ЧТО ТАКОЕ ТУРБИНА И КАК РАБОТАЕТ ТУРБО МОТОР Часть 1.
Основы турбо-наддува. Часть 1.
Основные принципы работы турбо двигателя.
Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливо-воздушной смеси попадающей в цилиндры. При прочих равных, двигатель большего объема пропустит через себя больше воздуха и, соответственно, выдаст больше мощности, чем двигатель меньшего объема. Если нам требуется что бы маленький двигатель выдавал мощности как большой или мы просто хотим что бы большой выдавал еще больше мощности, нашей основной задачей станет поместить больше воздуха в цилиндры этого двигателя. Естественно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, уеличив продувку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы даже можем оставить количество воздуха прежним, но поднять степень сжатия нашего мотора и перейти на более высокий октан топлива, тем самым подняв КПД системы. Все эти способы действенны и работают в случае когда требуемое увеличение мощности составляет 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность мотора — самым эффективным методом будет использование турбокомпрессора.
Каким же образом турбокомпрессор позволит нам получить больше воздуха в цилиндрах нашего мотора? Давайте взгянем на приведенную ниже диаграмму:
Рассмотрим основные этапы прохождения воздуха в двигателе с турбокомпрессором:
— воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и попадает на вход турбокомпрессора (1)
— внутри турбокомпрессора вошедший воздух сжимается и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, что несколько снижает его плотность.
— Из турбокомпрессора воздух поступает в интеркулер (3) где охлаждается и в основной мере восстанавливает свою температуру, что кроме увеличения плотности воздуха ведет еще и к меньшей склонности к детонации нашей будущей топливо-воздушной смеси.
— После прохождения интеркулера воздух проходит через дросеель, попадает во впускной коллектор (4) и дальше на такте впуска — в цилиндры нашего двигателя.
Объем цилиндра является фиксированной величиной, обусловленной его диаметром и ходом поршня, но так как теперь он заполняется сжатым турбокомпрессором воздухом, количество кислорода зашедшее в цилиндр становится значительно больше чем в случае с атмосферным мотором. Большее количество кислорода позволяет сжечь большее количество топлива за такт, а сгорание большего количества топлива ведет к увеличению мощности выдаваемой двигателем.
— После того как топливо-воздушная смесь сгорела в цилиндре, она на такте выпуска уходит в выпускной коллекторе (5) где этот поток горячего (500С-1100С) газа попадает в турбину (6)
— Проходя через турбину поток выхлопных газов вращает вал турбины на другой стороне которого находится компрессор и тем самым совершает работу по сжатию очередной порции воздуха. При этом происходит падение давления и температуры выхлопного газа, поскольку часть его энергии ушла на обеспечение работу компрессора через вал турбины.
Ниже приведена схема внутреннего устройства турбокомпрессора:
В зависимоти от конкретного мотора и его компоновки под капотом, турбокомпрессор может иметь дополнительные встроенные элементы, такие как Wastegate и Blow-Off. Рассмотрим их подробнее:
Blow-off
Блоуофф (перепускной клапан) это устройство установленное в воздушной системе между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой с целью недопустить выход компрессора на режим surge. В моменты когда дроссель резко закрывается, скорость потока и расход воздуха в системе резко падает, при этом турбина еще некоторое время продолжает вращаться по инерции со скоростью не соответствующей новому упавшему расходу воздуха. Это вызывает циклические скачки давления за компрессором и слышимый характерный звук прорывающегося через компрессор воздуха. Surge со временем приводит к выходу из строя опорных подшипников турбины, в виду значительной наргрузки на них в этих переходных режимах. БлоуОфф использует комбинацию давлений в коллекторе и установленной в нем пружины что бы определить момент закрытия дросселя. В случае резкого закрытия дросселя блоуофф сбрасывает в атмосферу, возникающий в воздушном тракте избыток давления и тем самым спасает турбокомпрессор от повреждения.
Wastegate:
Представляет собой механический клапан устанавленный на турбинной части или на выпускном коллекторе и обеспечивающий контроль за создаваемым турбокомпрессором давлением. Некоторые дизельние моторы используют турбины без вейстгейтов. Тем не менее подавляющее большинство бензиновых моторов обязательно требуют его наличия. Основной задачей вейстгейта является обеспечивать выхлопным газам возможность выхода из системы в обход турбины. Пуская часть газов в обход турбины, мы контролируем количество энергии газов которое уходит через вал на компрессор и тем самым управляем давлением наддува, создаваемое компрессором. Как правило вейстгейт использует давление наддува и давление встроенной пружины что бы контролировать обходной поток выхлопных газов.
Встроенный вейстгейт состоит из заслонки встроенной в турбинный хаузинг (улитку), пневматического актуатора и тяги от актуатора к заслонке.
Внешний гейт представляет собой клапан устанавливаемый на выпускной коллектор до турбины. Преимуществом внешнего гейта является то, что сбрасываемый им обходной поток может быть возвращен в выхлопную систему далеко от выхода из турбины или вообще сброшен в атмосферу на спортивных автомобилях. Все это ведет к улучшению прохождения газов через турбину в виду отсутствия разнонаправленных потоков в компактном объеме турбинного хаузинга.
Водяное и маслянное обеспечение:
Шарикоподшипниковые турбины Garrett требуют значительно меньше масла чем втулочные аналоги. Поэтому установка маслянного рестриктора на входе в турбину крайне рекомендована если давление масла в вашей системе привышает 4 атм. Слив масла должен быть заведен в поддон выше уровня масла. Поскольку слив масла из турбины происходит естественным путем под действием гравитации, крайне важно что бы центральный картридж турбины был ориентирован сливом масла вниз.
Частой причиной выхода из строя турбин является закоксовка маслом в центральном картридже. Быстрая остановка мотора после больших продолжительных нагрузок ведет к теплообмену между турбиной и нагретым выпускным коллектором, что в отсутствии притока свежего масла и поступления холодного воздуха в компрессор ведет к общему перегреву картриджа и закоксовке имеющегося в нем масла.
Для минимизации этого эффекта турбины снабдили водяным охлаждением. Водные шланги обеспечивают эффект сифона снижая температуру в центральном картридже даже после остановки двигателя, когда нет принудительной циркуляции воды. Желательно так же обеспечить минимум неравномерности по вертикали линии подачи воды, а так же несколько развернуть центральный картридж вокруг оси турбины на угол до 25 градусов.
Правильный подбор турбины является ключевым моментом в постройке турбо-мотора и основан на многих вводных данных. Самым основным фактом выбора является требуемая от мотора мощность. Важно также выбирать эту цифру максимально реалистично для вашего мотора. Поскольку мощность мотора зависит от количества топливо-воздушной смеси которая через него проходит за единицу времени, опредлив целевую мощность мы приступим к выбору турбины способной обеспечить необходимый для этой мощности поток воздуха.
Другим крайне важным фактором выбора турбины является скорость ее выхода на наддув и минимальные обороты двигателя на которых это происходит. Меньшая турбина или меньший горячий хаузинг позволяют улучшить эти показатели, но максимальная мощность при этом будет снижена. Тем не менее за счет большего рабочего диапазона работы двигателя и быстрого выход турбины на наддув при открытии дросселя в целом результат может быть значительно лучше, чем при использовании большей турбины с большой пиковой мощностью, но в узком верхнем диапазоне работы мотора.
Втулочные и шарикоподшипниковые турбины.
Втулочные турбины были самыми распространенными в течении долгого времени, тем не менее новые и более эффективные шарикоподшипниковые турбины используются все чаще. Шарикоподшипниковые турбины появились как результат работы Garrett Motorsport во многих гоночных сериях.
Отзывчивость турбины на дроссель очень зависит от конструкции центрального картриджа. Шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают на 15% более быстрый выход на наддув относительно их втулочных аналогов, снижая эффект турбо-ямы и приближая ощущение от турбо-мотора к атмосферному большеобъемнику.
Шарикоподшипниковые турбины так же требуют значительно меньшего потока масла через картридж для смазки пошипников. Это снижает вероятность утечек масла через сальники. Так же такие турбины менее требовательны к качеству масла и менее склонны к закоксовке после глушения двигателя.
Чем отличается атмосферный двигатель от турбированного
Начнем с того, что ситуация на современном рынке новых автомобилей заметно поменялась за последние 15-20 лет. Изменения в автоиндустрии коснулись как исполнения, уровня оснащения и решений в плане активной и пассивной безопасности, так и устройства силовых агрегатов. Привычные атмосферные моторы на бензине с тем или иным рабочим объемом, которые раньше фактически являлись показателем класса и престижности авто, сегодня активно вытесняются турбированным двигателем.
В случае с турбомоторами объем двигателя перестал выступать базовой характеристикой, определяющей мощность, крутящий момент, динамику разгона и т.д. В этой статье мы намерены сравнить двигатели с турбиной и атмосферные версии, а также ответить на вопрос, в чем состоит принципиальное отличие атмосферных ДВС от турбированных аналогов. Параллельно будут проанализированы основные преимущества и недостатки моторов с турбонаддувом. Также в итоге будет дана оценка, стоит ли покупать новые и подержанные бензиновые и дизельные машины с турбированным двигателем.
Турбированные двигатели и «атмосферники»: главные отличия
Для начала немного истории и теории. В основу работы любого ДВС положен принцип сгорания топливно-воздушной смеси в закрытой камере. Как известно, чем больше воздуха удается подать в цилиндры, тем больше горючего получается сжечь за один цикл. От количества сгоревшего топлива будет напрямую зависеть количество высвобождающейся энергии, которая толкает поршни. В атмосферных моторах забор воздуха происходит благодаря образованию разрежения во впускном коллекторе.
Другими словами, мотор буквально «засасывает» в себя наружный воздух на такте впуска самостоятельно, а объем поместившегося воздуха зависит от физического объема камеры сгорания. Получается, чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха он может уместить в цилиндрах и тем большее количество топлива получится сжечь. В результате мощность атмосферного ДВС и крутящий момент сильно зависят от объема мотора.
Принципиальной особенностью двигателей с нагнетателем является принудительная подача воздуха в цилиндры под определенным давлением. Данное решение позволяет силовому агрегату развивать больше мощности без необходимости физически увеличивать рабочий объем камеры сгорания. Добавим, что системами нагнетания воздуха может быть как турбина (турбокомпрессор), так и механический компрессор.
На практике это выглядит следующим образом. Для получения мощного мотора можно пойти двумя путями:
В результате моторы от V6 до V12 с большим рабочим объемом долгое время являлись эталоном производительности. Также не стоит забывать и о надежности, так как конструкция атмосферных двигателей всегда оставалась проверенным временем решением. Параллельно с этим главными минусами мощных атмосферных агрегатов справедливо считается большой вес и повышенный расход топлива, а также токсичность. Получается, на определенном этапе развития двигателестроения увеличение рабочего объема оказалось попросту нецелесообразным.
Теперь о турбомоторах. Еще одним типом агрегатов на фоне популярных «атмосферников» всегда оставались менее распространенные агрегаты с приставкой «турбо», а также компрессорные двигатели. Такие ДВС появились достаточно давно и изначально шли по другому пути развития, получив системы для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя.
Стоит отметить, что значительной популяризации моторов с наддувом и быстрому внедрению подобных агрегатов в широкие массы долгое время препятствовала высокая стоимость автомобилей с нагнетателем. Другими словами, двигатели с наддувом были редким явлением. Объясняется это просто, так как на раннем этапе машины с турбодвигателем, механическим компрессором или одновременной комбинацией сразу двух решений зачастую ставились на дорогостоящие спортивные модели авто.
Немаловажным фактором оказалась и надежность агрегатов данного типа, которые требовали повышенного внимания в процессе обслуживания и уступали по показателям моторесурса атмосферным ДВС. Кстати, сегодня это утверждение также справедливо для двигателей с турбиной, которые конструктивно сложнее компрессорных аналогов и еще дальше ушли от атмосферных версий.
Преимущества и недостатки современного турбомотора
Перед тем, как мы приступим к анализу плюсов и минусов турбодвигателя, хотелось бы еще раз обратить ваше внимание на один нюанс. Как утверждают маркетологи, доля реализуемых новых автомобилей с турбонаддувом сегодня существенно увеличилась.
Более того, многочисленные источники делают акцент на том, что турбодвигатели все больше и больше теснят «атмосферники», автолюбители зачастую выбирают именно «турбо», так как считают атмосферные двигатели безнадежно устаревшим типом ДВС и т.п. Давайте разбираться, так ли хорош турбомотр на самом деле.
Плюсы турбодвигателя
Минусы турбированного ДВС
Итак, с основными плюсами разобрались. Что касается минусов, они также присутствуют. Вполне очевидно, что турбомотор сложнее как в плане электроники и исполнительных устройств, так и в плане реализации самой схемы турбонаддува. Повышенные требования к качеству топлива и моторного масла тоже никуда не делись.
Дело в том, что небольшой по размерам и объему агрегат работает в условиях высоких механических и тепловых нагрузок. Давление наддува и температура в цилиндрах намного выше по сравнению с атмосферными двигателями, что означает ускоренный износ турбомотора.
Что в итоге
Помните, в начале статьи мы говорили о том, что доля турбомоторов на рынке в последнее время заметно возросла. Да, это так, но исключительно благодаря турбодизельным агрегатам. Практически любой современный дизельный двигатель сегодня оборудован турбонаддувом. Дело в том, что именно турбина позволяет дизельному мотору обеспечить достойные эксплуатационные характеристики в сочетании с высокой топливной экономичностью. По этой причине турбодизели пользуются огромной популярностью.
Однако, ситуация с турбобензиновыми агрегатами несколько иная. Подавляющее большинство производителей продолжают выпускать модели в сегментах от «бюджет» до «премиум» с простым атмосферным двигателем. Только в отдельных случаях в линейку добавляются турбированные бензиновые версии. Что касается стран СНГ, авто с турбонаддувом на бензине продолжают заметно уступать машинам с атмосферными бензиновыми ДВС по общему количеству на дорогах. Причин для этого много, начиная от низкого спроса в результате высокой начальной стоимости «надувных» бензиновых авто и заканчивая политикой автодилеров. Последние стараются избавить себя от гарантийных обязательств перед потребителем в случае возникновения проблем с более сложной технически турбированной бензиновой машиной.
Другими словами, турбобензиновые версии завозятся намного реже, так как продавцы учитывают низкое качество горючего и недостаточное количество квалифицированных технических специалистов по ремонту и обслуживанию таких авто на территории СНГ. Добавим, что подавляющее большинство турбированных бензиновых автомобилей на отечественных дорогах представлены моделями немецкого концерна WAG (Audi, Volkswagen, Skoda и т.д.).
Если же вы хотите приобрести подержанный турбированный автомобиль, в таком случае нужно более чем основательно подумать. В случае с дизелем будет необходима глубокая диагностика состояние самого ДВС и готовность заменить изношенную турбину. Когда речь заходит о бензиновых версиях, тогда нашим ответом будет практически однозначное «нет». Дело в том, что актуальная ситуация на рынке турбобензиновых автомобилей б/у достаточно сложная.
В обоих случаях получается целесообразнее продать машину с пробегом 100-150 тыс. км. другому владельцу по бросовой цене, чем ремонтировать или менять высокотехнологичный турбированный двигатель. То же самое вполне справедливо и для турбированных малолитражек, например, с рабочим объемом 1.2 литра. Моторы данного типа и вовсе считаются «одноразовыми», так как имеют относительно небольшой ресурс около 150-200 тыс. км. и плохо поддаются серьезному ремонту.
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 …
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.
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.
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.
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!
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.
1) Мощнее. Как уже писал выше, при меньшем объеме достигает больше мощность за счет нагнетаемого под давлением воздуха.
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.
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.
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.
Выбираем современный двигатель: почему турбо лучше, чем обычный?
Новые автомобили все реже оснащаются двигателями без наддува, благо турбины позволяют развивать большую мощность при малом объеме. Российские водители, тем не менее, относятся к турбомоторам с опаской. И очень зря.
Турбированные и атмосферные двигатели — в чем разница?
Разница в том, каким образом в цилиндры двигателя поступает воздух.
Воздух идет сам туда, где ниже давление. У атмосферного мотора воздух идет в цилиндры под действием создаваемого на такте впуска разрежения — поршень опускается и втягивает за собой воздух. Проще не бывает.
Чтобы нагнать в цилиндры больше воздуха, в помощь разнице давлений приходит принудительный наддув. Грубо говоря, на впуске ставят «большой вентилятор». О конструкции таких систем поговорим вкратце чуть ниже.
Зачем двигателю нужен наддув?
Чтобы повысить мощность двигателя, нужно сжечь в нем больше топлива — зависимость простая. А вот чтобы сжечь больше топлива, нужно подать в цилиндры много воздуха, почти по кубометру на каждый литр бензина. Вопрос лишь в том, как заставить его это сделать? Основных способов два:
Двигатель W12 разработки Volkswagen Group ставился в разные годы на Audi A8L, Volkswagen Phaeton, Volkswagen Touareg, Bentley Continental Flying Spur и другие премиум-модели. Фото: w12cars.com
Какие есть основные типы наддувов?
Какие преимущества есть у наддувного мотора?
На графике замера мощности и крутящего момента Skoda Fabia RS TSI видно, что в диапазоне с 2 000 до 4 500 оборотов двигатель развивает 250 ньютон-метров. Это и называется «полкой крутящего момента».
Почему люди боятся наддувных моторов?
Почему некоторые производители спорткаров до сих пор не признают наддува?
Турбомотор — брать или не брать?
Читайте также:
Для комментирования вам необходимо авторизоваться
Турбина на 100 тысяч? Что за бред? У ВСЕХ моих знакомых больше 20 тысяч турбина не живет! А замена ее стоит чуть ли не половина прайса заменты двигла
А можно пару примеров, если не трудно? По моделям. У меня на Саабе 170 тысяч уже. Масло гонит, конечно, но в пределах литра на 1000.
Андрей, заходите к любому дилеру Peugeot, Citroen, VW, Skoda, Seat и даже BMW, подходите к мастерам-приёмщикам и говорите одно слово: «турбина». Обычно после этого они прячутся под стол, а менеджер отдела запчастей вместе с гарантийщиком выпрыгивают в окно. )))))
