Как работает турбонаддув в бензиновом двигателе

Как работает турбина на машине. Принцип работы турбины на бензиновом двигателе Фольксваген, ВАЗ, Opel Astra J, Opel Insignia, Audi A4, Шкода Октавия.

Что такое турбокомпрессор – турбина

Турбокомпрессор – это агрегат, предназначением которого является обеспечение высокого давления газов, прошедших путь через поршневую систему, для повышения мощности автомобиля. Благодаря этому улучшается динамика автомобиля при разгоне без повышения рабочего объема цилиндров.

Расход топлива также остается на прежнем уровне. Существует два типа исполнения турбированного компрессора.

Первый, устанавливаемый на силовые установки с малой мощностью, имеет центробежный тип вращения потока выхлопных газов. Во втором эти газы движутся по осевой траектории. Радиус компрессорного колеса для легковых автомобилей составляет 25 мм.

Как работает турбина на машине

Компрессор приводится во вращение с помощью кинетической энергии выхлопных масс. Корпус турбины снаружи похож на форму улитки. При поступлении в него, отработавшие газы перемещаются по специальным каналам вплоть до соприкосновения с поверхностью лепестков турбинного колеса.

С помощью этого данное колесо набирает частоту вращения около 250 тыс. об/мин. К нему присоединен вал, передающий эту энергию вращения дальше, на компрессорное колесо.

Выхлопные газы проходят путь огибающий колесо с лопастями, которое придает им дополнительную энергию движения. После чего двигаются в направление центра турбокомпрессора, в котором расположено отверстия для удаления этих газов в выхлопную систему автотранспортного средства.

1. Компрессор турбины, а также другие изделия выполнены из материалов, которые обладают устойчивостью к работе на высоких температурах.
2. Колесо компрессора изготовлено из смеси железа и никеля, а осевой диск из стали, имеющей устойчивость к жару.
3. Тип и размер турбированного агрегата напрямую влияет на мощностные параметры компрессорной установки.

Крупные габариты означают, что внутри установлен компрессор для автомобилей с высокой мощностью и большим рабочим объемом цилиндров. Поэтому объем потока также будет большим и для обработки его, лопасти компрессорного колеса должны быть соответствующих размеров.

Все это способствует тому, что давление потока выхлопных газов достигает максимальной величины, на выходе из турбины. Турбокомпрессоры меньших габаритов развивают рабочую скорость движения потока вредных газов быстрее, однако в показателях мощности и производительности уступают крупногабаритным установкам.

Перепускной клапан

В состав рассматриваемой установки также входит такой элемент, как перепускной клапан. Предназначением его является: уменьшение или увеличение давления наддува воздушной смеси, в зависимости от необходимых динамических параметров разгона автомобиля.

За его функционирование отвечает электронный блок управление силовой установкой транспортного средства. Принцип работы заключается в том, что этот блок получает сигнал от органов управления, обрабатывает его, рассчитывает требуемые параметры давления, которое необходимо создать на выходе из турбины и затем посылает его на клапан.

После этого, с помощью пневматического привода, происходит изменения угла открытия заслонки клапана, в необходимую сторону, благодаря этому происходит уменьшение или увеличение объема газов, поступающих в турбокомпрессор.

Место расположения компрессорного вала – центральная зона турбины. Данное конструктивное решение позволяет избежать трения лопастей о корпус изделия, а также способствует достижению максимального значения скоростных параметров вращения и, как следствие, получения высоких результатов динамики разгона.

Для осуществления вращения вала необходима установка одного или двух подшипников. В основном используются подшипники, имеющие тип скольжения.

Шариковый тип использовался в самом начале производства автомобильных турбин. Однако этот тип потерял свою актуальность из-за низких показателей долговечности и устойчивости к работе на высоких температурах. Этому способствует то, что функционирование агрегата осуществляется на очень высоких скоростях.

Для нормального функционирования турбины достаточно системы смазки, которая установлена на двигателе. При нормальной эксплуатации и современном обслуживании автомобиля, а также использовании качественных расходуемых материалов для этого, все составные части компрессора, в том числе вал и подшипники смазываются с помощью поступления моторного масла в корпус турбины по специальным каналам, предназначенным для этого.

Масло

Также масло выполняет функцию охлаждения системы на элементы, температура которых, во время работы, достигает больших величин. Эффективность охлаждения турбины в основном зависит от типа двигателя, на котором она установлена.

Двигатели, зажигание в которых является искрового типа, имеют самую оптимальную конструкцию для хорошей эффективности сопротивлению нагревания турбоустановки.

Это достигается благодаря расположению данного элемента вблизи системы понижения температуры двигателя, и вхождение его основного корпуса напрямую в эту систему.

Центробежный компрессорный агрегат дает возможность создания давления объема выхлопных газов, которое является дополнительным. Конструктивное устройство его не многим отличается от подобного механического нагнетателя.

В его состав входят: выплавленный из алюминия диск, на поверхности которого располагаются лопасти и стальной корпус. Воздушный поток входит через центр колеса и выходит сквозь отверстие, также расположенное в центральной зоне.

Кинетическая энергия преобразовывается силу нагнетания воздушного потока с помощью резкого понижения его скорости.

Модернизация

С каждым новым поколением двигателей усовершенствуются и турбоустановки автомобиля. Их модернизируют для увеличения параметров производительности, а также устранения проблем предыдущего поколения, таких как турбояма. Она является функциональным недостатком, возникающим при определенном инерционном действии турбокомпрессора.

Это возможно, когда водитель нажимает резко на педаль газа, с целью немедленного набора скорости, а автомобиль не сразу реагирует на это и начинает набирать динамику разгона спустя определенный период времени. Эффект наиболее четко наблюдается на автомобилях с небольшим объемом цилиндров двигателя, который работает совместно с автоматической или роботизированной коробкой переключения передач.

Основные причины возникновения турбоямы

При движении на малых оборотах и резкого нажатия акселератора в крайнее положение, давление отработавших газов в полости турбины является низким. Его значение располагается в пределах атмосферного давления.

Поэтому скорость вращения крыльчатки не позволяет обеспечить сжатие отработавших газов до требуемого объема. Вследствие этого топливно-воздушная смесь в цилиндрах является обогащенной и в ней наблюдается недостаток кислорода.

Поэтому топливо не полностью сгорает в рабочих камерах двигателя и продолжает сгорать в полости корпуса турбина. Это влечет за собой снижение коэффициента полезного действия компрессора и появление нагара на стенках корпуса.

Также создаются силы, сопротивляющиеся отводу вредных газов из выпускной системы. Мощность автомобиля в этот момент падает, и двигателю необходимо производить дополнительную работу по удалению выхлопных газов из полостей рабочих камер, расположенных в цилиндрах.

Над устранением данного недостатка работают все компании, занимающиеся выпуском турбоустановок. Эффект турбоямы в определенной ситуации несет угрозу безопасности участников дорожного движения, поскольку водителю может не хватить несколько секунд на обгоне или другой дорожной ситуации, из-за того, что в момент набора скорости автомобиль потерял свою мощности из-за возникновения турбоямы.

Контроль над устранением деффекта ведет международная организация, занимающаяся обеспечение безопасности дорожного движения.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией

Для того, что бы увеличить характеристики наддува, в частности увеличить мощность и частоту вращения компрессорного вала, конструкторы оснащают турбированные агрегаты системой изменяемой геометрии движения потока воздушных масс.

Это необходимо, поскольку обычная турбина не может обеспечить достаточную раскрутку турбины, при работе двигателя на низкой частоте вращения коленчатого вала. Сам принцип действия заключается в том, что лопатки смещаются в центр компрессорного колеса, тем самым уменьшая расстояния между собой.

• Узкий канал способствует увеличению давления, с которым движется поток выхлопных газов.
• Частота вращения вала компрессора увеличивается пропорционально возрастанию давления газов.
• Вследствие этого мощность, развиваемая турбокомпрессором, увеличивается.

Во избежание поломки лопастей и выхода из строя компрессорного элемента, при достижении высокого числа оборотов, наблюдается возвращение лопастей на свое исходное положение.

Также это помогает силовому агрегату уберечь себя от избыточного давления воздушной массы. Это явление называется защита от перекрута.

Какой принцип работы турбины на бензиновом двигателе

Турбированный бензиновый силовой агрегат отличается от атмосферного тем, что вместо обычного радиатора применяется интеркулер. Конструктивно эти два изделия похожи, однако в интеркулере циркулирует вместо охлаждающей жидкости воздух. В некоторых случаях, при высокой мощности двигателя, дополнительно к нему устанавливается вентилятор.

Он помогает справиться с большим объемом поверхностей, которые необходимо охлаждать. В основе работы турбины на бензиновых агрегатах, заложен тот же алгоритм что и на дизельных.

Турбина, устанавливаемая вблизи выпускного коллектора, возвращает определенное количество выхлопных газов. После этого она способствует разгону отработанных газов до требуемой скорости, а затем нагнетает их под давлением в рабочие полости цилиндров.

Принцип работы турбины на бензиновом двигателе Фольксваген

Бензиновые агрегаты Фольксвакен, которые оснащаются турбинами, получили маркировку TSI. Это означает, что силовая установка обладает непосредственным впрыском топлива и турбонаддувам. В зависимости от объема двигателя в автомобилях этой компании устанавливаются два типа турбин.

Первый тип характеризуется наличием одной турбины компрессорной. Второй тип оснащен турбокомпрессором и механическим нагнетателем.

Моторы, оснащаемые дополнительным элементом нагнетания воздуха, обладают мощностью от 150 лошадиных сил. Работа осуществляется следующим образом: при движении на низкой или средней частоте оборотов коленвала, турбина и нагнетатель работают в паре.

В случае повышения частоты от 2500 об/мин до отметки в 3500 об/мин, нагнетатель отключен и начинает функционировать только при резком нажатии на педаль газа. Это позволило компании Фольксваген избавиться от основного недостатка турбированных силовых установок – турбоямы.

Турбина на автомобилях ВАЗ

Заводом изготовителем данных автомобилей не предусмотрена заводская установка турбины. Поэтому, если автовладелец захочет иметь под капотом транспортного средства турбину, придется устанавливать ее самому.

При оснащении двигателя турбиной, необходима модернизация многих частей транспортного средства, таких как: подвеска, тормозная система, а также в некоторых случаях придется изменять конструкцию трансмиссии.

В зависимости от мощности, которую владелец желает получить от автомобиля, ему стоит выбрать необходимый тип турбины: низкого, высокого и сверхвысокого давления.

Турбированные двигатели Opel Astra J и Opel Insignia

На данные модели устанавливались три типа двигателей с турбированными установками. Ими являются два бензиновых мотора, объемом 1.4 и 1.6 литра. Они развивают мощность 140 и 180 лошадиных сил соответственно.

Также в этой линейке присутствует дизельный агрегат мощностью 130 л.с. и рабочим объемом в 2 литра. Функционируют они совместно с 5 или 6-ступенчатой механической коробкой передач, либо с автоматической коробкой имеющей 6 ступеней. Срок службы турбин не достаточно высок и в среднем заканчивается на 100 000 км пробега.

Турбина Audi A4

Маркируются турбированные двигатели Audi A4 буквами TFSI. Они бывают двух типов. Первый обладает объемом 1.4 литра и способен развить мощность в 150 л.с. Наиболее популярным является двухлитровый турбированный мотор, мощностью 190 л.с. и объемом 2 литра.

Несмотря на высокие мощностные параметры и высокую динамику разгона, расход топлива находится на низком уровне и равен в смешанном цикле 4.8 литра.

Турбированные двигатели Шкода Октавия

Скандинавская автокомпания устанавливает в свои автомобили двигатели, производимые компанией VAG. Маркируются они TSI и имеют следующие рабочие объемы: 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0.

Компрессор, устанавливаемый в них, помогает сохранить потенциал мощности, несмотря на низкие обороты двигателя. Значение давления на холостом ходу сохраняется в пределах 1.8БАР. При разгоне эта цифра может увеличиваться до 2.5 БАР, что является очень хорошим показателем.

Почему турбина гонит масло в интеркулер

Причин этому явлению может быть несколько. Маслопровод, расположенный среди турбины и картера двигателя, может со временем деформироваться. Вследствие этого возможно создание повышенного давления масла, которому некуда больше деваться, кроме как попадать в интеркулер.

Также причинами этого может быть повреждения какого-либо воздуховода, а также повышенная засоренность воздушного фильтра. Сливной маслопровод может быть забит мусором или в нем может возникнуть нагар, что приведет засасыванию интеркулером масла.

Видео. Гонит масло в интеркулер, автомобиль Шкода

Как работает турбина в дизельном двигателе

Работа турбины дизельного двигателя начинается с первыми оборотами коленчатого вала автомобиля при запуске. Газы выхлопа через определенные каналы перемещаются в корпус турбины.

Они заставляют начать вращательное движение вал, оснащенный крыльчатками. Холостые обороты характеризуются маленьким давлением. В связи с этим работа турбины не влияет на функционирования двигателя в целом. Количество газов выхлопа увеличивается пропорционально росту оборотов.

Благодаря этому компрессор начинает вращаться с постоянно увеличивающейся скоростью. На выходе из турбины получается поток газов, направляющихся в цилиндры двигателя с определенным давлением.

Видео. Принцип работы Турбо-дизеля

Турбина в двигателе или как бывает называют турбокомпрессов дает больше мощности агрегату. Чтоб понять как устроен и принцип работы системы, рассмотрим это все в деталях.

Немного о турбокомпрессоре

Турбокомпрессор или его ещё называют «газотурбинный нагнетатель» (Centrifugal compressors или очень популярно называть «Turbocharger») — это осевой или центробежный компрессор, что функционирует вместе с турбиной. Это конструктивный основной элемент в автомобилях с газотурбированными двигателями.

Давление во впускной системе можно повысить при помощи установки турбокомпрессора, использующего энергию отработавших газов. При его использовании масса воздуха, имеющегося в камерах сгорания, увеличивается. Механический нагнетатель не так эффективен, как турбированный компрессор газов, потому что мощность двигателя не используется для привода.

Тем не менее, после установки центробежной турбины некоторые потери мощности неизбежны. Отработавшие газы из цилиндров не находят выхода, так как турбина преграждает их путь наружу. На двигатель приходится большая нагрузка по очистке цилиндров, вследствие того, что в выпускном тракте создаётся огромное давление. На эту задачу тратится некоторая часть мощности двигателя авто. Конечно, эта потеря ничтожна в сравнении с приростом мощности двигателя объёмом в 30–40%.

После установки центробежной турбины, можно столкнуться с ещё одной проблемой, которая в обиходе называется турбояма. Выходная мощность двигателя изменяется с отставанием от смены давления отработавших газов. Главными факторами, из-за которых образуется турбояма, являются силы трения, инерционность и нагрузка турбины.

Принцип работы автомобильного турбокомпрессора

Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры. Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

• при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
• поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
• так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.

Что такое турбо-яма?

Стоит добавить, что крыльчатка турбокомпрессора способна развивать до двухсот тысяч оборотов в минуту, благодаря чему данное устройство отличается большой инерционностью или, говоря иначе, имеет «турбо-яму», которая проявляется при резком нажатии на педаль газа. В этот момент крыльчатка медленно приводится в движение, и приходится некоторое время ждать, чтобы автомобиль начал набирать скорость.

Этот эффект имеет продолжительность всего несколько секунд, но, тем не менее, он не доставляет особого удовольствия при разгоне машины. На сегодняшний день производители, так или иначе, смогли устранить эффект «турбо-ямы» путем установки двух перепускных клапанов. Один предназначен для выработанных газов, задача второго состоит в том, чтобы перепускать избыток воздуха в трубопровод турбокомпрессора из впускного коллектора.

Благодаря этой системе обороты крыльчатки при сбросе газа уменьшаются в замедленном темпе, в то время как при резком нажатии на педаль акселератора происходит поступление воздушной массы в двигатель в полном объеме.

Функция турбины, настройка и ее дефекты

Функция турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличивать выходную мощность и крутящий момент двигателя. Благодаря турбине производители могут уменьшать количество рабочих цилиндров в двигателе без снижения мощности и крутящего момента.

Например, только трехцилиндровый 1,0 литровый турбомотор может выдавать мощность в 90 л.с. Добиться такой же производительности обычный бензиновый трехцилиндровый мотор без дорогостоящих модификаций не сможет ни один автопроизводитель.

Также 1,0 литровый турбированный трехцилиндровый двигатель имеет более низкий расход топлива и небольшой уровень выхлопных газов СО2.

Именно поэтому турбированные моторы стали очень распространенными в малолитражных бензиновых автомобилях за последние несколько лет.

Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.

В большинстве случаев работа современных турбокомпрессоров основана на тех же принципах, которые создал Швейцарский изобретатель Альфред Бучи. То есть большинство турбин в современных автомобилях работают от давления, образующего от выхлопных газах в камере сгорания двигателя.

Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя. Например, подобная турбо технология используется в дизельном 4,0 литровом моторе Audi V8 TDI, который устанавливается на кроссовер SQ7.

Эксплуатация и техническое обслуживание автомобильных турбин

С каждым годом во всем мире ужесточаются экологические требования к выхлопу современных автомобилей. В результате все больше новых автомобилей оснащаются турбинами. Таким образом автопроизводители пытаются выпускать автомобили, которые будут соответствовать жёстким экологическим нормам. Увы, без использования турбин в современных автомобилях добиться сокращения уровня вредных веществ в выхлопе без миллиардных инвестиций невозможно.

Виды и срок службы турбокомпрессоров

Основным недостатком работы турбины является возникающий на малых оборотах двигателя эффект «турбоямы». Он представляет собой временную задержку отклика системы на изменение оборотов двигателя. Для устранения этого недостатка разработаны различные виды турбокомпрессоров:

• Система twin-scroll, или раздельный турбокомпрессор. Конструкция имеет два канала, которые разделяют камеру турбины и, соответственно, поток отработавших газов. Это обеспечивает более быстрое реагирование, максимальную производительность турбины, а также предотвращает перекрытие выпускных каналов.
• Турбина с изменяемой геометрией (с переменным соплом). Такая конструкция чаще используется на дизеле. Она предусматривает изменение сечения входа в колесо турбины за счет подвижности ее лопастей. Смена угла поворота позволяет регулировать поток отработавших газов, благодаря чему происходит согласование скорости отработавших газов и рабочих оборотов двигателя. На бензиновом двигателе турбина с изменяемой геометрией часто устанавливается на спортивных автомобилях.К минусам турбокомпрессоров можно отнести и небольшой срок службы турбины. Для бензиновых двигателей он в среднем составляет 150 000 километров пробега машины. В свою очередь, ресурс турбины дизельного двигателя несколько больше и в среднем достигает 250 000 километров. При постоянной езде на высоких оборотах, а также при неправильном подборе масла сроки эксплуатации могут сократиться в два или даже в три раза.В зависимости от того, как работает турбина, на бензиновом или дизельном двигателе, можно судить о ее исправности. Сигналом о необходимости проверки узла является появление синего или черного дыма, снижение мощности двигателя, а также появление свиста и скрежета. Для профилактики неисправностей необходимо вовремя менять масло, воздушные фильтры и регулярно проходить техобслуживание.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОНАДДУВА

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.
2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.
3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.
4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.
5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.
6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

О НЕДОСТАТКАХ

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.
Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.

Когда воздух сжимается, он нагревается, а при нагревании воздух расширяется. Поэтому повышение давления от турбокомпрессора происходит в результате нагревания воздуха до его впуска в двигатель. Для того, чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо впустить в цилиндр как можно больше молекул воздуха, при этом не обязательно сжимать воздух сильнее.

Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. При впуске воздух проходит через герметичный канал в охладитель, при этом более холодный воздух подается снаружи по ребрам при помощи вентиляторов охлаждения двигателя.

Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. Это значит, что если турбокомпрессор сжимает воздух под давлением 7 фунт/дюйм 2 (0,5 бар), охладитель осуществит подачу охлажденного воздуха под давлением 7 фунт/дюйм 2 (0,5 бар), который является более плотним и содержит больше молекул, чет теплый воздух.

Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.

В старых автомобилях с карбюраторами автоматически увеличивается подачу топлива в соответствии с увеличением подачи воздуха. В современных автомобилях происходит то же самое. Система впрыска топлива ориентируется на данные датчика кислорода в выхлопе для определения необходимого соотношения топлива и воздуха, так что система автоматически увеличивает подачу топлива при установленном турбокомпрессоре.

При установке мощного турбокомпрессора на двигатель с впрыском топлива, система может не обеспечить необходимое количество топлива — либо программное обеспечение контроллера не допустит, либо инжекторы и насос не смогут осуществить необходимую подачу. В этом случае необходимо осуществлять уже другие модификации для максимального использования преимуществ турбокомпрессора.

Схема турбины с изменяемой геометрией (VNT)

Она также известна под названием – трубина с переменным соплом. Данный тип турбины используется в дизельных двигателях. Девять подвижных лопастей, установленных в турбокомпрессоре, регулируют прохождение потока газов к турбине. Увеличение и блокировка потока газов достигается при помощи привода, регулирующего угол наклона девяти лопастей. Скорость потока газов и давление нагнетаемого воздуха согласуются с количеством оборотов двигателя во время изменения угла наклона лопастей.

Следует напомнить о том, что некоторые двигатели используют несколько турбокомпрессоров. Возможно использование двух (Твин Турбо), трех или же четырёх. В таких конструкциях они устанавливаются последовательно. Первый используется при низких оборотах, а второй — при высоких. Также существует схема установки компрессоров, при которой они располагаются параллельно друг другу. Она используется на V-образных двигателях. На каждый ряд цилиндров приходится по компрессору. Бытует мнение, что один большой турбокомпрессор менее производителен, чем два маленьких.

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители блога Автогид.ру. Сегодня в статье мы с вами разберёмся и узнаем как работает турбина на бензиновом двигателе. Тема, конечно интересная и в первую очередь для владельцев бензиновых турбированных автомобилей. Зачастую информации о принципе работы и устройстве турбины на бензиновом моторе достаточно мало или она слишком сложна для восприятия обыкновенного человека.

Использование турбины позволяет любому двигателю с малым объёмом увеличить мощность без возрастания расхода топлива и сокращения ресурса эксплуатации. После подключения турбины мотор словно получает невидимый пинок и работает значительно шустрее. Существуют особенности использования бензиновых моторов, оснащённых турбинами.

Их необходимо учитывать для продления срока службы устройства и использования двигателя машины с максимальной эффективностью. Перед тем как говорить о принципе работы турбины на бензиновом двигателе надо узнать историю её появления и широкого использования производителями автомобилей.

История появления турбированного бензинового мотора

Первые двигатели внутреннего сгорания, как и все технические первопроходцы имели очень «сырой» вид и требовали доработки. Время шло и на рынке появлялись надёжные и долговечные модели бензиновых моторов, которые радовали водителей своей неприхотливостью в обслуживании и выносливостью. Требования к моторам среди потребителей возрастали и критерии контролирующих органов ужесточались.

Первоначально развитие бензиновых моторов осуществлялось во многом по экстенсивному пути. Для увеличения мощность двигателя его объём просто увеличивался. Все было отлично если бы не возрастающий пропорционально расход топлива и количество вредных выбросов в окружающую среду. Продолжаться это больше так не могло и перед инженерами и создателями двигателей внутреннего сгорания была поставлена очень непростая задача.

Добиться увеличения мощность ДВС (двигателя внутреннего сгорания) без увеличения объёма мотора и расхода топлива. Решений было предложено большое количество, но выбрано было единственное верное направление развития моторов. Было решено работать над увеличением эффективности образования и сгорания топливно-воздушной смеси в моторе автомобиля.

Единственный верный способ увеличить эффективность сгорания смеси топлива и воздуха – это увеличить поступление воздуха в цилиндры мотора. При этом дополнительный объём воздуха должен был поступать принудительно за счёт создаваемого давления.

Дополнительное количество воздуха значительно усиливало сгорание топлива в цилиндрах мотора и тем самым высвобождая дополнительные мощности при неизменном объёме. Идея простая, но требующая реализации в виде появления устройства для нагнетания воздуха в цилиндры двигателя.

Для решения этой задачи автомобильные инженеры решили опираться на разработки авиационной промышленности. Она уже очень давно использовала турбины. Первые турбированные бензиновые моторы появились на грузовых автомобилях в тридцатых годах прошлого века. Грузовики использующие турбины прибавили в мощности и оптимизировали расход топлива.

Удачный опыт использования турбины как устройства для нагнетания массы воздуха в грузовых машинах подвиг конструкторов и инженеров автомобильной промышленности ускорить движение в этом направлении. Первые автомобили с бензиновыми моторами оснащёнными турбинами начали продаваться на территории США в 60-х годах прошлого века.

Первые модели автомобилей этого типа автолюбители из США встретили настороженно и с подозрительностью. Только через 10 лет в 70-х годах прошлого века их оценили по достоинству и начали активно использовать при создании машин со спортивным уклоном. На серийные модели автомобилей турбины устанавливали в очень малом количестве.

Это было вызвано тем, что первые модели моторов с турбинами оказались очень «прожорливыми» и имели массу прочих мелких недоработок, портящих первое впечатление. Значительный расход топлива не дал возможность наладить широкое производство машин с турбированным моторами. Значительно замедлило внедрение турбин в моторы нефтяной кризис, закончившийся увеличением цен на топливо. Люди стали больше экономить.

Лишь в конце 90-х годов после значительного улучшения конструкции турбины и бензинового мотора в целом удалось изменить ситуацию. Это стало отправной точкой начала эры развития и становления бензиновых турбированных двигателей.

Как работает турбина на бензиновом двигателе?

Турбина бензинового мотора за счёт использования компрессора принудительно нагнетает в цилиндры массу воздуха. Значительно повышается обогащение кислородом топливно-воздушной смеси и улучшается сгораемость бензина. Коэффициент полезного действия существенно возрастает. Эффективность работы мотора увеличивается при неизменно объёме.

Мощность двигателя при использовании турбины возрастает прямо пропорционально количеству сжигаемого за единицу времени бензина. Для обеспечения максимального быстрого сгорания топлива в цилиндрах мотора необходим значительный объём воздуха. Именно его в достаточном количестве направляет турбина за счёт работы компрессора. Он принудительно подаётся в цилиндры, обогащая топливно-воздушную смесь.

Если разрезать турбину бензинового мотора вдоль корпуса можно увидеть следующее рабочие элементы:

Корпус подшипников.

Служит для размещения ротора, представленного валом несущим на себе турбинные и компрессорные кольца, оборудованные лопастями. Именно они при вращении захватывают воздуха и направляют его в цилиндры мотора.

Масляные каналы.

Пронизывают корпус турбины словно кровеносные сосуды на теле человека. Служат для своевременной доставки моторного масла к трущимся и вращающимся элементам. Снижают тем самым износ рабочих элементов бензиновой турбины.

Подшипник скольжения.

Его главная задача обеспечить свободное и плавное вращение ротора турбины с его лопастями для захвата достаточного количества воздуха. Его смазку и охлаждение обеспечивает циркулирующее в турбине моторное масло.

Корпус.

Корпус турбины, имеющий форму улитки обеспечивают защиты от внешних механических воздействий рабочие элементы устройства для нагнетания воздуха.

Привод турбины бензинового мотора осуществляется за счёт подачи отработанного газа энергия которого заставляет ротор вращать лопасти. Сложного в конструкции и работе ничего нет всё понятно и достаточно просто.

При запуске бензинового мотора отработанные газы и цилиндров мотора направляются прямиком в турбину. Они приводят в движение ротор, отдавая ему свою энергию. Далее, через приёмную трубу они поступают в глушитель и выводятся в окружающую среду.

Вал ротора раскручивает колесо компрессора и лопаточное колесо. Они захватывают воздух из окружающей среды, поступающий через воздушный фильтр мотора. Он принудительно подаётся в цилиндры двигателя. Компрессор турбины может повышать давление воздуха до 80%.

Работа турбины бензинового мотора позволяет обогащённую кислородом топливно-воздушную смесь наполнять цилиндры в большом количестве. Объём мотора остаётся неизменным, но его мощность существенно возрастает. В среднем использование турбины даёт возможность увеличить мощность силовой установки машины на 20-30%.

Что необходимо знать для грамотной эксплуатации бензиновой турбины?

Для обеспечения долговечной работы турбины на бензиновом моторе не нужно экономить на количестве и качестве моторного масла. Любители пропускать интервалы замены масла в моторе рано или поздно столкнуться с проблемами и нарушениями в работе турбины. Она очень восприимчива к качеству используемого масла. Дешёвое масло не сможет обеспечить необходимый уровень трения рабочих элементов и они при интенсивном использовании автомобиля достаточно быстро придут в негодность и потребуют замены.

При покупке автомобиля, оснащённого турбиной надо обязательно выполнить замену моторного масла и прочистку всей системы. Смешивать доливая другое масло нельзя, так как оно теряет свои свойства и эффективность его работы стремится к нулю. Полная замена масла позволит избежать вредных воздействий и усилить защиту турбины бензинового мотора.

Есть некоторые особенности эксплуатации мотора, оснащённого турбиной. После длительной поездки на машине двигатель во время остановки сразу глушить не нужно. Необходимо дать ему время поработать на холостых оборотах и немножко остыть. Резкое выключение мотора создаёт температурный перепад отрицательным образом, сказывающийся на прочности и надёжности рабочих элементов турбины мотора.

Преимущества и недостатки турбированного мотора

Главным преимуществом любого бензинового мотора, оснащённого турбиной является увеличение его мощности на 20-30%. При одинаковом объёме с традиционным атмосферным ДВС его мощность выше на треть. Эффективность использования топлива существенно повышается.

Максимальный уровень сгорания топливно-воздушной смеси позволяет существенно снизить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду. Максимальное использование турбированных моторов повсеместно настоящая мечта защитника окружающей среды. На этом преимущества турбированного мотора заканчиваются.

Турбированные моторы очень требовательны к качеству используемого топлива и моторного масла. Всё это в совокупности приводит к увеличению расходов на использование автомобиля в долгосрочной перспективе. Обслуживание турбированного мотора потребует от водителя больших расходов денежных средств.

Ремонт турбины требует использования специального оборудования и материалов. Самостоятельно его выполнить очень проблематично. Зачастую век отремонтированной турбины недолог и в конечном итоге потребуется её замена. Это может ощутимо ударить по кошельку владельца машины.

Заключение

Появление турбированных моторов является ещё одной ступенькой развития силовой автомобильных установок. Современные требования к экологической составляющей двигателя существенно ужесточаются и конкуренция между производителями машин обостряется.

Источник: automotogid.ru