Турбіна (турбокомпресор) стала визначальним агрегатом для збільшення потужності моторів.
Що таке турбінаі навіщо вона потрібна?
Турбіна - пристрій в автомобілі, який спрямований на збільшення тиску в впускному колекторіавтомобіля для того, щоб забезпечити більший надходження повітря, а значить і кисню, в камеру згоряння.
Головне призначення турбіни – за її допомогою можна значно збільшити потужність автомобіля. При збільшенні тиску у впускному колекторі на 1 атмосферу в камеру згоряння потрапить вдвічі більше кисню, а від невеликого турбового двигуна можна очікувати потужності як від атмосферника з об'ємом вдвічі більше — груба теоретична арифметика не позбавлена сенсу.
Принцип роботи турбокомпресора
Принцип роботи турбінинескладний: гарячі вихлопні газичерез випускний колектор надходять у гарячу частину турбіни, проходять через крильчатку гарячої частини, приводячи її та вал на який вона кріпиться в рух. На цьому ж валі закріплена крильчатка самого компресора в холодній частині турбіни, ця крильчатка при обертанні створює тиск. впускному трактіта впускному колекторі, що забезпечує більший надходження повітря в камеру згоряння.
Турбіна складається з двох равликів - равлики компресора, через яку всмоктується повітря і нагнітається у впускний колектор, і равлики гарячої частини, через яку проходять вихлопні гази, обертаючи колесо турбіни і виходять у вихлопний тракт. З крильчатки компресора та крильчатки гарячої частини. З шарикопідшипникового картриджа. З корпусу, який з'єднує обидві равлики, тримає підшипники, так само в корпусі знаходиться охолодний контур.
У процесі роботи турбіна зазнає дуже великих термодинамічних навантажень. У гарячу частину турбіни потрапляють вихлопні гази дуже великої температури 800-9000 ° С, тому корпус турбіни виготовляють із чавуну особливого складу та особливого способу виливки.
Частота обертання валу турбіни досягає 200 000 об/хв і більше, тому виготовлення деталей вимагає великої точності, припасування та балансування. Крім цього в турбіні високі вимоги до мастильних матеріалів. У деяких турбінах служить такою системою охолодження підшипникової частини турбіни.
Система охолодження турбін
Система охолодження турбін двигуна служить для покращення тепловіддачі частин та механізмів турбокомпресора.
Існує два найпоширеніших способи охолодження деталей турбокомпресора — охолодження олією, яке використовується для змащення підшипників і комплексне охолодження олією та антифризом. загальної системиохолодження автомобілем.
Обидва способи мають ряд переваг та недоліків.
Охолодження олією.
Переваги:
- Простіша конструкція
- Найменша вартість виготовлення самої турбіни
Недоліки:
- Найменша ефективність охолодження порівняно з комплексною системою
- Більш вимоглива до якості олії та до її більш частої зміни
- Більш вимоглива до контролю за температурним режимом олії
Спочатку більшість серійних двигунівз турбонаддувом оснащувалися тубинами з олійним охолодженням. При проходженні через шарикопідшипникову частину олія сильно нагрівалася. Тоді, коли температура виходила за межі нормального робітника температурного діапазону, масло починало закипати, коксуватися забиваючи канали та обмежуючи доступ мастила та охолодження до підшипників. Це призводило до швидкого зносу, заклинювання та дорогого ремонту. Причин у неполадки могло бути кілька - неякісне масло або не рекомендоване для даного типудвигунів, перевищення рекомендованих термінів заміни масла, несправності в системі змащення двигуна та ін.
Комплексне охолодження олією та антифризом
Переваги:
- Велика ефективність охолодження
Недоліки:
- Більш складна конструкція самого турбокомпресора, як наслідок, велика вартість
При охолодженні турбіни олією та антифризом підвищується ефективність і такі проблеми, як закипання та коксування олії, практично не зустрічаються. Але дана система охолодження має складнішу конструкцію т.к. має роздільні масляний контур та контур охолоджуючої рідини. Олія, як і раніше, служить для змащування підшипників і для охолодження, а , який використовується із загальної системи охолодження двигуна, не дає перегрітися і закипіти маслу. Як наслідок збільшується вартість самої конструкції.
Працюючи турбіни повітря під впливом компресора стискається як наслідок, дуже сильно гріється, що зумовлює небажаним наслідків т.к. що температура повітря, тим менше кисню у ньому міститься — то менше ефективність наддува. З цим явищем покликаний боротися проміжний охолоджувач повітря.
Нагрівання повітря не єдина проблема, з якою намагаються впоратися конструктори при проектуванні турбодвигуна. Нагальною проблемою є інерційність турбіни (лаг турбіни, турбояма) - затримка реакції мотора на відкриття дросельної заслінки. Турбіна виходить на пік своїх можливостей за певних оборотах двигуна, звідси і з'явилася думка, що турбіна включається при певних оборотах. Турбіна в більшості випадків працює завжди, а значення оборотів при яких її ефективність максимальна у кожного двигуна і у кожної турбіни різні. У гонитві за вирішенням цієї проблеми з'явилися системи їх двох турбін ( твін-турбо, twin-turbo, бі-турбо, biturbo), твін-скрол ( twin-scroll) турбіни, турбіни з змінною геометрієюсопла та змінним кутом нахилу крильчатки ( VGT), змінюються матеріали частин щоб підвищити міцність та збільшити вагу (керамічні лопатки крильчатки) та ін.
Twin-turbo(Твін-турбо) - система при якій використовуються дві однакові турбіни. Завдання даної системи підвищити обсяг або тиск повітря, що надходить. Використовується, коли необхідна максимальна потужністьна високих оборотах, Наприклад, у драг-рейсингу. Така система реалізована легендарною японською автомобілі Nissan Skyline Gt-Rіз двигуном rb26-dett.
Така ж система, але з маленькими однаковими турбінами дозволяє досягти приросту потужності при невеликих обертах і тримати наддув постійним до червоної зони.
Biturbo(бі-турбо) - система з двома різними турбінами, які з'єднані послідовно. Система влаштована таким чином, що при низьких оборотахпрацює маленька турбіна, забезпечуючи хороший відгук на малих оборотах, за певних умов "включається" велика турбіна і забезпечує наддув при високих оборотах. Це дозволяє автомобілю зменшити лаг двигуна та отримати гарний приріст продуктивності у всьому діапазоні роботи двигуна.
Така система турбонаддува використовується в автомобілях BMW biturbo.
Турбіна зі змінною геометрією ( VGT) - Система при якій лопатки крильчатки в гарячій частині можуть змінювати кут нахилу до вихлопних потоків газів.
При малих оборотах двигуна пропускний переріз проходу вихлопних газів стає вужчим і «вихлоп» проходить з більшою швидкістю та більшою віддачею енергії. Коли обороти двигуна збільшуються прохідний переріз стає ширшим і зменшується опір руху вихлопних газів, але при цьому достатньо енергії для створення необхідного тискукомпресором. Найчастіше систему VGT використовують на дизельних двигунах, т.к. там менше теплові навантаження, менша швидкість обертання ротора турбіни.
Twin-scroll(подвійний равлик) - система складається з подвійного контуру руху вихлопних газів, енергія яких обертає один ротор з крильчаткою і компресором. При цьому існує два типи реалізації, коли вихлопні гази йдуть по обох контурах відразу, при цьому система працює як twin-turboв одному корпусі — вихлопні гази поділяються на два потоки, кожен з яких йдуть у свій контур гарячої частини, розкручуючи ротор турбіни. Другий тип реалізації працює подібно до системи biturbo — гаряча частинамає два контури з різною геометрією, при низьких оборотах вихлопні гази спрямовуються по меншому контуру, який збільшує швидкість і енергію проходження за рахунок невеликого діаметру, при підвищенні обертів двигуна вихлопні гази рухаються контуром діаметр якого більше - тим самим зберігається робочий тиску системі впуску і створюється запору шляху вихлопних газів. Все це регулюється клапанами, які перемикають потік з одного контуру в інший.
Без сумніву кожен з нас автолюбителів хоча б раз за своє життя помічав на звичайному автомобілі на перший погляд шильдик із заповітним написом «turbo». Виробники ніби спеціально роблять ці написи крихітного розміру, та ще й у місцях непомітних їх розміщують. А людина, яка розуміється на подібних технологіях, обов'язково зацікавлено зупиниться на пару хвилин. Нижче ми докладно розповімо про те, чому такий інтерес викликає маленький непримітний напис «turbo».
Технологія турбонаддуву
на даний частурбонаддув є однією з самих ефективних систем, що підвищують потужність двигуна, при цьому частота обертання колінчастого валуне збільшується як і обсяг циліндрів. Крім підвищення потужності двигуна, турбонаддув також сприяє економії палива, з розрахунком на кожну одиницю потужності, і зниження токсичності газів, що виробляються за рахунок того, що паливо згоряє повністю.
Система турбонаддува встановлюється як на бензинові, так і на дизельні двигуни.Але найбільша ефективність турбонаддуву проявляється саме на дизельних моторах. Такий ефект досягається за рахунок високого ступеня стиснення дизельного двигунаі досить низької частоти обертання Фактори, які стримують застосування турбонаддуву на бензинових двигунах на максимально можливому рівні – це можлива детонація, пов'язана з різким збільшенням частоти обертів двигуна, а також висока температура відпрацьованих газів, яка майже вдвічі перевищує показники дизельних побратимів, та відповідно сильне нагрівання турбонагнітача.
Незважаючи на конструктивні відмінності окремих систем, виділимо загальний пристрійтурбонаддува – це повітрозабірник, потім повітряний фільтр, дросельна заслінка, турбокомпресор, інтеркулер, впускний колектор. Всі ці елементи об'єднані між собою сполучними патрубками та напірними шлангами.
Принцип роботи турбонаддуву
Робота системи турбованого наддуву ґрунтується на експлуатації енергії відпрацьованих газів. Відпрацьовані гази обертають колесо турбіни, яке за допомогою роторного валу обертає колесо компресора. Колесо компресора стискає повітря та виштовхує його в систему. Стиснене та нагріте повітря охолоджується інтеркулером і далі надходить у циліндри мотора. Незважаючи на те, що турбонаддув не має жорсткого зв'язку з колінвалом двигуна, ефективність нагнітальної системи за багатьма аспектами залежить від кількості оборотів двигуна.Пропорційно зі збільшенням частоти обертання колінчастого валу, збільшується і енергія відпрацьованих газів – турбіна обертається швидше, більший обсяг стиснутого повітряподається в циліндри двигуна.
В силу своїх конструктивних особливостейу турбонаддува є і свої негативні прояви, серед яких можна виділити затримку приросту потужності двигуна різкому натисканніпедалі акселератора - ефект турбоями, а також різке збільшення тиску наддуву після виходу з турбоями – турбопідхоплення.Ефект турбоями зумовлений інерційністю системи (щоб підвищити тиск наддуву, в момент різкого натискання педалі газу, потрібен певний час), що веде до різниці між необхідною потужністю та продуктивністю компресора. Є кілька способів, які можуть вирішити цю проблему:
- встановлення турбіни із змінною геометрією;
Установка двох компресорів із послідовним або паралельним розташуванням (twin-turdo або bi-turdo);
Комбінований наддув.
Турбіна з геометрією, що змінюється, необхідна для оптимізування потоку відпрацьованих газів за рахунок конвертації площі вхідного каналу. Така технологія знайшла широке застосуванняу дизельних двигунах з турбонаддувом TDI від компанії Volkswagen.
Система, що включає два паралельних турбокомпресора, застосовується найчастіше на потужних V-подібних двигунах(Один компресор на кожен ряд циліндрів). Система працює таким чином, що інерція двох маленьких турбін набагато менше подається інерції, ніж одна велика. З установкою на двигун двох послідовно розташованих турбін максимальна продуктивність системи досягається різними турбокомпресорами на різних частотах двигуна. Деякі автомобільні виробникизаходять ще далі, встановлюючи послідовно три турбокомпресори - система triple-turbo від BMW і навіть чотири - quad-turbo від Bugatti.
Комбінований наддув поєднує в собі механічний та турбонаддув. На низьких оборотах колінвала двигуна стиск повітря проводиться механічним нагнітачем. Зі зростанням оборотів механічний нагнітач передає естафету турбокомпресору, відключаючись при цьому. Яскравий приклад такої системи – подвійний наддув TSI від Volkswagen.
Різновиди турбонаддуву
Сучасне автомобілебудування нараховує два основних види турбін для двигуна: одинарніі подвійні. Одинарні турбіни встановлюються, як правило, на двигуни з рядним розташуванням циліндрів: тут відбувається використання енергії вихлопних газів відразу від усіх циліндрів двигуна з подачею повітря також у всі циліндри.
Подвійними турбінами оснащуються силові агрегати V-подібного розташування циліндрів. Вони включають два турбокомпресора, що подають повітря в певні циліндри. Часом для зростання потужності двигуна в таких турбінах використовується перехресний випускний колектор, що акумулює вихлопні гази з усіх циліндрів двигуна, далі спрямовуючи цей потік збільшеної потужності до компресорів, підвищуючи тиск у турбіні, що відповідно збільшує потужність двигуна. Революційним проривом стала технологія, що дозволяє змінювати геометрію турбіни. Вона дозволяє перенаправляти геометрію сопла турбіни, при цьому створюючи потужніші повітряні потоки вже на низах, у результаті потужність двигуна зростає багаторазово.
Конструктивні особливості турбонаддуву
Якщо говорити про конкретні модифікації двигуна, а також про розташування різноманітних елементів в підкапотному просторі, турбокомпресор може оснащуватися поряд додаткових елементів. Розглянемо дві деталі системи турбонаддуву, як Wastegate та Blow-Off.
Клапан Blow-off
Блоу-офф – це перепускний клапан. Даний механізм встановлюється в повітряній системі. І розташовується він між дросельною заслінкою та виходом із компресора. Основним завданням клапана блоу-офф є аредобіг переходу компресора в режим роботи surge.Для такого режиму характерне різке закриття дросельної заслінки. Якщо описати процес простими словамито швидкість потоку повітря і його витрата в системі різко знижуються, але турбіна за інерцією ще продовжує обертатися. За інерцією турбіна має таку швидкість обертання, яка зовсім не відповідає новим запитам двигуна і повітряній витраті, що знизилася.
Такі регулярні циклічні різкі перепади тиску повітря можуть плачевно позначитися на всій системі. Діагностувати такі стрибки можна за характерним звуком, що проривається через компресор, повітря. Згодом виходять з ладу опорні підшипникитурбіни, бо на них припадає максимальне навантаженнявнаслідок різких перепадів тиску при скиданні газу та подальшому режимі роботи турбіни в інерційному стані. Blow-off усуває цю проблему.
Він є своєрідним детектором перепаду тисків у колекторі, потім спрацьовує рахунок вмонтованої пружини. Це виявляє момент різкого перекриття дроселя. Якщо відбулося різке закриття дроселя, клапан стравлює в атмосферу зайве повітря, яке з'явилося в повітряному тракті від надлишку тиску. Це суттєво підвищує безпеку турбокомпресора та уберігає його від надлишкових навантажень, що призводять до подальшого руйнування.
Клапан Wastegate
Це технологічне рішення є механічним клапаном. Вайстгейт встановлюється або частини турбіни, або безпосередньо на впускному колекторі. Основною функцією даного пристроює забезпечення контролю над тиском, створюваним турбокомпресором. Зазначимо, що деякі з дизельних силових агрегатів у своїй конструкції обходяться без вайстгейту. Для бензинових моторів, здебільшого, цей клапан просто обов'язкова потреба.
Головне завдання вайстгейту полягає у забезпеченні безперешкодного виходу відпрацьованих газів із системи, не проводячи їх через турбіну. Запуск вихлопних газів в обхід турбіни дозволяє контролювати необхідна кількістьїхньої енергії. Взаємозв'язок, як на долоні, адже саме відпрацьовані гази обертають через колінчастий валкомпресор колесо. Завдяки цьому контролю за тиском, створюваному в компресорі, стало здійснювати набагато простіше.
Wastegate буває як вбудований, і зовнішній. Вбудований вайстгейт вже має заслінку, вбудовану у турбінний хаузинг. Хаузинг – це равлик турбіни, який у народі так звикли називати. Додатково у wastegate встановлений пневматичний актуатор, а також від нього йдуть тяги до дросельної заслінки. Wastegate зовнішнього типує клапаном, встановленим перед турбіною на випускний колектор.Не можемо не помітити, що зовнішній вайстгейт має одну незаперечну перевагу в порівнянні з його вбудованим братом. А справа полягає в тому, що обхідний повітряний потік, який він скидає, можна повертати у вихлопну систему назад, а на спорткарах можна просто здійснити прямий викид в атмосферу. Це помітно покращує проходження вихлопних газів через турбіну завдяки різноспрямованим потокам.
Недоліки турбонаддуву
В силу своїх конструктивних особливостей у турбонаддува є і свої негативні прояви, серед яких можна виділити затримку приросту потужності двигуна при різкому натисканні ефект турбоями, а також різке збільшення тиску наддуву після виходу з турбоями - турбопідхват.
Підвищення потужності двигуна із збереженням його загальних характеристик, тобто форсування призводить до інтенсивного зношування вузлів, у результаті знижується ресурс силового агрегату. Турбінам необхідно також застосування спеціальних сортів моторних масел і суворе дотримання термінів проведення технічного обслуговування, зарекомендованих виробником. Ще більш вибагливий Зростаючий тиск картерних газів суттєво знижує ресурс турбіни. Якщо за таких умов турбіна продовжуватиме працювати тривалий період, то це неминуче призведе до олійному голодуваннюта подальшої поломки турбокомпресора. А якщо буде пошкоджено цей агрегат, то є чималий відсоток виходу з експлуатації всього силового агрегату.
Підписуйтесь на наші стрічки в
Привіт, шановні читачі та відвідувачі блогу Автогід.ру.Сьогодні у статті ми з вами розберемося і дізнаємось як працює турбіна на бензиновий двигун. Тема, звичайно, цікава і в першу чергу для власників бензинових турбованих автомобілів. Найчастіше інформації про принцип роботи та влаштування турбіни на бензиновому моторі досить мало або вона надто складна для сприйняття звичайної людини.
Використання турбіни дозволяє будь-якому двигуну з малим обсягом збільшити потужність без зростання витрат палива та скорочення ресурсу експлуатації. Після підключення турбіни мотор ніби отримує невидимий стусан і працює значно швидше. Існують особливості використання бензинових двигунів, оснащених турбінами.
Їх необхідно враховувати для продовження терміну служби пристрою та використання двигуна машини з максимальною ефективністю. Перед тим як говорити про принцип роботи турбіни на бензиновому двигуні треба дізнатися історію її появи та широкого використання виробниками автомобілів.
Історія появи турбованого бензинового двигуна 
Перші двигуни внутрішнього згорянняЯк і всі технічні першопрохідники мали дуже «сирий» вигляд і вимагали доопрацювання. Час минав і на ринку з'являлися надійні та довговічні моделі бензинових моторів, які радували водіїв своєю невибагливістю в обслуговуванні та витривалістю. Вимоги до моторів серед споживачів зростали і критерії контролюючих органів посилювалися.
Спочатку розвиток бензинових моторів здійснювалося багато в чому екстенсивним шляхом. Для збільшення потужності двигуна його обсяг просто збільшувався. Все було добре якби не зростаючий пропорційно витрата палива і кількість шкідливих викидів у навколишнє середовище. Продовжуватися це більше так не могло і перед інженерами та творцями двигунів внутрішнього згоряння було поставлено дуже непросте завдання.
Домогтися збільшення потужності ДВЗ (двигуна внутрішнього згоряння) без збільшення об'єму мотора і витрати палива. Рішень було запропоновано велику кількість, але обрано було єдиний правильний напрямок розвитку моторів. Було вирішено працювати над збільшенням ефективності освіти та згоряння паливно-повітряної сумішіу моторі автомобіля.
Єдиний вірний спосібзбільшити ефективність згоряння суміші палива та повітря – це збільшити надходження повітря до циліндрів двигуна. При цьому додатковий обсяг повітря повинен був надходити примусово за рахунок тиску, що створюється.
Додаткова кількість повітря значно посилювало згоряння палива в циліндрах двигуна і тим самим вивільняючи додаткові потужності при постійному обсязі. Ідея проста, але потребує реалізації у вигляді появи пристрою для нагнітання повітря в циліндри двигуна.
Для вирішення цього завдання автомобільні інженери вирішили спиратися на розробки авіаційної індустрії. Вона вже давно використовувала турбіни. Перші турбовані бензинові двигуни з'явилися на вантажних автомобілях у тридцятих роках минулого століття. Вантажівки, що використовують турбіни, додали в потужності і оптимізували витрату палива.
Вдалий досвід використання турбіни як пристрою для нагнітання маси повітря вантажних машинахподвиг конструкторів та інженерів автомобільної промисловостіприскорити рух у цьому напрямі. Перші автомобілі з бензиновими моторами, оснащеними турбінами, почали продаватися на території США в 60-х роках минулого століття.
Перші моделі автомобілів цього типу автолюбителі зі США зустріли насторожено та з підозрілістю. Тільки через 10 років у 70-х роках минулого століття їх гідно оцінили і почали активно використовувати при створенні машин зі спортивним ухилом. На серійні моделі автомобілів турбіни встановлювали дуже мало.
Це було викликано тим, що перші моделі моторів з турбінами виявилися дуже «ненажерливими» і мали багато інших дрібних недоробок, що псують перше враження. Значна витрата палива не дала можливості налагодити широке виробництво машин із турбованими моторами. Значно уповільнило впровадження турбін у мотори нафтової кризи, що закінчилася збільшенням цін на пальне. Люди стали заощаджувати.
Лише наприкінці 90-х років після значного покращення конструкції турбіни та бензинового мотора в цілому вдалося змінити ситуацію. Це стало відправною точкою початку епохи розвитку та становлення бензинових турбованих двигунів.
Турбіна бензинового мотора рахунок використання компресора примусово нагнітає в циліндри масу повітря. Значно підвищується збагачення киснем паливно-повітряної суміші та покращується згоряння бензину. Коефіцієнт корисної дії суттєво зростає. Ефективність роботи двигуна підвищується при постійному обсязі.
Потужність двигуна при використанні турбіни зростає прямо пропорційно кількості бензину, що спалюється за одиницю часу. Для забезпечення максимального швидкого згоряння палива в циліндрах двигуна необхідний значний обсяг повітря. Саме його у достатній кількості спрямовує турбіна за рахунок роботи компресора. Він примусово подається в циліндри, збагачуючи паливно-повітряну суміш.
Якщо розрізати турбіну бензинового двигуна вздовж корпусу можна побачити наступні робочі елементи:
Корпус підшипників.
Служить для розміщення ротора, представленого валом, що несе на собі турбінні та компресорні кільця, обладнані лопатями. Саме вони при обертанні захоплюють повітря та направляють його в циліндри мотора.
Олійні канали.
Пронизують корпус турбіни немов кровоносні судини на тілі людини. Служать для своєчасної доставки моторного масла до елементів, що труться і обертаються. Знижують цим знос робочих елементів бензинової турбіни.
Підшипник ковзання.
Його головне завдання забезпечити вільне та плавне обертання ротора турбіни з його лопатями для захоплення достатньої кількості повітря. Його мастило і охолодження забезпечує моторне масло, що циркулює в турбіні.
Корпус.
Корпус турбіни, що має форму равлика, забезпечує захист від зовнішніх механічних впливів робочі елементи пристрою для нагнітання повітря.
Привід турбіни бензинового мотора здійснюється за рахунок подачі відпрацьованого газу, енергія якого змушує ротор обертати лопаті. Складного в конструкції та роботі нічого немає, все зрозуміло і досить просто.
При запуску бензинового двигуна відпрацьовані гази і циліндрів двигуна направляються прямо в турбіну. Вони надають руху ротор, віддаючи йому свою енергію. Далі, через приймальну трубу вони надходять у глушник і виводяться в довкілля.
Вал ротора розкручує колесо компресора та лопаткове колесо. Вони захоплюють повітря з довкілля, що надходить через повітряний фільтр двигуна. Він примусово подається у циліндри двигуна. Компресор турбіни може збільшувати тиск повітря до 80%.
Робота турбіни бензинового двигуна дозволяє збагачену киснем паливно-повітряну суміш наповнювати циліндри у великій кількості. Обсяг двигуна залишається постійним, але його потужність значно збільшується. У середньому використання турбіни дає можливість збільшити потужність силової установки на 20-30%.
Що потрібно знати для грамотної експлуатації бензинової турбіни?
Для забезпечення довговічної роботитурбіни на бензиновому моторі не потрібно економити на кількості та якості моторного масла. Любителі пропускати інтервали заміни олії в моторі рано чи пізно зіткнутися з проблемами та порушеннями у роботі турбіни. Вона дуже сприйнятлива до якості масла, що використовується. Дешева оліяне зможе забезпечити необхідний рівеньтертя робочих елементів і вони при інтенсивному використанні автомобіля досить швидко стануть непридатними і вимагатимуть заміни.
При покупці автомобіля, оснащеного турбіною, потрібно обов'язково виконати заміну моторного масла і прочищення всієї системи. Змішувати доливаючи інше масло не можна, тому що воно втрачає свої властивості та ефективність його роботи прагне нуля. Повна заміна олії дозволить уникнути шкідливих впливів та посилити захист турбіни бензинового мотора.
Є деякі особливості експлуатації двигуна, оснащеного турбіною. Після тривалої поїздкина машині двигун під час зупинки одразу глушити не потрібно. Потрібно дати йому час попрацювати на неодружених оборотах і трохи охолонути. Різке вимкнення двигуна створює температурний перепад негативним чином, що позначається на міцності та надійності робочих елементів турбіни двигуна.
Переваги та недоліки турбованого мотора
Головною перевагою будь-якого бензинового мотора, оснащеного турбіною, є збільшення його потужності на 20-30%. При однаковому обсязі з традиційним атмосферним ДВЗ його потужність вища на третину. Ефективність використання палива значно підвищується.
Максимальний рівень згоряння паливно-повітряної суміші дозволяє суттєво знизити викид забруднюючих речовин у навколишнє середовище. Максимальне використаннятурбованих моторів повсюдно справжня мріязахисника довкілля. На цьому переваги турбованого двигуназакінчуються.
Турбовані мотори дуже вимогливі до якості палива і моторного масла, що використовується. Все це разом призводить до збільшення витрат на використання автомобіля в довгостроковій перспективі. Обслуговування турбованого двигуна вимагатиме від водія великих витрат коштів.
Ремонт турбіни вимагає використання спеціального обладнання та матеріалів. Самостійно його виконати дуже проблематично. Найчастіше століття відремонтованої турбіни недовгий і зрештою знадобиться її заміна. Це може відчутно вдарити гаманця власника машини.
Висновок
Поява турбованих моторів є ще одним щаблем розвитку силової автомобільних установок. Сучасні вимогидо екологічної складової двигуна значно посилюються і конкуренція між виробниками машин загострюється.
Кожен автомобіліст знає, що за своїм пристроєм та принципом дії поділяються на атмосферні та турбовані. Але не всі розуміють, у чому різниця між цими силовими агрегатами. Розгляньмо, чим відрізняється двигун турбо, як він влаштований і як працює. Познайомимося з цими двигунами на прикладі сучасних агрегатів групи VAG.
Бензинові турбомотори
Бензиновий турбомотор - це зі штучно підвищеним за рахунок турбіни ступенем стиснення в камерах. Підвищення цього показника дає збільшення потужності та інших технічних характеристик. Ще з моменту створення першого двигуна внутрішнього згоряння інженери намагалися додати потужність без суттєвої зміни робочого об'єму ДВЗ.
На перший погляд, це рішення було практично на поверхні - потрібно було допомогти мотору більш ефективно «дихати». Це би дозволило отримати найкращі характеристикизгоряння паливної суміші. Забезпечити це можна за рахунок додаткової подачі повітря. Отже, необхідно подавати їх у циліндри примусово, під тиском. Завдяки додатковому об'єму повітря паливо повністю згорятиме, що й допоможе збільшити потужність. Але впроваджувалися ці технології дуже повільно. На початку турбокомпресорне обладнання використовувалося тільки для великих моторів кораблів і авіації.
Історія бензинових турбованих ДВС
Перший двигун турбо було встановлено ще у минулому столітті. Вперше автомобільні турбовані ДВС почали випускати 1938 року. На початку 60-х США стали виробляти і перші мотори з турбіною для легкових авто. Це автомобілі Oldmobile Jetfire та Chevrolet Corvair Monza. За всіх своїх характеристик двигуни не відрізнялися високою надійністюта зносостійкістю.
Початок популярності
Популярними ДВС із турбокомпресором стали у 70-х роках. Тоді їх почали масово встановлювати на спортивні автомобілі. Але в цивільних автомобілях двигун турбо не став популярним через високу витрату палива. Цим недоліком відрізнялися всі турбовані бензинові двигуни тієї доби. Адже витрата палива була дуже важливою в той період. Цей час припав на нафтову кризу у 70-х роках.
Влаштування бензинових турбо-ДВС
Алгоритм роботи бензинового турбованого силового агрегату полягає у застосуванні спеціального компресора. Завдання останнього - нагнітати до камер згоряння додатковий обсяг повітря. За рахунок поліпшення наповнення циліндрів сумішшю повітря та палива зростає середній ефективний тиск за цикл і підвищується потужність. Як привод системи турбонаддува застосовуються відпрацьовані гази, енергія яких робить корисну роботу.
Сучасний компресор є корпусом з підшипниками, колесом, корпусом турбіни. В останньому є канали для руху мастила. Також є у конструкції вал ротора, компресор, пневматичний привід У корпусі, де монтуються підшипники, встановлений ротор. Він являє собою вал із закріпленими на ньому турбінним та компресорним колесами. На останніх є лопаті. Цей ротор може обертатися за рахунок підшипників ковзання. Для їх змащування та охолодження надходить олія з мастильної системи двигуна. Щоб додатково охолоджувався, використовуються також канали охолоджуючої рідини. Цей елемент компресора виготовлений у формі равлика.
Принцип дії
Колесо компресора та «равлики» встановлені на тому самому валу. За рахунок обертання турбіни компресорне колесо всмоктує повітря. повітряного фільтраі нагнітає їх у камери згоряння. Залежно від рівня наддуву, пристрій може підвищити силу тиску від 30% до 80%. За допомогою цього двигун з тим самим обсягом може приймати суміш у великих кількостях. Саме завдяки цьому потужність агрегату підвищується від 20% до 50%. Вихлопні гази та їх енергія значною мірою підвищують ККД двигуна.
Турбодизельні агрегати
Приблизно так само влаштований двигун турбо (дизель). Принцип дії турбокомпресора не відрізняється від бензинового. Єдина відмінність – наявність інтеркулера. Це спеціальний механізм, який охолоджує повітря, перш ніж він потрапить до циліндрів. Об'єм холодного повітря менший, ніж теплого. Це означає, що холодне повітря можна «заштовхати» в циліндр у більшій кількості.
Двигуни TSI
Ці агрегати встановлюються на сучасні моделіавтомобілів від «Фольксваген», «Ауді» та «Шкода». Усі вони належать до одного концерну. Виробники стверджують, що це мотори нового покоління, в яких вдало поєднуються потужність та економічність. У випадку зі звичайним класичним ДВЗ при малому обсязі, особливої потужності від нього чекати не доводиться. Якщо вага автомобіля дорівнює одній тоні, а двигун малопотужний, це призведе до високої витрати палива через малу динаміку та роботу на високих оборотах.
Двигун з великим обсягом має висока витратаза рахунок збільшення камери згоряння. Турбо-двигуни («Шкода Октавія», «Фольксваген» та «Ауді») – це справжнє диво інженерної думки. У даних силових агрегатахпоєднується скромна витрата палива та достатня потужністьпри порівняно невеликому обсязі.
TSI: пристрій
За обсягом ці агрегати можуть бути різними. Так, виробляють ДВЗ на 1,2; 1,4; 1,6 л. А також двигун 1,8 турбо, 2,0л. Потужність двигуна зростає за рахунок більшого обсягу. І це правильне рішення. А далі поговоримо про відмінності.
Турбований та компресорний
TSI – це одночасно і турбований, і компресорний агрегат. Фахівці групи VAG застосували таку конструкцію, щоб вирішити стандартну проблему двигуна. Це провали на невеликих обертах двигуна. Якщо розглядати класичні турбодвигуни, то «равлик» функціонує за рахунок відпрацьованих газів. Сила тиску при роботі на невеликих оборотах не дає можливості нагнітачу створювати потрібне зусилля та подавати до камер згоряння. достатня кількістьповітря.
На двигун 1,8 турбо ("Фольксваген") встановлюється компресор. Він не дає падати потужності. Максимальний крутний момент у звичайному атмосферному двигунізнаходиться на рівні близько 5000 об/хв. У випадку з моторами TSI максимум крутного моменту перебуває в діапазоні від 1500 об/хв до 4500 об/хв. Це робочий інтервал, який використовують більшість водіїв. У моторах TSIза рахунок застосування двох турбін створюється тиск до 2,5 бар.
Компресор
Цей вузол функціонує від окремого приводу ремінного типу. Він відрізняється високим передатним числом. Вмикається компресор лише тоді, коли водій натисне на газ. На оборотах, близьких до неодружених, тиск становить 0,8 BAR - це досить багато. За рахунок цього виходять чудові динамічні характеристики. Так працює двигун «Ауді» 1,8 турбо із TSI. Минуле покоління цих двигунів не оснащене компресором. Тут є лише турбіна.
Турбований двигун 1,8 від «Фольксваген»
Цей агрегат є на ринку близько 20 років. Ця модельДВС дуже популярна і дала старт попиту на мотори з турбонаддувом. Таким двигуном оснащувалися багато моделей автомобілів від групи VAG. Дебют цієї силової установки відбувся 1995 року.
Вперше двигун ("Фольксваген Пассат" б5) 1.8 турбо був встановлений на Ауді "А4" (так, на них використовують однакові мотори). Що стосується характеристик, то існує кілька моделей потужністю 150 і 210 кінських сил. У 2002 році створили двигун потужністю 190 «коней». Турбований двигунвід «Фольксвагена» став початком абсолютно нової філософіїщодо бензинових ДВЗ. Він дав хорошу продуктивність за порівняно невеликого обсягу за рахунок турбіни. Перевагою даного агрегату є помірний апетит.
Модель А4 від Ауді споживає до 8 літрів на 100 кілометрів по трасі. У міських умовах витрата палива не перевищує 10 літрів. За рахунок наявності 20 клапанів у ГБЦ та турбонагнітачів, інженери «Фольксвагена» змогли отримати більше високі показникикрутного моменту до того, як обороти досягнуть позначки 2 тисячі.
Так, у цьому моторі об'єднана відмінна еластичність, яка властива турбодизельним установкам, але при цьому культура роботи – бензинова. Цей агрегат може бути легко переобладнаний на газ. Силова установка є однією з найкращих у всій лінійці. Продуктивністю, помірною витратою палива та високою надійністю може похвалитися двигун. "Пасат" (1.8 турбо) не має жодних конструктивних недоліківагрегату. Навіть зараз, в епоху сучасних TSI, рівних цьому двигуну практично немає.
Турбодвигуни: переваги та недоліки
Головний плюс, яким володіє турбомотор, - підвищена потужність. Це основна мета, яку вдалося досягти без істотних змін конструкції. При однакових обсягах може видавати на 70% більше крутного моменту і потужності. Компресор знижує відсоток шкідливих речовину вихлопних газах. Двигун, оснащений турбіною, має значно більше низький рівеньшуму.
Ці силові установкиможна встановлювати будь-які автомобілі. Головний недолік- Висока витрата палива. Об'єм повітря збільшується, зростає і кількість палива, що споживається. Цю проблему інженери вирішити не можуть. Також до недоліків належать проблеми в експлуатації. Ці ДВС дуже чутливі до якості палива та олії. Додатково до мінусів відносять низькі термінислужби олії та очисних фільтрів. Двигун працює на підвищених оборотах. За рахунок цього олія швидше втрачає свої властивості.
Стаття про те, що таке турбонаддув, як він працює, його основні плюси та мінуси. Наприкінці статті - відео про особливості та принципи роботи турбонаддуву.
Зміст статті:
Автомобільний двигун повинен мати такі характеристики, які б йому не відставати від сучасності. Технічні вдосконалення з кожним роком даються все важче, тому що велосипед винаходити нікому не хочеться, а покращувати якість мотора необхідно.
Тому дуже непоганим рішенням є використання системи примусового нагнітання повітря на камеру згоряння. Останні інженерні конструкції охоплюють не тільки поліпшення примусового нагнітання повітря в паливну систему, але й установку такого ж пристрою у систему вихлопу відпрацьованих газів.
Для чого потрібний турбонаддув
Щоб розуміти важливість роботи турбонаддува і принцип його дії, необхідно знати, що двигун не може споживати паливо чистому вигляді. Для спалаху бензину в герметичній ємності потрібне повітря, інакше двигун працювати не буде.
Тобто, в камеру згоряння повинна надходити суміш, що складається з палива та повітря у потрібній пропорції. У циліндрі ця суміш згоряє. Гази, що з'явилися в результаті згоряння, здійснюють свою головну роботуі потім віддаляються через систему вихлопу.
Звичайний турбонагнітач дозволяє збільшити потужність двигуна шляхом нагнітання додаткового тиску повітря в циліндрі. За рахунок цього займистість суміші багаторазово збільшується, і потужність мотора, зрозуміло, теж підвищується.
Простіше кажучи, за допомогою турбонаддуву повітря стискається, і в камеру згоряння він надходить у більшій кількості, ніж при атмосферному тиску.
Пристрій та принцип роботи турбонагнітачів
Головна деталь нагнітача, що виконує основну функцію – це крильчатка з лопатями. Повертаючись із величезною швидкістю (200 тис. оборотів за хвилину) і діючи як компресор, вона закачує повітря в турбінну камеру.
Після цього відбувається стиск повітря, за рахунок чого обсяг, який це повітря займає, зменшується. Однак давно відомо, що за законами фізики під час стиснення повітря має властивість нагріватись. І це є основним недоліком системи турбонаддува.
Зрозуміло, ця проблема не могла пройти повз увагу конструкторів. Вирішуючи це завдання, фахівці спробували використати проміжне охолодження повітря на шляху його переходу в двигун.
В результаті з'явився інтеркулер. У цьому пристрої застосовується ефект теплообмінника, який має властивість охолоджувати повітря за рахунок холодоагенту. Інтеркулер здатний збільшити потужність двигуна до 20%, і при цьому він ще знижує можливість детонації вихлопних газів.
Особливої різниці між турбонаддувом бензинових та дизельних двигунів майже немає. Відмінність лише у ступені наддуву. Дизельні двигунивимагають більшого тиску, і тому вони оснащені потужнішими нагнітачами повітря. У бензинових моторах встановлені нагнітач меншої потужності, тому що при занадто великому тиску в камері згоряння може виникнути детонація.
Переваги турбонаддуву
"Дармова" додаткова потужність.Існує поширена думка: наявність додаткової турбіни на вихлопному колекторі двигуна породжує додаткову енергію, яка повинна обертати таку саму турбіну на впуску, внаслідок чого вихлопні гази стають безкоштовним джерелом енергії для нагнітачів.
Однак ця концепція дуже спірна, тому що існує так званий опір випуску. Автомобільні конструкторибагато десятиліть домагалися зниження цього опору, тому що саме в цьому випадку підвищиться потужність двигуна.
Для цього в систему монтується спеціальний генеруючий пристрій, який значно знижує вихідний опір. Тому було б неправильним вважати роботу турбонаддуву на дармовий енергії. «Дешева підрядна енергія» - це звучатиме точніше.
У технічному відношенні цей процес не становить нічого складного. Нагнітач являє собою пристрій, що складається з двох коліс – компресорного та турбінного. Турбінне колесо захоплює вихлопні гази, що приводять його в рух. В результаті починає обертатися і компресорне колесо, яке служить для стиснення повітря.
Компресор у обов'язковому порядкуконтактує із системою охолодження, оскільки у процесі дії його температура піднімається досить високо. Сила наддуву регулюється за допомогою перепускного клапана. У разі потреби він може переводити частину вихлопу повз турбіну, щоб знизити внутрішньосистемний тиск.
Підвищення потужності двигуна без збільшення його об'єму та маси.Технологія турбонаддува дозволяє підвищувати потужність двигуна без збільшення об'єму циліндрів та їх кількості. В результаті легкі та невеликі за розміром мотори набувають відмінні характеристики, і, крім цього, скорочується загальна маса автомобіля, зменшуються гальмівний шлях та час розгону.
Економічність.Витрата палива у двигунів, оснащених системою турбонаддува, у рази менша, ніж витрата палива у мотора такої ж потужності з простим атмосферним нагнітанням повітря. Це пояснюється тим, що в циліндрах з турбонаддувом на один хід поршня витрачається набагато менше паливаза рахунок повного його згоряння. Тобто, бідна сумішкомпенсується додатковим натиском повітря і в результаті потужність збільшується.
Недоліки
Залежність від оборотів. "Турбояма".Проблема полягає в наступному: немає активного прискорення при розгоні на малих обертах. Динаміка розгону слабка, що поступається навіть машинам із атмосферним нагнітанням. А вся справа в тому, що при малих оборотах енергія вихлопних газів слабка, і, відповідно, турбіна нагнітачів теж обертається слабко, створюючи мінімальний тиск суміші в камері згоряння. Тобто, потрібний ефект від турбонаддуву виникає лише за високих оборотах двигуна.
Крім цього є ще одна проблема: повільність процесу нагнітання повітря. Справді, щоб створити потрібний тиск на впуску, потрібен деякий час. Фахівці проводять інженерні дослідження в цій галузі, і вже певною мірою вдалося зменшити цей інтервал у динаміці роботи нагнітача.
Крім того, наявність варіатора або автоматичної трансмісії дає можливість машині під час розгону автоматично перемикатися на знижену передачу. Завдяки цьому шкідливі наслідки від інертності нагнітача ліквідуються.
Сьогодні є такі способи вирішення проблеми інертності турбонаддуву:
- бітурбонаддув (подвійний наддув);
- турбіна з адаптивною геометрією;
- комбінований наддув.
Турбіна з адаптивною геометрією здатна змінювати розмір впускного каналу і цим регулювати силу потоку вихлопних газів, що також підвищує ефективність роботи системи.
Комбінований наддув складається з турбокомпресора та механічного нагнітача. Нагнітач створює необхідний тиск на малих оборотах, але як тільки обороти зростають до певної величини, в роботу включається турброкомпресор.
Висока температура.Як вже було сказано, стиск повітря тягне за собою його нагрівання, що відбивається на роботі двигуна не найкращим чином. Тому часто доводиться підключати додаткове охолодження, і це йде частина енергії.
Однак, незважаючи на перелічені недоліки, турбонаддув – це відмінний засіб для підвищення потужності та ефективності ДВЗ, а також його економічності. Крім того, багаторічний досвід фахівців показує, що варіанти вдосконалення цієї системи ще не вичерпані.
