Особенности эксплуатации турбированных бензиновых двигателей. Что такое турбированный двигатель и чем он отличается от атмосферного

Содержание

Как устроена турбина?

Точное название этого устройства – турбокомпрессор. В его состав входят 3 основные части, а именно – корпуса:

Есть ли в Вашем авто турбина?

ДаНет

турбины – горячая часть;
компрессора – холодная часть;
подшипника, или картридж.

В картридже – ротор с крыльчатками турбины и компрессора на его концах. В среднем на крыльчатке от девяти до двенадцати лопастей. Для крепления вала используются опорные и упорные подшипники (втулки). Но сейчас выпускается все больше турбин, в которых используются шариковые подшипники.

Подшипникам необходимо масло: на образовавшемся масляном клине происходит вращение ротора турбины, который скользит по маслу при вращении. Масло постоянно поступает в картридж и сливается. Масло не поступает в корпуса турбины и компрессора благодаря хитрой конструкции – уплотнительным кольцам из стали.

Турбина с изменяемой геометрией

Работа турбонаддува может сопровождаться некоторыми сложностями: происходит задержка усиления мощности («турбояма») в момент резкого давления на газ; выход из такого состояния меняется резким повышением воздействия наддува («турбоподхват»). Возникновение первого явления возможно из-за инерционности системы. Чтобы решить такую проблему, применяют:

турбинное устройство с изменяемой геометрией;
используют пару параллельных либо последовательных компрессорных устройств;
наддув комбинированного вида.

Турбина с изменяемой геометрией: 1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Что значит турбированный двигатель

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

Принцип работы турбированного двигателя.

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

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

Плюсы и минусы турбированного двигателя

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

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

Допустимые нормы выбросов для бензиновых и дизельных двигателей по Евро-6, г/км


Наименование выброса	Бензиновый	Дизельный
Оксид углерода (CO)	1,0	0,5
Углеводород (СН)	0,1	0,6
Оксид азота (NOx)	0,06	0,08

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

Принцип работы турбокомпрессора и турбины.

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

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

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

Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор (турбина) — механизм, применяемый в автомобилях для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. При этом привод турбины осуществляется исключительно за счет действия отработавших газов (выхлопа). Применение турбокомпрессора позволяет существенно увеличить мощность двигателя (примерно на 40%), сохраняя компактными его габаритные размеры и низкий уровень расхода топлива.

Конструкция и принцип работы турбины

Устройство турбокомпрессора

Классический турбокомпрессор состоит из следующих элементов:

Корпус. Выполняется из жаропрочных материалов (стали). Он имеет форму улитки с двумя разнонаправленными патрубками, оснащенными фланцами для крепления в системе турбонаддува.
Турбинное колесо. Преобразует энергию отработавших газов во вращение вала, на котором оно жестко зафиксировано. Изготавливается из жаропрочных материалов (железо-никелевый сплав).
Компрессорное колесо. Воспринимает вращение от турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Колесо компрессора зачастую изготавливают из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим на этом участке близок к нормальным условиям, и применение жаропрочных материалов не требуется.
Вал турбины (ось) — соединяет турбинное и компрессорное колеса.
Подшипники скольжения, или шарикоподшипники. Необходимы для крепления вала в корпусе. В конструкции может быть предусмотрен один или два подшипника. Смазка последних осуществляется общей системой смазки двигателя.
Перепускной клапан — предназначен для управления потоком отработавших газов, воздействующим на колесо турбины. Это позволяет управлять мощностью наддува. Клапан оснащен пневматическим приводом. Его положение регулируется ЭБУ двигателя, получающим соответствующий сигнал от датчика скорости.

Основной принцип работы турбины на бензиновом и дизельном двигателях заключается в следующем:

Отработавшие газы направляются в корпус турбокомпрессора, где воздействуют на лопатки турбинного колеса.
Колесо турбины начинает вращаться и разгоняться. Скорость вращения турбины при высоких оборотах может достигать до 250 000 оборотов в минуту.
Пройдя через колесо турбины, отработавшие газы отводятся в систему выпуска.
Компрессорное колесо синхронно вращается (поскольку находится на одном валу с турбинным) и направляет поток сжатого воздуха в интеркулер и далее во впускной коллектор двигателя.

Особенности эксплуатации турбин

В сравнении с механическим нагнетателем, работающим от привода коленчатого вала, достоинствами турбины является то, что она не отнимает мощность у двигателя, а использует энергию побочных продуктов его работы. Она дешевле в изготовлении и экономичнее в эксплуатации.

Хотя технически устройство турбины дизельного двигателя практически не отличается от систем для бензиновых моторов, на дизеле она встречается чаще. Основная особенность заключается в режимах работы. Так для дизеля могут применяться менее жаропрочные материалы, поскольку температура отработавших газов в среднем составляет от 700 °С в дизельных двигателях и от 1000°С в бензиновых моторах. Это значит, что устанавливать дизельную турбину на бензиновый двигатель нельзя.

С другой стороны, для этих систем характерны и разные уровни давления наддува. При этом стоит учитывать, что производительность турбины зависит от ее геометрических размеров. Давление нагнетаемого в цилиндры воздуха складывается из двух частей: 1 атмосфера давления окружающей среды плюс избыточное, создаваемое турбокомпрессором. Оно может варьироваться от 0,4 до 2,2 и более атмосфер. Если учесть, что принцип работы турбины на дизельном двигателе предусматривает поступление большего объема выхлопных газов, конструкция для бензинового мотора также не может устанавливаться на дизелях.

Разновидности турбин

Турбокомпрессоры бывают:

одиночными;
парными (выпускаются двойные, тройные, четверные модели).

Выпускаются в том числе и «твинскрольные турбины», которые устанавливаются в легковых бензиновых силовых агрегатах и дизельных грузовых. В таких турбинах потоки выхлопных газов попадают в 2 раздельных канала, что исключает взаимное противодавление. Как результат – уменьшается расход топлива.

В последние годы получили распространение компрессоры с электроприводом, в которых не используется работа выхлопных газов. Главное отличие в том, что в устройстве установлен мощный электромотор, который заменяет крыльчатки турбины. Отличий в компрессорной части практически нет.

Чем отличается турбированный двигатель от атмосферного и что лучше

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

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

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

Как я могу определить отказ турбины?

Ниже приведем подробную табличку наиболее распространенных отказов турбин.

Признаки неисправностей турбокомпрессора

Симптом:	Проявления:	Что необходимо сделать:
Свист турбонагнетателя	При увеличении скорости слышен свист турбины. Возможно, поврежден вал турбины. Свист вызван из-за металлического трения.	Замена турбокомпрессора / Ремонт
Синий дым	Утечка масла в турбокомпрессоре. Возможно на валу есть сколы (износ). Масло попадает в выхлопную систему.	Замена турбокомпрессора / Ремонт
Увеличился расход топлива	Повреждение подшипников турбокомпрессора. Линия подачи масла в турбину неисправна или забита.	Проверьте маслопроводы турбокомпрессора и при необходимости замените их
Черный дым	Возможно, турбине не хватает воздуха для подачи в двигатель. В результате в камере сгорания неправильная смесь топлива и кислорода. В итоге в процессе сгорания топлива образовывается черный дым. Скорее всего, в автомобиле есть утечка, поступаемого в двигатель, воздуха.	Проверьте шланги и соединение системы всасывания воздуха. Также проверьте линию подачи сжатого воздуха на герметичность и при необходимости замените поврежденный компонент.
Потеря мощности I	Недостаток постоянной мощности. Компрессор может быть поврежден. Например, из-за сломанных лопастей колес, турбина больше не может подавать достаточное количество воздуха в цилиндры.	Необходимы новые колеса компрессора колеса. Также необходимо защитить систему подачи воздуха в турбину от попадания инородных вещей.
Потери мощности II	Блок VTG загрязнен. В итоге работа лопаток турбины с изменяемой геометрией не эффективна. Например, из-за загрязнения лопаток может не хватать давления выхлопных газов.	Разобрать турбину и очистить лопатки, от образования сажи.
Чрезмерное давление наддува	Неисправен клапан регулирования давления наддува. Неисправность вакуумного блока регулировки работы клапана.	Замена вакуумного блока, очистка или замена клапана выхлопных газов
Шум от турбокомпрессора	Обратное давление в выхлопной системе слишком высокое. Повреждение колеса компрессора или колеса турбины. Утечка выхлопных газов.	Проверьте выхлопную систему на наличие повреждений. Проверьте компрессор турбины на повреждения. Устраните неисправность с помощью ремонта турбокомпрессора.

Что такое наддув?

Турбонагнетатель и нагнетатель предназначены для достижения одной и той же цели: увеличить мощность двигателя, нагнетая воздух в двигатель вашего автомобиля.

Турбокомпрессор использует отработанные выхлопные газы для вращения колеса компрессора и подачи сжатого воздуха в двигатель. Нагнетатель, однако, прикреплен к коленчатому валу вашего двигателя ремнем. Ремень вращает два «винтовых ротора» внутри нагнетателя, которые сжимают воздух и подают его в двигатель. Воздух подается в цилиндры через отверстие внизу короба нагнетателя.

Автомобиль с каким двигателем лучше выбрать

Споры между автолюбителями и экспертами из разряда: «что лучше — турбированный или атмосферный мотор» не утихают и по нынешнее время. Движки, оснащенные турбогенераторами, выпускаются большим количеством автопроизводителей. Это связано со всевозрастающим спросом на машины с высокими динамическими, тяговыми и мощностными качествами.

Проще говоря, многие мечтают иметь в своем гараже упрощенную версию спорткара, на которую был бы установлен надежный и очень мощный силовой агрегат. Однако не во всех случаях его преимущества приведут к однозначному выигрышу с точки зрения всех критериев.

Однозначный ответ на вопрос, какой же двигатель лучше из описанных 2-х вариантов, дать сложно. Если речь идет о том, чтобы ежедневно выжимать из своего авто максимум мощности и чувствовать спортивную динамику, тогда выбор должен быть только в пользу турбо версии. Ведь с каждого литра рабочего объема силового агрегата удается извлечь в 2-2,5 раза больше мощности, традиционно измеряемой лошадиными силами.

В то же самое время, ресурс у таких движков гораздо меньше — это обусловлено особенностями их конструкции и условиями эксплуатации. Турбомотор гораздо чаще может потребовать ремонта, к тому же, атмосферник более экономичный по потреблению горючего. Также стоит иметь в виду, что из-за его конструктивной простоты он потребует меньше затрат в случае поломки и необходимости ремонта, то есть, он однозначно надежнее по отношению к аналогу с турбиной.

Делаем следующий вывод: хотя турбина дает больше мощности, она потребует большей заботы и регулярного обслуживания, а, возможно, более дорогостоящего ремонта. Прежде всего, это контроль качества заливаемого в бак горючего, применение специальных масел, а также меньший эксплуатационный ресурс компрессора. Атмосферник проигрывает по показателю мощности и динамики, зато является более безотказным. Также он однозначно экономичнее, то есть содержание такое машины обойдется дешевле ее обладателю.

Главные конструктивные особенности турбомотора

Турбина чаще всего имеет форму «улитки», размещается во фронтальной части агрегата. Если вы не знаете, как отличить турбированный двигатель от атмосферного, здесь все просто: ищите «улитку» под капотом. Обычно не заметить ее сложно, так как она выбивается из монолитных очертаний самого агрегата.

Схема работы турбокомпрессора

Стандартная конструкция подразумевает подключение компрессора к системе выхлопа. Выхлопные газы раскручивают крыльчатку устройства, что позволяет компрессору нагнетать более высокое давление воздуха в системе. Это изменяет характеристики топливной смеси и влияет на работу ЭБУ. Так мотор прямо во время поездки меняет свои характеристики.

Проблема заключается в том, что турбокомпрессор – очень нежная деталь. Поэтому при любой аварии она ломается. Также после 100-150 тысяч км эксплуатации часто требуется замена турбины. Еще одна неприятность – использование некачественных масел в двигателе. В этом случае турбина плохо смазывается и очень быстро выходит из строя.

Как работает турбина

Турбина состоит из двух частей:

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

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

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

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

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

Сильные и слабые стороны атмосферных ДВС

Атмосферный двигатель существует уже давно, а вот его турбированный конкурент появился относительно недавно. Во многом из-за этого автолюбители даже не пытаются искать разницу и какое-то ключевое различие, а попросту выбирают то, чему доверяют. Никто не спорит, что атмосферники действительно имеют целый ряд преимуществ. Главными из них являются:

продолжительный срок эксплуатации;
упрощённая конструкция и несложное устройство;
доступный ремонт;
возможность обслуживания собственными руками;
адекватный расход масла;
отсутствие глобальных проблем в период эксплуатации.

Такие моторы способны преодолевать огромное количество километров. Их пробег при адекватном уходе и эксплуатации переваливает за 1 миллион. Нужно только вовремя менять масла, осуществлять правильный уход и своевременно снимать старые фильтры. При таком отношении даже через 500 – 600 тысяч километров пробега ни о каком капитальном ремонте думать не придётся. Детали и узлы двигателя атмосферного типа очень устойчивы к износу, они долгое время сохраняют свою работоспособность. Наиболее надёжные атмосферники способны пережить не один кузов. То есть бывали случаи, когда двигатель снимали с одной машины и ставили на другую, поскольку сам кузов уже выработал свой ресурс, а ДВС нет.

Безотказность и простота эксплуатации являются основными козырями атмосферных двигателей. Они не требуют максимально качественного топлива или уникальных высококачественных смазочных материалов. Даже если при эксплуатации машины на плохом топливе что-то выходит из строя, вернуть атмосферник к жизни не составит большого труда. Более серьёзные требования предъявляются в отношении грамотного выбора и использования моторного масла. Обычно его меняют через 15 – 20 тысяч километров пробега. Для атмосферников оптимальным решением считается качественная синтетика и полусинтетика, соответствующая требованиям автопроизводителя.

Интересен и тот факт, что в атмосферных ДВС вполне допускается применение минеральных масел при отсутствии синтетического или полусинтетического аналога. С двигателями, на которых стоит турбокомпрессор, такой номер не пройдёт. Минералку в них заливать категорически нельзя. За счёт упрощённой конструкции множество автовладельцев самостоятельно занимаются профилактическими и ремонтными работами у себя в гараже. А если пришлось обратиться в автосервис, будьте уверены, что услуги СТО при работе с атмосферным мотором окажутся намного дешевле, чем с турбомотором при аналогичных неисправностях. Но не стоит думать, что атмосферные двигатели настолько идеальные, и никаких недостатков у них нет. Если сравнивать с турбированными силовыми агрегатами, то проявляются следующие слабые стороны:

достаточно внушительный вес всей конструкции;
более низкие параметры мощности;
меньший крутящий момент;
отсутствие возможности работы под большой нагрузкой;
проблемы с эксплуатацией в условиях большой высоты (там разряжённый воздух, из-за чего кислород плохо проникает в цилиндры);
на малых оборотах не всегда происходит эффективное всасывание, потому двигатель ведёт себя нестабильно.

Мировое автопроизводство знает множество примеров того, как компании создают высокомощные двигатели без использования турбокомпрессора. Турбина не всегда является обязательным элементом для создания действительно производительного двигателя.

Советы по уходу и эксплуатации турбированного двигателя

В обслуживании двигателей с турбонаддувом много нюансов, которые необходимо учитывать в процессе эксплуатации, если есть желание продлить ресурс мотора и турбины:

Двигатель, который постоянно работает на пределе своих возможностей, быстро изнашивается, поэтому не стоит постоянно топить педаль газа, если вы не являетесь участником автогонок. К тому же агрессивная езда увеличивает расход топлива. Чтобы продлить срок службы мотора, управлять авто с турбонаддувом следует в умеренном режиме.
Важно соблюдать периодичность замены масла в двигателе и ни в коем случае не допускать масляного голодания. Интервалы могут быть значительно сокращены ввиду сложных условий эксплуатации. При замене масла нужно менять также фильтры.
В случае с турбонаддувом экономия на смазочных материалах неуместна, потому как может привести впоследствии к более значительным растратам на ремонт. Необходимо использовать масла, рекомендуемые производителем агрегата, не применяя аналоги и не смешивая различные сорта.
Нужно использовать также высококачественное горючее, поскольку низкосортное содержит различные примеси и засоряет топливную систему, сокращая ресурс.
Во время эксплуатации в морозы рекомендуется предварительно дать поработать агрегату на холостых оборотах, чтобы обеспечить циркуляцию смазки. В особенности не следует пренебрегать этим правилом в случае с дизелем.
При запуске двигателя не стоит долго удерживать педаль газа, поскольку это вынудит турбину работать на холостых оборотах, что снижает её ресурс. Это обусловлено тем, что в агрегатах с наддувом высокое давление обеспечивается уже на низких оборотах.
Нельзя резко глушить дизель и бензиновый двигатель с наддувом. Движок нужно некоторое время (достаточно даже пары минут) подержать на холостом ходу, это обеспечит равномерное снижение температуры, поскольку на высоких оборотах она поднимается до максимума. Резкое выключение провоцирует перепад температур, что влечёт за собой сильный износ турбины, почему и нельзя сразу глушить турбированный двигатель. Некоторые модели по этой причине имеют турботаймер, контролирующий процесс, он глушит двигатель через время после выключения зажигания.

Разобравшись, как правильно эксплуатировать автомобиль с мотором, снабжённым турбиной, и ухаживать за ним, необходимо также привыкнуть к особенностям управления, тогда сложностей в обслуживании не будет, а риски поломки сведутся к минимуму. Правильный уход и соблюдение правил эксплуатации позволят значительно продлить жизнь сердцу автомобиля.

[spoiler title=»Источники»]

https://drajver.ru/vidy-i-marki/ustrojstvo-turbiny-benzinovogo-dvigatelya.html
https://AvtoNov.com/%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C/
https://1gai.ru/baza-znaniy/521409-chto-takoe-turbodvigateli-i-nadezhny-li-oni-post-dlya-novichkov.html
https://VmyatynNet.ru/na-zametku/turbomotor.html
https://TrueScooters.ru/motor-avto/turbirovannye-mashiny.html

[/spoiler]