Устройство и принцип работы турбонаддува

Красный Металлик – TENPI

Комментарии

Мерседес Гелендваген новой генерации 2018 года многое заимствовал у легковых моделей

Новая генерация Mercedes G-Class – имеет стильный, высокотехнологичный и шикарный салон немецкого внедорожника. Интерьер нового поколения Gelandewagen стал более комфортным, были заимствованы масса деталей и оборудования у легковых моделей немецкого производителя  Mercedes Е-Class и S-Class.

В первую очередь это касается двух цветных 12,3-дюймовых дисплеев, разместившихся на вершине передней панели под общим козырьком. Традиционные аналоговые циферблаты приборов заменила виртуальная приборная панель. Первый экран служит многофункциональной панелью приборов, второй — продвинутый мультимедийный комплекс.

В Gelandewagen установили новый руль, акцент в салоне сделан на металл, а также деревянные и из углеродного волокна вставки. Кресла подогреваются, салон оснащен современной аудиосистемой, есть целых семь динамиков. Для такой модели доступны различные опции, крутой пакет Exclusive Interior Plus.

Качество материалов в салоне нового Gelandewagen несоизмеримо выше, чем в салоне внедорожника, отправляемого на заслуженный отдых после стольких долгих лет производства.

Немного теории

Наиболее эффективно проводить подобные усовершенствования получается у того, кто имеет четкое представление о своих действиях. Для этого необходимо разбираться в теоретической части.

Итак, мощность автомобиля и расход топлива зависят от качества и степени обогащения топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры, а также от ее объема.

Разумеется, объем сжигаемой смеси можно увеличить путем увеличения камеры сгорания, а также наращивания количества цилиндров. Однако оптимальных результатов это не принесет, так как двигатель становится большим и тяжелым, сильно увеличивается расход топлива. Турбонаддув решает эту проблему.

Дело в том, что обычный двигатель при работе сам себе нагнетает воздух за счет разрежения, которое создается поршнем. В турбированном силовом агрегате эту работу выполняет турбокомпрессор. При этом воздух предварительно сжимается, что позволяет закачать больший его объем. То есть, можно сжигать больший объем горючего. В результате получается возрастание мощности двигателя по отношению к объему двигателя и потребленного горючего.

Один важный момент: воздух, как известно, при сильном сжатии нагревается. Вторично он будет нагреваться при сжатии в камере сгорания. При этом возможно возникновение детонации. А, кроме того, вследствие нагрева плотность воздуха в цилиндре будет уменьшаться, из-за чего закономерно уменьшиться эффективность всей системы. Чтобы убрать эти негативные явления, применяются интеркулеры – охладители воздуха из турбины. Они представляют собой радиатор.

Обычно турбокомпрессоры устанавливались на двигатели с электронным впрыском топлива (бензин или дизель), а механические компрессоры на карбюраторные ДВС. При этом турбина на карбюраторный мотор тоже может быть установлена, однако возникают дополнительные сложности, о которых будет рассказано немного позже.

Как уже было сказано, существует два типа компрессоров:

  • Турбокомпрессор, работающий за счет использования энергии выхлопных газов. Отработанные газы попадают на крыльчатку и вращают ее, благодаря чему и происходит нагнетание воздуха;
  • Компрессор с механическим приводом. Он работает от привода двигателя. При этом снижается КПД и возрастает расход топлива по сравнению с первым вариантом компрессора, так как механический нагнетатель отбирает часть мощности у ДВС.

Недостатки

Установка турбонаддува на автомобиль способствует повышению его стоимости — комплект деталей для повышения мощности двигателя оценивается примерно в 1–3 тысячи долларов. Конечно, некоторые производители могут снижать цены, чтобы стимулировать продажи авто с турбированными двигателями, но общая закономерность именно такова. Стоит сказать и про стоимость ремонта турбированного агрегата — она возрастает за счёт увеличенной сложности разборки всего мотора, а также за счёт необходимости обслуживания нового узла. Средний срок службы турбины составляет 100–150 тысяч километров, после чего ей потребуется капитальный ремонт либо полная замена.

Недостатки проявляются и в необходимости частой замены масла. Межсервисные интервалы для турбированных двигателей сокращены примерно на 30–40%, что связано с большими нагрузками, приходящимися на все узлы силового агрегата. Несвоевременная замена масла приведёт к полной потере его свойств за счёт окисления. Смазывающая жидкость подвергается сильному нагреву в системе турбонаддува, что приводит к полному изменению её параметров.

Нужно вовремя менять масло в турбированных двигателях

Управлять автомобилем с турбированным двигателем не столь удобно — наверняка все слышали про такое понятие, как «турбояма». Она представляет собой определённый диапазон оборотов, в котором давления выхлопных газов недостаточно для того, чтобы раскрутить крыльчатку турбины до рабочей скорости. Поскольку двигатель рассчитан на работу с увеличенным давлением в системе впуска, его динамика будет сильно ухудшена, пока водитель не увеличит обороты. Конечно, на современные автомобили устанавливаются системы турбонаддува с изменяемой геометрией крыльчатки, с малоинерционной турбиной или вовсе с двумя компрессорами наддува, отличающимися базовыми параметрами, но недостаток остаётся актуальным, хотя и не столь очевидным.

Все, знакомые с физикой и сопротивлением материалов также знают, что при быстром изменении температурного режима работы металлические детали теряют свою прочность и быстро выходят из строя. Это правило актуально и для турбированных двигателей. Поэтому силовому агрегату стоит дать поработать на невысоких оборотах около 1–2 минут в следующих случаях:

  • Перед началом езды;
  • После окончания поездки;
  • После активной езды или во время сильных морозов время может увеличиваться до 3 минут.

Многие водители ставят на свои автомобили «турботаймеры», которые позволяют засечь время, необходимое для прогрева или должного охлаждения силового агрегата.

Кто быстрее турбо или атмо?

С тех пор, как начали появляться первые турбины на тюнингованных автомобилях, возникает вопрос — кто быстрее, автомобили с турбонаддувом или атмосферники с большими распредвалами? Ответ однозначен — правильно собранный турбо мотор не оставит никакого шанса самому «злому атмо». Самый мощный атмосферный двигатель на данный момент применяется в боллидах Формула-1, с одного литра объёма двигателя снимается около 300 л/с. формула 1 турбо. Для примера: правильно собранный турбо мотор выдаёт до 900 л/с с литра объёма, при наддуве 5,5 атмосфер. Такие моторы применялись на Формуле-1 во времена турбо-эры с 1977 по 1988 г, с мотора объёмом 1,5 литра снимали от 700 до 1400 л/с.


Подобные моторы сейчас применяются в драг рейсинге класса «top fuel» в США, с мотора объёмом 8,2 литра снимается 7000 л/с. От куда же берутся эти лошадиные силы? Ведь обычный мотор внутреннего сгорания имеет около 60 л/с с литра. Обычный мотор расчитан на езду в городских условиях, с крутящим моментом на низких оборотах. Такая компоновка имеет свои ограничения в максимальной мощности и скорости. Цилиндры двигателя имеют огромный потенциал для увеличения мощности без увеличения объёма двигателя. На сколько можно повысить мощность двигателя с помощью турбины? При увеличении наддува на 1 атмосферу, мощность увеличивается примерно на 100%. То есть если двигатель имел изначально 100 л/с, то при давлении турбонаддува 3 атмосферы (3 бар), его мощность возрастёт до 300 л/с. Естественно двигатель должен быть подготовлен к такой нагрузке: резко возрастает тепловой режим работы мотора — повышается температура клапанов, поршней, масла, охлаждающей жидкости, выпускной системы. Эти элементы должны быть доработаны к условиям возросшей температуры. Возрастает нагрузка на поршни, шатуны, коленвал, блок двигателя, сцепление, трансмиссию. Эти элементы автомобиля должны быть подобраны в соответствии с возросшей мощностью. Степень сжатия на турбо моторах должна быть уменьшена в зависимости от давления наддува. На самом деле высокая степень сжатия с использованием высокооктанового топлива даёт не такую уж большую прибавку мощности, как разница в цене на топливо. При увеличении степени сжатия на единицу — мощность возрастает примерно на 1,5%. Конечно существует топливо с октановым числом 150 — метиловый спирт. Его использование на атмосферном двигателе позволяет применять степень сжатия 1:15, но прибавка мощности с высокооктановым топливом слишком несущественна. Так что не нужно скупиться на уменьшении степени сжатия на турбо моторах, и в моторах с закисью азота. На мощных турбо моторах степень сжатия находится в пределах 7-8, в зависимости от применяемого топлива. Детонация очень разрушает мотор, так что лучше меньше, чем больше.

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:

  • увеличить объем камеры сгорания и/или изготовить двигатель с большим количеством цилиндров;
  • подать в цилиндры воздух под давлением, что исключает необходимость увеличивать камеру сгорания и количество таких камер;

С учетом того, что на каждый литр топлива требуется около 1м3 воздуха для эффективного сжигания смеси в ДВС, автопроизводители по всему миру долгое время шли по пути совершенствования атмосферных двигателей. Атмомоторы представляли собой максимально надежный вид силовых агрегатов. Поэтапно происходило увеличение степени сжатия, при этом двигатели стали более стойкими к детонации. Благодаря появлению синтетических моторных масел минимизировались потери на трение, инженеры научились изменять фазы газораспределения, внедрение электронных систем управления двигателем позволило добиться высокоточного впрыска горючего и т.д.

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.

ТУРБИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — Плюсы и Минусы

На сегодняшний день автомобили с турбонаддувом стали достаточно распространены и популярны. Ведь благодаря турбонаддуву, современные автомобили стали более эффективные, и имеют повышенную мощность.

Но к сожалению, турбированный двигатель имеет не только преимущества, в нём есть также и ряд недостатков, которые могут заставить задуматься, нужен ли вам двигатель с такими характеристиками. Ниже мы перечислены плюсы и минусы, турбонаддува.

Одним из больших преимуществ турбо двигателей является производительность. Моторы с турбонаддувом получают больше мощности, при меньшем объёме двигателя. Что особенно востребовано в спортивных автомобилях. Однако это не обязательно вопрос максимальной мощности, он также увеличивает крутящий момент.

Двигатели с турбонаддувом развивают максимальный крутящий момент намного раньше, чем атмосферные.

Например, атмосферный двигатель, такой как у Opel Astra, объёмом 1.4 и мощностью 100 л.с. 2010 года, развивает максимальный крутящий момент при 4000 об/мин. А, его замена, появившаяся в 2106 году, на Opel Astra 1.0 Turbo мощностью 105 л.с., достигает своего максимального крутящего момента на гораздо более ранних 1800 об/мин. Результатом является более комфортное вождение, при котором вам не нужно слишком часто прибегать к переключению передач.

Двигатели с турбонаддувом так устроены, что используют меньшее количество топлива, с большим и значительно сжатым объёмом воздуха.

Кроме того, современные турбированные двигатели, имеет тенденцию к уменьшению размеров и объёма двигателей, что соответственно снижает вес двигателя.

Отличные показатели на любых высотах

Турбированные двигатели работают правильно на любой высоте, независимо от их нахождения относительно уровня моря.

Поэтому в отличии от них, атмосферные теряют мощность, так как воздух поступающий в двигатель, содержит меньше кислорода, и у них нет возможности подавать его в двигатель, в необходимых объёмах.

В двигателях с турбонаддувом, блок управления анализирует количество кислорода, и если его количества не достаточно, он увеличивает давление в компрессоре, так что это компенсирует потерю мощности.

Обычно турбонаддув не имеет специального охлаждения и использует то же масло, что и двигатель, поэтому требует дополнительного обслуживания, чтобы поддерживать его в оптимальном состоянии.

К тому же требуется дополнительная осторожность со стороны водителя, описанная в здесь. Один из наиболее известных недостатков турбоагрегатов заключается в том, что их реакция не является немедленной

Требуется определённое время, чтобы сжать воздух, который поступает на впуск двигателя, а следовательно происходит задержка при нажатии на газ, пока двигатель не выработает полную мощность, которую вы запрашиваете. Такое состояние называется про разному, — турбо-яма, турбо-лаг

Один из наиболее известных недостатков турбоагрегатов заключается в том, что их реакция не является немедленной. Требуется определённое время, чтобы сжать воздух, который поступает на впуск двигателя, а следовательно происходит задержка при нажатии на газ, пока двигатель не выработает полную мощность, которую вы запрашиваете. Такое состояние называется про разному, — турбо-яма, турбо-лаг.

Есть несколько вариантов, чтобы устранить или минимизировать турбо задержку.

Например, двигатель с турбонаддувом для каждого цилиндра, который был запатентован в 2017 году. Благодаря тому, что каждая турбина расположена близко к цилиндрам, сжатый воздух очень быстро достигает места назначения.

Другое решение — это решение, используемое в автомобилях Ford, двигатели EcoBoost 2.3, устанавливаемые на Focus ST, удерживает впрыск топлива в цилиндры, когда водитель снимает ногу с акселератора. Таким образом, он поддерживает обороты турбины, а следовательно, давление воздуха. Конечно, этот режим работы используется только тогда, когда активированы более спортивные режимы вождения, но в таком случае расход топлива резко возрастет.

Ещё не мало важная деталь, это высокая стоимость ремонта или замены турбины, стоимость начинается от 50 тысяч.

Источник

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

Не забываем!

Всё ремонтируется, вопрос остается только в выборе СТО. Этот выбор только за Вами!

Скрытый рычаг в задних дверях автомобилей, о котором мало кто знает. Но он существенно повышает безопасность

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).

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.

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

  1. Начнем с явных плюсов. Действительно, турбодвигатель легче по весу, меньше по рабочему объему, но при этом выдает высокую максимальную мощность. Также моторы с турбиной обеспечивают высокий крутящий момент, который доступен на низких оборотах и является стабильным в широком диапазоне. Другими словами, турбомоторы имеют ровную полку крутящего момента, доступную с самых «низов» и до относительно высоких оборотов.
  2. В атмосферном двигателе такой ровной полки нет, так как тяга напрямую зависит от оборотов двигателя. На низки оборотах атмомотор  обычно выдает меньший крутящий момент, то есть его нужно раскручивать для получения приемлемой динамики.  На высоких оборотах мотор выходит на максимум мощности, но крутящий момент снижается в результате возникающих естественных потерь.
  3. Теперь несколько слов об экономичности турбодвигателей.  Такие моторы и правда расходуют меньше топлива по сравнению с атмосферными агрегатами в определенных условиях. Дело в том, что процесс наполнения цилиндров воздухом и топливом полностью контролируется электроникой.

    Получается, ЭБУ следит за тем, чтобы соотношение компонентов смеси было оптимальным на любых режимах работы турбированного ДВС, благодаря чему достигается полноценное сгорание заряда и происходит отдача максимума полезной энергии. В случае с атмосферными двигателями наполнение зависит как от оборотов коленвала, так и от температуры наружного воздуха, атмосферного давления и ряда других факторов.

  4. Если учесть небольшой вес самого агрегата с турбиной, доступную тягу на низких оборотах и отсутствие зависимости от внешних факторов, турбомотор закономерно расходует в штатных режимах эксплуатации меньше топлива. При этом следует помнить, что данное преимущество полностью исчезает в том случае, если постоянно ездить в режиме «газ в пол». Тогда расход топлива на турбодвигателе может оказаться даже большим, чем у атмосферных аналогов.

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.

Производители учитывают разные нюансы, закладывая больший запас прочности в агрегат, но во время ремонта турбодвигателя стоимость усиленных деталей получается ощутимо выше. Также двигатель с турбиной имеет большое количество датчиков и магистралей, а также дополнительных систем, что усложняет диагностику в случае возникновения неисправностей.

  1. Очень важным моментом является ресурс самой турбины. Турбонагнетатель повсеместно устанавливается на современные ДВС, окончательно вытеснив механический компрессор. При этом турбина на бензиновом двигателе обычно «ходит» всего около 150 тыс. км, на дизеле этот показатель в среднем составляет до 250 тыс. км. Затем турбокомпрессор нуждается в дорогом ремонте или полной замене.
  2. Что касается известной проблемы в виде «турбоямы» или «турболага», на современных двигателях этот недостаток практически устранен посредством установки турбин с изменяемой геометрией, путем использования технологий «би-турбо» и т.д. Почему практически, а не до конца? Дело в том, что идеальной остроты отклика во время дозирования тяги в процессе дросселирования, которая свойственна атмосферным моторам, все равно нет. Параллельно с этим более сложные системы турбонаддува требуют повышенных затрат, создают определенные затруднения, которые связаны с обслуживанием и ремонтом.

Салон и комплектация

Интерьер также претерпел изменения. Рулевое колесо теперь имеет четыре спицы. Салон отделан из новых и более качественных материалов. Рычаг переключения передач поменян на джойстик (АКПП).

В стандартных вариантах стоит простенькая приборная панель, а вот у топовой версии установлена 12.3 –дюймовая виртуальная панель. На центральной консоли разместилась 9–дюймовая мультимедийная система с навигацией.

Оснащается SsangYong обновленным дизельным 2.2–литровым мотором e-XDi с турбонаддувом. Мощность подросла и составляет 202 «лошадки». Ранее такой мотор работал в тандеме с 7–ступенчатым автоматом от Мерседес. Теперь же ставится 8–ступенчатый АКПП.

Есть и бензиновая версия с 2–литровым движком. Выдает такой агрегат 225 лс. Работает в паре с 6–ступенчатой «механикой» и автоматом (6 передач).

Заключение

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий