Турбированные моторы и все что вы хотели про них знать

Эксплуатация турбины

Устройство турбокомпрессора делает его зависимым от качества масла, поэтому пытаться сэкономить на нем не стоит. Несвоевременно поменянное масло может стать причиной нарушений в работе механизма.

Автомобиль, оснащенный турбиной, нуждается после покупки в замене масла и тщательной прочистке топливной системы, при этом смешивать разные масла нельзя.

После продолжительной поездки сразу глушить двигатель не рекомендуется, дав ему немного поработать и охладиться. Резкое выключение может сказать на снижении прочности элементов конструкции, вызванном перепадом температуры.

О расходе топлива

Если вы внимательно прочитали о плюсах и минусах обоих моторов (атмосферного и турбированного), то вас удивило то, что мы ничего не рассказали о расходе топлива. На этом вопросе стоит остановиться несколько подробнее. Попробуем разобраться, какой мотор является более экономичным.

Сначала сравним два двигателя с одинаковым объемом (например, 1,4 литра). Атмосферный мотор будет расходовать в среднем около 6÷7 л на 100 км пробега, а трубированному потребуется уже 8÷9 литров. Однако при этом он развивает мощность в 1,5 раза большую, чем атмосферный. Вывод: при одинаковом рабочем объеме «атмосферник» значительно экономичнее (ведь он не только «ест» меньше топлива, но и использует более дешевый бензин), однако значительно уступает турбированному по мощности.

Теперь проведем сравнение расхода топлива у моторов с одинаковой мощностью (например, около 140÷150 лс). Столько «лошадок» под капотом обычно имеет атмосферный мотор объемом 2,0 литра или турбированный двигатель объемом 1,4 литра. В городском цикле расход у обычного двигателя составит около 12÷14 литров на 100 км, у турбированного – все те же 8÷9 литров. Вывод: даже учитывая меньшую стоимость бензина, необходимого для нормальной эксплуатации атмосферного двигателя, мотор с турбо наддувом значительно экономичнее.

Что такое турбонаддув

Турбонаддув — система принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя, в следствии чего в камеру сгорания попадает большее количество топливно-воздушной смеси. Увеличение количества топливно-воздушной смеси повышает среднее эффективное давление в цилиндрах, что приводит к существенному увеличению мощности двигателя при его неизменных конструктивных параметрах. Работает двигатель с турбонаддувом за счет использования энергии отработавших газов либо за счет приводного нагнетателя, который жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.

О турбине

Турбонаддув бывает двух видов: низкого и высокого давления. Первый тип турбины применяется для более качественного смешивания топлива за счет создания турбулентных воздушных потоков в моторах.

Но наиболее эффективным считается турбированный двигатель высокого давления. В сравнении с «атмосферными» моторами того же объема подобные агрегаты развивают примерно в 1,5 раза больше мощности.

Некоторые производители и владельцы устанавливают на автомобили сразу 2 турбины, в результате чего получили малолитражные моторы, способный составить конкуренцию силовым установкам гораздо большего объема.

Рейтинг надежности у турбореактивных двигателей ниже, так как они имеют довольно сложную конструкцию.

В частности, их конструкция дополняется следующими элементами:

• Клапан, предназначенный для устранения избыточного давления, которое способно повредить мотор.
• Интеркулер. Устройство используется для охлаждения воздуха, нагреваемого, когда обороты турбины достигли высокой отметки.

Минусы турбированных двигателей

В целом все минусы турбонаддува состоят в слудующем:

Увеличенный расход топлива. При равных объемах, двигатель с турбонаддувом будет потреблять больше топлива примерно на 20%, но и выдавать лошадиных сил на 70% больше. Для кого то это может быть плюсом, но большинству автовладельцев это может быть и не нужно.

Ресурс турбо двигателя. Поскольку по мощности двигатель становится сильнее, а характеристики общего плана остаются неизменными, происходит износ весьма интенсивного характера основных узлов. Результатом этого является уменьшение ресурсных возможностей двигателя.

Масляное голодание. К недостаткам можно отнести и то, что снижается устойчивость к износу поршневой группы. Ресурс самой турбины существенно снижается. Этому способствует то, что давление со стороны картерных газов возрастает. Если работа в таких условиях наблюдается продолжительное время, то может возникнуть «масляное голодание». Оно в свою очередь может привести к поломке турбокомпрессора

Проблемы со стороны такого важного узла могут обусловить поломку самого мотора.

Турбояма и турбо подхват. Существуют такие понятия, как турбояма и турбо подхват

Первая имеет место в ситуациях, когда резко нажимают на педаль газа. Когда происходит преодоление турбоямы, резко увеличивается давление турбонаддува. О явлении турбоямы мы уже писали ранее в статье, кому интересно, можете почитать.

Качественное топливо и масло. Заправлять придется топливо только самого высокого качества, в противном случае турбина может очень быстро умереть. Помимо этого, использование турбин предполагает наличие моторных масел особых сортов. При этом сроков обслуживания непременно надо придерживаться в соответствии с рекомендациями производителя. Высокие требования при этом предъявляются и к воздушному фильтру, который менять придется в 2 раза чаще, чем на атмосферном двигателе.

Дорогостоящий ремонт и обслуживание. Конструкция и устройство турбины довольно сложны и применяются там только качественные материалы, поэтому и стоимость их не маленькая. А если к этому прибавить и дороговизну самой работы, то общая стоимость обслуживания и ремонта выходит круглой суммой. Так, например, стоимость капитального ремонта турбины в хорошем сервисе может составлять от 1000 до 1500 долларов США.

К недостаткам турбированного двигателя можно отнести дорогостоящий ремон и обслуживание турбины

Принцип работы турбонагнетателя

На гражданском автомобиле он представляет собой агрегат, состоящий из двух камер – горячей и холодной. Они герметически изолированы друг от друга. В них находится крыльчатка, лопасти вентилятора в каждой из них. Они насажены на общий вал. При вращении одной, синхронно вращается другая.

Нагнетание воздуха во впускной коллектор происходит крыльчаткой холодной части турбины. Воздух засасывается с улицы, сжимается, под давление поступает в цилиндры турбодвигателя.

Чтобы раскрутить лопасти холодной камеры, нужна энергия. А где ее взять? Догадались использовать энергию выхлопных газов. Они из выхлопного коллектора поступают в горячую часть турбинки, раскручивают крыльчатку. Она в свою очередь разгоняет лопасти холодной камеры, которые всасывают уличный воздух. Вот так, без дополнительных затрат энергии получилось принудительно надувать кислород в камеры сгорания.

Поэтому возникает эффект «турбоямы». При маленьких оборотах ДВС, скорости отработанных газов недостаточно, чтобы раскрутить крыльчатки. В холодной части не создается достаточного давления, всасывается воздуха меньше, чем необходимо. Поэтому происходит кратковременный провал мощности при резком нажатии на педаль газа. Нужно крутить мотор, чтобы он вышел на рабочие обороты, и смог «надуть» цилиндры. Скорость вращения крыльчаток турбоагрегата доходит до 100-150 тысяч об/мин.

Именно из-за того, что турбонагнетатель работает за счет энергии выхлопных газов и вращается с большой скоростью, у турбомоторов возникает ряд определенных проблем. Поэтому их многие недолюбливают, обходят стороной при покупке.

https://vk.com/video_ext.php

Правила эксплуатации

До того, как установить турбину на свой двигатель, необходимо уяснить для себя условия пользования подобных агрегатов. Соблюдая их, можно увеличить срок «жизни» моторов.

Правильное эксплуатирование турбированных двигателей предполагает соблюдение следующих рекомендаций:

Регулярно проверять уровень масла

Существует множество советов о том, как правильно эксплуатировать турбореактивные двигатели. Однако главное условие заключается именно в регулярной проверке масла.

Отсутствие смазки ведет к быстрому изнашиванию подшипников турбины, следствие чего она вскоре перестает работать.

Кроме того, быстрый расход масла свидетельствует о наличие проблемы в моторе. Возможно, из строя вышел масляный насос или другая деталь.

При запуске не держать долго педаль газа

Турбированные двигатели достигают максимального давления уже на низких оборотах. Поэтому долго жать на педаль газа. Иначе турбина будет работать на «холостом» ходу, что сокращает срок ее эксплуатации.

Использовать только качественное масло

Некачественное масло — это вторая наиболее распространенная причина быстрого износа турбины

Причем не важно, установлена ли она на бензиновом двигателе, или на дизельном. Более того, подобная смазка негативно влияет и на состоянии мотора.

Необходимо заливать только то масло, которое рекомендует производитель конкретной силовой установки.

Важно также отметить, что тип смазки, применяемой на турбированных моторах, отличается от той жидкости, которая используется на «атмосферных» агрегатах. Это объясняется тем, что в первых создается больший уровень давления, вследствие чего увеличиваются требования к качеству масла

Данное обстоятельство необходимо учитывать при форсировании «атмосферного» движка.

Не рекомендуется использовать смазку иной марки, даже если она имеет аналогичные характеристики.

Турбины для двигателей Deutz

Для более ясного представления о том, как работает турбина в автомобиле, прежде всего необходимо ознакомится с принципом работы двигателя внутреннего сгорания. Сегодня, основная масса грузовых и легковых автомобилей оснащаются 4-х тактными силовыми агрегатами, работа которых контролируется впускными и выпускными клапанами.

Каждый из рабочих циклов такого двигателя состоит из 4 тактов, при которых коленвал делает 2 полных оборота

Впуск — при этом такте осуществляется движение поршня вниз, при этом в камеру сгорания поступает смесь топлива и воздуха (если это бензиновый двигатель) или только воздуха в случае если это дизельный агрегат.

Компрессия — при этом такте происходит сжатие горючей смеси.

Расширение — на этом этапе происходит воспламенение горючей смеси при помощи искры, вырабатываемой свечами. В случае с дизельным двигателем, воспламенение осуществляется произвольно под действием высокого давления впрыска.

Выпуск — поршень двигается вверх, при этом освобождаются выхлопные газы.

Такой принцип работы двигателя определяет следующие способы повышения его эффективности:

— Установка турбонаддува — Увеличение рабочего объёма двигателя — Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Увеличение рабочего объёма двигателя

Увеличение объёма двигателя возможно двумя путями: либо увеличением объема камер сгорания, либо — увеличением количества цилиндров в силовом агрегате. Однако такой способ повышения мощности не совсем оправдан, так как имеет ряд недостатков, среди которых: повышенный расход топлива.

Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Еще один возможный способ повышения производительности двигателя заключается в увеличении числа оборотов коленчатого вала. Это достигается путем увеличения количества ходов поршня за единицу времени. Но использование такого способа имеет жесткие ограничения, которые обусловлены техническими возможностями двигателя. Кроме этого, такая модернизация приводит к падению эффективности работы силового агрегата из-за потерь при впуске и других операциях.

Турбонаддув

В двух предыдущих способах двигатель использует воздух, который поступает благодаря собственному нагнетанию. При использовании турбокомпрессора в цилиндр поступает тот же объем воздуха но с предварительным его сжатием. Это дает возможность поступлению большего количества воздуха в цилиндр, благодаря чему появляется возможность сжигания большего объема топлива. При использовании такой технологии, мощность двигателя возрастает по отношению к количеству потребляемого топлива и объему двигателя.

Охлаждение воздуха

В процессе компрессии воздух может нагреваться вплоть до 180 С. Однако воздух имеет свойство увеличения плотности при охлаждении, что дает возможность значительно увеличить объем воздуха, попадающего в цилиндр. Кроме этого, увеличение плотности воздуха существенно снижает расход топлива и количество выбросов продуктов сгорания.

Также существует два разных типа турбонаддува: турбокомпрессор, основанный на использовании энергии выхлопных газов и турбонагнетатель с механическим приводом.

Турбонагнетатель с механическим приводом

В случае использования такого типа компрессии, воздух сжимается благодаря специальному компрессору, который работает от привода двигателя. Но такой метод имеет один большой недостаток. Все дело в том, что при использовании механического турбокомпрессора часть мощность двигателя уходит на обеспечение работы самого компрессора, по этому двигатель, оборудован таким нагнетателем, имеет больший расход топлива чем обычный двигатель такой же мощности.

Турбокомпрессор основанный на использовании энергии выхлопных газов

Такой метод основан на использовании энергии выхлопных газов, которая направлена на привод турбины. При использовании такого способа отсутствует механическое соединение с двигателем, благодаря чему потери мощности не происходит.

Основные преимущества двигателей с турбонаддувом

1) Турбодвигатель имеет меньшее показатели по расходу топлива нежели двигатель без турбины той же мощности и при прочих равных условиях.

2) Силовой агрегат с с турбонаддувом имеет заметно лучшие показатели соотношения веса двигателя к развиваемой им мощности.

3) Использование турбокомпрессора открывает новые возможности по оптимизации других параметров и характеристик двигателя, а также улучшения крутящего момента, что позволит избежать очень часто переключения передач при езде в пробках или гористой местности.

4) Турбодвигатели работают тише чем агрегаты такой же мощности без турбонаддува.

Принципиальные отличия двигателей

Атмосферный двигатель представляет из себя «обычный» двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого была разработана уже очень давно и за многие десятилетия эксплуатации доведена до своего совершенства.

Турбированный двигатель представляет из себя такой же двигатель внутреннего сгорания, в конструкцию которого была добавлена турбина, закачивающая воздух в цилиндры под давлением, что заметно увеличивает мощность мотора. Турбированный двигатель малого объёма (например 1.3 литра турбо — 140 л.с.) может иметь такую же мощность, что и заметно больший атмосферник (1.8 литра — 140 л.с.).

Форсированный двигатель представляет из себя такой же двигатель внутреннего сгорания, но имеющий довольно сложную конструкцию, нередко подразумевающую применение гоночных технологий, дорогих материалов и всевозможных механизмов для извлечения максимальной мощности. Может оснащаться турбиной или нет. Конструкция форсированного двигателя нередко подразумевает, что высокая мощность двигателя идёт в ущерб ресурсу (форсированные двигатели долго не живут).

Каждый тип двигателя обладает плюсами и минусами, которые определяют ряд требований к эксплуатации такого двигателя.

Правила эксплуатации

До того, как установить турбину на свой двигатель, необходимо уяснить для себя условия пользования подобных агрегатов. Соблюдая их, можно увеличить срок «жизни» моторов.

Правильное эксплуатирование турбированных двигателей предполагает соблюдение следующих рекомендаций:

Регулярно проверять уровень масла

Существует множество советов о том, как правильно эксплуатировать турбореактивные двигатели. Однако главное условие заключается именно в регулярной проверке масла.

Отсутствие смазки ведет к быстрому изнашиванию подшипников турбины, следствие чего она вскоре перестает работать.

Кроме того, быстрый расход масла свидетельствует о наличие проблемы в моторе. Возможно, из строя вышел масляный насос или другая деталь.

При запуске не держать долго педаль газа

Турбированные двигатели достигают максимального давления уже на низких оборотах. Поэтому долго жать на педаль газа. Иначе турбина будет работать на «холостом» ходу, что сокращает срок ее эксплуатации.

Использовать только качественное масло

Некачественное масло — это вторая наиболее распространенная причина быстрого износа турбины

Причем не важно, установлена ли она на бензиновом двигателе, или на дизельном. Более того, подобная смазка негативно влияет и на состоянии мотора

Необходимо заливать только то масло, которое рекомендует производитель конкретной силовой установки.

Важно также отметить, что тип смазки, применяемой на турбированных моторах, отличается от той жидкости, которая используется на «атмосферных» агрегатах. Это объясняется тем, что в первых создается больший уровень давления, вследствие чего увеличиваются требования к качеству масла

Данное обстоятельство необходимо учитывать при форсировании «атмосферного» движка.

Не рекомендуется использовать смазку иной марки, даже если она имеет аналогичные характеристики.

Обязательно проверить состояние мотора после ремонта

В первую очередь необходимо обратить на наличие масла и его состав: жидкость должна быть прозрачной. Следом проверяется работа коленчатого вала при выключенном моторе.

И последнее: нужно запустить движок и продержать его на «холостом» ходе в течение 5-10 минут, внимательно прислушиваясь к нестандартному звучанию, наличию посторонних стуков и тому подобного.

Применять только качественное дизельное топливо

Чтобы дизельный двигатель, оснащенный турбиной, сохранил свои первоначальные характеристики, необходимо приобретать только качественное горючее. Низкосортное топливо имеет множество примесей, которые быстро засоряют топливную систему. В результате снижается уровень мощности, развиваемой двигателем.

Чтобы нивелировать ее падение, турбина начинает работать на пределе собственных возможностей, что провоцирует быстрый износ агрегата.

На морозе двигатель должен поработать на «холостом» ходу

При низких температурах масло становится более вязким. Поэтому рекомендуется запустить турбированный мотор и продержать его на «холостом» ходу, чтобы смазка начала циркулировать внутри агрегата.

Кроме того, турбореактивные двигатели не рекомендуется сразу останавливать на морозе. Прежде чем заглушить, им необходимо некоторое время также поработать на «холостом» ходу. Данная рекомендация объясняется тем, что на высоких оборотах в силовых агрегатах температура поднимается до максимальных значений.

Поэтому резкое выключение мотора может спровоцировать температурный перепад, из-за чего срок эксплуатации установки и турбины снижается.

Регулярно доводить двигатель до высоких оборотов

Турбина должна регулярно работать. Иначе она вскоре выйдет из строя. Рекомендуется хотя бы раз в неделю эксплуатировать двигатель, когда тот работает на высоких оборотах. В результате работы системы наддува происходит процесс ее самоочистки.

Плюсы и минусы атмосферных двигателей

С появление силовых агрегатов, оснащенных турбокомпрессором, многие водители стали отдавать предпочтение турбированным транспортным средствам. Однако, существует немало автомобилистов, которые при вопросе, какой двигатель лучше атмосферный или турбированный, выбирают привычный классический вариант, основываясь на следующих преимуществах:

«Атмосферник» отличают следующие достоинства:

• хороший ресурс;
• надёжность в эксплуатации;
• долговечность;
• простота использования;
• относительная простота проведения профилактических и ремонтных работ;
• неприхотливость в отношении качества топлива.

О надёжности атмосферного двигателя красноречиво свидетельствуют цифры. Качественные моторы позволяют автомобилю проходить до 500 тыс. километров. В истории развития автомобилестроения известны случаи, когда мотор переставляли из устаревшей машины в новую, и он продолжал исправно работать на протяжении ещё многих лет.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания отличаются наиболее длительным пробегом. Известны случаи, когда машины с установленными атмосферниками, работают без капитального ремонта на протяжении пути, более 500 тысяч километров. Единственное условие – своевременный уход и регулярная замена моторного масла с фильтрами. Их детали и узлы устойчивы против износа. Надежный атмосферный мотор обладает повышенным моторесурсом, продолжает работать даже после неоднократных замен кузова автомобиля.

Благодаря безотказной работе атмосферного мотора и простоте его эксплуатации, он неприхотлив к качеству топлива и смазочных материалов. При регулярном использовании бензина пониженного качества такие двигатели, если и выходят из строя, быстрее восстанавливают свою работоспособность. Основное требование к моторному маслу – это обеспечение необходимого уровня. Замена смазочной жидкости должна проводиться каждые 15 – 20 000 км. При выборе наиболее подходящей марки моторного масла для атмосферного двигателя рекомендуется отдавать предпочтение синтетике или полусинтетике.

Конструкция «атмосферника» такова, что с его ремонтом или профилактикой может справиться не только профессионал, но и грамотный автолюбитель. Агрегат можно разобрать до последней детали и собрать обратно — конструкция позволяет сделать это без особых затрат. Нередки случаи, когда при ремонте агрегата используются «неродные» детали и комплектующие, произведённые другими производителями. Соответственно, и стоимость ремонта такого двигателя обходится дешевле.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания обладают некоторыми недостатками:

• Сравнительно большой вес механизма.
• Пониженная мощность и развиваемый крутящий момент в сравнении с мотором, оснащенным турбиной.
• Атмосферники не рассчитаны на работу под большими нагрузками.
• Сложности эксплуатации на большой высоте в условиях разреженного воздуха.
• При работе атмосферного двигателя на малых оборотах не всегда всасывается достаточное количество воздуха, что отражается на стабильности работы.

Впрочем, на этом перечень «минусов» исчерпывается. Атмосферные ДВС надёжны, просты и долговечны, но при этом не созданы для больших нагрузок и высоких оборотов.

Турбонаддув: принцип работы

Задача турбины – нагнетать воздух в цилиндры, что осуществляется при помощи компрессора. Благодаря этому, смесь из топлива и воздуха насыщается кислородом, что приводит к увеличению КПД и улучшению сгораемости топлива. Таким образом, движок начинает работать эффективнее при прежнем объеме.

Чтобы понять принцип работы турбины на двигателе, сначала стоит разобраться с тем, как именно работает обычный двигатель. Его функционирование обеспечивается четырьмя последовательными тактами:

1. Впуск – движение поршня обеспечивает попадание в камеру сгорания топливно-воздушной смеси.
2. Компрессия – горючая смесь сжимается.
3. Расширение – выработанная свечами искра приводит к возгоранию смеси.
4. Выпуск – поршень перемещается вверх, освобождаются и выводятся выхлопные газы.

Чтобы повысить эффективность работы мотора, идти можно по одному из трех путей:

1. установить турбонаддув;
2. увеличить объем двигателя;
3. повысить количество оборотов коленвала.

Увеличение объема, безусловно, приведет к повышению эффективности, но это неизбежно повлечет за собой повышенный расход горючего. Повышение оборотов коленчатого вала не всегда возможно по техническим причинам, к тому же, не избежать снижения эффективности из-за потерь энергии во время каждого из тактов.

Как работает турбонаддув? Он нагнетает в цилиндр предварительно сжатый воздух, вследствие чего количество поступаемого воздуха повышается, а мощность силового агрегата растет без увеличения его объема.

Когда бензиновый двигатель запускается, газы поступают в турбину, приводя с помощью своей энергии в движение ротор, раскручивающий колесо компрессора, захватывающее воздух, подаваемый в цилиндры. Компрессор увеличивает давление воздуха примерно на 80%.

Турбина на бензиновом двигателе позволяет повысить мощность примерно на 30%.

Бензиновые турбомоторы

Бензиновый турбомотор – это двигатель внутреннего сгорания с искусственно повышенной за счет турбины степенью сжатия в камерах. Повышение данного показателя дает увеличение мощности и других технических характеристик. Еще с момента создания первого двигателя внутреннего сгорания инженеры пытались прибавить мощность без существенного изменения рабочего объема ДВС.

На первый взгляд это решение было практически на поверхности – нужно было помочь мотору более эффективно «дышать». Это бы позволило получить лучшие характеристики сгорания топливной смеси. Обеспечить это можно за счет дополнительной подачи воздуха. Значит, необходимо подавать его в цилиндры принудительно, под давлением. Благодаря дополнительному объему воздуха топливо будет полностью сгорать, что и поможет увеличить мощность. Но внедрялись данные технологии очень медленно. В самом начале турбокомпрессорное оборудование использовалось только для больших моторов кораблей и авиации.

Можно ли установить турбину на обычный мотор?

Можно!
Только вот переделка будет не всегда оправдана экономически, судите сами —
кроме правильно подобранной турбины вам придется приобрести и сделать очень много действий.

Допустим, вы решили, что не будете менять поршневую группу в моторе, не будете усиливать блок ДВС, но свечи зажигания поменять придется — ведь старые рассчитаны на совсем другой режим работы. Так же придется поменять форсунки на более производительные. Замена форсунок повлечет замену бензонасоса, на более производительный.

Новые режимы работы двигателя потребуют полной модернизации его программы управления. Так, что «мозги» придется прошивать.
Датчик расхода воздуха на таких режимах долго не живет, его нужно заменить на датчик абсолютного давления (ДАД), причем рассчитанный на избыточное давление.

Необходимо определиться с системой охлаждения турбины — будет ли она только масляной или комбинированной масло + ОЖ. Соответственно надо врезать и протянуть новые масломагистрали (а может и патрубки ОЖ).
Для прокачивания масла по выросшей в объеме маслосистеме нужен более производительный маслонасос.

Впускной и выпускной коллектор придется поменять на такие, которые рассчитаны на работу с турбокомпрессором.

А еще придется ездить на более высокооктановом бензине, более хорошем масле и чаще его менять.
Стоит ли овчинка выделки?