В чем преимущество двигателей с турбиной

Плюсы и минусы установки турбины на автомобили

Начну с того, что сегодня все больше и больше мировых автопроизводителей на своих моделях практикует установку турбированных двигателей. И речь идет не о дизелях, где турбина, безусловно, является обязательным элементом, а о бензиновых моторах. Другими словами, стало заметно, что простых атмосферных двигателей на бензине в последнее время становится все меньше.

Казалось бы, так и должно быть, ведь прогресс не стоит на месте, а турбомоторы хорошо известны своей высокой мощностью при сравнительно небольшом рабочем объеме. Однако на деле не все так просто. Водители и автомеханики делают отдельный акцент на том, что при выборе между атмосферным и турбированным двигателем будущему владельцу нужно хорошо подумать и взвесить все «за» и «против».
Далее мы рассмотрим основные преимущества и недостатки турбированного бензинового двигателя, а также поговорим о том, в каких случаях целесообразно купить такой мотор, а когда от подобного приобретения лучше полностью отказаться в пользу атмосферного ДВС.

Прежде всего, значительную популяризацию двигателей с турбонаддувом можно наблюдать именно в наши дни. При этом турбированный двигатель появился немного позже после того, как в широкие массы пошел и сам ДВС. Впервые силовую установку оснастили турбиной в 1905 г. Однако на легковые автомобили моторы с наддувом начали ставить только ближе к 1960 годам.

Что касается дизельного двигателя, турбокомпрессор медленно и уверенно приживался на такой технике, однако с бензиновыми аналогами ситуация сложилась с точностью до наоборот. Если коротко, турбомоторы на бензине по причине целого ряда индивидуальных особенностей не отличались особой надежностью, а также имели высокую начальную стоимость.

Вполне очевидно, что не только покупка, но также обслуживание и содержание этих ДВС получалось слишком дорогим. По этой причине бензиновый турбо двигатель до относительно недавнего времени являлся большой редкостью и обычно устанавливался только на дорогие версии премиальных моделей и спортивные авто.
Однако в дальнейшем развитие технологий и одновременное ужесточение экологических норм и стандартов заставило производителей вновь обратить внимание на турбокомпрессор для бензиновых ДВС. Результатом стало активное внедрение турбин на современные моторы.

Существует три способа увеличения подачи воздуха:

1)резонансный(в данном случае используется кинетическая энергия воздуха во впускном коллекторе, нагнетатель не нужен);

2) механический (воздух нагнетается при помощи компрессора, приводимого в действие от двигателя);

3)газотурбинный (для работы нагнетателя используется энергия отработавших газов).

Поскольку в первом случае нагнетатель не применяется, а повышенное давление воздуха создается за счет четко выверенной формы и длины впускного коллектора, резонансный наддув в рамках данной статьи рассматриваться не будет. Гораздо интереснее два других варианта турбонаддува.
наддув резонансный

МЕХАНИЧЕСКИЙ НАДДУВ

Использование компрессора – это один из способов увеличить подачу воздуха в цилиндры двигателя. Принцип его работы заключается в следующем: компрессор приводится в действие от шкива коленчатого вала, и начинает нагнетать воздух с первых секунд работы мотора.

Плюсы такой системы в том, что нагнетание воздуха происходит на любых режимах работы силового агрегата, в том числе при минимальных оборотах, а давление увеличивается с ростом оборотов коленвала. Кроме того, в случае использования компрессора отсутствует такое явление, как турбояма.
механический наддув
Разумеется, данное устройство наддува имеет и свои минусы. Самым главным недостатком является то, что на обеспечение работы нагнетателя расходуется часть мощности двигателя автомобиля, а значит, снижается его КПД. Помимо этого, механический наддув требует больше места для монтажа, нуждается в специальном приводе (для этого используется зубчатый ремень) и является источником повышенного шума.

Данный вид наддува появился раньше газотурбинного, но, несмотря на некоторую архаичность, его до сих пор можно встретить в современном автомобиле. Наиболее ярким примером может служить Мерседес, шильдик «compressor» на багажнике некоторых моделей этой марки указывает на то, что под капотом скрывается мотор, оснащенный системой механического наддува.

ГАЗОТУРБИННЫЙ НАДДУВ

Чаще всего моторы современных автомобилей оснащаются газотурбинными нагнетателями. Их устройство сходно с механическими компрессорами, различается лишь принцип действия – вместо зубчатого ремня работают выхлопные газы.

«Турбина включилась, и машине как будто пинка дали», — такое довольно часто можно услышать от автовладельцев, моторы машин которых имеют турбонаддув. На самом деле турбина – это только одна из составных частей всей системы, представляющая собой крыльчатку, жестко закрепленную на валу и приводящую в действие другую крыльчатку, также закрепленную на этом же валу. Устройство турбонаддува газотурбинного типа несколько сложнее.

Основными составными частями являются:

корпус;
две крыльчатки;
вал, на котором располагаются крыльчатки;
две улитки, в которых вращаются крыльчатки;
три подшипника скольжения (один упорный и два опорных);
перепускной клапан (необходим для стравливания избыточного давления).

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.

Турбированные бензиновые двигатели: сильные и слабые стороны

Итак, хорошо известно, что турбина на бензиновый двигатель или дизель позволяет нагнетать воздух в камеру сгорания принудительно и под давлением. Чем больше воздуха поступает в цилиндры, тем больше горючего можно сжечь, причем нет необходимости физически увеличивать размеры самой камеры сгорания.

Решение позволяет сделать такой мотор более мощным и приемистым, при этом двигатель получается компактным. Дело в том, что подобно объему, не нужно увеличивать количество цилиндров. Другими словами, не увеличиваются габариты силовой установки, а также не происходит значительного прироста в весе, однако мощность двигателя значительно возрастает.

Также следует отметить, что если сравнивать турбомотор с атмосферным аналогом, который имеет аналогичную мощность, агрегат с турбиной окажется более экономичным и экологичным по сравнению с безнаддувным вариантом.
Общий принцип работы турбокомпрессора состоит в том, что выхлопные газы, которые образуются во время работы двигателя, вращают турбинное колесо. За счет этого вращается и компрессорное колесо, которое нагнетает воздух во впуск.
В результате турбомотор становится мощнее атмосферных аналогов на 20-30% и более (что зависит от степени наддува). Турбированный двигатель способен обеспечить лучшие показатели крутящего момента, а также является более экологичным решением, так как топливо сгорает в цилиндрах более полноценно.

Еще стоит отметить, что тяга у такого двигателя ровная и доступна на низких оборотах. Другими словами, отсутствует необходимость сильно раскручивать мотор для интенсивного ускорения или быстрого старта с места.

Итак, в списке основных плюсов можно выделить:

Компактность и вес;
Сниженную токсичность;
Меньший расход горючего;
Высокий показатель крутящего момента;
Ровную «полку» момента в широком диапазоне оборотов;

Минусы турбированных двигателей на бензине

Прежде всего, установка турбонаддува предполагает более сложную конструкцию ДВС. Даже с учетом того, что сама турбина по размерам небольшая и является готовым решением в корпусе, в общей схеме обязательно присутствуют дополнительные элементы в виде интеркулера и ряда других устройств. Сам турбодвигатель также дороже в производстве, так как высокие нагрузки предполагают использование более прочных и жаростойких деталей.

Также не следует забывать о некоторых сложностях в эксплуатации данного типа ДВС. Отметим, что бензиновые двигатели с турбиной имеют более высокую склонность к появлению детонации. Это значит, что моторы весьма чувствительны к качеству топлива, особенно если принимать во внимание ситуацию на территории СНГ.
То же самое можно сказать и о моторном масле. Выбор масла для турбированного двигателя ограничивается небольшим списком, в который входят специальные масла. Более того, масло и фильтры нужно менять чаще (желательно каждые 5-6 тыс. км.). Дело в том, что масло из двигателя также смазывает турбину, которая, в свою очередь, сильно разогревается.

Не трудно догадаться, что при высоких температурах смазочный материал быстро теряет свои свойства. Также в обязательном порядке необходимо регулярно менять воздушный фильтр, так как его загрязнение сразу приводит к ощутимому снижению производительности турбокомпрессора и ДВС.

Еще в рамках практической повседневной эксплуатации турбодвигатели обычно расходуют больше бензина, так как водитель привыкает ездить более динамично с учетом возможностей такого мотора.

Главным же минусом можно считать срок службы самого турбокомпрессора, причем на бензиновых двигателях ресурс турбины заметно ниже, чем на дизелях. Причина — более высокие температуры отработавших газов. Стоимость качественной турбины составляет, в среднем, от 1000 у.е. и более.
Что касается ремонта, далеко не каждый сервис способен выполнить эту работу грамотно с предоставлением официальных гарантий, а также сама сумма квалифицированного ремонта турбин может доходить до 40-60% от ценника за новую деталь.

Еще следует отметить, что на многих двигателях с наддувом присутствует эффект так называемой турбоямы. Под турбоямой следует понимать характерный провал, когда машина сначала достаточно «вяло» реагирует на нажатие педали газа и не разгоняется, а потом появляется резкий подхват.

Наконец, ресурс самих двигателей с турбонаддувом зачастую небольшой и оставляет, в среднем, около 200-250 тыс. км. до капитального ремонта. При этом качественно отремонтировать турбомотор получается заметно дороже, чем простой рядный атмосферник.

Плюсы и минусы турбо двигателя

Большинство выпускаемых на сегодняшний день автомобилей оснащаются турбиной, которая способна повысить мощность двигателя не меньше чем на 10%, не приводя при этом к дополнительному расходу горючего. Безусловно, турбированные двигатели являются большим шагом вперед, так как позволяют достигать большей мощности, не увеличивая рабочий объем двигателя. Но, как и все остальные внедрения, турбированные двигатели имеют собственные плюсы и минусы. Их мы и рассмотрим в данной статье.

Положительные стороны турбированных двигателей

Самое главное и самое заметное весомое преимущество турбированного мотора — это его мощность. К примеру, двигатель, оснащенный турбиной, по динамике разгона оставляет далеко за собой обычные атмосферные двигатели. Кроме того, как уже упоминалось, турбированные моторы современных образцов имеют сравнительно небольшой объем. Например, двигатель с рабочим объемом в 1.8 литра вполне достаточен для уверенного и динамичного разгона седана представительского класса. Разумеется, это помогает более экономно расходовать топливо.

Наверняка автовладельцы, использующие старые иномарки, имеющие объем двигателя в 2800-3200 кубических сантиметров, могут лишь позавидовать, поскольку автомобиль, оснащенный турбированным двигателем и имеющий ту же мощность, но двукратно меньший объем, и топлива требует в несколько раз меньше. Например, если рассмотреть средний расход горючего у подержанного автомобиля, имеющего двигатель с объемом в 2.8 литра, получим значение около 14-15 литров на 100 км. Тогда как аналогичный турбированный автомобиль, имеющий объем 1.8 литра, покажет расход около 8 или 9 литров горючего на каждую сотню км. Очевидна экономия, без потери мощности. На фоне таких неоспоримых преимуществ, разберемся, какие же минусы у турбированных моторов.

Недостатки турбированных двигателей

Одним из первых и не особо значительным недостатком является то, что двигатель, оснащенный турбонаддувом, непосредственно перед началом движения некоторое время необходимо прогреть, даже при теплой погоде. Второй немаловажный недостаток, который ощутимо увеличивает расходы на их содержание, это высокая требовательность турбированных двигателей к моторному маслу. Иными словами, владельцу придется раскошеливаться на моторное масло высокого качества, которое далеко не дешево, и делать это будет необходимо как минимум раз в год. В заключение, еще один минус турбированных двигателей — это значительные недоработки самой турбины. Как правило, при работе она обычно сильно нагревается, автомобиль для оснащения требует более сложную систему охлаждения, что повышает риск поломки.

В любом случае, турбированные двигатели — это значительный шаг вперед в автомобилестроении. Неоспоримым фактом является то, что оснащенные турбонаддувом моторы имеют гораздо больше преимуществ, чем недостатков.

Какой двигатель экономичнее: с турбиной или без?

Инновационные технологии затрагивают разные сферы производства. Автомобильная промышленность в данном направлении не стала исключением. Владельцам транспортных средств предлагаются турбированные и атмосферные моторы. Каждый из вариантов обладает рядом преимуществ, недостатков. Поэтому перед покупкой автомобиля необходимо взвесить все технические аргументы агрегатов.

Особенности атмосферных двигателей

Принцип работы

Атмосферный мотор представляет собой ДВС, который имеет простое строение и отличается высокой надежностью в работе. Система запитки агрегата включает механизм инжекторного или карбюраторного типа. Формирование горючей смеси осуществляется в соотношении 1 к 14. Впрыск горючего в цилиндр осуществляется без сопротивления. Функционирование системы возможно, благодаря регулировке вала распределения открывающего впускной клапан.

В конце впрыска смесь сгорает. В результате образуются газы, приводящие в движение поршневую группу. Название «атмосферный двигатель» связано с тем, что давление в агрегате составляет ровно 1 Atm. Конструкция мотора не предусматривает размещение турбонагнетателей. Запас мощности имеется при любых оборотах работы. В результате водитель может резко ускориться на дороге.

Преимущества

В процессе длительной эксплуатации двигатели выходит из строя. Атмосферные ДВС здесь не исключение. Такое модели силовых агрегатов встречаются под капотом большого количества автомобилей. Секрет популярности технических устройств кроется в ряде преимуществ, а именно:

• высокий моторесурс. Силовые агрегаты типов рассчитаны на большой пробег (до 500 тыс. км);
• высокая надежность. Рабочие элементы ДВС неприхотливы к качеству масла, топлива;
• ремонтопригодность. Простая конструкция позволяет быстро произвести замену сломанного элемента;
• быстрый прогрев зимой. На процедуру уйдет не больше пяти минут;
• неприхотливость в обслуживании. Достаточно вовремя менять расходный материал.

В процессе работы атмосферный двигатель имеет меньший расход масла. Доливать смазочный материал придется реже, чем на турбированных моделях.

Недостатки

Наряду с рядом преимуществ, атмосферные двигатели имеют некоторые недостатки. Во-первых, это большая масса силовой установки. Во-вторых, меньший уровень динамики. Такая модель устройства не способна поддерживать высокую мощность в условиях гор, где имеется разряженный воздух.

К минусам «атмосферников» также следует отнести тяжелый вес и объемность. В результате это влияет на дополнительный расход топлива при езде. Водитель должен плавно нажимать на педаль газа и не нагружать силовой агрегат высокими оборотами.

Особенности турбированных моторов

Турбированный ДВС изобрели более века назад. Принцип его функционирования заключается в увеличенной подаче воздушной массы непосредственно в цилиндры. Для максимизации данного эффекта используется турбокомпрессор. В результате лучше сгорает топливо, увеличивается мощность двигателя. Такая система увеличивает КПД агрегата и общую динамику транспортного средства.

Функционирование турбокомпрессора привязано с выхлопным газам.. Продукты окисления и неполного сгорания поступают на турбинные лопасти турбины. В результате крыльчатка приводится в действие. Охлаждение лопаточной машины выполняется при помощи интеркуллера. В специальном радиаторе циркулирует не жидкость, а воздух.

Классификация надувов

Современному потребителю доступен широкий выбор турбокомпрессоров, которые можно разделить по ряду критериев. По назначению, различают следующие модели:

• одноступенчатые — одно устройство на ДВС;
• последовательные/параллельные — два агрегата взаимосвязаны с группой цилиндров;
• двухступенчатые — разные по техническим характеристикам компрессоры функционируют в паре.

Производители выпускают турбокомпрессоры для разных силовых агрегатов. Поток отработавших газов может подаваться в радиальном или осевом направлениях.

Плюсы и минусы

Как правило, турбонаддув используется для увеличения мощности двигателя бензинового, дизельного типов. На практике более 90% современных дизелей на легковых и 75% грузовых агрегатов оснащены дополнительным устройством. К числу основных преимуществ турбированных двигателей следует отнести:

• Повышенная мощность.
• Низкий уровень токсических веществ за счет сгорания топлива.
• Обеспечение лучшего крутящего момента.
• Ровная тяга двигателя, которая доступна на низких оборотах.
• Компактность и небольшой вес.
• Небольшой расход горючего.

Среди минусов ДВС с турбонаддувом следует выделить сложную конструкцию. Производство такого агрегата обойдется дороже, чем атмосферного. Эксперты отмечают, что бензиновые моторы имеют высокую склонность к появлению детонации. Поэтому за качеством используемого топлива необходимо следить. Замена масла и фильтра должна производиться каждые 5-6 тыс. км.

Существенным минусом турбины является ее срок службы. При ее замене на качественный вариант придется выложить приличную сумму (800 долларов + 40% за квалифицированную работу на официальном сервисе). При этом общий ресурс двигателей с нагнетателем оставляет желать лучшего. В среднем показатель составляет 220-240 тыс. км. Далее потребуется его капитальный ремонт.

Заключение

При выборе автомобиля важно обращать внимание на тип двигателя, его мощность и прочие технические характеристики. Особенно это касается системы подачи воздуха в цилиндры.

• Наличие турбины свидетельствует о повышенной динамике транспортного средства, максимальном использовании энергии топлива при сжигании. Как результат — можно сказать, что при каждодневной езде турбодвигатель экономичнее в плане расхода топлива. При этом, лучше покупать высококачественное масло и горючее, чтобы избежать скорого ремонта турбины.
• Атмосферные силовые агрегаты надежны и просты в работе. Их ремонт обходится дешевле. Если Вам не важна динамическая езда с рывками, данный вариант подойдет лучше. Для заправки автомобиля достаточно придерживаться марки топлива. Премиум горючее, которое стоит намного дороже, не потребуется.

Турбодвигатели: чего все боятся и как избежать проблем

Автопроизводители в последние годы все активнее переходят на турбированные двигатели: с одной стороны давят экологи, которые постоянно ужесточают нормы по выбросам, а с другой — конкуренты. Современный автомобиль должен быть не только мощным и быстрым, но еще и экономичным, чего атмосферные двигатели предложить уже не в состоянии.

В России переход на турбированные моторы многими автомобилистами воспринимается болезненно: такие двигатели более требовательны к качеству топлива, их нужно чаще обслуживать и, в конце концов, они сложнее и дороже в ремонте. Особенно это касается малообъемных двигателей с высоким КПД — современные технологии позволяют снять с мотора объемом 1,4-1,5 л до 200 лошадиных сил. У наддувного агрегата, безусловно, есть масса преимуществ, но важно помнить о нюансах его эксплуатации, чтобы избежать проблем.

Турбина под капотом уже давно не повод автоматически считать малообъемный мотор ненадежным. Часто наддувные двигатели выхаживают без серьезного ремонта такой же ресурс, что и атмосферники. Проблема — в феномене Low Speed Pre Ignition (LSPI), то есть преждевременном воспламенении смеси в цилиндре. Эффект изучают на разных уровнях более 15 лет — по сути это главный «ограничитель» удельной мощности современных моторов с турбиной.

Чаще всего проблема касается двигателей с непосредственным впрыском топлива, причем она может возникать не только на высоких оборотах, когда мотор фактически работает на пределе, но и в обычных условиях эксплуатации. Инженеры определили три этапа LSPI: предварительное зажигание в цилиндре, последующее распространение пламени и индуцированный суперстук в несгоревшей топливно-воздушной смеси. Все это приводит к повышенным нагрузкам на блок цилиндров и, как следствие, ведет к преждевременному выходу из строя. Чаще всего ломаются поршни — а это долгий и дорогостоящий ремонт.

Советы вроде «не крутите мотор до отсечки» и «переключайтесь на низких оборотах» явно не панацея от LSPI. Эта проблема может возникнуть даже у самых аккуратных и неторопливых автомобилистов: не редки случаи, когда поршни ломались даже на трассе при движении с равномерной скоростью. Над решением феномена преждевременного воспламенения смеси в цилиндре работают инженеры ведущих автопроизводителей по всему миру. Преуспел в этом направлении и концерн General Motors, специалисты которого пришли к выводу, что необходимо экспериментировать в том числе с моторным маслом: именно правильно подобранное масло сможет снизить вероятность возникновения LSPI. В результате после многочисленных тестов GM начал использовать в своих моторах новый стандарт масла Dexos1 — GEN2.

Сразу после разработки новой спецификации специалисты компании Motul изменили формулу моторного масла из флагманской линейки продуктов 8100 ECO-lite 5W30 в соответствии с новыми требованиями. Кроме того что масло Motul помогает снизить риск возникновения LSPI, оно еще уменьшает расход топлива и снижает уровень токсичности отработанных газов, что тоже очень важно. Моторное масло Motul ECO-lite 5W30 подходит для всех турбированных бензиновых двигателей.