Что такое турбонаддув в автомобиле: Что такое турбонаддув — ДРАЙВ

• Acura
• Alfa Romeo
• Aston Martin
• Audi
• Bentley
• BCC
• BMW
• Brilliance
• Cadillac
• Changan
• Chery
• CheryExeed
• Chevrolet
• Chrysler
• Citroen
• Daewoo
• Datsun
• Dodge
• Dongfeng
• DS
• FAW
• Ferrari
• FIAT
• Ford
• Foton
• GAC
• Geely
• Genesis
• Great Wall
• Haima
• Haval
• Hawtai
• Honda
• Hummer
• Hyundai
• Infiniti
• Isuzu
• JAC
• Jaguar
• Jeep
• KIA
• Lada
• Lamborghini
• Land Rover
• Lexus
• Lifan
• Maserati
• Mazda
• Mercedes-Benz
• MINI
• Mitsubishi
• Nissan
• Opel
• Peugeot
• Porsche
• Ravon
• Renault
• Rolls-Royce
• Saab
• SEAT
• Skoda
• Smart
• SsangYong
• Subaru
• Suzuki
• Tesla
• Toyota
• Volkswagen
• Volvo
• Zotye
• УАЗ

Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель

Турбонаддув представляет собой разновидность наддува, позволяющий подавать воздух в цилиндры ДВС под высоким давлением, которое обеспечивается высвобождаемой от сгорания топлива энергией выхлопных газов.

За счет турбонаддува повышается рабочая мощность двигателя, при этом не увеличивается внутренние объемы цилиндров двигателя и количество оборотов, совершаемых коленвалом. Кроме всего прочего турбонаддув позволяет снизить прожорливость двигателя, а также уменьшить токсичность газов благодаря более эффективному сгоранию топливовоздушной смеси.

Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе. При этом использование системы турбонаддува на дизелях считается более выгодным благодаря высокому показателю сжатия ДВС и малой частоте оборотов коленвала.

В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

• воздушный заборник и фильтр;
• дроссельная заслонка;
• турбинный компрессор;
• интеркулер;
• коллектор впускной;
• соединительные патрубки;
• напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.

Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Интеркулер

Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.

Регулятор давления наддува

Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува. 

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.

Принцип действия турбонаддува

Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.

Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:

• Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно – это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
• Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
• Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем – механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.

что это такое в автомобиле, принцип работы, плюсы и минусы

В массовом сознании слова «турбо», «турбонаддув», «турбированный двигатель» прочно ассоциируются со спортивными машинами и мощными двигателями. При этом, немногие представляют себе устройство и принцип работы турбонаддува. Хотя ничего особенного сложного в нём нет.

Что такое турбонаддув в автомобиле

Турбонаддув это специальная система, которая закачивает (наддувает) дополнительный воздух в цилиндры двигателя. Такая система используется не только в автомобильных двигателях, но и в авиационных, тепловозных, корабельных, и многих других. Широкое распространение турбонаддува вызвано тем, что это очень простой и дешёвый способ повышения мощности двигателя.  Турбировать можно почти любой автомобильный двигатель, даже если это изначально не предусмотрено конструкцией.

Устройство турбонаддува относительно простое:

• турбокомпрессор;
• охладитель воздуха;
• набор патрубков;
• выпускной коллектор;
• ряд датчиков и клапанов.

Полный комплект не занимает много места, его установка не требует серьезной переработки силового агрегата. Поэтому поставить турбонаддув на свою машину может любой желающий. Цены на турбосистемы сильно разнятся, в зависимости от мощности, эффективности, фирмы-производителя.

Принцип работы турбонаддува

Принцип работы турбонаддува достаточно прост. Выхлопные газы, которые выбрасывает двигатель, попадают на турбину и придают ей вращение. Турбина, в свою очередь, передаёт крутящий момент компрессору, он засасывает воздух и сжимает его. После этого сжатый воздух направляется в цилиндры двигателя. Опционально в эту схему вносится промежуточный охладитель воздуха — интеркулер. Он снижает температуру сжатого компрессором воздуха, соответственно уменьшая его объём. Это избавляет от неприятных эффектов вроде детонации, и повышает общую эффективность системы.

Смысл закачивания дополнительного воздуха становится ясен, если вспомнить принцип работы двигателя внутреннего сгорания. В его цилиндрах сгорает топливо-воздушная смесь, этот процесс толкает поршень, который проворачивает коленвал. Но, для эффективного сгорания смеси важно соблюдать правильное соотношение топлива и воздуха, поэтому нельзя повысить мощность просто добавив в смесь больше топлива. Вместе с увеличением количества топлива нужно увеличивать и количество воздуха.

Это можно сделать увеличив объём цилиндра, чтобы в него помещалось побольше воздуха. Но можно пойти другим путём — повысить плотность воздуха, загоняемого в цилиндры. Тогда с той же единицы рабочего объёма двигателя можно снимать ощутимо большую мощность. Хороший пример — спорткары, где каждый литр объёма может выдавать более 150 л. с. Конечно, помимо турбонаддува там используют ещё массу ухищрений. Но вполне реально получить 105-115 л.с. на литр с помощью одного только турбирования. 

Что такое турбояма или турболаг

Принцип работы турбонаддува заключается в том, что двигатель «разгоняет» себя за счёт своей же работы. Эта особенность вызывает появление такой проблемы как турбояма или турболаг. Она проявляется в виде провала мощности, который появляется после резкого нажатия на педаль газа.

На заре турбированных моторов доходило до смешного — слишком резко и сильно нажав на педаль «газа», можно было полностью заглушить его. Сейчас сложная механическая и электронная начинка не даст этому произойти, но эффект турбоямы с неприятным провалом мощности всё равно остаётся. Особенно этим страдают дешевыё турбо-системы или неправильно установленные и настроенные.

Чтобы сгладить турболаг, используют хитрые электронные системы упреждающего наращивания оборотов. Они регистрируют резкие нажатия на педаль акселератора и раскручивают компрессор электроприводами, не дожидаясь, когда «проснётся» турбина. Цена таких решений, как правило, немаленькая, поэтому они встречаются в осномном только на спортивных авто. 

Плюсы и минусы турбонаддува

Использовать турбонаддув имеет смысл только в том случае, если крайне необходимо придать автомобилю более динамичный, спортивный характер. Это действительно отличный способ минимальными затратами повысить мощность двигателя. Турбирование увеличивает максимальную скорость машины и улучшает ее динамику.

При этом турбонаддув позволяет обходиться меньшим объемом топлива по сравнению с двигателем такой же мощности и большего объёма. На эту деталь нужно обратить самое пристальное внимание, так как сам по себе турбонаддув не уменьшает, а увеличивает расход топлива. Потому что при росте количества воздуха в цилиндрах нужно соответствующе нарастить подачу топлива.

Помимо увеличенного расхода горючего, турбонаддув имеет следующие недостатки:

• турбокомпрессор вращается на огромных оборотах и сильно нагревается, что отрицательно сказывается на его долговечности;
• непредусмотренное изначально увеличение мощности усиливает износ всех частей двигателя;
• турбонаддув предъявляет повышенные требования к качеству топлива и моторных масел;
• турбирование включает в себя изменения настроек работы двигателя, фаз газораспределения;

Похожие публикации

что это такое и чем он отличается от атмосферного

Мощность двигателя — одна из основных его характеристик. Чем выше данный показатель, тем бодрее машина будет реагировать на нажатие педали газа. Соотношение количества лошадиных сил и рабочего объема варьируется в зависимости от конструкции ДВС и наличия в нем турбины. В данной статье мы рассмотрим турбированные двигатели и расскажем о том, что это такое и чем они отличаются от классических атмосферных движков.

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 изготовливается 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.

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.

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.

Похожие публикации

7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов — журнал За рулем

Наддувные моторы постепенно вытесняют атмосферные. Однако некоторые производители сокращают интервал ТО для автомобилей с турбодвигателем. Почему? Давайте разбираться.

Чем турбомотор отличается от атмосферного?

Материалы по теме

Атмосферный мотор засасывает воздух в цилиндры под действием разрежения, которое возникает, когда поршень движется к нижней мертвой точке. В большинстве случаев давление в цилиндре в конце хода впуска чуть ниже атмосферного. И вот с этим количеством воздуха и осуществляется рабочий цикл мотора. Наддувный двигатель получает на входе в цилиндр воздух, сжатый компрессором до определенного давления, а потому его в цилиндр войдет больше, чем у мотора со свободным всасыванием. Больше воздуха — больше кислорода, а значит, и топлива сгорит больше, и мощность при том же рабочем объеме поршневой части будет выше (или мотор компактнее при сохранении мощности).

Поскольку воздух в компрессоре подогревается, температуру перед подачей в цилиндр желательно снизить. Это делает специальный охладитель — интеркулер. Компрессоры могут использоваться разных типов — и с приводом от коленвала, и волновые обменники давления, но наиболее распространен турбонаддув. Последний способ использует энергию выхлопных газов для вращения центростремительной турбины, а сидящее на том же вале колесо центробежного компрессора обеспечивает сжатие воздуха перед подачей в цилиндры.

Наддувный двигатель потребляет сжатый в компрессоре и охлажденный в интеркулере воздух. И тот же мотор является источником газов с высокими температурой и давлением, которые вращают турбину.

Наддувный двигатель потребляет сжатый в компрессоре и охлажденный в интеркулере воздух. И тот же мотор является источником газов с высокими температурой и давлением, которые вращают турбину.

Как видим, конструкция наддувного мотора сложнее, чем атмосферника. Отсюда и первый недостаток турбомоторов…

1. Низкая надежность

Наддувные двигатели состоят из большего числа агрегатов, а надежность многокомпонентной системы всегда ниже, чем у более простой. Нагрузки на детали больше из-за большей литровой мощности. Да и конструкционные материалы в автомобильной промышленности используются преимущественно недорогие. Это же вам не аэрокосмическая отрасль…

К примеру, у турбокомпрессора есть система регулирования давления наддува, которая порой может заедать и отказывать. У редакционного Volkswagen Golf уже дважды при пробеге 80 000 и 100 000 км полностью теряла подвижность тяга привода клапана перепуска газов мимо турбины.

2. Недостаточный ресурс

Материалы по теме

Все мы вздыхаем по моторам-миллионникам конца прошлого века. Сейчас ресурс мотора в 400 000 км считается огромным достижением, а в прошлом он был нормой. Турбодвигатели современных автомобилей до таких пробегов не доживают. Турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км, а начавшая «хандрить» турбина вскоре может погубить и поршневую часть. Ведь турбокомпрессор может «выхлебать» весь запас моторного масла — в поддоне и поршневой части ничего не останется.

А еще многие производители с целью сэкономить «апгрейдят» атмосферные моторы до турбонаддувных, не особо заморачиваясь усилением некоторых деталей. Соответственно, высокие нагрузки на поршневую часть при небольшом усилении конструкции приводят к снижению ресурса.

3. Необходимость более частого и высококвалифицированного обслуживания

Многие производители для с

Турбонаддув — Энциклопедия журнала «За рулем»

В турбокомпрессоре используются центробежные насосы. Под действием центробежных сил, вызванных вращением колеса с лопатками, воздух отбрасывается к периферии колеса, а в его центре создается разрежение, что обеспечивает всасывание воздуха. Для эффективной работы турбокомпрессора частота вращения колеса компрессора должна быть очень высокой не менее 50–100 тыс. мин^–1.
При работе ДВС из выпускного трубопровода под давлением выбрасываются продукты сгорания, которые имеют высокую температуру. Поток газов приводит во вращение колесо турбины, которое передается закрепленному на общем вале колесу компрессора.
Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была достигнута определенная частота вращения турбины (не менее 60 000 мин^–1). При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежурном режиме (частота 5 000–10 000 мин^–1). Необходимо учитывать, что наличие турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов.

Очень важный вопрос — выбор правильного размера турбины для конкретного двигателя. В первых двигателях с турбонаддувом для легковых автомобилей 1970-х гг. использовались готовые конструкции, разработанные, как правило, для дизелей больших грузовых автомобилей. Такие устройства давали хороший результат для увеличения максимальной мощности, но были неэффективными для получения большого крутящего момента в среднем диапазоне частот вращения двигателя, т. е. для получения достаточной приемистости автомобиля. Большие турбины требовали некоторого времени на «раскрутку», когда при небольших нагрузках открывалась дроссельная заслонка, что приводило к задержке нарастания давления наддува. Этот эффект получил название турбоямы.

Схема работы турбокомпрессора с изменяемой геометрией

Большинство современных турбокомпрессоров легковых автомобилей имеют небольшие размеры и высокую частоту вращения. Для того чтобы увеличить диапазон частот вращения двигателя, при которых турбонаддув обеспечивает повышение давления, применяются по два турбокомпрессора на одном двигателе. Один турбокомпрессор работает при низких оборотах, а второй при высоких. В последних поколениях наддувных двигателей стали применяться турбокомпрессоры с переменной геометрией, которые сохраняют высокую скорость газов при малых нагрузках, так что турбина всегда вращается с нужной скоростью. В таких турбокомпрессорах поток направляемых на турбину газов управляется с помощью специальных поворачивающихся заслонок. Одновременный поворот заслонок производится с помощью штока вакуумной камеры. Разрежение в камере регулируется электромагнитным клапаном по сигналу компьютера.

При работе системы турбонаддува происходит сильный нагрев турбины, а компрессор остается сравнительно холодным. Очень важным узлом, определяющим долговечность турбокомпрессора, является узел подшипников вала. Обычно масло для смазки подшипников подается под давлением из системы смазки двигателя. Иногда для повышения работоспособности наддува применяют охлаждение корпуса турбины жидкостью из системы охлаждения двигателя. После продолжительного движения на высокой скорости автомобиля с турбонаддувом турбина может раскрутиться до высоких скоростей (сотни тысяч оборотов в минуту). После остановки двигателя турбокомпрессор останавливается не сразу, а масло уже не поступает к подшипникам. Чтобы не произошло повреждения подшипников, рекомендуется перед выключением двигателя дать ему возможность некоторое время поработать на холостом ходу.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Очень хорошо система турбонаддува работает в дизелях. Отработавшие газы в дизеле холоднее, чем в бензиновых двигателях, что облегчает работу турбокомпрессора, и, кроме того, в дизеле не существует опасности возникновения детонации. Поэтому неслучайно, что турбонаддув устанавливается почти на всех современных дизельных двигателях легковых автомобилей.

В многоцилиндровых двигателях с большим рабочим объемом некоторых грузовых автомобилей отработавшие газы продолжают обладать большой энергией, даже после прохождения турбокомпрессора. Эту энергию можно использовать для дальнейшего повышения мощностных характеристик двигателя, создавая так называемые турбокомпаундные двигатели. В таком двигателе часть энергии отработавших газов используется для раскручивания дополнительной турбины, которая через гидравлическую муфту связана с коленчатым валом. Такая конструкция дает возможность, увеличить крутящий момент на вале двигателя.
Подробнее о турбонаддуве — в главе Турбокомпрессор

Краткая история турбокомпрессоров в автомобилях

Учитывая количество автомобилей с турбонаддувом на дорогах в наши дни, трудно поверить, что 50 лет назад турбины были почти неслыханными. Вот усиленный урок истории по принудительной индукции

Предпочитаете ли вы естественную или принудительную индукцию, невозможно отрицать, что появление турбокомпрессора оказало неизгладимое влияние на автомобили, которыми мы сегодня ездим. Вы можете найти турбины почти в каждом типе автомобиля, о дизельном или бензиновом, от VW Golf до Ferrari 488 GTB. Однако еще недавно турбонаддув в легковых автомобилях был почти неслыханным делом. Вот история того, как все изменилось.

Первый двигатель с турбонаддувом?

Водитель IndyCar Грэм Рахал на BMW 2002 Turbo 1974 года

Турбонаддув существует почти так же давно, как и сам двигатель внутреннего сгорания, но потребуются десятилетия для того, чтобы на самом деле установить турбонаддув на двигатель легкового автомобиля.Хотя они десятилетиями широко использовались в авиационных двигателях, огромные размеры ранних турбокомпрессоров делали их довольно непрактичными для использования в автомобилях. Однако очевидные преимущества турбонаддува означали, что появление турбин под капотом автомобиля будет лишь вопросом времени.

Если вы думаете о первых автомобилях с двигателями с турбонаддувом, вы можете подумать о классических автомобилях, сделанных в Европе. Фактически, многие ранние автомобили с турбонаддувом были европейскими — такие как Porsche 930, Saab 99 Turbo и BMW 2002 Turbo.

Однако первая машина, получившая ускорение, была американской, как яблочный пирог. Еще в 1962 году General Motors решила, что 3,5-литровому V8 под капотом Oldsmobile Cutlass просто не хватает мощности.Однако вместо того, чтобы обращаться к легендарному арсеналу двигателей GM с малым и большим блоком V8, Oldsmobile решила сделать то, что никто не делал раньше. Сотрудничая с производителем промышленных турбин Garrett, Oldsmobile в 1962 году создал ставший уже легендарным JetFire V8. В том же году он был доступен в качестве дополнительного пакета для F-85 Cutlass.

Установка турбокомпрессора в массовый автомобиль представляла собой огромную проблему для инженеров в 1960-х годах. Двигатель JetFire имел степень сжатия 10.25: 1, что сделало его уязвимым для детонации двигателя без современного управления двигателем. Oldsmobile решил эту проблему, применив систему впрыска «турбо-ракетной жидкости» в цилиндры. Если вы заядлый тюнер с турбонаддувом, это может звучать как набор для инъекций метамфетамина. Фактически, это была жидкость для турбонаддува, представлявшая собой смесь воды и метанола в соотношении 1: 1.

Хотя JetFire сделал Cutlass заметно быстрее, чем его безнаддувный близнец, он так и не завоевал популярность.Частично причина заключалась в цене JetFire: надбавка в 300 долларов за принудительную индукцию была астрономической в ​​1962 году, что серьезно подорвало ее коммерческую жизнеспособность. JetFire тоже был не слишком надежным; и система впрыска Turbo-Rocket Fluid оказалась непрактичной. Когда-либо было продано менее 4000 JetFire, и Oldsmobile отказалась от этого всего через год существования.

Прогресс

Хотя JetFire потерпел неудачу на рынке, автомобильной промышленности не потребовалось много времени, чтобы понять неиспользованный потенциал турбонаддува.В 1965 году в продажу поступил второй массовый автомобиль с турбонаддувом. Хотя вы могли подумать, что это будет один из европейских спортивных автомобилей, о которых я упоминал ранее, на самом деле это был американский полноприводный автомобиль. International Harvester Scout был доступен с 2,5-литровым четырехцилиндровым двигателем с турбонаддувом с 1965 по 1967 год. Он производил около 110 л.с., что на 20 больше, чем безнаддувная версия того же двигателя. Что еще более важно, он смог сделать все это с помощью бензина обычного качества и без использования набора метамфетамина.

Однако всего через два года компания IH решила, что замены объемному двигателю не существует, и отказалась от турбированного двигателя Comanche в пользу 3,2-литрового четырехцилиндрового двигателя без турбонаддува. Как оказалось, более крупный двигатель N / A мог производить такое же количество энергии при меньшем расходе топлива, чем его двоюродный брат с турбонаддувом. С надвигающимся нефтяным кризисом 1974 года на горизонте казалось, что экономика турбонаддува просто не имеет смысла. Пройдет еще 10 лет, прежде чем турбонагнетатель станет доступен на американском двигателе.

Усиление ударов

К 1973 году автопроизводители начали понимать, что турбины могут сделать автомобили действительно быстрыми. В том же году был запущен в производство легендарный BMW 2002 Turbo. Хотя Turbo 2002 года был очень быстрым, он не был безупречным. Он страдал от резкого турбо-лага и низкого расхода топлива, и его даже считали угрозой безопасности. Как и JetFire, Turbo 2002 года проработал всего год, прежде чем был убит.

Когда дни 2002 Turbo подошли к концу, Porsche 911 Turbo ожил. Когда в 1974 году была выпущена его первая версия, это был самый быстрый серийный автомобиль в мире. Возможно, это была самая важная коммерческая веха для двигателей с турбонаддувом.Будучи ассоциированным с самой экзотической машиной-мечтой того времени, энтузиазм по поводу турбонаддува начал формироваться. К 1978 году, через год после рождения Saab 99 Turbo, стало ясно, что турбокомпрессор никуда не денется.

Дизельный двигатель, встречайте турбокомпрессор

1978 год был большим годом для турбокомпрессора. Это был год, когда Buick начал оснащать Regal двигателем V6 с турбонаддувом, что в конечном итоге привело к созданию высокопроизводительного Grand National. Но что еще важнее, 1978 год стал годом рождения турбодизеля. В том же году Mercedes-Benz выпустил 300SD для продажи в США. Оснащенный турбокомпрессором Garrett, 300SD навсегда изменил дизельный двигатель.

Несмотря на то, что споры о неприменимости и турбонаддуве для бензинового двигателя продолжаются, влияние турбонаддува на дизельный двигатель гораздо более глубокое.Поскольку цикл сгорания дизельного топлива зависит от высокой степени сжатия, принудительная индукция — это простой способ повысить мощность и эффективность дизельного двигателя. Быстро стало очевидно, что турбодизели гораздо лучше подходят для автомобильной промышленности, чем их безнаддувные аналоги. Возможно, неудивительно, что с момента появления турбодизеля Peugeot 604 в 1979 году на турбодизели приходится около половины двигателей, используемых на дорогах Европы.

Зачем останавливаться на одном?

В 1981 году компания Maserati решила, что, если вы можете установить один турбокомпрессор на двигатель автомобиля, вы, вероятно, сможете поставить два.В результате получился Biturbo с удачным названием. Хотя это не был особенно хороший автомобиль, это был первый когда-либо проданный легковой автомобиль с двойным турбонаддувом. Теория заключалась в том, что использование двух турбонагнетателей, работающих параллельно друг другу, уменьшит количество турбо-лагов. На практике это происходило не всегда, но параллельный твин-турбо, несомненно, позволял двигателям вырабатывать невероятные количества лошадиных сил.

Однако, как Porsche доказал в 1986 году с 959, есть другой способ установить два турбонагнетателя, чтобы уменьшить эффект запаздывания.Двойные турбины 959 устанавливаются на в последовательности друг с другом. В отличие от параллельной установки с двойным турбонаддувом, где два турбонагнетателя работают независимо и с одинаковой частотой вращения двигателя, при последовательной установке один турбонагнетатель набирает скорость на низких оборотах, а другой (или оба) — на высоких. Хотя такая установка может быть менее надежной, последовательные двойные турбины Supra 4-го поколения, как сообщается, имеют удивительно низкую частоту отказов — менее 1 процента.

Будущее турбонаддува

Прототип «электронного турбонагнетателя» производства Honeywell.

За последние 55 лет турбокомпрессоры претерпели значительные изменения.Сегодня турбокомпрессоры почти так же технически сложны, как и двигатели, на которых они установлены. Турбины с двойной спиралью, турбины с изменяемой геометрией и даже двойные нагнетатели с ременным приводом — вот лишь некоторые из достижений в технологии турбонаддува, которые мы наблюдали до сих пор. Поскольку автомобили с турбонаддувом сейчас чрезвычайно распространены благодаря тенденции к уменьшению габаритов, вы должны задаться вопросом: что же нам делать дальше?

Следующая революция уже не за горами. Турбонагнетатели с электроприводом многообещают для автомобилей будущего.В то время как стандартные турбокомпрессоры преобразуют выхлопные газы в электричество, необходимое для питания компрессора, электронные турбокомпрессоры отводят часть этой электроэнергии в конденсатор. Этот конденсатор накапливает энергию так же, как система KERS Формулы-1, и используется для питания компрессора, в то время как турбонагнетатель не работает на оптимальных оборотах. Теоретически это устранит эффект турбо-лага.

Возможно, пройдет некоторое время, прежде чем мы увидим электронные турбины в массовом производстве. Однако, как показывает история, автомобильная промышленность не склонна тратить много времени на то, чтобы сделать скромный турбокомпрессор лучше, чем когда-либо.

6 различных типов турбонагнетателей и преимущества каждой установки

В чем разница между одинарными, двойными, двойными спиральными компрессорами, турбокомпрессорами с изменяемой геометрией или даже электрическими? В чем преимущества каждой установки?

Мир турбонаддува отличается разнообразием компоновок двигателей. Давайте посмотрим на разные стили:

1. Однотурбинный
2. Твин-турбо
3. Twin-Scroll Turbo
4. Turbo с изменяемой геометрией
5. Регулируемый Twin Scroll Turbo
6. Электротурбо

1. Однотурбо

Одни только турбонагнетатели обладают безграничной вариативностью.Различие в размере крыльчатки компрессора и турбины приведет к совершенно разным характеристикам крутящего момента. Большие турбины обеспечат высокую максимальную мощность, но меньшие турбины обеспечат лучшее рычание на низких частотах, поскольку они быстрее вращаются. Есть также одиночные турбины на шариковых и опорных подшипниках. Шарикоподшипники обеспечивают меньшее трение для вращения компрессора и турбины, поэтому их наматывают быстрее (что увеличивает стоимость).

Преимущества

• Экономичный способ увеличения мощности и КПД двигателя.
• Простой, обычно самый простой в установке вариант турбонаддува.
• Позволяет использовать меньшие двигатели для выработки той же мощности, что и более крупные безнаддувные двигатели, что часто позволяет снизить вес.

Недостатки

• Одиночные турбины, как правило, имеют довольно узкий диапазон эффективных оборотов. Это создает проблему при выборе размера, так как вам придется выбирать между хорошим крутящим моментом на низких оборотах или лучшей мощностью на высоких оборотах.
• Турбо-отклик может быть не таким быстрым, как альтернативные настройки турбо.

2. Твин-турбо

Как и одиночные турбокомпрессоры, при использовании двух турбокомпрессоров существует множество возможностей.У вас может быть один турбокомпрессор для каждого ряда цилиндров (V6, V8 и т. Д.). В качестве альтернативы можно использовать один турбонагнетатель для низких оборотов и байпас к более крупному турбокомпрессору для высоких оборотов (I4, I6 и т. Д.). У вас даже могут быть две турбины одинакового размера, одна из которых используется на низких оборотах, а обе — на более высоких. На BMW X5 M и X6 M используются турбины с двумя улитками, по одной с каждой стороны от V8.

Преимущества

• Для параллельных сдвоенных турбин на V-образных двигателях преимущества (и недостатки) очень похожи на установки с одним турбонаддувом.
• Для последовательных турбин или использования одного турбонагнетателя на низких оборотах и ​​обоих на высоких оборотах, это позволяет получить гораздо более широкую и пологую кривую крутящего момента. Лучше крутящий момент на низких оборотах, но мощность не снижается на высоких оборотах, как у небольшого турбонаддува.

Недостатки

• Стоимость и сложность, поскольку количество компонентов турбонагнетателя почти вдвое больше.
• Существуют более легкие и эффективные способы достижения аналогичных результатов (как описано ниже).

3. Twin-Scroll Turbo

Турбокомпрессоры с двойной спиралью почти во всех отношениях лучше, чем турбокомпрессоры с одной спиралью. Используя две прокрутки, импульсы выхлопа разделяются. Например, на четырехцилиндровых двигателях (порядок включения 1-3-4-2) цилиндры 1 и 4 могут питаться одной спиралью турбонаддува, а цилиндры 2 и 3 — отдельной спиралью. Почему это выгодно? Допустим, цилиндр 1 заканчивает рабочий ход, когда поршень приближается к нижней мертвой точке, и выпускной клапан начинает открываться. В то время как это происходит, цилиндр 2 заканчивает такт выпуска, закрывая выпускной клапан и открывая впускной клапан, но есть некоторое перекрытие.В традиционном турбонагнетателе с одной спиралью давление выхлопных газов из цилиндра 1 будет мешать притоку свежего воздуха в цилиндр 2, поскольку оба выпускных клапана временно открыты, уменьшая давление, достигающее турбонагнетателя, и влияя на то, сколько воздуха в цилиндр 2 втягивает. Разделением свитков эта проблема устранена.

Преимущества

• В выхлопную турбину направляется больше энергии, а значит, больше мощности.
• Возможен более широкий диапазон эффективных оборотов наддува на основе различных конструкций спиралей.
• Возможно большее перекрытие клапанов без затруднения продувки выхлопных газов, что означает большую гибкость настройки.

Недостатки

• Требуется особая компоновка двигателя и конструкция выхлопа (например: I4 и V8, где 2 цилиндра могут подключаться к каждой спирали турбонагнетателя с равными интервалами).
• Стоимость и сложность по сравнению с традиционными одинарными турбинами.

4. Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT)

Возможно, одна из самых необычных форм турбонаддува, VGT ограничено в производстве (хотя довольно часто встречается в дизельных двигателях) из-за стоимости и экзотических требований к материалам. Внутренние лопатки внутри турбонагнетателя изменяют отношение площади к радиусу (A / R), чтобы соответствовать частоте вращения. На низких оборотах используется низкое соотношение A / R для увеличения скорости выхлопных газов и быстрого раскрутки турбокомпрессора. По мере увеличения оборотов соотношение A / R увеличивается, чтобы обеспечить увеличенный воздушный поток. В результате получается низкая турбо-задержка, низкий порог наддува и широкий и плавный диапазон крутящего момента.

Преимущества

• Широкая плоская кривая крутящего момента. Эффективный турбонаддув в очень широком диапазоне оборотов.
• Требуется только один турбо, что упрощает настройку последовательного турбо в нечто более компактное.

Недостатки

• Обычно используется только в дизельных двигателях, где выхлопные газы ниже, поэтому лопатки не будут повреждены теплом.
• Что касается бензина, то стоимость, как правило, не позволяет использовать экзотические металлы для обеспечения надежности. Эта технология была использована на Porsche 997, хотя бензиновых двигателей VGT существует очень мало из-за связанных с этим затрат.

5. Регулируемый турбонагнетатель Twin-Scroll

Может быть, это решение, которого мы ждали? Во время участия в SEMA 2015 я остановился у стенда BorgWarner, чтобы ознакомиться с последними новинками в области турбонаддува. Среди концепций — переменный турбонаддув с двойной прокруткой, как описано в видео выше.

Преимущества

• Значительно дешевле (теоретически), чем VGT, что делает приемлемый вариант для бензинового турбонаддува.
• Обеспечивает широкую плоскую кривую крутящего момента.
• Более прочная конструкция по сравнению с VGT, в зависимости от выбора материала.

Недостатки

• Стоимость и сложность по сравнению с использованием одинарного турбо или традиционного двойного прокрутки.
• Эта технология использовалась и раньше (например, быстрый золотниковый клапан), но, похоже, она не прижилась в производственном мире.Вероятно, есть дополнительные проблемы с технологией.

6. Электротурбокомпрессоры

Использование мощного электродвигателя устраняет почти все недостатки турбонагнетателя. Турбо лаг? Прошло. Не хватает выхлопных газов? Нет проблем. Турбо не может обеспечить крутящий момент на низком уровне? Теперь это возможно! Возможно, следующая фаза современного турбонаддува, несомненно, есть и недостатки электрического тракта.

Преимущества

• При непосредственном подключении электродвигателя к крыльчатке компрессора турбо-задержка и недостаточный объем выхлопных газов могут быть практически устранены путем вращения компрессора с помощью электроэнергии, когда это необходимо.
• Подключив электродвигатель к выхлопной турбине, можно восстановить потерянную энергию (как это сделано в Формуле 1).
• Очень широкий эффективный диапазон оборотов при равномерном крутящем моменте.

Недостатки

• Стоимость и сложность, поскольку теперь вы должны учитывать электродвигатель и следить за тем, чтобы он оставался холодным, чтобы предотвратить проблемы с надежностью. То же самое и с добавленными контроллерами.
• Упаковка и вес становятся проблемой, особенно с добавлением батареи на борту, которая будет необходима для обеспечения достаточной мощности турбонагнетателя при необходимости.
• VGT или twin-scrolls могут предложить очень похожие преимущества (хотя и не на том же уровне) при значительно более низкой стоимости.

Плюсы и минусы двигателей с турбонаддувом

Скорость и мощность идут рука об руку как самые захватывающие аттракционы автомобильной карьеры и автомобильной культуры.Существует бесчисленное количество фильмов о машинах, летающих с головокружительной скоростью, и наша одержимость гонками Формулы-1 лишь укрепляет идеал скорости и мощности как конечную цель автомобиля. Однако, когда дело доходит до двигателей с турбонаддувом и суперкаров, они могут оказаться не такими, какими их придумывают. При всей демонической быстроте и потрясающем крутящем моменте, которые они предлагают, двигатели с турбонаддувом определенно имеют некоторые недостатки. Итак, каковы плюсы и минусы разгона вашего двигателя?

Плюсы

Самым очевидным преимуществом установки двигателя с турбонаддувом в вашем автомобиле является то, что вы будете ездить намного быстрее и мощнее, но вам не нужен автомеханик , чтобы сказать вам это.Тем не менее, ваш автомобиль будет обладать гораздо большей мощностью, чем позволяет вам естественный двигатель или наддув, а это означает, что если вы действительно хотите получить максимальную отдачу от этого рычащего V8, для вас может иметь смысл инвестировать в турбонаддув.

Поскольку двигатели с турбонаддувом в основном работают за счет выхлопных газов, газов, которые в противном случае были бы потрачены впустую, вы ничего не потеряете при работе с турбонаддувом. Это также означает, что вы можете получить больше мощности от меньшего двигателя без необходимости модернизации.Более крупные и мощные двигатели занимают гораздо больше места и дороже в эксплуатации, поэтому турбонаддув для небольшого двигателя — отличный компромисс.

Однако, несмотря на все, казалось бы, положительные стороны турбонаддува, у этого процесса есть и вопиющие минусы.

Минусы

Самый очевидный минус двигателя с турбонаддувом — это деньги и время, которые на это затрачиваются. Вам придется заплатить приличную сумму автомеханику , чтобы ваш обычный двигатель получил турбонаддув.Более того, это потребует некоторого переключения и перемещения под капотом, поскольку двигатель с турбонаддувом требует дополнительной проводки и труб для правильной работы — автомобили с переполненными передними частями не применимы. Хотя многие автомобильные компании, такие как Volkswagen, предлагают модели заводского изготовления с двигателями с турбонаддувом, те, кто хочет обновить их самостоятельно, могут столкнуться с неудачами.

Также растет озабоченность тем, что, несмотря на заявления автомобильных компаний об обратном, турбонаддув двигателя приводит к довольно значительной потере экономии топлива.Исследование, проведенное Consumer Reports в 2013 году, проверило одиннадцать автомобилей с двигателями с турбонаддувом и показало, что в целом каждое транспортное средство проезжает меньше миль на галлон, чем их аналоги без турбонаддува. Например, Ford Fusion 2.0L Turbo, который рекламируется как имеющий в среднем 26 миль на галлон, показал лишь 22 мили на галлон во многих суровых дорожных тестах.

Итак, хотя двигатели с турбонаддувом могут дать некоторые преимущества в области скорости и мощности, они пока не приносят никакой пользы окружающей среде.Однако такие компании, как Volkswagen, находят способы обойти это, например, с их гибридным турбодизельным двигателем VW XL1, который считается самым эффективным автомобилем в мире. Посмотрите это видео с его удивительными функциями: