 — 13 литров. В то время как турбированный вариант будет иметь столько же (140 л.с.) при объеме 1,4 литра, а расход около 8 – 9 литров.

Минусы все. Да, обычные «атмосферники» не оборотистые, и не рассчитаны на большие нагрузки, зато долговечные!

Турбированный двигатель

Далее, хочу поговорить про турбированые двигатели. Хотя столько уже рассказано про них!

По сути это обычный атмосферник, с установленной турбиной, которая нагнетает давление в цилиндры (у атмосферного двигателя воздух как бы сам заходит). Таким образом, в камеры сгорания поступает больше воздуха и сжатого под давлением, что позволяет топливу лучше сгорать, что значительно повышает мощность и крутящий момент.

Плюсы

1) Мощнее. Как уже писал выше, при меньшем объеме достигает больше мощность за счет нагнетаемого под давлением воздуха.

Читайте так же:
Что такое трансмиссия автомобиля

2) Меньше расход топлива (относительно лошадиных сил).

3) Имеет меньший вес и размеры, чем обычные. А это может благотворно сказаться на расходе и компактности расположения силового агрегата.

4) Могут быть трех и даже двух цилиндровые и очень компактные, особенно сейчас в век экономии топлива. Причем мощности будет достаточно, на уровне 4 цилиндровых атмосферных вариантах.

Конечно, плюсов немало, основные это меньший расход топлива и большая мощность. Но минусов, как мне кажется, намного больше.

Минусы

1) Опять все тот же расход топлива. Ребята, если смотреть со стороны объема двигателя, а не со стороны лошадиных сил, то обычный атмосферник 1,4 литра, будет расходовать меньше, чем турбированый 1,4 литра, но будет намного слабее. Турбированный же будет превосходить по мощности атмосферный.

2) Более чувствителен к качеству топлива. Если будете лить «дешевый» 92 бензин на сомнительных заправках, турбина быстро умрет.

3) Качество масла. Нельзя лить минералку и полусинтетику! Для турбированых вариантов нужно свое синтетическое масло, причем производители вас жестко ограничивают, то есть шаг вправо, шаг влево! А это масло недешевое, иногда дороже на 30 – 40 %

4) Ресурс турбины небольшой, около 120 000 километров, а дальше потребуется замена, даже при надлежащем уходе! Причем замена обходится очень недешево!

5) Плохо греется зимой. Необходимо потратить больше времени на прогев.

6) Замена масла. Менять масло нужно через 10 000 километров, а не через 15 – 20000 как на обычных атмосферных двигателях.

ИТОГ

Таким образом, можно сделать вывод, что положительных моментов и недостатков хватает и там и там. Но нужно запомнить, что турбированный двигатель потребует от вас более тщательной заботы, он хоть и мощнее, но обходится в обслуживании дороже, за счет частой замены специального масла, использования качественного бензина и недолгого ресурса самой турбины. Атмосферный наоборот — проигрывает по мощности, но экономичнее в использовании — масло дешевле, да и менять его надо реже, отсутствует турбина, а заменить запчасти можно на «неродные» и не у диллера. У меня есть друг, который раньше занимался перегоном автомобилей из Германии. И как вы наверное поняли это б/у машины именно с турбироваными вариантами двигателей. Так вот, по его словам — атмосферный двигатель обходится в эксплуатации в 3 раза дешевле, он даже статистику небольшую вел. Вопрос в другом – многим хочется немецкий автомобиль именно с турбированным двигателем, из Европы и все тут! Ну ребята, за Mercedes и BMW и платить нужно соответственно.

Сейчас небольшое видео.

Голосование, как вы считаете что лучше турбо или обычный атмо?

А на этом у меня все! Читайте наш АВТОБЛОГ. Мы плохого не посоветуем.

(27 голосов, средний: 4,26 из 5)

Турбированный двигатель автомобиля

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.

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.

Читайте так же:
Что такое катки на машине

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector