В современном автомобилестроении применяют различные типы силовых агрегатов. При работе мотора для сгорания топлива требуется поступление воздуха. При выборе соответствующего автомобиля, важно понимать, чем отличается атмосферный двигатель от турбированного двигателя.
В предлагаемой статье рассматриваются особенности конструкции автомобильной двигательной установки с турбонаддувом, чтобы оценить целесообразность использования и преимущества этих исполнений, основные конструктивные отличия от традиционных моделей.
Что такое мотор с турбонаддувом
Турбированный двигатель – это силовой агрегат, комплектация которого дополнительно включает турбокомпрессор. Турбину располагают в выпускном тракте машины. Это устройство создает повышенное давление, вытягивающее отработанные газы и принудительно всасывающее воздух в рабочие камеры.
В результате топливная смесь сгорает быстрее, увеличивается выброс энергии при сопоставимом расходе горючего, аналогичных размерах блоков цилиндров и других условиях.
Как устроен турбокомпрессор
Турбокомпрессор состоит из холодной и горячей конструктивных частей. Корпус этого устройства по форме напоминает панцирь улитки. Это сделано для эффективного перенаправления газовых потоков.
Между половинами улиток расположен вал с закрепленным на нем турбинным колесом с одной стороны, а с другой – компрессорным. В корпусе выполнены каналы для циркуляции смазки, охлаждающей устройство и смазывающей подвижные элементы.
Состав материалов зависит от условий, в которых эксплуатируются соответствующие части компрессора. Горячую улитку изготавливают чугунной. В состав чугуна дополнительно вносят никель. Турбинное колесо выполнено из легированного стального сплава. Это обеспечивает долговечность при воздействии температуры до 1 000 градусов.
Улитка холодного воздухозаборника контактирует с воздухом окружающей среды. Эту часть корпуса и крыльчатку делают из алюминиевого сплава.
Дополнительно в конструкции турбокомпрессора предусмотрен клапан для регулирования воздушного потока. Работой этого элемента управляет актуатор.
Чтобы снизить нагрузки на турбину при резком сбросе газа, применяют предохранительный клапан, сбрасывающий давление в критических ситуациях. Это устройство перепускает газовый поток через байпас в область всаса перед воздушным фильтром.
В некоторых моделях используют редукционный клапан, сбрасывающий избыточное давление в атмосферу.
Особенности применения для бензиновых моторов
В бензиновом турбированном двигателе применение турбины служит достижению таких целей:
- Сокращения размеров и веса агрегата, чтобы сделать блок цилиндров менее массивным и громоздким.
- Увеличения мощности, для улучшения динамики разгона машины.
Турбонаддув усиливает тягу без дополнительного расширения объема камер цилиндров за счет принудительного нагнетания воздуха при обратном ходе поршней. При большем количестве воздуха возрастает интенсивность сгорания топлива, что положительно сказывается на мощности.
Еще один плюс такого решения – снижение расхода горючего, для обеспечения экологической безопасности при использовании силового агрегата внутреннего сгорания.
Принцип действия прост: отработанные газы вращают турбинное колесо, создающее дополнительное давление в рабочих камерах. В результате тяга может увеличиться до 30 процентов, возрастет вращающий момент коленчатого вала, с одновременным сокращением ущерба для окружающей среды.
Условия эксплуатации турбокомпрессора в моторе, работающем на бензине, в повышенной температуре выхлопа, воздействующего на турбину. Отработанные газы разогреваются до тысячи градусов, что требует применения термостойких сплавов, обеспечивающих долговечность при работе. Это существенно увеличивает себестоимость производства, что отражается на цене готовой техники.
Ввиду дорогого выпуска, турбированные двигатели на бензине используют для престижных моделей машин с высокой ценой.
Следует учитывать, что такие силовые агрегаты требовательны к качеству горючего. Применение некондиционного топлива увеличивает опасность детонации. Это требование относится и к моторному маслу. Необходимо пользоваться смазочными продуктами особых марок, устойчивыми к повышенным температурам.
Ресурс турбокомпрессора в турбированном двигателе на бензине меньше, по сравнению с дизелем. А цена новой турбины превышает тысячу долларов. Ремонтировать компрессор достаточно сложно, за выполнение этой задачи возьмется не каждый сервисный центр, при отсутствии гарантии на долговечность в работе.
Стоимость ремонтных работ обычно составляет около 60 процентов цены нового узла.
Также важно учитывать характерные минусы турбированных двигателей на бензине – риск турбоямы (провала мощности) в момент первого нажатия на акселератор. Это вызвано недостаточным давлением отработанных газов на выхлопе при пониженных оборотах коленвала. Если оценивать долговечность этих моторов, то срок службы составляет около 250 000 км, после прохождения которых потребуется проведение капитального ремонта.
Использование для дизелей
Дизельные турбированные двигатели работают аналогичным образом. Вследствие принудительного нагнетания воздуха в рабочие камеры можно добиться прироста мощности от 25 до 40 процентов.
Чтобы увеличить объем воздушных масс, дополнительно используют интеркуллер. Это устройство охлаждает поток воздуха, попадающего в камеры сгорания. Охлаждение дополнительно сокращает объем, снижает расход топлива, улучшает динамические качества силовой установки.
Турбины для дизелей начали применять с самых первых исполнений этих моторов. На заре автомобилестроения технологическую сложность представляло отсутствие термостойких сплавов, что ограничивало применение турбокомпрессоров. Дополнительные сложности состояли в ускоренном износе оборудования, что сокращало ресурс.
В современных моделях эти проблемы решают, как на бензиновых моторах, применением специальных сортов масел, своевременной заменой фильтров на воздухозаборниках. Опасность провалов мощности в указанной ситуации также сохраняется.
Если оценивать, какой расход топлива на дизельном двигателе турбиррованного исполнения, то этот агрегат потребляет больше горючего, по сравнению с атмосферным. При сопоставимых объемах рабочих камер, в этих силовых установках расход возрастает от 20 до 50 процентов.
Также минусы вызваны интенсивным износом узлов шатунно-поршневой группы, ограниченным ресурсом турбины. Компрессорные агрегаты отличаются технической сложностью, необходимостью принятия дополнительных мер, чтобы стабилизировать давление.
Турбины для бензиновых и дизельных моторов взаимозаменяемы. Но разница в оборотах и конструкции не позволяет добиться значимого эффекта при такой замене. Турбокомпрессор с дизельного агрегата при установке на бензиновый может вызвать детонацию, а недостаточная скорость раскрутки снизит интенсивность нагнетания воздушного потока. Поэтому указанные замены практикуют редко.
Условия эксплуатации
Чтобы продлить срок службы мотора с турбонаддувом, при эксплуатации оборудования следует соблюдать такие требования:
- При запуске машина должна проработать некоторое время без нагрузки для прогрева масла. Это обеспечит должную смазку трущихся узлов, снизит интенсивность износа.
- Автомобиль нуждается в регулярном техническом обслуживании, со своевременной заменой смазки, воздушных фильтров.
- Лучше отказаться от агрессивной манеры вождения, чтобы снизить нагрузки на силовой агрегат.
- Мотор не должен работать на холостых оборотах более двадцати минут. Вследствие низкого давления на компрессоре возрастает угроза утечек масла по уплотнительным прокладкам.
- При начале движения не стоит форсировать двигатель, увеличивая обороты не сразу, а через некоторое время.
- Важно поддерживать нормальный уровень смазки, своевременно доливая жидкость при необходимости. Необходимо пользоваться особыми марками, соответствующими условиям допуска производителя оборудования.
- Нужно заправлять машину топливом должных кондиций, обращаясь для этого на проверенные станции автозаправки.
Еще один важный вопрос – можно ли глушить турбированный двигатель сразу после остановки. Этого лучше не делать, выдержав определенный временной промежуток работы мотора на холостых оборотах.
Не менее важно следить за исправностью оборудования. Необходимо контролировать состояние подшипников, своевременно очищать турбину от загрязнений, исключить механические повреждения узлов, чтобы снизить нагрузку на составные элементы устройства.
Преимущества и недостатки моторов с турбонаддувом
Плюсы турбированных двигателей состоят в таких особенностях:
- Экономном потреблении топлива.
- Значительном вращающем моменте.
- Улучшении динамики разгона машины, с повышением мощности силового агрегата.
- Повышении производительности оборудования, с улучшением эксплуатационных параметров.
- Возрастания мощности без увеличения объема рабочих камер.
- Сокращения вредных выбросов в атмосферу.
- Низкого уровня шума, по сравнению в атмосферниками.
- Универсальности применения.
Эти агрегаты можно приспособить для автомобилей различных марок и моделей.
Сравнивая атмосферный двигатель и турбированный на предмет отличий, важно учитывать присутствие определенных недостатков последних:
- Жестких требований к расходным материалам и топливу.
- Увеличенного расхода масла, которое приходится менять чаще.
- Необходимости соблюдения стабильного температурного режима.
- Сложностей при эксплуатации, при повышенных расходах на техническое обслуживание.
- Ограниченного срока службы силового агрегата и самого турбокомпрессора.
- Увеличения цены на машину при использовании мотора с турбонаддувом.
- Больших расходов при ремонте и в случае замены узла.
В лучших моделях турбированных двигателей минусы нивелированы применением надежных конструкционных материалов, увеличивающих ресурс оборудования. Но это не отменяет повышенных расходов на комплектующие, саму автомобильную технику при покупке, необходимость соблюдения жестких условий эксплуатации для продления срока службы.
Заключение
По мере развития технологий в автомобилестроении, надежность оборудования возрастает. Это распространяется и на силовые агрегаты с турбонаддувом. Экономичность и надежность этого оборудования последовательно возрастает. Но это не отменяет необходимость соблюдения владельцами регламентных требований по условиям эксплуатации и технического обслуживания автомобилей. Это увеличит ресурс турбокомпрессора, отсрочив дорогой ремонт.
