Как работает турбина
Турбина состоит из двух частей:
- Холодная – всасывает и раскручивает впускной воздух,
- 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).
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.
Главные конструктивные особенности турбомотора
Турбина чаще всего имеет форму «улитки», размещается во фронтальной части агрегата. Если вы не знаете, как отличить турбированный двигатель от атмосферного, здесь все просто: ищите «улитку» под капотом. Обычно не заметить ее сложно, так как она выбивается из монолитных очертаний самого агрегата.
Схема работы турбокомпрессора
Стандартная конструкция подразумевает
подключение компрессора к системе выхлопа. Выхлопные газы раскручивают
крыльчатку устройства, что позволяет компрессору нагнетать более высокое
давление воздуха в системе. Это изменяет характеристики топливной смеси и
влияет на работу ЭБУ. Так мотор прямо во время поездки меняет свои
характеристики.
Проблема заключается в том, что
турбокомпрессор – очень нежная деталь. Поэтому при любой аварии она ломается.
Также после 100-150 тысяч км эксплуатации часто требуется замена турбины. Еще
одна неприятность – использование некачественных масел в двигателе. В этом
случае турбина плохо смазывается и очень быстро выходит из строя.
Автомобиль с каким двигателем лучше выбрать
Обе разновидности моторов имеют как свои достоинства, так и недостатки. Поэтому нельзя однозначно сказать какой из них лучше. Если вы поклонник агрессивной езды, быстрого старта с места, любите драйв и готовы к значительным затратам на обслуживание, то выбор однозначен – автомобиль с турбированным двигателем. Однако, склоняясь к такому выбору, надо помнить о том, что мотор вашего транспортного средства (а особенно турбина) «проживет» значительно меньше, чем атмосферный аналог. К тому же вы должны быть уверены, что в своем регионе вы без труда сможете приобрести топливо высокого качества, а также специальные синтетические масла.
Если для вашего стиля езды характерны спокойствие, предусмотрительность и осторожность, и к тому же вы практичный и бережливый человек, то излишки мощности турбированного двигателя вам просто не нежны. А вот надежность, простота в обслуживании и долговечность атмосферного мотора, позволят значительно сэкономить затраты на его повседневную эксплуатацию
Плюсы и минусы турбированных двигателей
Автомобили, двигатель которых оснащен турбиной, с каждым годом становятся все более популярными и распространенными среди автолюбителей. Но, вместе с тем, до сих пор многие водители уверены, что покупка транспортного средства с турбированным двигателем принесет его владельцу только одни лишь проблемы, а практического смысла в такой покупке попросту нет. Подобное мнение появилось в среде автолюбителей довольно давно, когда производители транспортных средств только начали устанавливать на свою продукцию двигатели, оснащенные турбинами. Первые версии турбированных двигателей действительно оставляли желать лучшего – они были дороги, имели массу нерешенных технических проблем, и интересовали, в основном, любителей покататься на новых и красивых автомобилях, но никак не тех, кого в автомобиле интересовали, в первую очередь, ходовые характеристики и надежность. Но как ситуация с турбированными двигателями обстоит сейчас?
В первую очередь, следует понять, в чем же смысл наличия турбины в конструкции мотора? Турбина раскручивается выхлопными газами, и, за счет ее вращения в мотор нагнетается свежий воздух, который необходим для его нормальной работы. Благодаря подобной подаче воздуха в двигатель, даже при небольшом размере мотора его мощность значительно превышала мощность обычных атмосферных моторов, как правило – не менее, чем на двадцать процентов. Кроме того, турбированные двигатели отличаются и более низким потреблением топлива, в среднем – на три литра за расстояние в сто километров.
Более компактный размер турбированного двигателя, по сравнению с обычными моторами, тоже является его положительной стороной, так как меньший мотор гораздо проще установить в пространстве под капотом, чем более массивные и объемные атмосферные двигатели. Кроме того, за счет уменьшенного рабочего объема, турбированные двигатели отбрасывают гораздо меньше вредных веществ в окружающую среду, поэтому они по праву считаются менее вредными для экологии.
Конечно, у турбированных моторов существуют и свои недостатки, и, в первую очередь к ним можно отнести сниженный срок службы мотора до необходимости капитального ремонта. Если обычные атмосферные двигатели проходят, в среднем, от трехсот до пятисот тысяч километров до того, как им потребуется капитальный ремонт, то турбированные двигатели ограничиваются порогом в пределах двухсот, реже – трехсот тысяч километров. Высокая мощность работы двигателя с турбинами, возможна только на максимальных оборотах, тогда как у атмосферного двигателя мощность хоть и меньше, но начинает ощущаться она сразу с момента старта, и этот факт тоже можно отнести к отрицательным сторонам использования турбированных двигателей.
Кроме того, двигатели, оснащенные турбиной, более сложны в обслуживании и ремонте, и, соответственно – более дороги. Масло для таких двигателей придется менять в два раза чаще, чем на аналогичных атмосферных двигателях, при этом, использовать без вреда для двигателя можно только дорогостоящее синтетическое масло, а о более дешевой полусинтетике можно забыть.
В целом, автомобили с турбированным двигателем в наше время вполне себя оправдывают, постоянно развиваются, а большинство проблем, которые возникали с первыми в своем роде турбированными двигателями, уже устранены. Многие производители автомобилей уже сейчас производят только транспортные средства с турбированными двигателями, и с каждым годом подобных автомобилей на дорогах будет все больше.
Уровень масла
Советов о том, как эксплуатировать турбодвигатель, много. Начнём с уровня масла. Его обязательно всегда держать под контролем, так как такому мотору масляное голодание не рекомендуется. Смазка в турбодвигателе имеет большое значение, так как благодаря ей эффективно работают подшипники и другие важные элементы. Не стоит говорить о том, что если уровень масла падает, то подшипники нужного количества масла не получают, а следовательно, быстрее изнашиваются и выходят из строя.
Проверять наличие рекомендуемого уровня смазки турбодвигателя обязательно и при обнаружении дефицита обязательно нужно масло долить. Не помешает и выяснить причину, по которой масло так быстро расходуется. Может быть, вышел из строя масляный насос или другая важная деталь? Поэтому в таком случае нужно быть предельно внимательными и сразу же поломку исправить.
Чем турбомотор отличается от атмосферного?
Атмосферный мотор засасывает воздух в цилиндры под действием разрежения, которое возникает, когда поршень движется к нижней мертвой точке. В большинстве случаев давление в цилиндре в конце хода впуска чуть ниже атмосферного. И вот с этим количеством воздуха и осуществляется рабочий цикл мотора. Наддувный двигатель получает на входе в цилиндр воздух, сжатый компрессором до определенного давления, а потому его в цилиндр войдет больше, чем у мотора со свободным всасыванием. Больше воздуха — больше кислорода, а значит, и топлива сгорит больше, и мощность при том же рабочем объеме поршневой части будет выше (или мотор компактнее при сохранении мощности). Поскольку воздух в компрессоре подогревается, температуру перед подачей в цилиндр желательно снизить. Это делает специальный охладитель — интеркулер. Компрессоры могут использоваться разных типов — и с приводом от коленвала, и волновые обменники давления, но наиболее распространен турбонаддув. Последний способ использует энергию выхлопных газов для вращения центростремительной турбины, а сидящее на том же вале колесо центробежного компрессора обеспечивает сжатие воздуха перед подачей в цилиндры.
Как видим, конструкция наддувного мотора сложнее, чем атмосферника. Отсюда и первый недостаток турбомоторов.
Особенности турбирования
Самое главное, что нужно понимать – при том, что турбированные моторы имеют схожесть с атмосферными ДВС, построены они на базе совершенно других принципов. Связано это с конкретными особенностями горения смеси топлива и воздуха в условии избыточных давлений и нагрузок. Чем больше воздуха, тем больше нужно топлива. Соответственно, динамика автомобиля будет более приемлемой.
На практике с одной стороны планируемый прирост мощности составляет 20-30 процентов, при этом объемы работ и вливание денежных средств — значительные. Поэтому выходит, что правильнее всего поднять результат до среднего уровня, чтобы затраты себя окупили и соответствовали желаемым требованиям.
Принципиальные отличия двигателей
Атмосферный двигатель представляет из себя “обычный” двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого была разработана уже очень давно и за многие десятилетия эксплуатации доведена до своего совершенства.
Турбированный двигатель представляет из себя такой же двигатель внутреннего сгорания, в конструкцию которого была добавлена турбина, закачивающая воздух в цилиндры под давлением, что заметно увеличивает мощность мотора. Турбированный двигатель малого объёма (например 1.3 литра турбо – 140 л.с.) может иметь такую же мощность, что и заметно больший атмосферник (1.8 литра – 140 л.с.).
Форсированный двигатель представляет из себя такой же двигатель внутреннего сгорания, но имеющий довольно сложную конструкцию, нередко подразумевающую применение гоночных технологий, дорогих материалов и всевозможных механизмов для извлечения максимальной мощности. Может оснащаться турбиной или нет. Конструкция форсированного двигателя нередко подразумевает, что высокая мощность двигателя идёт в ущерб ресурсу (форсированные двигатели долго не живут).
Каждый тип двигателя обладает плюсами и минусами, которые определяют ряд требований к эксплуатации такого двигателя.
Прогресс и кошелёк
Тенденция последнего времени такова, что практически все автопроизводители, стремясь увеличить мощность двигателя и одновременно уменьшить его расход, переходят на выпуск автомобилей с турбированными или форсированными двигателями маленького объёма.
Такой подход позволяет выпускать достаточно мощные и экологичные автомобили, но в тоже время довольно сильно усложняет конструкцию (что ведёт к более частым поломкам), а так же уменьшает ресурс.
Для покупателя подобный подход является плюсом до тех пор, пока он не начинает сталкиваться непосредственно с ремонтом – то есть до окончания гарантийного срока. После этого автомобиль с турбированным или форсированым двигателем вполне может стать головной болью своего владельца.
Разумеется, большинство покупателей нового автомобиля, как правило, ездят на нём как раз до окончания гарантийного срока, после чего продают.
Однако, любой покупатель подержанного автомобиля будет заранее рассчитывать свои возможные затраты на эту машину и не станет платить много денег за автомобиль, ресурс двигателя которого будет вызывать определённые сомнения.
Поэтому, чтобы продать б.у. автомобиль с турбированным или с форсированным двигателем небольшого объёма, продавцам, скорее всего, придётся потерять в деньгах больше, чем при продаже такого же автомобиля, но с атмосферным двигателем нормального объёма, ресурс которого изначально больше.
Таким образом, технический прогресс для любого автовладельца в России будет иметь свою стоимость – для владельца новой машины она будет составлять величину потери на последующей продаже, а для владельца подержанной машины – величину затрат на обслуживание и более дорогой ремонт.
https://youtube.com/watch?v=Cwy7k_qEv-I
Преимущества и недостатки турбированного двигателя
В последнее время продажи машин, оснащённых турбированными моторами, значительно выросли. Автолюбители же разделились на два лагеря: тех, кто не признаёт необходимости установки компрессора, в частности в бензиновых моторах, предпочитая классику, и тех, кто любит ветер инноваций, считая, что атмосферникам пора на пенсию. И те, и другие по-своему правы, поэтому, определяясь с покупкой авто, нужно тщательно взвесить все плюсы и минусы турбированного бензинового мотора или дизеля, а также учесть и прочие факторы, определяющие целесообразность приобретения.
Преимущества турбодвигателей очевидны:
- повышенные характеристики мощности при таком же объёме,
- компактность и малый вес агрегата,
- высокий крутящий момент, начиная с самых низких оборотов, демонстрирующий стабильность,
- небольшой расход топлива относительно мощностных характеристик,
- меньший объём выхлопов.
Минусы турбированных двигателей в следующем:
- при высокоскоростной езде расход топлива повышен,
- необходимость прогрева двигателя в морозы,
- наличие «турбоям» (явление провала мощности при резком нажатии на педаль газа характерно для старых конструкций агрегатов),
- сильный нагрев,
- дороговизна ремонта,
- чувствительность к топливу и смазочным материалам низкого качества, как следствие – зависимость ресурса от используемых средств,
- периодичность замены масла, а также масляного и воздушного фильтров чаще, чем у атмосферников,
- высокая стоимость обслуживания, вызванная необходимостью использования только высококачественных рабочих жидкостей.
Для многих водителей недостатки турбированных двигателей значительно перевешивают преимущества. Особенно пугают затраты и необходимость постоянного контроля состояния, а также щепетильность в уходе, что связано со сложностью конструкции агрегата. Надёжность атмосферников уже никто не ставит под сомнение, тогда как в случае с моторами, оснащёнными наддувом, ресурс целиком и полностью зависит от владельца.
Преимущества и недостатки использования турбонаддува
У подобного способа увеличения мощности двигателя имеются, как определенные преимущества, так и недостатки. Поговорим о них поподробнее.
Основным преимуществом использования турбонаддува является существенное увеличение мощности. Если ранее с атмосферных моторов получить более 100 лошадиных сил с одного литра объем двигателя было затруднительно, то благодаря применению таких турбин удается выйти на показатели в 130-150 лошадиных сил с литра объема двигателя. При этом существенно сокращается расход топлива, который, фактически, не увеличивается, в сравнении с аналогичными по литражу атмосферными вариантами силовых агрегатов.
Устанавливая на впускном коллекторе такую турбину, мы получаем прирост мощности, что позволяет существенно улучшить динамические показатели автомобиля. Сегодня в продаже можно найти различные по своему размеру и мощности турбины, которые с одинаковым успехом могут устанавливаться, как на новые автомобили, так и на уже бывшие в употреблении дизельные и бензиновые силовые агрегаты.
Если говорить о преимуществах таких турбированных двигателей, то можно отметить компактность силовых агрегатов, что позволяет разместить мощные двигатели даже в небольшом по своим размерам подкапотном пространстве. Если в прошлом при необходимости установки мощных двигателей требовалось как-то решать проблему недостаточного свободного места в подкапотном пространстве, то сегодня куда проще установить двухлитровый турбированный двигатель, который по своим основным характеристикам будет соответствовать 3- 3,5 литровым двигателем, которые бы просто не поместились в небольшом по размеру подкапотном пространстве.
Такой турбированный двигатель будет иметь меньший вес, соответственно улучшаются показатели экономичности, а управляемость автомобиля неизменно улучшается. Именно поэтому сегодня все спортивные автомобили оснащаются такими турбированными двигателями, которые одновременно сочетают надежность, отличную мощность и небольшой вес.
Если же говорить о недостатках подобных технологий, то в первую очередь отметим сложность конструкции. На крыльчатку и всю турбину в процессе эксплуатации приходится повышенная нагрузка, соответственно часто возникают поломки, а ремонт представляет определенную сложность. Сама турбина крайне критична к качеству сервиса, и при использовании не слишком качественного масла могут отмечаться проблемы с этим узлом, его быстрый износ и серьезные поломки. Именно поэтому моторы, на которых устанавливаются турбины, считаются менее надежными, нежели атмосферные варианты двигателей внутреннего сгорания.
При выполнении тюнинга использование такой турбины на первый взгляд может показаться чрезвычайно простым и недорогим способом увеличения мощностных характеристик двигателя. Однако в действительности ограничиться в данном случае одной лишь установкой турбины будет невозможно. Необходимо использовать модернизированную систему впрыска, новый коленвал, шатуны и поршни и так далее. В итоге практически перебирается весь мотор, соответственно стоимость такого тюнинга существенно увеличивается.
Ресурс у турбированных моторов будет ниже атмосферных двигателей. Дело в том, что на такой силовой агрегат в процессе эксплуатации будет приходиться повышенная нагрузка, так как двигатель будет работать преимущественно на высоких оборотах. Соответственно, при таких высоких оборотах двигателя отмечается повышенный износ, а мотор прослужит вам меньше, нежели аналогичный по мощности атмосферный двигатель.
Многие турбированные моторы имеют так называемые турбопаузу, когда отмечается существенный провал мощности. Такая задержка отмечается на низких оборотах, когда турбина бездействует и фактически работает лишь атмосферный мотор без дополнительного турбонаддува. В итоге водителю попросту не хватает мощности на низких оборотах, а с включением турбины может отмечаться избыток такой мощности и крутящего момента, что не добавляет удобства использования автомобиля. Впрочем, отметим, что сегодня на современных двигателях путем установки сразу нескольких турбин удалось полностью побороть подобный недостаток.
Заключение
Турбонаддув – это популярная сегодня технология, которая подразумевает установку дополнительной турбины на атмосферный двигатель. Наличие турбины позволяет существенно увеличить мощность, при этом сохраняются характеристики топливной экономичности. Такой двигатель легче и компактнее, чем атмосферный мотор, и позволяет получить максимум удовольствия от управления, даже при эксплуатации автомобиля с небольшим по своему объему двигателем.
28.12.2017
Типы турбин
- Раздельный. Он имеет два сопла для каждой пары цилиндров и два входа для отработавших газов. Первое сопло предназначено для быстрого реагирования, второе служит для максимальной производительности. В конструкции есть разделенные выпускные каналы. Сделано это для предотвращения перекрытия каналов при выпуске выхлопных газов.
- Компрессор с переменным соплом. Также он известен, как турбина с изменяемой геометрией. Применяется на моторах с маркировкой TDI от «Фольксваген». Здесь в конструкции имеется 9 подвижных лопастей. Они могут регулировать поток выхлопных газов, что идут к турбине. Угол наклона лопастей – регулируемый, что позволяет согласовать давление нагнетаемого воздуха и скорость движения газов с оборотами ДВС.
Для большей производительности на автомобиль может быть установлено два компрессора.
Такие системы получили маркировку «Твин-турбо».
Устанавливаются данные механизмы последовательно. Первая турбина работает на низких оборотах, а вторая на высоких.
На V-образных моторах нагнетатели устанавливаются параллельно (на каждый ряд по одной турбине). Установка двух небольших компрессоров значительно эффективнее, чем применение одного, но большого.
Принцип работы турбированного двигателя
Турбированный двигатель (будь то бензиновый или дизельный) конструктивно имеет некоторые отличия от своего атмосферного аналога. Главной особенностью любого турбированного двигателя является турбокомпрессор. Данное устройство состоит из специального вентилятора и турбины. Компрессор подключается к выхлопной системе автомобиля и через систему специальных труб принимает часть выхлопного газа на лопасти турбины. Турбина раскручивается под давлением, создаваемым выхлопным газом и приводит в движение вентилятор компрессора. Компрессор закачивает под давлением большое количество воздуха.
Увеличение количество и давление воздуха способствует лучшему сгоранию топлива, а значит, увеличению мощности двигателя. Таким образом, при меньшем объеме, турбированный двигатель способен иметь больше лошадиных сил, чем больший по объему атмосферный мотор.
Охлаждение турбированного двигателя отличается от охлаждения атмосферного. Прежде всего, в таких двигателях вместо радиатора применяется специальное устройство – интеркуллер. Он представляет собой тот же радиатор, однако в нем, вместо ОЖ циркулирует воздух. Иногда интеркуллер может дополняться вентилятором, для эффективности охлаждения потоком воздуха.
Чем плох турбомотор: рассуждения в гараже
Турбомотор можно считать более современным вариантом ДВС. Однако большинство машин продолжают оснащать классическими атмосферниками. Несколько стереотипных суждений о турбированных моторах, которые не во всех случаях соответствуют действительности.
- Небольшой ресурс турбин. На бензиновом движке она прослужит в среднем не более 150 000 км. Ремонт узла обойдется достаточно дорого. Да турбины не вечны, но при должном обслуживании многие из них проедут и больше 300 тыс. км. Надо смотреть на каждый конкретный двигатель отдельно.
- Из-за турбины мотор постоянно работает на пределе. Это приводит к усиленному изнашиванию элементов мотора. Чтобы компенсировать этот момент, двигатель изначально собирают с более высоким запасом прочности. Однако, это не делает его неубиваемым. Мотор устроен достаточно сложно, больше элементов, которые могут выйти из строя, перегреться.
- У турбины нестабильная тяга. Известно, что на устаревших моделях надувных моторов турбина запускалась не сразу. Требовалось время на раскрутку крыльчатки выхлопными газами. Но новые технологии позволили исправить данную проблему. Некоторые продолжают утверждать, что идеальная тяга по-прежнему отсутствует. Однако для обычного водителя подобная тонкость останется некритичной.
Преимущества и недостатки турбированного двигателя
Турбированный двигатель впервые увидел мир в 905 году, а на “легковушки” турбины стали устанавливать только в середине 20-го века. Принцип двигателя оснащенного турбиной заключается в том, что турбина рационально использует выхлоп автомобиля, посредством которого происходит нагнетание дополнительного воздуха в цилиндры, который способствует лучшему сгоранию топливно-воздушной смеси. Как вы знаете, чем больше воздуха, тем лучше будет гореть, по тому же принципу устроен и турбомотор, турбина под высоким давлением нагнетает воздух в цилиндры, благодаря чему сгорание топливной смеси происходит с большим КПД, в результате двигатель получает больше мощности минимум на 10%.
Общая информация о газовой турбине
Газовая турбина – это установка, которая позволяет преобразовывать энергию сжатого воздуха в механическое действие. Это категория двигателей внутреннего сгорания, где газ поступает в турбину под давлением. После этого он попадает в низкое давление и при этом ускоряет движение. Поток газа примыкает к лопастям и обеспечивает хороший крутящий момент. При этом, часть энергии отдаётся. Лопасти будут сообщать движения через диски валу.
Среди главных газовых турбин можно отметить два вида:
- Микротурбина. Чаще всего используется для систем снабжения электричеством. Это современное оборудование, которое имеет высокую точность.
- Промышленные установки, которые часто являются элементом турбогенератора. Такие установки используются в промышленности. Область применения начинается от энергетики и заканчивается машиностроением.
Перед тем как приобретать газовые турбины, стоит рассмотреть все достоинства и недостатки. Такое устройство уже достаточно изучено, поэтому о положительных и отрицательных особенностях можно узнать без особых проблем.
Атмосферный мотор – преимущества и недостатки
Прежде чем принять решение, какой двигатель лучше – атмосферный или турбированный, стоит рассмотреть технологии классического агрегата. Существуют мифы, что атмосферники менее требовательны к качеству масла, лучше прогреваются, дольше служат. Все очень условно, это зависит от конструкции мотора, его производителя и использованных технологий.
Схема работы поршней атмосферного двигателя внутреннего сгорания
Атмосферный агрегат хорош с точки зрения ресурса, но плохое масло может быстро убить это преимущество. Такой мотор менее эластичен, при том же самом объеме он может дольше разгонять автомобиль, хуже взаимодействовать с любыми коробками передач и менее эффективно использовать топливную смесь.
Преимущества атмосферников зависят от их конструкции. Если у агрегата тонкие стенки блока цилиндров, слишком малый объем, плохая сборка, то он прослужит недолго. Если же у вас объемистый хороший двигатель, то и ресурс его будет длительным.
Но в эти моторы производители практически не инвестируют, поэтому технологии стоят на месте. Будущее уже ушло в сторону гибридов и электромобилей, так что атмосферники доживают последние годы.
