Турбокомпрессоры становятся все более распространенными в новых автомобилях автомобильной промышленности, отчасти из-за ужесточения государственных требований к эффективности использования топлива. Турбокомпрессоры позволяют двигателям меньшего размера развивать мощность более крупного двигателя без наддува. Это достигается без ущерба для экономии топлива в консервативных условиях вождения.
Тем не менее, не ожидайте повышения эффективности использования топлива, если ваш двигатель с турбонаддувом работает энергично или буксирует тяжелые грузы. Когда турбонаддув создает наддув (увеличивая давление в фунтах на квадратный дюйм), двигателю требуется значительно больше топлива, чем при работе с частичной дроссельной заслонкой и более низкими оборотами (обороты в минуту, мера скорости двигателя).
Разгон по шоссе до 30+ миль на галлон, при этом время от времени получая удовольствие, делает 4-цилиндровые двигатели с турбонаддувом популярными в определенных автомобильных сегментах. Размер турбонаддува будет определять порог наддува двигателя, то есть число оборотов в минуту, необходимое для запуска турбонагнетателя. Большие турбокомпрессоры предлагают более высокий порог наддува и могут производить больше энергии. Напротив, небольшие турбонагнетатели имеют более низкий порог наддува, но не производят столько лошадиных сил и крутящего момента. Увеличение размера турбонаддува позволит увеличить выходную мощность за счет увеличения нагрузки на двигатель и, возможно, сокращения срока его службы.
Турбокомпрессоры работают, используя выхлопные газы для вращения турбины, которая прикреплена ко второй турбине, которая всасывает воздух в двигатель. Думайте о турбокомпрессоре как о воздушном компрессоре, который работает на выхлопных газах, а не на электричестве. При создании наддува турбины могут увеличить давление в фунтах на квадратный дюйм внутри двигателя до давления, превышающего атмосферное давление. Турбине требуется достаточное количество выхлопных газов, чтобы преодолеть порог наддува, на который влияют как положение дроссельной заслонки, так и обороты двигателя.
Горячие выхлопные газы нагревают турбонаддув, повышая температуру всасываемого воздуха. Горячий воздух имеет меньшую плотность и меньше кислорода, чем холодный воздух, что приводит к снижению производительности двигателя. Прежде чем воздух попадает в двигатель, он проходит через промежуточный охладитель, чтобы снизить температуру всасываемого воздуха. В промежуточных охладителях в основном используется воздушное охлаждение, поскольку оно надежно и недорого. В некоторых высокопроизводительных приложениях с ограниченным пространством промежуточные охладители типа «воздух-вода» предпочтительнее благодаря повышенной реактивности турбонаддува и компактным размерам.
Существует шесть основных конструкций турбокомпрессоров, и все они имеют свои преимущества и недостатки. Двигатель с двойным турбонаддувом может обеспечить более широкий диапазон мощности, чем двигатель с одним турбонаддувом, за счет дополнительной сложности и денег. Турбокомпрессоры дороги, а более сложные конструкции могут привести к тому, что счет за ремонт может составить тысячи долларов, если они выйдут из строя.
Один турбо – Установка с одинарным турбонаддувом чаще всего встречается на рядных двигателях, потому что все выпускные отверстия находятся на одной стороне двигателя. Большой одиночный турбонаддув может дать столько же, если не больше, чем установка с двойным турбонаддувом. Компромиссом для максимальной выходной мощности является высокий порог усиления, создающий узкий диапазон мощности.
Двойной турбо - Двойные турбины обычно устанавливаются на V-образные двигатели с двумя рядами выпускных отверстий. Большую часть времени турбины будут располагаться по обеим сторонам моторного отсека, за исключением двигателей, которые используют горячую V-образную компоновку и размещают турбины в нише двигателя. Две турбины позволяют использовать турбины меньшего размера, что может расширить диапазон мощности и улучшить крутящий момент на низких оборотах благодаря более низкому порогу наддува.
Турбо с двойной прокруткой – Благодаря использованию двух отдельных выпускных каналов к турбокомпрессору влияние отрицательного давления из-за перекрытия клапанов вызывает меньшее снижение производительности. Спаривание цилиндров, которые не запускаются последовательно, помогает устранить влияние скорости выхлопных газов. Это приводит к увеличению производительности по сравнению с турбо с одной прокруткой. Двигатели, изначально не разработанные с турбонаддувом с двойной спиралью, также потребуют совместимости с новым выпускным коллектором.
Турбо с двойной прокруткой - Турбина с регулируемой спиралью с двойной спиралью дополняет прирост производительности турбины с двойной спиралью за счет добавления второй турбины. Турбины могут работать независимо, чтобы максимизировать скорость выхлопа или одновременно генерировать максимальную мощность. Обе турбины работают при более высоких оборотах двигателя, когда положение дроссельной заслонки достигает определенной точки. Турбокомпрессоры с регулируемой двойной спиралью сочетают в себе преимущества малых и больших турбокомпрессоров и устраняют их недостатки.
Турбо с изменяемой геометрией – Добавление регулируемых лопастей вокруг турбины позволяет турбинам с изменяемой геометрией обеспечивать широкий диапазон мощности. Лопасти в основном закрыты при низких оборотах двигателя, что позволяет турбонагнетателю быстро раскручиваться. Лопасти открываются при высоких оборотах двигателя, чтобы уменьшить ограничения, которые в противном случае привели бы к снижению производительности двигателя на красной черте. Турбины с изменяемой геометрией обеспечивают превосходную производительность за счет дополнительной сложности, что создает больше точек отказа.
Электротурбо – Хотите большой турбонаддув без высокого порога наддува? Турбины с электроприводом могут помочь раскрутить турбину. Это происходит, когда двигатель работает на низких оборотах и не производит достаточного количества выхлопных газов для эффективного вращения турбонаддува. E-turbo добавляет сложности и веса, поскольку необходим электродвигатель с дополнительной батареей.
Некоторые турбины будут работать исключительно на электричестве, но они все еще находятся на ранних стадиях разработки и не могут сравниться по выходной мощности с турбинами, работающими от выхлопных газов. Батарея, необходимая для питания электрического турбодвигателя, значительна, что увеличивает вес и сложность автомобиля. Производители используют небольшие электрические турбины, чтобы снизить порог наддува на больших турбокомпрессорах с выхлопными газами.
При надлежащем обслуживании и хороших манерах вождения двигатель с турбонаддувом не должен вызывать серьезных проблем с надежностью по сравнению с двигателем без наддува. Частая замена масла становится экспоненциально более важной для двигателя с турбонаддувом из-за дополнительного тепла, которое турбо добавляет в моторный отсек. Если срок замены масла истек, это может привести к накоплению шлама, который может заблокировать масляные каналы, питающие турбокомпрессор.
Предположим, что турбонаддув не смазывается должным образом и не охлаждается моторным маслом. В этом случае это может привести к повреждению и катастрофическому отказу, который может вывести из строя весь двигатель. В результате, он может эффективно оставить машину в сумме. Чтобы двигатель с турбонаддувом оставался работоспособным, необходимо выполнить несколько требований.
Не используйте низкооктановый бензин – Бензин премиум-класса с октановым числом 91 или 93 обеспечивает большую устойчивость к детонации двигателя, чем обычный бензин с октановым числом 87. Двигатели с турбонаддувом выделяют больше тепла и давления, чем двигатели без наддува, и более склонны к детонации. Преждевременное воспламенение газа или детонация могут вызвать серьезные проблемы. Он может эффективно разрушить двигатель в тяжелых и длительных случаях. Однако некоторые турбодвигатели могут работать на низкооктановом топливе. Всегда соблюдайте рекомендации производителя при заправке автомобиля топливом.
Детонация происходит, когда цилиндр находится на такте сжатия цикла сгорания и еще не достиг верхней мертвой точки. Проблема с детонацией заключается в том, что сгорание топлива борется с тактом сжатия и создает противоположные силы на вращающемся узле двигателя, а не на такте сгорания.
Не повышайте давление холодным маслом – Холодное масло гуще горячего и создает дополнительную нагрузку на двигатель. Не полагайтесь на датчик температуры двигателя, так как он измеряет температуру охлаждающей жидкости, а не масла. Если в автомобиле не используется датчик температуры масла, лучше перестраховаться и подождать определенное время после того, как охлаждающая жидкость двигателя достигнет рабочей температуры.
Не вдавливайте педаль акселератора в пол на низких оборотах – В основном это относится только к механическим коробкам передач. Это связано с тем, что в большинстве автомобилей с автоматической коробкой передач трансмиссия переключается на более низкую передачу. Ускорение автомобиля на самой высокой передаче потребует, чтобы турбонагнетатель дольше оставался раскрученным при широко открытом дросселе по сравнению с переключением на более низкую передачу в более низком диапазоне. Чем дольше турбонагнетатель остается на максимальном наддуве, тем больше тепла он будет генерировать. Когда это происходит, это может сократить срок службы компонентов двигателя, от жгута проводов до масла.
Не запускайте турбонагнетатель перед выключением двигателя - Сильно крутить двигатель или крутить его перед тем, как заглушить, не лучшая идея. Это верно независимо от того, оснащен двигатель турбонаддувом или нет. Горячий турбонаддув особенно эффективен при закоксовывании масла, и его необходимо охладить, прежде чем двигатель перестанет работать. В некоторых автомобилях используются турботаймеры, которые позволяют двигателю работать еще несколько минут после извлечения ключа из замка зажигания. Другой метод охлаждения турбокомпрессора — электрический насос, который продолжает циркулировать масло или охлаждающую жидкость без необходимости поддерживать двигатель в рабочем состоянии.
Турбокомпрессоры эффективно увеличивают мощность и эффективность двигателей, но они также усложняют их работу. При принятии решения о том, будет ли двигатель с турбонаддувом правильным выбором, важно взвесить все за и против. Турбины — отличный выбор для водителей, которые ценят производительность. Они также отлично подходят для водителей, которые не хотят жертвовать топливной экономичностью в повседневных условиях вождения.
Улучшенная выходная мощность – Турбокомпрессоры добавляют дополнительную мощность двигателю и позволяют двигателю меньшего размера соответствовать выходной мощности двигателя большего объема. Увеличение размера турбо может добавить больше мощности и поднять порог наддува, эффективно сужая диапазон мощности.
Лучшая экономия топлива – Турбокомпрессоры могут улучшить экономию топлива, позволяя двигателю меньшего объема производить достаточную мощность. Не ожидайте увидеть много дополнительных миль на галлон при добавлении турбонаддува к двигателю без наддува. Безнаддувный 2,0-литровый 4-цилиндровый двигатель, вероятно, будет лучше экономить топливо, чем 2,0-литровый 4-цилиндровый двигатель с турбонаддувом. Но это, по сути, сравнение яблок с апельсинами.
Снижен отклик на педаль газа - Турбокомпрессоры страдают от снижения отклика дроссельной заслонки, известного как порог наддува и турбо-запаздывание. Порог наддува — это минимальная частота вращения, необходимая двигателю для запуска турбонагнетателя. Турбо-задержка — это время, необходимое для создания давления в воздуховоде, ведущем к корпусу дроссельной заслонки, когда обороты двигателя превышают порог наддува.
Повышенная сложность движка - В двигателе с турбонаддувом используются дополнительные детали по сравнению с двигателем без наддува. Турбина, промежуточный охладитель, выпускной клапан и шланги наддува — это лишь некоторые из деталей, необходимых для турбонаддува двигателя. Эти дополнительные детали могут сделать тесный моторный отсек немного клаустрофобным и повысить уровень сложности некоторых ремонтных работ.
Более высокая стоимость ремонта - Турбокомпрессоры недешевы, и нередко они стоят более 1000 долларов. If a turbo fails, it can send pieces of metal into the engine and require a complete rebuild or replacement. A destroyed engine will cost thousands of dollars to repair and might sometimes exceed the car’s value.
Modified exhaust note – Turbochargers disrupt the exhaust gasses flow and change the exhaust sound. Comparing the exhaust note of a Porsche 911 GT3 and a Porsche 911 Turbo is one of the most notable exhaust comparisons. Yes, the induction noises bring a nice tradeoff for the muted exhaust note. But, it’s hard to beat the screaming sound of a naturally aspirated engine high in the rpm range.
Турбокомплекты Porsche | Руководство по обновлению Turbo
КПД двигателей турбокомпрессоров
Как добавить антифриз в машину (7 шагов)
Объяснение аварийного режима двигателя автомобиля и его сброс
Коды двигателя, коды DTC и коды OBD - что это такое и как их прочитать?