Турбонаддув двигателя – устройство и принцип действия

В автомобилестроении применяют различные методы для повышения мощности силовых агрегатов. Одна из технологий основана на принудительной подаче воздуха в камеры сгорания, что увеличивает тягу, без внесения дополнительных конструктивных изменений, кроме установки турбины. В предлагаемой статье объясняются основные принципы турбонаддува – что это такое в автомобиле, с учетом конструктивных особенностей, состава оборудования, преимуществ и недостатков применения.

Объяснение понятия

Первым делом важно понять, что такое турбонаддув. Этим термином называют способ принудительного нагнетания воздуха в рабочие камеры мотора, чтобы увеличить выброс энергии при исходном совокупном объеме цилиндров. Основу узла, обеспечивающего турбирование, составляет турбокомпрессор, который еще называют турбиной.

Оценивая, что такое двигатель с турбонаддувом, важно понимать, что, в отличие от атмосферника, этот ДВС снабжен дополнительным устройством, подающим воздух под давлением. В атмосферном моторе это достигается за счет всасывания поршня.

При использовании турбирования, можно ускорить сгорание топлива, для подачи большего объема горючего, увеличения мощности силового агрегата.

В современном автомобилестроении этот метод применяют для разных моделей ДВС, включая бензиновые и дизельные моторы на легковых машинах, грузовиках, коммерческом и специализированном транспорте, спортивной технике с форсированными движками.

Наглядно увидеть, что такое турбонаддув в машине, можно по внешнему виду турбокомпрессора, представляющего собой объемный корпус, напоминающий сдвоенную улитку. Этот модуль разделен на холодную и горячую части, с прохождением через узел общего вала с турбинным колесом, лопатки которого нагнетают воздух.

Важно дифференцировать турбирование, работающее от энергии отработанных газов, и механические компрессоры для сжатия и подачи воздуха в рабочие камеры. Во втором случае устройство приводится в действие от коленчатого вала, функционирует автономно от выхлопной системы.

Как реализовано турбирование?

Турбонаддув двигателя состоит из таких стандартных компонентов:

• Турбины, лопасти которой вращают отработанные газы.
• Интеркулера (промежуточного охладителя) – снижает температуру сжатого воздуха, подаваемого в рабочие камеры.
• Вестгейта (перепускного клапана) – для регулирования давления, со сбросом в излишнего газового потока непосредственно в выхлопную магистраль.
• Сбросного клапана, предупреждающего разрушение устройства от ударных нагрузок в случае резкого закрытия дроссельной заслонки. Именно этому узлу спортивные форсированные двигателя обязаны характерным «пшикающим» звуком в процессе переключения скоростей.

Схемой турбонаддува управляет электроника, регулирующая работу клапанов, других элементов системы, в зависимости от условий движения автомобиля.

Принцип действия

Подробнее о том, как работает турбонаддув. Оборудование для турбирования функционирует за счет энергии, высвобождаемой выхлопными газами. Принцип работы турбонаддува состоит в следующем:

• При сгорании горючего в цилиндрах мотора, отработанные газы поступают в улитку турбины, перед выходом в выхлопную магистраль.
• Газовый поток вращает лопатки турбинного колеса. На этом этапе задействована горячая часть турбокомпрессора.
• Поскольку через холодный узел турбины проходит общий вал с горячей частью, лопасти всасывают воздух из окружающей среды, с одновременным сжатием и разогревом воздушного потока.
• Интеркулер охлаждает сжатый воздух, что вызывает увеличение плотности.
• Далее воздушный поток подается в камеры сгорания цилиндров.

Описанное устройство турбонаддува обеспечивает интенсивное поступление кислорода в мотор, чего невозможно добиться естественным способом при всасывании поршнем, как у атмосферников. Соответственно возрастает мощность силового агрегата. Датчик давления турбонаддува передает информацию о работе агрегата на электронный блок, регулирующий функционирование механизма.

Невозможно обеспечить сопоставимый эффект, увеличив количество впрыскиваемого топлива. Для сгорания смеси важно поддерживать оптимальное соотношение, чтобы состав успел сгорать в результате взаимодействия с кислородом. Нормальная пропорция воздухотопливной смеси должна составлять 14,7 к одному. Фактически эти характеристики отклоняются в большую или меньшую сторону, с чрезмерным или недостаточным обогащением, но в любой ситуации отклонение не превышает определенных пределов.

Разновидности турбинных систем

Предусмотрено применение следующих видов систем турбонаддува двигателя:

• Классических, когда задействована единственная механическая турбина, без использования электронного регулирования – конструктивно простой, надежный, но устаревший механизм.
• Сдвоенных – с двумя турбинными узлами. Такой подход повышает мощность агрегата, но это также несколько устаревшая технология.
• Корпуса с изменяемой геометрией – предполагает регулирование объема воздушного потока, захватываемого лопатками, чтобы сделать работу мотора эффективнее, в зависимости от включенного режима.
• Би-схемы – еще одна разновидность двойного турбонаддува, но с последовательным срабатыванием. Один узел работает при небольшой нагрузке, второй подхватывает при повышении интенсивности функционирования, чтобы исключить провалы в работе.
• Твин-скроллов – двухканальных устройств, когда газовые потоки разделены, чтобы интенсивнее раскручивать вал.
• Электрического – конструкция турбокомпрессора включает электродвигатель, приводящий в действие дополнительную маленькую турбину, повышающей эффективность главной газовой.

Оценивая, какой турбонаддув лучше, сложно сделать однозначный вывод, поскольку это зависит от конструктивных условий конкретного двигателя. Эффективность повышают применением комбинированных исполнений, сочетающих одновременно несколько типов турбирующих механизмов.

Преимущества и недостатки турбирования

Рассматривая, зачем нужен турбонаддув, важно понимать, что применение этого оборудования, как и других устройств, сопряжено с определенными плюсами и минусами. Эти условия нужно представлять, принимая решение при выборе автомобиля.

Чтобы понять, какие преимущества дает автомобилю турбонаддув, важно учитывать наличие следующих положительных особенностей внедрения этого оборудования:

• Возрастания мощности силового агрегата в удельном выражении (по отношению к объему цилиндров).
• Обеспечения экологической безопасности.
• Сокращения расхода топлива.
• Снижения веса мотора, уменьшения размеров, если сравнивать с атмосферником сопоставимых параметров.

Недостатки машин с турбонаддувом обусловлены следующими негативными условиями:

• Конструктивной сложностью оборудования, что делает обслуживание более трудоемким, увеличивает расходы на ТО для автовладельца.
• Чувствительностью к качеству расходников (смазки и пр.) по сравнению с атмосферными моделями ДВС. Технические жидкости приходится менять чаще.
• Необходимостью заливки топлива удовлетворительного качества – это условие также критичнее, чем для атмосферников.

Несмотря на перечисленные минусы, турбонаддув моторов довольно популярен. Сложность конструкции не останавливает покупателей при выборе автомобилей. При этом владельцу не всегда нужно знать, где находится датчик турбонаддува или другие элементы механизма, учитывая высокую надежность современных систем.

Уверения опытных пользователей о проблемах с турбированными ДВС вызваны необоснованностью мнения о частых отказах оборудования. Сложности при эксплуатации машин с турбонаддувом обычно вызваны прозаическими причинами:

• Покупкой техники в неудовлетворительном техническом состоянии на вторичном рынке, с изношенным турбокомпрессором вследствие значительного пробега.
• Применением некондиционных расходников, что ускоряет износ оборудования.
• Нарушением регламентированной периодичности технического обслуживания, с повышением рисков выхода турбокомпрессора из строя.

Анализ статистики показывает, что вероятность проблем с турбонаддувом воздуха не выше, чем возникновение сложностей с другими узлами и агрегатами. При тщательной проверке можно минимизировать риски, обеспечив продолжительную эксплуатацию автомобиля.

Ответы на популярные вопросы по теме

Дополнительную информацию об особенностях эксплуатации автомобилей с турбированными двигателями можно получить по итогам изучения ответов на популярные вопросы по этой теме.

Как турбирование сказывается на экономичности ДВС?

Применение турбины делает работу двигателя экономичнее, если сравнивать с показателями агрегата сопоставимой мощности.

Нуждается ли турбина в прогреве либо охлаждении?

Система турбонаддува ДВС не требует дополнительного прогрева. Но при значительных нагрузках стоит около получаса или на более длительный промежуток времени выдержать мотор на холостых оборотах для снижения температуры турбокомпрессора. Охлаждение достигается циркуляцией масла или охлаждающей жидкости. В современных автомобилях предусмотрен автономный насос для отвода излишков тепла от турбины. Но стоит исключить риски, снизив нагрузку на оборудование после интенсивного промежутка пути.

Заключение

Турбонаддув ДВС – технологичный комплекс оборудования, принудительно нагнетающий воздух в рабочие камеры. За счет дополнительного поступления кислорода, существенно возрастает удельная мощность мотора, который работает экономичнее, без ущерба для надежности. Срок службы этого устройства можно увеличить использованием кондиционных расходных материалов, регулярным техническим обслуживанием.