Что такое двигатель с турбонадувом - Авто журнал "Гараж"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель с турбонадувом

Преимущества и недостатки турбированного бензинового двигателя

Плюсы и минусы турбированных бензиновых двигателей

Известные автопроизводители увеличивают выпуск машин с бензиновыми двигателями, оснащенными турбогенератором. Популяризация турбодвигателей вызвана повышенным спросом на транспортные средства, обладающие улучшенными динамичными, мощностными и тяговыми характеристиками. Однако, на фоне несомненных преимуществ данные усовершенствования часто приводят к определенным недостаткам и потерям.

История развития турбомоторов

Первые легковые автомобили с турбодвигателем начали появляться в начале 60-х годов прошлого столетия. Техника с турбированным дизелем стала стремительно набирать популярность среди автомобилистов. В отличие от дизельных силовых агрегатов, карбюраторные турбомоторы отставали по таким важным показателям, как экономичность, надежность и пр. Не только начальная стоимость, но и дальнейшее техобслуживание таких машин обходилось намного дороже атмосферных аналогов.

С течением времени современные производители бензиновых моторов вновь обратились к турбокомпрессорам. Это связано со стремительным развитием новых технологий, а также с ужесточением требований международных экологических стандартов.

Преимущества турбированных бензиновых двигателей

Под воздействием турбины в камеру сгорания воздух поступает принудительно. Увеличенное количество кислорода в рабочих цилиндрах приводит к росту объема сжигаемого топлива и, соответственно, мощности самого мотора. Для улучшения мощностных характеристик не нужно наращивать физические объемы камер сгорания и число цилиндров.

Достоинства карбюраторных моторов с турбиной:
  1. Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, мощнее обычного атмосферника почти на 30%.
  2. Улучшены тяговые усилия на пониженных оборотах и общие динамичные показатели (машина быстрее разгоняется).
  3. Такие силовые агрегаты обладают повышенной экономичностью (уменьшен расход топлива и моторного масла).
  4. Экологичность работы (вторичное использование выхлопных газов для раскрутки лопастей турбины).
  5. Компактные размеры системы турбонаддува.
  6. Обеспечение ровной «полки» на графике момента вращения в расширенном диапазоне оборотов.

Слабые стороны бензиновых турбомоторов

К самым большим недостаткам можно отнести срок службы самого турбокомпрессора, причем ресурс турбины на бензиновых двигателях значительно ниже, чем на дизельных. Причиной является более высокая температура отработавших газов. А цена качественной турбины составляет от 800 у.е. и болеше.

Грамотный ремонт с предоставлением официальных гарантий способен выполнить далеко не каждый турбо сервис. Ну и стоимость подобных работ может доходить до 50% от цены новой детали.

При разработке ДВС с турбонаддувом инженерам приходится существенно усложнять ее конструкцию. Общую схему дополняют новыми элементами и устройствами. Производство турбодвигателя обходится намного дороже за счет использования рабочих деталей и узлов, изготовленных из более дорогостоящих жаропрочных сплавов.

В процессе эксплуатации силовых агрегатов данного типа имеется наибольшая вероятность появления эффектов детонации. Особенно остро это проявляется при использовании бензина несоответствующего качества.

Система смазки турбодвигателя нуждается в специальном моторном масле, в состав которого входят особые добавки и присадки, повышающие устойчивость рабочего материала при работе в режиме сверхвысоких температур. Замену масла, масляных и воздушных фильтров здесь необходимо проводить намного чаще по сравнению с безнаддувным вариантом.

Продажа восстановленных турбонагнетателей в Украине

Компания «TurboRotor» — официальный представитель мировых производителей турбонагнетателей. У нас в наличие самые популярные модели турбин к автомобилям на украинском рынке. Если вам нужна особенная турбина, то мы привезем ее под заказ.

Вторая наша специализация – капитальный ремонт турбонагнетателей. На все выполнение нами работы мы предоставляем гарантию в 1 год. Само восстановление займет 1-2 дня. У нас также можно приобрести оригинальные ремкомплекты и наборы уплотнителей для самостоятельного ремонта.

Мы приглашаем к сотрудничеству СТО и частных мастеров. Подробнее об условиях сотрудничества можно прочитать на сайте или обсудить с менеджером в телефонном режиме.

Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы

Из чего состоит

Особенностью двигателя с турбонаддувом является наличие: турбокомпрессора, интеркулера, регулятора давления наддува, предохранительного клапана и других элементов. Турбокомпрессор — основной элемент турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе.

Интеркулер предназначен для охлаждения сжатого воздуха. За счет охлаждения воздуха повышается его плотность и увеличивается давление. Интеркулер это радиатор воздушного или жидкостного типа.

Основным элементом управления системы турбонаддува является регулятор давления наддува — перепускной клапан. Он ограничивает энергию отработавших газов, направляя часть в обход турбинного колеса, обеспечивая оптимальное давление наддува. Клапан имеет пневматический или электрический привод. Срабатывание перепускного клапана производится на основании сигналов датчика давления наддува.

Турбонаддув двигателя не имеет жесткой связи с коленвалом и эффективность работы системы зависит от числа оборотов. Чем выше обороты мотора, тем больше отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя.

Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется на мощных V-образных двигателях. Принцип работы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая. При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители устанавливают три последовательных турбокомпрессора — triple-turbo и даже четыре — quad-turbo.

Что такое турбокомпаунд двигателя

Турбокомпаундный двигатель — классический пример рециркуляции. Вместо того, чтобы выбрасывать «отработанную энергию» в атмосферу, вторая турбина, установленная за турбокомпрессором, приводимая в действие выпускными газами, отбирает из них дополнительное тепло.
Турбина турбокомпаунда вращается со скоростью 55000 об/мин. Это движение передается через турбинные шестерни и гидравлическую муфту, а затем через шестерни газораспределительного механизма на коленчатый вал. Передача вращения на них создает полезную прибавку крутящего момента, что отражается и на изменении крутящего момента на маховике. Такая дополнительная тяга возникает без увеличения расхода топлива.

Читать еще:  Шевроле ланос стук клапанов в двигателе

Схема работы

  • Выхлопные газы поступают из выпускного коллектора двигателя при температуре, близкой к 700° С.
  • Выхлоп используются для привода традиционного турбокомпрессора, в котором энергия используется для повышения эффективности сгорания топлива, мощности и крутящего момента двигателя. Затем газы из выхлопа, вместо того, чтобы впустую уйти в атмосферу, направляются в блок турбокомпаунда.
  • На входе в блок турбокомпаунда выхлопные газы сохраняют высокую температуру (около 600°С); их энергия используется для разгона второй турбины до 55000 об/мин. На выходе из этой турбины температура газов снижается до 500°С, после чего они отводятся через обычную систему выпуска и глушитель.
  • Вращательное движение турбины передается через несколько понижающих передаточных устройств — механические передачи и гидравлическую муфту.
  • К моменту передачи вращательного движения на маховик, частота вращения снижается примерно до 1900 об/мин.
  • Вращательный момент на маховике увеличивается, и вращение маховика становится более устойчивым и плавным.

Плюсы и минусы турбонаддува

В отличие от механических нагнетателей, приводимых от коленчатого вала и отнимающих мощность непосредственно у двигателя, турбонагнетатели используют дармовую энергию , которая в моторе выбрасывается из выхлопной трубы. Это делает турбонагнетатели более эффективными, чем механические.

Одновременно турбонаддув позволяет получить высокие мощности – свыше 250 л. с. с одного литра объема. Двигатель с турбонагнетателем имеет мощность на 40% выше, чем без него. Как ни странно, но они и более экономичны. Низкое КПД двигателя обусловливается потерями на трение и низкой тепловой эффективностью. С увеличением размеров мотора эти потери резко увеличиваются. Небольшие турбированные моторы более эффективны.

Турбонагнетатели обладают рядом проблемных мест. Самое заметное – эффект «турбоямы». Отсутствие механической связи между компрессором и двигателем приводит к несоответствию между требуемой мощностью, задаваемой водителем педалью «газа» и производительностью компрессора.

Турбокомпрессоры имеют те же недостатки, что и центробежные нагнетатели. Для эффективной работы они должны вращаться с очень высокой скоростью. Плюс высокий нагрев (порядка 1000 °С), сложности в смазке, отводе тепла. Повышенные температуры сказываются не только на смазке деталей турбонагнетателя, но и на нагнетаемом воздухе: его охлаждение оказывается острым вопросом. Для эффективного охлаждения интеркулер рассчитывается и подбирается с особой тщательностью.

Как и в любом нагнетательном устройстве, в турбонагнетателе необходим клапан, спускающий излишнее давление. С турбиной еще сложнее. Здесь нужно не только следить за давлением наддува, но и перепускать выхлопные газы, чтобы снизить избыток давления в выпускном коллекторе, и исключить чрезмерно высокую скорость вращения на высоких оборотах.

Вся правда о турбомоторах: список проблемных двигателей

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.

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.

Читать еще:  Pontiac vibe сколько масла в двигатель

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.

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?

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)

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?

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.

Читать еще:  Характеристика двигателя 111 от 124 мерседеса

Описание и принцип работы турбонаддува двигателя

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

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

Устройство системы турбонаддува

На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Принцип работы турбины

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • Воздухозаборник;
  • Воздушный фильтр;
  • Перепускной клапан – регулирует подачу отработавших газов;
  • Дроссельная заслонка – регулирует подачу воздуха на впуске;
  • Турбокомпрессор – повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
  • Интеркулер – охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
  • Датчики давления – фиксирует давление наддува в системе;
  • Впускной коллектор – распределяет воздух по цилиндрам;
  • Соединительные патрубки – необходимы для крепления элементов системы между собой.

Принцип работы турбонаддува

Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

  • Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо.
  • Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу.
  • Компрессор сжимает воздух, поступающий из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер.
  • В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя.

В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе. Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом. В свою очередь, управление приводом осуществляется электронным блоком управления, который считывает информацию с датчика давления.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название “турбояма”. Сущность явления заключается в следующем:

  • Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
  • Турбина вращается в соответствующем режиме.
  • При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
  • После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка – “турбояма”. Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от “турбоямы”:

  • Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
  • Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
  • Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
  • Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

Что такое турботаймер и для чего он необходим

Другой стороной инерционности системы с турбокомпрессором является необходимость снижать обороты постепенно. Нельзя резко выключать зажигание после того, как двигатель работал на высоких оборотах. Это обусловлено тем, что подшипники будут продолжать вращение, а поскольку масло не будет подаваться в систему – возникнет повышенное трение. Оно, в свою очередь, спровоцирует быстрый износ вала турбины.

Для решения этой проблемы применяется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается в цепь зажигания. После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который глушит двигатель спустя некоторое время, давая возможность турбине снизить обороты до приемлемых значений.

Достоинства и недостатки системы турбонаддува

Подводя итоги, можно выделить плюсы и минусы использования на моторе турбонаддува. В числе достоинств:

  • увеличение мощности двигателя;
  • повышение КПД двигателя;
  • снижение расхода топлива.

К минусам можно отнести:

  • низкий крутящий момент на малых оборотах двигателя;
  • более высокая стоимость;
  • более сложное обслуживание и эксплуатация.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector