Турбированный двигатель: характеристики, принцип работы

Что такое турбированный двигатель и чем он отличается от атмосферного

Мощность двигателя — одна из основных его характеристик. Чем выше данный показатель, тем бодрее машина будет реагировать на нажатие педали газа. Соотношение количества лошадиных сил и рабочего объема варьируется в зависимости от конструкции ДВС и наличия в нем турбины. В данной статье мы рассмотрим турбированные двигатели и расскажем о том, что это такое и чем они отличаются от классических атмосферных движков.

Что значит турбированный двигатель

По своему внутреннему устройству турбированный двигатель практически ничем не отличается от классического атмосферного мотора. А свое название он получил из-за специальной системы турбонадува, которая обеспечивает нагнетания давления в цилиндрах. В ее состав входит турбокомпрессор, охладитель или, как его еще называют интеркулер, а также сама турбина. Данная незамысловатая система использует энергию отработанных газов для нагнетания сжатого воздуха в камеру сгорания. Для этого приемный патрубок турбины соединен с выпускным коллектором, откуда и поступают газы, раскручивающие турбину и компрессор, который, находится на одном валу с турбиной и нагнетает давление в цилиндрах.

Принцип работы турбированного двигателя.

Таким образом в камеру сгорания попадает больший объем воздушной смеси, давая возможность топливу сгорать в полном объеме и выделять при этом больше энергии. Для того, чтобы сделать этот процесс еще более эффективным, турбина оснащается интеркулером, который охлаждает атмосферный воздух, тем самым уменьшая занимаемый им объем и позволяя закачать в двигатель еще больше кислорода за один такт.

Стоит отметить, что турбированный двигатели бывают как бензиновыми, так и дизельными. Турбины в бензиновых ДВС испытывают значительно более высокие нагрузки, чем турбины на дизеле. Поскольку температура отработанных газов в бензиновом агрегате составляет почти 1000 градусов, соответственно, воздействие на стенки турбины больше. Несмотря на то, что корпус турбины изготовливается из высокопрочных сплавов, ресурс работы изделия весьма ограничен. Чтобы хоть как-то продлить его, инженеры применяют для турбины бензинового ДВС ряд конструктивных особенностей, например, измененный угол входа отработанных газов, что снижает уровень разрушающего воздействия на ее стенки.

Плюсы и минусы турбированного двигателя

Турбированный двигатель имеет как немало сторонников, так и тех, кто считает, подобная система отличается крайней ненадежностью. Попробуем разобраться, какие доводы в пользу каждой из точек зрения существуют.

В первую очередь турбина привлекает внимание любителей быстрой езды, даже при сравнительно небольшом объеме ДВС она позволяет добиться впечатляющей разгонной динамики. К примеру, турбированный двигатель с объемом 1,8 литра может выдавать около 200 л.с., что уже обеспечивает хороший набор скорости.

Другое преимущество, которое получает владельцы турбированных моторов — снижение расхода топлива в расчете на общее количество лошадиных сил. Поскольку камера сгорания наполняется большим объемом воздуха, то и эффективность сгорания топливной смеси при этом возрастает. Очень важно учитывать, что если сравнивать показатели по потреблению горючего, исходя исключительно из объема силового агрегата, то турбированный двигатель будет наоборот потреблять больше топлива в сравнении с классическим атмосферным агрегатом.

Принцип работы турбокомпрессора и турбины.

А что же говорят те, кто выступает против турбированных двигателей? У них также достаточно аргументов:

• Повышенные требования к качеству топлива и смазочных материалов. Заправляться придется только на проверенных станциях, а замена недешевого синтетического масла обязательно должна производиться вовремя (как правило, один раз в 10 000 км) и в строгом соответствии с предписаниями производителя.
• Долгий прогрев автомобиля в холодное время года, а, следовательно, увеличенный расход топлива зимой.
• Ресурс как турбины, так и самого двигателя в этом случае не превышает 120-150 тысяч километров. После этого, мотор обычно требует капитального ремонта, а турбина и вовсе меняется на новую. В обоих случаях для владельца это приведет к дополнительным расходам.

Таким образом, эксплуатация турбированного двигателя, хотя и дает его обладателю преимущества в динамике над схожими по объему атмосферными моторами, но требует гораздо более бережного и внимательного отношения. Плюс обслуживание машины с турбинной обойдется дороже, вследствие использования более дорого масла и более частом интервале его замены.

Читайте также: Чем отличается турбина от компрессора и что лучше?.

Чем отличается турбированный двигатель от атмосферного и что лучше

По своей сути конструкция турбированного двигателя полностью идентична конструкции атмосферного, как собственно и алгоритм функционирования обоих моторов. Отличия между ними заключаются в способе подачи воздуха в камеру сгорания. У турбированного этим занимается специальная система, использующая энергию отработанных газов. В классическом атмосферном моторе воздух попадает в камеру сгорания под действием обычного атмосферного давления, вследствие чего этот ДВС и получил свое название.

Однозначно сказать, какой тип двигателя — турбированный или атмосферный лучше нельзя. Каждый решает самостоятельно, что для него важнее — динамические характеристики или простота в обслуживании и более длительный ресурс эксплуатации. Конечно, для спокойной и равномерной езды обычный атмосферник выглядит предпочтительнее, но вот, когда нужно совершить резкий маневр на дороге, например, быстро обогнать впереди идущую машину, дефицит лошадиных сил может сразу дать о себе знать.

Выбирая автомобиль лучше сразу определиться, чего вы хотите от него и на какие жертвы готовы при этом пойти. Дороговизна в обслуживании и необходимость переборки мотора уже на 150 тысячах могут отпугнуть начинающего автолюбителя, с другой стороны возможность получить под капотом 200 л.с. при объеме всего в 1,8 литра также выглядят очень привлекательно. Поэтому, выбирая турбированный двигатель, будьте готовы, что вложить в него придется значительно больше чем в атмосферный, особенно если машина не новая и предыдущий владелец халатно относился к ее обслуживанию.

Читайте также: Что такое компрессор в автомобиле и как он работает.

Что такое турбированный двигатель

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

Основные отличия турбированного двигателя от атмосферного

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

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

Особенности турбированных двигателей

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

Главные предпосылки появления турбированных моторов:

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

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

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

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

Как работает турбина

Турбина состоит из двух частей:

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

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

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

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

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

Турбированный двигатель, плюсы и минусы

Сначала о преимуществах:

1. Возможность с малого объема “выжать” большую мощность, зачастую это 100 л.с. на каждый литр объема.
2. Крутящий момент уже с холостых оборотов дает уверенную тягу, но только в случае, если турбина маленькая, она раскручивается быстрее.
3. Диапазон крутящего момента широкий.
4. Расход топлива, при одинаковой мощности с атмосферным моторов, явно ниже.
5. Возможность увеличивать мощность с помощью прошивки на 20-30% без вреда ресурсу и комфорту движения.

1. Ресурс турбины современных авто едва достигает 100 тыс.км.
2. Возникновение «турбоямы», процесса между провалом и резким набором скорости из-за ожидания раскрутки турбины.
3. Стоимость ремонта дороже, обслуживать двигатель нужно чаще.
4. Возрастает потребность в качественном масле и топливе.

Отличие от механического нагнетателя

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

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

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

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

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.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое крутящий момент двигателя внутреннего сгорания. Из этой статьи вы узнаете о зависимости мощности двигателя и показателя крутящего момента, а также о влиянии моментной характеристики ДВС на разгон автомобиля.

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.

Рекомендуем также прочитать отдельную статью о том, что такое рабочий объем двигателя. Из этой статьи вы узнаете, какие параметры определяют данную характеристику, чем измеряется объем мотора и на что влияет данный показатель.

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.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, механический компрессор или турбина. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках указанных систем нагнетания воздуха, а также о том, какой мотор выбрать, с компрессором или турбированный.

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

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.

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.

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.).

Подводя итоги, ответим на еще один важный вопрос. Многие автолюбители интересуются, стоит ли покупать бензиновый автомобиль с турбиной. Если вы присматриваете новую машину, планируете проездить на ней условные 3-5 лет или 100-150 тыс. км, тогда почему бы и нет. Только будьте готовы изначально переплатить за более «продвинутый» мотор и с самого начала приучите себя к мысли, что такому авто требуется частое плановое обслуживание. При этом крайне желательно выполнять регламентные работы и ремонтировать машину в официальном сервисе со всеми вытекающими допрасходами.

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.

1. Всегда помните о небольшом ресурсе турбины. В том случае, если на конкретной модели их установлено сразу две или более, сумма ремонта заметно возрастает.
2. Обращайте внимание на пробег и предыдущих владельцев. Зачастую турбоавтомобили берут «гонщики» или амбициозная молодежь. Если первые целенаправленно «укатывают» мощную машину, вторые, как правило, попросту не обслуживают такой автомобиль должным образом и достаточно небрежно его эксплуатируют.

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.

Источник https://avtonov.com/%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C/

Источник https://autoexpert174.ru/chto-takoe-turbirovannyj-dvigatel/

Источник http://krutimotor.ru/chto-takoe-turbodvigatel/