С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Двигатель с турбонаддувом

Двигатель с турбонаддувом


Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы. — DRIVE2

🔧 Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы

Турбонаддув является наиболее эффективной системой повышения мощности двигателя. Помимо повышения мощности турбонаддув обеспечивает экономию топлива и снижение токсичности отработавших газов. В данной статье мы рассмотрим бензиновый и дизельный двигатель с турбонаддувом, а также принцип работы и всего его плюсы и минусы.

🔎 Что такое турбонаддув?

Турбонаддув — вид наддува, при котором воздух в цилиндры двигателя подается под давлением за счет использования энергии отработавших газов.

Турбонаддув применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Вместе с тем, наиболее эффективен турбонаддув на дизелях вследствие высокой степени сжатия двигателя и относительно невысокой частоты вращения коленчатого вала. Сдерживающими факторами применения турбонаддува на бензиновых двигателях являются возможность наступления детонации, которая связана с резким увеличением частоты вращения двигателя, а также высокая температура отработавших газов и соответствующий нагрев турбонагнетателя.

❗ Отличительной особенностью двигателя с турбонаддувом является наличие: турбокомпрессора, интеркулера, регулятора давления наддува, предохранительного клапана и других элементов.

Турбокомпрессор — является основным конструктивным элементом турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе.

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

Основным элементом управления системы турбонаддува является регулятор давления наддува, который представляет собой перепускной клапан. Клапан ограничивает энергию отработавших газов, направляя их часть в обход турбинного колеса, тем самым обеспечивает оптимальное давление наддува. Клапан имеет пневматический или электрический привод. Срабатывание перепускного клапана производится на основании сигналов датчика давления наддува.

Также может устанавливаться предохранительный клапан. Он защищает системы от скачка давления воздуха, который может произойти при резком закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление может стравливаться в атмосферу с помощью блуофф-клапана или перепускаться на вход компрессора с помощью байпас-клапана.

🔎 Принцип работы двигателя с турбонаддувом

Работа системы турбонаддува основана на использовании энергии отработавших газов. Отработавшие газы вращают турбинное колесо, которое через вал ротора вращает компрессорное колесо. Компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в систему. Нагретый при сжатии воздух охлаждается в интеркулере и поступает в цилиндры двигателя.

Несмотря на то, что турбонаддув не имеет жесткой связи с коленчатым валом двигателя, эффективность работы системы во многом зависит от числа оборотов двигателя. Чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем выше энергия отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя.

В силу конструкции, турбонаддув имеет ряд негативных особенностей, среди которых с одной стороны задержка увеличения мощности двигателя при резком нажатии на педаль газа — турбояма, с другой — резкое увеличение давления наддува после преодоления турбоямы — турбоподхват.

Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.

При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители идут еще дальше и устанавливают три последовательных турбокомпрессора — triple-turbo и даже четыре турбокомпрессора — quad-turbo.

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический нагнетатель. С ростом оборотов подхватывает турбокомпрессор, а механический нагнетатель отключается. Примером такой системы является двойной наддув моторов TSI от Volkswagen.

🔎 Минусы двигателя с турбонаддувом

О плюсах мы поговорили в начале статьи, теперь расскажем про минусы двигателя с турбонаддувом. Обратная сторона повышения мощности мотора при сохранении общих характеристик, то есть форсирования, – более интенсивный износ узлов, как следствие, снижение ресурса силовой установки. Кроме того, турбины требуют применения специальных сортов моторных масел и строгого соблюдения рекомендуемых изготовителем сроков обслуживания. Еще более требователен к вниманию владельца воздушный фильтр.

Еще один явный недостаток системы турбонаддува – она очень чувствительна к износу поршневой группы. Возрастание давления картерных газов ощутимо снижает ресурс турбины. При продолжительной работе в таких условиях наступает «масляное голодание» и поломка турбокомпрессора. Причем повреждение этого агрегата вполне может привести к выходу из строя всего двигателя.

❗ Наличие технически сложного турбонаддува двигателя делает мотор автомобиля более сложным, увеличивая число деталей, а значит, снижая общую надежность. К тому же, ресурс самого турбокомпрессора значительно меньше, чем аналогичный показатель двигателя в целом.

Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы

Турбонаддув - эффективная система повышения мощности двигателя. Помимо этого он обеспечивает экономию топлива и снижение токсичности отработавших газов. В данной статье рассмотрим бензиновый и дизельный двигатель с турбонаддувом, принцип работы и всего плюсы и минусы.
Что такое турбонаддув?
Турбонаддув - вид наддува, при котором воздух в цилиндры двигателя подается под давлением за счет использования энергии отработавших газов.

Турбонаддув применяется как на бензиновых и дизельных двигателях. Наиболее эффективен турбонаддув на дизелях вследствие высокой степени сжатия двигателя и относительно невысокой частоты вращения мотора. Сдерживающими факторами применения турбонаддува на бензиновых двигателях являются возможность наступления детонации, которая связана с резким увеличением частоты вращения двигателя, а также высокая температура отработавших газов и соответствующий нагрев турбонагнетателя.

Отличительной особенностью двигателя с турбонаддувом является наличие: турбокомпрессора, интеркулера, регулятора давления наддува, предохранительного клапана и других элементов. Турбокомпрессор - является основным конструктивным элементом турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе. Подробнее в статье: что такое авто турбокомпрессор?.

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

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

Также устанавливается предохранительный клапан. Он защищает от скачка давления воздуха, который может произойти при резком закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление может стравливаться в атмосферу с помощью блуофф-клапана или перепускаться на вход компрессора с помощью байпас-клапана.

Работа системы турбонаддува основана на использовании энергии отработавших газов. Отработавшие газы вращают турбинное колесо, которое через вал ротора вращает компрессорное колесо. Компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в систему. Нагретый при сжатии воздух охлаждается в интеркулере и поступает в цилиндры двигателя. Турбонаддув не имеет жесткой связи с коленчатым валом двигателя и эффективность работы системы зависит от числа оборотов двигателя. Чем выше обороты мотора, тем выше энергия отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя. Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется в основном на мощных V-образных двигателях. Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая. При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители идут еще дальше и устанавливают три последовательных турбокомпрессора - triple-turbo и даже четыре турбокомпрессора - quad-turbo.

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический нагнетатель. С ростом оборотов подхватывает турбокомпрессор, а механический нагнетатель отключается.

В силу конструкции, турбонаддув имеет ряд негативных особенностей, среди которых с одной стороны задержка увеличения мощности двигателя при резком нажатии на педаль газа - турбояма, с другой - резкое увеличение давления наддува после преодоления турбоямы - турбо подхват. Подробнее в статье: что такое турбояма?.

Обратная сторона повышения мощности мотора при сохранении общих характеристик, то есть форсирования, – интенсивный износ узлов, как следствие, снижение ресурса силовой установки. Кроме того, турбины требуют применения специальных сортов моторных масел и строгого соблюдения рекомендуемых изготовителем сроков обслуживания. Еще более требователен воздушный фильтр.

Недостаток системы турбонаддува – чувствительность к износу поршневой группы. Возрастание давления картерных газов ощутимо снижает ресурс турбины. При продолжительной работе в таких условиях наступает «масляное голодание» и поломка турбокомпрессора. Причем повреждение этого агрегата вполне может привести к выходу из строя всего двигателя.

Выбираем современный двигатель: почему турбо лучше, чем обычный? - Колеса.ру

С полной определенностью можно сказать, что двигатели с наддувом стоят на более высокой ступени эволюции, чем «атмосферники». И все-таки на сегодняшний момент большинство выпускаемых и продаваемых авто оснащены именно классическими двигателями, причем не только в «отсталой» России, но и в «просвещенной» Европе, не говоря уже про США. Почему же?

Ресурс турбин невелик.

В среднем турбина на бензиновом моторе служит максимум до 120–150 тысяч километров, а ремонт обходится недешево. Механический приводной нагнетатель в теории «неубиваем», но это умирающий вид, и там, где он применяется, о ресурсе не заботятся.

Двигатель работает в более суровых условиях.

Температура и давление в цилиндрах у наддувных моторов гораздо выше, а значит, и изнашиваются они сильнее. Это компенсируется тем, что турбодвигатели изначально строят с более высоким запасом прочности всех систем.

Впрочем, вполне справедливо, что двигатель сложнее, у него больше датчиков, больше трубопроводов, больше всего греющегося и протекающего, и любая поломка в системе управления может повредить сам мотор или турбину.

Говорят, что у турбина дает нестабильную тягу.

Действительно, на старых наддувных моторах турбина «отзывалась» не сразу — нужно было время на то, чтобы выхлопные газы раскрутили крыльчатку, и получалось то, что назвали «турболагом». Теперь, с внедрением новых технологий (о них подробнее расскажем позже), эта проблема решена. «Пуристы», поборники атмосферных двигателей утверждают, что все равно нет идеальной связи между движением педали газа и тягой, но для рядовых водителей эти тонкости будут неочевидными.

Говорят, что турбированные моторы звучат менее «благородно», чем атмосферные.

Действительно, турбина делает звук выхлопа не столь ярким и «породистым». Но в полной мере это можно отнести разве что к «большим» моторам — рядным шестеркам или V8. Их звучание признается за некий идеал, и добавление к ним турбокомпрессора резко меняет звук.

По мнению аудиофилов, «от выхлопа» звук становится нечетким и размазанным. Турбина работает как глушитель, сглаживая пики давления выхлопных газов и создавая свои собственные гармоники. Если речь об обычных рядных «четверках», то нельзя сказать, что выхлоп такого мотора изначально звучит особенно хорошо, с добавлением к нему турбины он становится тише, но вряд ли теряется уникальность.

На помощь фанатам хорошего звука мотора приходят специалисты по акустике выхлопа. Выхлопные системы современных машин, что с наддувом, что без — плод серьезной работы, и особенности звука в первую очередь зависят от качества настройки системы и пожеланий покупателя.

Как работает двигатель с турбонаддувом

Как известно, в цилиндрах двигателя автомобиля сгорает не чистое топливо, а топливно-воздушная смесь. Поэтому для сгорания топлива необходим кислород.

Смешение топлива с воздухом происходит в определенной пропорции. Для бензиновых двигателей она составляет 1 часть топлива к 15 частям воздуха.

Как видим, воздуха для сгорания требуется немало. С увеличением подачи топлива увеличивается подача воздуха. В стандартных двигателях данная потребность обеспечивается за счет небольшой разницы давлений в цилиндре и окружающей атмосфере. Чем большим будет объем цилиндра, тем больше он способен принять кислорода.

Как работает турбонаддув?

Поступающие из двигателя автомобиля выхлопные газы приводят в движение ротор турбины. Он в свою очередь вращает компрессор, который подает сжатый воздух в цилиндры. Предварительно воздух пропускается через интеркулер для охлаждения потока. Таким образом, чем больше выхлопных газов попадет в турбину, тем быстрее она будет вращаться и тем больше подаст воздуха в цилиндры. Чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем выше будет мощность двигателя.

На ”обслуживание” турбонаддува уходит всего 1,5% энергии двигателя. С другой стороны даровая энергия, которая затрачивается на сжатие воздуха, повышает КПД мотора. Благодаря этому снижаются потери на трение, уменьшается вес силового агрегата. К сожалению, за очевидной экономичностью данной технологии скрываются определенные затруднения.

Недостатки двигателей с турбонаддувом и их решение

Одной из составляющих системы турбонаддува является турбина, которая состоит из корпуса, уплотнительных элементов, двух улиток, вала с крыльчатками и нескольких подшипников скольжения. Когда скорость вращения турбины достигает 200 тыс. об./мин., газы нагреваются до 1000°C. Поэтому конструкция турбонаддува должна выдерживать значительные нагрузки, что становится причиной её дороговизны и сложности.

Другой проблемой является эффективность работы турбины, которая зависит от оборотов двигателя. На небольших оборотах ощущается недостаток выхлопных газов, поэтому ротор раскручивается слабо. Поскольку компрессор не подает в цилиндры дополнительный воздух, двигатель работает в так называемой ”турбояме”. После 4-5 тыс. мотор ”выстреливает” и тогда хорошо заметен эффект турбонаддува.

Особенно остро данная проблема ощущается с двигателями, которые оснащены турбинами высокого давления. Главная причина в том, что большая турбина дольше раскручивается. С турбинами низкого давления провалы тяги обычно отсутствуют, однако и мощность они поднимают незначительно.

Одним из способов устранения турбоямы является схема последовательного наддува. В этом случае на малых оборотах работает малоинерционный турбокомпрессор, поднимающий тягу на “низах”. С увеличением оборотов включается уже другой механизм. В настоящее время последовательный наддув часто используют BMW и Land Rover.

На рядных двигателях обычно ставят одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара ”улиток”), оснащенный двойным рабочим аппаратом. Каждую ”улитку” наполняют выхлопными газами разные группы цилиндров. При этом обе ”улитки” подают воздух только на одну турбину, что позволяет эффективно её раскручивать на высоких и низких оборотах.

И все же самым распространенным вариантом является пара одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно обслуживают разные группы цилиндров. Это типичная схема всех V-образных турбодвигателей с собственным нагнетателем для каждого блока.

Последним достижением инженеров стала технология изменения рабочей области, повышающая эффективность работы турбокомпрессора во всём диапазоне оборотов. Специальные лопатки варьируют форму сопла в зависимости от частоты оборотов внутри «улитки». Первые турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях.

Сегодня конструкция двигателей с турбонаддувом доведена практически до совершенства, что привело к росту их популярности. Современные турбокомпрессоры не только эффективно форсируют моторы, но также повышают экономичность и чистоту выхлопа, что особенно актуально для дизельных двигателей.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости