Современные турбонаддувные двигатели

Среди всех возможных вариантов наддува двигателя внутреннего сгорания наибольшее распространение получил турбонаддув, в котором воздух подается в цилиндры при помощи специального устройства — турбокомпрессора (турбины). Вращение турбины осуществляют отработавшие газы, что позволяет существенно увеличить мощность двигателя без увеличения частоты оборотов последнего. Помимо этого, турбонаддув позволяет получать большие значения крутящего момента при небольшом расходе топлива. В сравнении с классическими конструкциями при аналогичной мощности турбированный двигатель имеет более компактные габаритные размеры.


Блок: 1/5 | Кол-во символов: 613
Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/vpusknaya-sistema/turbonadduv-dvigatelya.html

История изобретения

Принцип турбонаддува был запатентован Альфредом Бюхи в 1911 году в патентном ведомстве США.

История развития турбокомпрессоров началась примерно в то же время, что и постройка первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885—1896 г. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путём сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. В 1905 г. швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности до 120 %. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению в жизнь турботехнологий.

Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В авиации с некоторым успехом турбокомпрессоры использовались на истребителях с двигателями Рено ещё во время Первой Мировой войны. Ко второй половине 1930-х развитие технологий позволило создавать действительно удачные авиационные турбонагнетатели, которые у значительно форсированных двигателей использовались в основном для повышения высотности. Наибольших успехов в этом достигли американцы, установив турбонагнетатели на истребители P-38 и бомбардировщики B-17 в 1938 году. В 1941 году США был создан истребитель P-47 с турбонагнетателем, обеспечившим ему выдающиеся летные характеристики на больших высотах.

В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г. на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля. Первыми массовыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962—1963 г. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.

Начало использования турбодвигателей на спортивных автомобилях, в частности, на Formula 1, в 70-х годах привело к значительному увеличению популярности турбокомпрессоров. Приставка «турбо» стала входить в моду. В то время почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Однако, по прошествии нескольких лет мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. На первых порах задержка в реакции турбокомпрессора была достаточно большой, что также являлось серьёзным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошёл с установкой в 1977 г. турбокомпрессора на серийный автомобиль Saab 99 Turbo и затем в 1978 г. выпуском Mercedes-Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за Mercedes-Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel, сохранив при этом значительно более низкий уровень расхода топлива. Вообще, дизельные двигатели имеют повышенную степень сжатия и, вследствие адиабатного расширения на рабочем ходу, их выхлопные газы имеют более низкую температуру. Это снижает требования к жаропрочности турбины и позволяет делать более дешёвые или более изощрённые конструкции. Именно поэтому турбины на дизельных двигателях встречаются гораздо чаще, чем на бензиновых, а большая часть новинок (например, турбины с изменяемой геометрией) сначала появляется именно на дизельных двигателях.

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 3482
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%B4%D0%B4%D1%83%D0%B2

Устройство системы турбонаддува


На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Принцип работы турбины

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • Воздухозаборник;
  • Воздушный фильтр;
  • Перепускной клапан — регулирует подачу отработавших газов;
  • Дроссельная заслонка — регулирует подачу воздуха на впуске;
  • Турбокомпрессор — повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
  • Интеркулер — охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
  • Датчики давления — фиксирует давление наддува в системе;
  • Впускной коллектор — распределяет воздух по цилиндрам;
  • Соединительные патрубки — необходимы для крепления элементов системы между собой.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1371
Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/vpusknaya-sistema/turbonadduv-dvigatelya.html

Принцип работы турбонаддува

Схема работы турбонаддува двигателя

Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

  • Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо.
  • Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу.
  • Компрессор сжимает воздух, поступающий  из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер.
  • В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя.

В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе. Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом. В свою очередь, управление приводом осуществляется электронным блоком управления, который считывает информацию с датчика давления.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 883
Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/vpusknaya-sistema/turbonadduv-dvigatelya.html

Состав системы


Кроме турбокомпрессора и интеркулера в систему входят: регулировочный клапан (wastegate) (для поддержания заданного давления в системе и сброса давления в приёмную трубу), перепускной клапан (bypass valve — для отвода наддувочного воздуха обратно во впускные патрубки до турбины в случае закрытия дроссельной заслонки) и/или «стравливающий» клапан (blow-off valve — для сброса наддувочного воздуха в атмосферу с характерным звуком, в случае закрытия дроссельной заслонки, при условии отсутствия датчика массового расхода воздуха), выпускной коллектор, совместимый с турбокомпрессором, а также герметичные патрубки: воздушные для подачи воздуха во впуск, масляные для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Блок: 4/8 | Кол-во символов: 721
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%B4%D0%B4%D1%83%D0%B2

Турбированный двигатель плюсы и минусы

Преимущества:

  1. Высокая мощность, по сравнению с атмосферным. Даже при меньшем объеме мотора достигается более высокая мощность из-за нагнетаемого воздуха турбиной.
  2. Расход топлива меньше чем у атмосферного. Если выполнять сравнение по лошадиным силам, а не по объему силового агрегата.
  3. Турбированные двигатели более компактные.
  4. Существуют варианты 2-ух и 3-ех цилиндровых двигателей, которые по мощности будут не слабее атмосферного с 4 цилиндрами.

Недостатки:

  1. Если смотреть на расход топлива относительно объема, то турбомотор будет «кушать» больше. Например, турбированный бензиновый двигатель объемом 1.4 л, будет расходовать бензина больше, чем атмосферник 1.4 л. Но в то же время будет мощнее.
  2. Требователен к качеству топлива, из-за чего зачастую наблюдается сокращение ресурса турбированного двигателя.
  3. Ресурс турбомотора также зависит от качества моторного масла. Залить минеральное или полусинтетику не получится, только синтетику.
  4. Как показывает практика, ресурс турбины меньше двигателя, и составляет в среднем 120-150 тыс. км. И замена не из дешевых.
  5. Зимой автомобиль с турбомотором требует обязательного прогрева.
  6. Необходимость в охлаждении турбины. По этой причине, после поездки глушить сразу же мотор не рекомендуется, нужно дать ему поработать на холостом ходу.
  7. Замена масла и фильтров чаще чем у атмосферного.

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 1365
Источник: https://www.ankar.ru/resurs-turbirovannogo-dvigatelya

Что такое турбодвигатель, и как работает турбированный мотор?


Если говорить простыми словами, работа турбины заключается в следующем: турбокомпрессор втягивает воздух, сжимает его, а затем подает сжатый воздух во впускной коллектор вашего двигателя. Этот плотный, насыщенный кислородом воздух под давлением затем резко поступает в камеру сгорания в тот момент, когда поршень совершает движение вниз. С большим количеством кислорода, поступающего в двигатель на более высокой скорости, можно сжечь больше топлива за один и тот же временной промежуток. А сжигая больше топлива, вы получаете больше энергии. Мощность растет, автомобиль становится более восприимчивым к нажатию на педаль газа.

Однако это только одна часть процесса наддува. Второй, не менее важный этап инициируется после завершения цикла сгорания. Раскаленные отработавшие газы на большой скорости устремляются по выпускному коллектору, выходят из камеры сгорания через выпускное отверстие. По мере продвижения на определенном отрезке выпускного канала (у разных автомобилей это расстояние разное, но по общему правилу чем оно меньше, тем больше мощности отдается турбине) газы встречаются с лопастями турбонагнетателя и начинают вращать колесо турбины за счет очень большого давления и, конечно же, скорости потока.

Вращающееся колесо компрессора втягивает новую прохладную часть атмосферного воздуха с противоположной стороны турбины при помощи аналогичных лопастей, начиная процесс сначала.

Это не сложный процесс, но новичку его, может быть, будет трудно представить, поэтому взгляните на эту диаграмму:

Все работает на первый взгляд, как часы, но с процессом доставки есть одна небольшая проблема: прохладный атмосферный воздух во время сжатия нагревается, тепло отнимает мощность вашего двигателя.

Инженеры давно решили и эту нестыковку. Сжатый воздух перед подачей во впускной коллектор должен быть охлажден. Для того чтобы сделать это, воздух под давлением на своем пути к впускному коллектору пройдет через теплообменный аппарат, иногда вызываемый «intercooler».

Принцип работы аппарата идентичен тому, что происходит в жидкостном радиаторе, с тем лишь отличием, что воздух охлаждает воздух (самая распространенная схема «воздухо-воздушная»), поскольку, чтобы охладить разогретый сжатый воздух, используется внешний воздушный поток, набегающий на автомобиль по мере того, как вы движетесь вниз по дороге. Также существуют промежуточные охладители наддувочного воздуха, работающие на воде, в таком радиаторе используется холодная вода для охлаждения воздушной массы до нужной температуры.

Блок: 3/8 | Кол-во символов: 2587
Источник: http://www.1gai.ru/baza-znaniy/521409-chto-takoe-turbodvigateli-i-nadezhny-li-oni-post-dlya-novichkov.html

Советы по уходу и эксплуатации турбированного двигателя

Если силовой агрегат спроектирован грамотно, то наличие турбонадува особо не сказывается на ресурсе турбированного двигателя. Автовладельцу необходимо только знать особенности эксплуатации турбомотора и помнить несколько важных правил.

Во-первых, соблюдайте рекомендованную периодичность замены моторного масла. А если эксплуатация автомобиля в основном по городским дорогам, где пыли и грязи в избытке, то следует интервал между обслуживанием сократить до 25%.

Вместо положенного интервала замены моторного масла в 10 тыс.км, выполняйте замену при пробеге 7.5 тыс. км. Даже при таком пробеге воздушный фильтр будет сильно загрязнен. А загрязненный фильтр только увеличивает сопротивление при всасывании воздуха, в результате чего производительность турбокомпрессора значительно уменьшается.

Во-вторых, не стоит экономить на качестве моторного масла. Заливайте в мотор то, что рекомендует производитель в соответствии с допусками.

Помните, скупой платит дважды. И экономия здесь неприемлема, иначе Вы рискуете сократить ресурс турбированного двигателя.

В-третьих, не перегружайте мотор без необходимости. Спокойная и умеренная езда – залог долговечности не только мотора, но автомобиля в целом.

В-четвертых, после остановки автомобиля, особенно после долгой поездки, не глушите турбированный двигатель. Ему нужно дать поработать 1-2 минуты на холостом ходу, чтобы остыла турбина. Т.к. если заглушить мотор сразу, то давление моторного масла пропадет моментально, и быстро вращающийся ротор на некоторое время будет без смазки. Таким образом, сильно сокращается ресурс работы турбины.

Чтобы данное явление предотвратить, на некоторых автомобилях установлен турботаймер, который глушит мотор через необходимое время после выключения зажигания.

И последнее, прогревайте мотор. Моторное масло, при первом запуске силового агрегата, имеет высокую вязкость, из-за этого затрудняется прокачка по зазорам. Поэтому при низкой температуре воздуха, зимой необходимо прогревать мотор, и это обязательное правило. Особенно, если у вас дизель, об этом читайте в статье – как правильно и нужно ли греть дизель зимой.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 2160
Источник: https://www.ankar.ru/resurs-turbirovannogo-dvigatelya

Задержка турбокомпрессора


Задержка турбокомпрессора — это время, необходимое для изменения выходной мощности после изменения состояния дроссельной заслонки, проявляющееся в виде замедленной реакции на открытие дроссельной заслонки по сравнению с поведением безнаддувного двигателя. Это связано с тем, что выхлопной системе и турбонагнетателю требуется время для раскрутки, чтоб обеспечить требуемый поток нагнетаемого воздуха. Инерция, трение и нагрузка на компрессор являются основными причинами задержки турбокомпрессора.

Блок: 5/8 | Кол-во символов: 525
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%B4%D0%B4%D1%83%D0%B2

Достоинства и недостатки системы турбонаддува

Подводя итоги, можно выделить плюсы и минусы использования на моторе турбонаддува. В числе достоинств:

  • увеличение мощности двигателя;
  • повышение КПД двигателя;
  • снижение расхода топлива.

К минусам можно отнести:

  • низкий крутящий момент на малых оборотах двигателя;
  • более высокая стоимость;
  • более сложное обслуживание и эксплуатация.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 376
Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/vpusknaya-sistema/turbonadduv-dvigatelya.html

Видео: что убивает турбину двигателя


Блок: 6/7 | Кол-во символов: 38
Источник: https://www.ankar.ru/resurs-turbirovannogo-dvigatelya

Заключение…

Если Вы собираетесь покупать поддержанный автомобиль, то не поскупитесь на диагностику. Так Вы будете иметь хоть какое-то представление о состоянии и ресурсе турбированного двигателя данного автомобиля.

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 214
Источник: https://www.ankar.ru/resurs-turbirovannogo-dvigatelya

Как я могу определить отказ турбины?


Об этом мы писали подробную обзорную статью: Неисправности турбин: эксплуатация, неисправности, восстановление и ремонт

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.

Блок: 7/8 | Кол-во символов: 2372
Источник: http://www.1gai.ru/baza-znaniy/521409-chto-takoe-turbodvigateli-i-nadezhny-li-oni-post-dlya-novichkov.html

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 17959
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%B4%D0%B4%D1%83%D0%B2: использовано 3 блоков из 8, кол-во символов 4728 (26%)
  2. https://TechAutoPort.ru/dvigatel/vpusknaya-sistema/turbonadduv-dvigatelya.html: использовано 4 блоков из 5, кол-во символов 3243 (18%)
  3. http://www.1gai.ru/baza-znaniy/521409-chto-takoe-turbodvigateli-i-nadezhny-li-oni-post-dlya-novichkov.html: использовано 3 блоков из 8, кол-во символов 6211 (35%)
  4. https://www.ankar.ru/resurs-turbirovannogo-dvigatelya: использовано 4 блоков из 7, кол-во символов 3777 (21%)


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.