Почему турбированный двигатель автомобиля лучше, чем обычный?

Привычные атмосферные бензиновые двигатели, которые раньше демонстрировали престижность и высокий класс автомобиля, сегодня вытесняются турбированными моторами. Наддувные движки даже с маленьким объемом позволяют развить высокую скорость. При этом российские автовладельцы все еще не доверяют турбомоторам. Мы сравним турбированные движки и атмосферные, чтобы понять, какие из них лучше.

Чем отличается современный турбодвигатель от атмосферного

Различие этих двух вариантов моторов заключается в технологии поступления воздуха. В атмосферном силовом агрегате воздух проходит туда, где наблюдается более низкое давление. Он проникает в цилиндры под влиянием разрежения, которое создается на такте впуска. Поршень притягивает воздух.

Надувные силовые агрегаты работают по другой схеме. Чтобы в цилиндры попал воздух, применяется принудительный наддув. На впуске установлен своеобразный вентилятор.

Чтобы мощность силового агрегата увеличилась, в нем должно сгореть как можно больше топлива. Вызвать сгорание горючего может большой объем воздуха. На 1 л топлива требуется примерно один куб. м воздуха. Добиться этого можно двумя способами:

• сделать ДВС больше. Несколько лет назад конструкторы пытались использовать эту схему и увеличивали объемы цилиндров и их количество. Так были созданы двигатели W12 и V16, имеющие объем 100 л. Но такая схема оказалась нецелесообразной, поскольку в итоге мотор получался очень тяжелым;

• повысить объем сжигаемого топлива без расширения объема движка. Эта технология более целесообразна. Она предполагает принудительный наддув воздуха в цилиндре.

 

Рассмотрим принцип работы турбокомпрессора, на основе которого в цилиндры нагнетается много воздуха:

1. Воздух нагнетается в воздушный фильтр, а затем на турбокомпрессор.

2. После этого он сжимается и повышает объем кислорода. При сжатии воздушных масса происходит их нагрев, что уменьшает плотность воздуха.

3. Из турбокомпрессора воздух передается в интеркулер, где он охлаждается. После восстановления температуры повышается его плотность, что еще и сокращает риск детонации ТВС.

4. После этого воздух переходит через дроссель во впускной коллектор, а затем поступает в цилиндры силового агрегата. Кислорода в нем оказывается намного больше, чем в «атмосфернике». Большой объем кислорода дает возможность сжигать огромное количество горючего. В результате этого мощность двигателя увеличивается.

5. После сгорания ТВС выходит в выпускной коллектор, а затем горячей воздушный поток оказывается в турбине.

6. В процессе прохождения через турбину отработанные газы поворачивают вал турбины. Так происходит сжатие воздуха. Температура выхлопных газов становятся ниже, снижается давление, поскольку некоторое количество энергии тратится на поддержание функционирования компрессора.

В зависимости от вида движка и его комплектации турбокомпрессор может быть оборудован различными элементами:

• blow-off. Это перепускной клапан, который предотвращает переход компрессора на режим Surge. Если дроссель внезапно закрывается, скорость воздушного потока в системе стремительно сокращается. При этом турбина еще поворачивается по инерции некоторое время с той же скоростью. Это приводит к перепадам давления за компрессором. Режим Surge может привести к поломке опорных подшипников турбины. Blow-off определяет момент внезапного закрытия заслонки и уводит в атмосферу лишнее давление, защищая турбокомпрессор от поломки;

• wastegate. Это механический клапан, который контролирует давление, производимое турбокомпрессором. Большое количество бензиновых движков работает с Wastegate. Главной задачей этого клапана является создание свободного выхода выхлопов из системы, исключая прохождения через турбину. Это позволяет отслеживать энергию газов, регулировать давление наддува.

Почему турбодвигатель лучше, чем обычный

Современные турбодвигатели автомобилей имеют множество плюсов:

1. Хорошие показатели крутящего момента. Разгон автомобиля с любым видом коробки передач зависит от того, насколько быстро движок может достичь наивысшей мощности. Важно, чтобы мотор на маленьких оборотах мог обеспечивать хороший крутящий момент. Современные турбо двигатели изготавливают так, что повышенное давление наддува создается достаточно быстро. В итоге даже на невысоких оборотах можно получить отличный крутящий момент. Поскольку рост крутящего момента может вызвать высокую нагрузку на двигатель, в работу включается перепускной клапан. Он направляет потоки воздуха в обход турбины. Получается ровная полка крутящего момента. В «атмосфернике» такая полка отсутствует, поскольку тяга зависит от оборотов движка. Атмосферные движки на невысоких оборотах обеспечивают не такой же высокий крутящий момент, для получения хорошей динамики его нужно постоянно увеличивать.

2. Низкий расход топлива. Часть энергии отработанных газов атмосферных двигателей выходит вместе с выхлопами. В современном наддувном моторе используется давление и температура отработанных газов. Это экономит энергию и позволяет автомобилю развивать высокую скорость. Процесс заполнения цилиндров горючим полностью контролирует электроника. Наполнение атмосферных моторов зависит от температуры воздуха снаружи, оборотов коленвала, атмосферного давления и т.д.

3. Меньший вес. Поскольку турбомоторы имеют не очень большой объем, их масса невелика. При этом турбодвигатель обеспечивает высокую мощность.

 

Можно уверенно сказать, что новые турбодвигатели значительно превосходят атмосферные. И все же большинство выпускаемых легковых авто оборудуются старыми «атмосферниками». Это объясняется несколькими недостатками турбомоторов:

• небольшой ресурс турбин. Как правило, турбина бензинового мотора служит до 150 тыс. км. Ее ремонт обходится дорого;

• работа двигателя в неблагоприятных условиях. Поскольку давление и температура в цилиндрах турбины выше, это ускоряет износ мотора;

• нестабильная тяга. На старых наддувных движках турбине требовалось некоторое время, чтобы заставить вращаться крыльчатку. Но новые технологии решили эту проблему.

Если вы приобретаете новое авто, выбирайте его с турбированным двигателем. Оно будет более экономичным и мощным. При бережной эксплуатации мотор долго не выйдет из строя. Если вы приобретаете подержанную машину, учитывайте пробег и состояние движка. Если автомобиль уже проехал 100 000 км, есть смысл заменить двигатель turbo на новый.

Приобрести новые и подержанные автомобили с турбированными двигателями можно у официального дилера РОЛЬФ. Компания предлагает широкий портфель брендов. Клиенты могут воспользоваться программой лояльности или выгодно оформить автокредит, подобрать оптимальную программу страхования. РОЛЬФ – лидер рынка и надежный партнер для клиентов.

25.08.2022

Между «атмо» и «турбо». Какой выбрать двигатель?

05.08.2019

Как говорилось в советской кинокомедии «Берегись автомобиля»: «Каждый, у кого нет машины, мечтает еe купить. И каждый, у кого есть машина, мечтает еe продать».

Со времени выхода фильма прошло больше пятидесяти лет, машины стали во много раз сложнее в техническом плане, модельный ряд расширился на несколько порядков. Но личный автомобиль — это по-прежнему серьeзная покупка для семьи, и никто не хочет прогадать с выбором.

Итак, у вас на руках заветная сумма, вы уже определились с маркой и моделью будущего автомобиля. И тут встаeт важный вопрос: с каким двигателем брать машину? Если вопрос о выборе дизельного или бензинового двигателя для вашего автомобиля решeн в пользу последнего, возникает ещe одна дилемма: атмосферный или с турбонаддувом.

В нашей стране большинство популярных моделей, будь то бюджетные седаны или сверхпопулярные кроссоверы, предлагаются как с турбированными, так и с атмосферными моторами. При этом, чем выше класс автомобиля и его цена, тем шире линейка именно турбированных агрегатов. Это общемировая тенденция: турбомоторы постепенно вытесняют атмосферные двигатели.

Прежде чем сделать выбор, стоит разобраться в главных отличиях атмосферных и турбированных силовых агрегатов, а также выявить их сильные и слабые стороны.

Как это работает

Основное отличие двух моторов заключается в способе подачи воздуха в цилиндры. В атмосферном двигателе воздух идeт под действием впуска разрежения, который создаeтся на такте, — поршень просто опускается и втягивает воздух. В турбированном моторе работает принудительный наддув — в цилиндры нагнетается больше воздуха с помощью турбокомпрессора.

По сути, турбированный двигатель является модернизацией своего предшественника — классического атмосферного мотора. Основная цель этого изобретения — увеличение мощности без увеличения объeма цилиндров. Турбированный бензиновый двигатель позволяет получить в камерах сгорания более высокую степень сжатия.

Благодаря тому, что воздух подаeтся в камеры сгорания под давлением, достигается более полное сгорание топливно-воздушной смеси.

Турбина состоит из двух частей: ротора и компрессора. Двигатель в процессе работы производит выхлопные газы. Эти раскалeнные газы, поступая под давлением в ротор, раскручивают турбонагнетатель, воздействуя на лопатки турбины. Только после этого они поступают в глушитель. Вал ротора, вращаясь, приводит в действие компрессор, который нагнетает воздух в камеры сгорания, образуя дополнительную степень сжатия.

Воспользуемся простым примером для иллюстрации: если объeм мотора составляет 1,6 литра, то мощность классического атмосферника не превысит 100-110 л.с. В свою очередь, турбированный двигатель при том же объeме сможет выдать до 180 л.с.

Кстати, турбированные двигатели имеют свою небольшую классификацию.

1. Механический нагнетатель. На впуске стоит воздушный насос — компрессор, который приводится в движение от коленчатого вала мотора.
2. Турбокомпрессор, который использует энергию выхлопных газов. Принципы его работы мы рассмотрели выше. 

Немного истории

Готтлиб Даймлер, один из создателей первого двигателя внутреннего сгорания, экспериментировал с нагнетателем, приводимым от коленвала, ещe в 1885 году. Несколькими годами позже Луи Рено — отец одноимeнной марки автомобилей — получил патент на аналогичную конструкцию для ДВС в 1902-м. Причeм само устройство для промышленного применения братья Рутс изобрели ещe в 1859-м.

Примерно тогда же опыты с турбиной, работающей от выхлопных газов, ставил швейцарец Альфред Бюши. Именно ему приписывают создание турбонаддува, функционирующего по такому принципу, в 1905 году. Правда, установить истинного первого изобретателя сейчас сложно, ведь Бюши лишь получил патент.

Мировую же известность механическим нагнетателям принесла компания Mercedes-Benz, которая стала устанавливать наддувные компрессоры в конце 20-х годов сначала на гоночные, а начиная с 30-х и на серийные машины.

Из Германии мода на наддувные машины перекинулась на Голливуд, а оттуда на весь мир. Золотой век немецких «компрессоров» закончился одновременно с началом Второй мировой войны. Основное применение компрессоров в военное время пришлось на авиацию: наддув использовался для компенсации недостатка кислорода на больших высотах.

Сразу после Второй мировой войны использование компрессоров продолжилось в основном на моторах Формулы-1. Турбонаддува на гражданских машинах автопроизводители побаивались из-за детонации возросшего давления и температуры. Технологии производства подшипников оставляли желать лучшего, охлаждение и смазка тоже была малоэффективной, из-за этого турбины быстро приходили в негодность.

Окончательно и бесповоротно на путь «турбинификации» мировые производители встали после топливного кризиса конца 70-х.

Победа за турбокомпрессором?

Не углубляясь в технические подробности, скажем, что механические нагнетатели можно считать частью эволюционного пути, а массовое распространение в итоге получили турбокомпрессоры. Для раскрутки нагнетателя требуется мощность с вала двигателя, турбина же раскручивается просто за счeт выхлопных газов. Первый путь технически сложнее и дороже в массовом производстве.

Тем не менее механические компрессоры до сих пор устанавливают! С одной стороны, это премиальные модели британских Jaguar и Land Rover, некоторые двигатели у Mercedes, а с другой — традиционные масл-кары в духе Dodge Challenger Hellcat, которые продолжают специфически «подвизгивать» именно из-за своего механического нагнетателя.

Главное преимущество этой конструкции — приводной компрессор любой конструкции, будучи привязанным к коленвалу, не имеет инерционности. Связь «по педали» с ним прямая, и разгон остаeтся ровным практически во всeм диапазоне.
Как говорится, каждому своe. Но вернeмся к массовым автомобилям.

Преимущества

Если на рынке продаются оба вида двигателей, значит, у каждого есть ряд неоспоримых преимуществ. Рассмотрим их.

Атмосферный двигатель:

• проще в обслуживании;
• имеет более высокий ресурс;
• меньший расход масла;
• невысокие требования к качеству топлива и масла.

Турбированный двигатель:

• высокая мощность и увеличенный крутящий момент при равных объeмах двигателя;
• меньший расход топлива.

Недостатки

Равно как плюсы, у каждого из двух типов двигателей есть свои недостатки.

Атмосферный двигатель:

• имеет большой вес;
• при одинаковом объeме с турбомотором мощность ниже;
• сниженная динамика — в сравнении с турбомотором того же объeма;
• сложности при езде в горах.

Большинство минусов атмосферного двигателя всплывают при сравнении с турбированными агрегатами. Отдельно стоит сказать о последнем пункте: воздух в горах слишком разреженный, его количества не хватает для стабильной работы мотора, поэтому двигатель попросту «задыхается».

Турбированный двигатель:

• высокие требования к качеству смазки и топлива;
• дорогостоящий ремонт;
• долгий прогрев зимой;
• меньший интервал замены масла.

Трудности выбора

Автолюбителям, которые сомневаются, какой двигатель лучше и выгоднее, однозначного ответа дать не получится. Например, ценителям мощности и динамики имеет смысл присмотреться к турбированному мотору. Однако он же влечeт за собой значительные денежные траты на приобретение бензина и масла высокого качества.

Атмосферный двигатель примечателен своей простотой и неприхотливостью, он прекрасно может служить не одно десятилетие, кроме того, его работоспособность сможет поддержать даже человек с невысоким достатком.

Какое масло нужно турбомоторам, а какое — атмосферным?

У турбомотора наибольшая отдача, то есть максимум выработки тепла приходится на диапазон оборотов в районе 3000-4000 об/мин, когда турбина подаeт повышенное количество воздуха в цилиндры. После того как поток выхлопных газов станет достаточным для полноценной работы турбины, происходит скачок вырабатываемой энергии, сопровождаемый скачком температуры.

Моторное масло в таких условиях обязано сохранять свои свойства как при низких, так и при повышенных температурах. В случае турбированного двигателя это особенно важно, поскольку ось, на которой установлены турбинное и насосное колeса турбонаддува, работает в подшипниках скольжения. В случае если смазочный материал не обеспечит необходимую защиту данного узла, турбина может преждевременно выйти из строя, не выработав свой ресурс, который обычно составляет 30–70% ресурса двигателя.

Для машин с турбокомпрессорами лучше всего подходят синтетические масла, так как они лучше противостоят окислению по сравнению с минеральными и полусинтетическими. К тому же их вязкость в меньшей степени зависит от изменений температуры, что необходимо для обеспечения защиты подшипников турбины на всех режимах работы двигателя.

Что касается самих характеристик вязкости моторного масла, то турбированные моторы «предпочитают» всесезонные масла с низкотемпературным показателем вязкости SAE 0W и высокотемпературным SAE от 20 до 40. Моторные масла с низким показателем высокотемпературной вязкости следует выбирать для повышения топливной экономичности, высокие показатели вязкости — для лучшей защиты двигателя и турбины. В любом случае, подбор смазочного материала следует проводить в полном соответствии с руководством по эксплуатации конкретного автомобиля.

Кроме того, есть пара важных нюансов относительно использования автомобилей с турбированными двигателями:
важно постоянно следить за состоянием масла, меняя его с периодичностью, рекомендованной производителем;
необходимо регулярно проверять воздушный фильтр — если он забился, это нарушит работу компрессора;
турбина быстрее изнашивается, если сразу после остановки автомобиля отключать мотор. Чтобы продлить срок службы турбомотора, ему нужно дать немного поработать на холостых оборотах для охлаждения турбины.

Атмосферные двигатели, в отличие от турбированных, менее требовательны к специфическим характеристикам масла. В данном случае подойдут общие рекомендации, которые мы давали в одной из предыдущих статей.
Стоит лишь напомнить о том, что мы предлагаем простой способ найти подходящее масло, — воспользоваться удобным онлайн-подборщиком. Просто задайте параметры «вид техники — марка — модель» или воспользуйтесь строкой поиска, и вам будут предложены все подходящие виды масла согласно международным стандартам и допускам автопроизводителей.

Выбор, как всегда, за вами!

К списку статей

Выберите правильный турбокомпрессор Garrett

Повышение производительности

Правильный выбор турбонагнетателя

Boost Advisor — это программа, разработанная для того, чтобы помочь вам выбрать турбокомпрессор, соответствующий вашим требованиям к мощности и двигателю. Введите запрошенные входные данные, и пусть Boost Adviser найдет для вас турбо-соответствия. Эта новая функция также отображает точки на разных картах компрессоров соответствующих турбин.

Boost Advisor

Garrett Boost Adviser — это инструмент, разработанный для быстрого и легкого проведения турбоматча. Введите несколько параметров для вашего двигателя и целевую мощность, и Garrett Boost Advisor за считанные секунды предоставит вам турбокомпрессоры, максимально соответствующие вашим запросам. Он также направляет вас к ближайшим дистрибьюторам, где можно купить турбокомпрессор.

 

Подробнее

Turbo Tech

Турбонаддув любого двигателя может быть трудным процессом, который нужно выполнить с первого раза. Мы разделили основные темы на 3 категории: базовая, расширенная и экспертная.

Базовый:    Принцип работы турбокомпрессора, компоненты турбокомпрессора, подшипниковые системы, перепускные клапаны и перепускные клапаны.

ПОДРОБНЕЕ

 

Расширенный:  Турбо-термины, такие как отделка салона, A/R, выбор коллектора, обогащение и обеднение и степень сжатия

ПОДРОБНЕЕ

 

9002 1 Эксперт:  Узнайте, как читать карту компрессора, рассчитать мощность в лошадиных силах на основе рабочего объема двигателя, нанести точки на карту компрессора, чтобы определить совпадение турбонаддува

ПОДРОБНЕЕ

System Optimization

Turbo System Optimization охватывает вспомогательные системы и способы правильного расчета, установки, выявления проблем, а также советы по устранению распространенных проблем, возникающих из-за неправильной установки. Вы узнаете о водопроводных линиях, эффекте сифонирования, трубопроводах наддувочного воздуха, подаче и сливе масла, ограничителях масла и рекомендуемом давлении масла. В конце концов, вы будете готовы понять, как оптимизировать систему турбокомпрессора.

ПОДРОБНЕЕ

 

 

Водяное охлаждение

Водяное охлаждение повышает механическую прочность и продлевает срок службы турбокомпрессора. Шарикоподшипниковые турбины Garrett серий GTX и G предназначены для масляно-водяного охлаждения. Основное преимущество водяного охлаждения на самом деле проявляется после остановки двигателя. Тепло, хранящееся в корпусе турбины и выпускном коллекторе, «впитывается» в центральную часть турбокомпрессора после остановки. Если вода подается неправильно, это сильное тепло потенциально может разрушить систему подшипников и маслоуплотняющие поршневые кольца за турбинным колесом.

ПОДРОБНЕЕ

 

 

О характеристиках автомобиля

Просмотрите данные динамометрического стенда для различных турбонагнетателей, используемых гонщиками и влиятельными лицами, спонсируемыми Garrett.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

 

 

Как выбрать турбину, часть 1

Имея на выбор более 35 турбин Garrett, как выбрать правильную? Это дает некоторое представление о сложном процессе.

Турбонаддув на высоте

Двигатель внутреннего сгорания без наддува теряет 3% своей мощности на каждые 1000 футов подъема. Добавьте турбокомпрессор Garrett, чтобы минимизировать потери

Что мне нужно знать, чтобы правильно выбрать дизельный турбонагнетатель?

Мощность, которую производит дизельный двигатель, прямо пропорциональна количеству топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и этому топливу требуется достаточное количество воздуха для полного сгорания. Для бездымной работы двигателю требуется примерно в 18 раз больше воздуха (по массе), чем топлива. Так что ясно, что чем больше топлива добавляется, тем больше необходимо добавлять воздуха. В большинстве случаев стандартный турбонаддув имеет некоторую дополнительную мощность для увеличения мощности, но когда компрессор достигает предела дросселирования (максимального расхода), скорость турбонаддува быстро увеличивается, эффективность резко падает, а температура нагнетания компрессора очень быстро возрастает. Это создает эффект «снежного кома», поскольку более высокие температуры нагнетания означают более высокие температуры во впускном коллекторе и более высокие температуры выхлопных газов.

Подробнее

Более низкий КПД означает, что для достижения того же наддува требуется большая мощность турбины, что приводит к более высокому противодавлению в выпускном коллекторе. Обычно это можно увидеть на двигателе с чипом производительности (при максимальной мощности) и, возможно, с модернизацией впуска или выпуска. При резком ускорении из выхлопной трубы идет дым, поскольку обороты выхлопных газов и турбонаддува достигают опасной зоны, требуя от осторожного водителя заранее отпустить педаль акселератора, чтобы не повредить двигатель. В этих условиях штатная турбина работает в отведенное время.

С модернизированным турбонагнетателем, выбранным в дополнение к дополнительному топливу, дым значительно снижается, выхлопные газы находятся под контролем, а поскольку турбонаддув работает в более эффективном диапазоне, мощность и управляемость повышаются. Когда модификации становятся более серьезными, турбонаддув большего размера просто необходим, чтобы дополнить еще больше топлива.

Чтобы выбрать подходящий турбокомпрессор для вашего дизельного двигателя, самое первое, что необходимо установить, — это заданную мощность. Поскольку размеры турбокомпрессоров зависят от того, сколько воздуха они могут подать, а воздушный поток пропорционален мощности двигателя, для правильного выбора крайне важно установить реалистичную цель по мощности.

Реалистичная цель

Предполагаемое использование и важные факторы

Необходимо подчеркнуть концепцию реалистичной цели, чтобы обеспечить максимальную производительность и удовлетворение. Конечно, каждый хотел бы иметь мегамощный автомобиль, но за разумным пределом, когда мощность растет, надежность, управляемость и повседневная полезность уменьшаются. Скорее всего, что-то пойдет не так, изнашивается и ломается по мере роста производительности. Большинство транспортных средств проекта можно отнести к одной из следующих общих категорий:

Использование по назначению	Приблизительное увеличение мощности по сравнению со стандартным	Важные факторы
Ежедневный водитель / рабочий грузовик / тягач	+ 150 лошадиных сил	Надежность, управляемость, производительность, пониженное количество выхлопных газов, низкий уровень дыма
Воин выходного дня	+ 250 лошадиных сил	По-прежнему нужно выполнять обычные обязанности в течение недели и развлекаться по выходным
Экстремальная производительность	+ 350 лошадиных сил	Движение по улицам, но повседневное вождение в ущерб производительности
Конкурс	+ 400 лошадиных сил и выше	100% производительность — без компромиссов

Отлично, так какую турбину выбрать?

Давайте рассмотрим каждый случай и рассчитаем выбор турбонагнетателя на основе предполагаемого увеличения мощности. Первый шаг — прочитать Раздел Turbo Tech Expert . В этой статье объясняется, как читать карту компрессора и уравнения, необходимые для правильного согласования с турбонаддувом. Однако приведенные примеры относятся к бензиновым двигателям, поэтому здесь мы собираемся работать с некоторыми дополнительными примерами, используя те же уравнения, но с дизельным двигателем. Совпадения будут рассчитаны с соотношением воздух-топливо (AFR) 22 к 1 для характеристик с низким или полным отсутствием дыма. Точно так же типичный удельный расход топлива (BSFC) находится в диапазоне 0,38.

Реалистичная цель

См. тег «Пример», чтобы начать!

Этот пример относится к категории Daily Driver/Work Truck/Tow Vehicle. Это включает в себя автомобили мощностью до 150 л.с. по сравнению со стоком. Но подождите, этот уровень мощности может быть достигнут только с помощью чипа или модуля настройки. Так зачем возиться с новым апгрейдом турбо? Турбо-обновление увеличит прибыль, полученную за счет установки чипа и других обновлений. Дополнительный воздух и более низкое противодавление, обеспечиваемые обновленным турбонаддувом, снизят EGT, позволят увеличить мощность с меньшим количеством дыма и решить проблемы с долговечностью со стандартным турбонаддувом при более высоких давлениях наддува и уровнях мощности. Поскольку это будет умеренное обновление, отклик на ускорение и управляемость будут улучшены по всем направлениям.

Пример

У меня есть 6,6-литровый дизельный двигатель, заявленная мощность которого составляет 325 л. хотелось бы сделать колесные 425 л.с.; увеличение мощности колес на 150 лошадиных сил. Подставив эти числа в формулу и используя приведенные выше данные AFR и BSFC:

Вызов из Turbo Tech 103:

Где,
• Wa = фактический расход воздуха (фунт/мин)
• л.с. = целевая мощность в лошадиных силах (маховик)
• A/F = соотношение воздух/топливо
• BSFC/60 = Удельный расход топлива тормозной системы (фунты/(л.с.*ч))/60 (для преобразования часов в минуты)

Таким образом, нам нужно будет выбрать карту компрессора, которая имеет производительность не менее 59,2 фунтов в минуту. Далее, какое давление наддува потребуется?

Рассчитайте давление в коллекторе, необходимое для достижения заданной мощности.

Где,
• MAPreq = абсолютное давление во впускном коллекторе (фунт/кв. дюйм), необходимое для достижения целевого значения мощности в лошадиных силах
• Wa = фактический расход воздуха (фунт/мин)
• R = газовая постоянная = 639,6
• Tm = температура во впускном коллекторе (градусы по Фаренгейту)
• VE = объемная эффективность
• N = частота вращения двигателя (об/мин)
• Vd = объем двигателя (кубические дюймы, конвертировать из литров в КИ путем умножения на 61, например, 2,0 литра * 61 = 122 КИ)

Для двигателя нашего проекта:
• Wa = 59,2 фунта/мин, как было рассчитано ранее
• Tm = 130 градусов по Фаренгейту
• ВЭ = 98%
• Н = 3300 об/мин
• Vd = 6,6 л * 61 = 400 ДИ

= 34,5 фунтов на квадратный дюйм (помните, что это абсолютное давление; вычтите атмосферное давление, чтобы получить манометрическое давление, 34,5 фунтов на квадратный дюйм – 14,7 фунтов на квадратный дюйм (на уровне моря) = 19,8 фунтов на квадратный дюйм)

Итак, теперь у нас есть Массовый расход и Давление в коллекторе . Мы почти готовы нанести данные на карту компрессора. Следующим шагом является определение потери давления между компрессором и коллектором. Лучший способ сделать это — измерить падение давления с помощью системы сбора данных, но во многих случаях это нецелесообразно. В зависимости от скорости потока и размера охладителя наддувочного воздуха, размера трубопровода и количества/качества изгибов, ограничения корпуса дроссельной заслонки и т. д. вы можете оценить от 1 фунта на кв. дюйм (или меньше) до 4 фунтов на квадратный дюйм (или выше). Для наших примеров мы оценим потери в 2 фунта на квадратный дюйм. Поэтому нам нужно будет добавить 2 фунта на квадратный дюйм к давлению в коллекторе, чтобы определить Давление нагнетания компрессора (P2c).

• Где,
  • P2c = Давление нагнетания компрессора (psi)
  • MAP = абсолютное давление в коллекторе (psi)
  •  = потеря давления между компрессором и коллектором (psi)

= 36,5 фунтов на квадратный дюйм

Чтобы получить правильное состояние впуска, теперь необходимо оценить воздушный фильтр или другие ограничения. Ранее в обсуждении соотношения давлений мы сказали, что типичным значением может быть 1 фунт на квадратный дюйм, поэтому именно это значение будет использоваться в данном расчете. Кроме того, мы предполагаем, что находимся на уровне моря, поэтому будем использовать давление окружающей среды 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Нам нужно будет вычесть потерю давления в 1 psi из давления окружающей среды, чтобы определить Давление на входе компрессора (P1) .

• Где:
  •  = Давление на входе компрессора (psi)
  •  = Давление окружающего воздуха (фунт/кв. дюйм)
  •  = Потеря давления из-за воздушного фильтра/трубопровода (psi)

      = 13,7 фунтов на квадратный дюйм

Таким образом, мы можем рассчитать коэффициент давления ( ), используя уравнение.
Для двигателя 2,0 л:

= 2,7

Теперь у нас достаточно информации, чтобы нанести эти рабочие точки на карту компрессора. Сначала мы попробуем GT3788R. Этот турбокомпрессор имеет колесо компрессора диаметром 88 мм с диаметром наконечника 52 и индуктором 64,45 мм.

Как вы можете видеть, эта точка хорошо ложится на карту с некоторым дополнительным пространством для увеличения наддува и массового расхода, если целевая мощность поднимается. По этой причине семейство турбодвигателей GT37R используется во многих турбокомплектах Garrett Powermax, рассчитанных на этот диапазон мощности.

В качестве следующего примера рассмотрим Weekend Warrior. Эта категория предназначена для ежедневных транспортных средств, которые имеют мощность до 250 л.с. по сравнению со стандартной или 525 л.с.

Включение этого целевого значения мощности в нашу формулу дает потребность в воздушном потоке:

И коэффициент давления:

= 45,5 фунтов на квадратный дюйм

= 3,3

Глядя на предыдущую карту, производительность компрессора недостаточна для удовлетворения этого требования, поэтому мы должны рассмотреть следующий компрессор большего размера.

(Технически двигатель, вероятно, мог бы легко развить эту мощность с предыдущим компрессором, но это было бы сопряжено с риском большего количества дыма, более высокими значениями температуры выхлопных газов и противодавления; это похоже на то, как если бы штатный компрессор был перегружен…)

Следующим большим турбодвигателем является GT4094R, он показан ниже.

Другим вариантом, который также можно было бы рассмотреть, является GT4294R, который имеет несколько более крупный индукторный компрессор и турбинное колесо большего размера.

Большая инерция колеса немного замедлит реакцию, но обеспечит лучшую производительность в верхней части диапазона оборотов.

В качестве следующего примера рассмотрим Экстремальную производительность. Эта категория предназначена для настоящих хот-родов, мощность которых превышает стандартную на 350 лошадиных сил, и владельцев, которые готовы отказаться от части ежедневной полезности, чтобы добиться более высокого прироста мощности.

Включение этого целевого значения мощности в нашу формулу дает требуемый расход воздуха:

И степень сжатия:

= 50,8 фунтов на квадратный дюйм

= 52,8 p sia

=3,8

Для этого потока и коэффициент давления, GT4202R подходит и показан ниже. Поскольку это приближается к соотношению давлений 4 к 1, мы находимся примерно на пределе одиночного турбонагнетателя для двигателя такого размера.

Последний случай: категория соревнований

Последний кейс — категория «Соревнование». Поскольку это особый случай, и существует так много способов применения дизеля максимальной мощности, в этой статье невозможно адекватно осветить его. Однако есть некоторые общие рекомендации. При таком уровне мощности, как указано выше, рекомендуется рассмотреть применение серийного турбодвигателя. Это ситуация, когда одна турбина питает другую турбину, разделяя работу по сжатию воздуха между обоими компрессорами. Турбина большего размера обозначается как турбина «низкого давления», а меньшая вторичная ступень — как турбина «высокого давления». Компрессор низкого давления питает компрессор высокого давления, который затем питает воздухозаборник. Со стороны турбины выхлоп сначала проходит через турбину высокого давления, а затем в турбину низкого давления, а затем выходит через выхлопную трубу. Мы по-прежнему можем рассчитать требуемый массовый расход, но степень давления более важна, и вопросы следует обсуждать с вашим местным дистрибьютором Garrett Powermax. Для расчета требуемого массового расхода воспользуемся нормальным уравнением. На этот раз целевая мощность будет на 500 лошадиных сил больше, чем у стоковой, что в сумме составит 775 лошадиных сил.0007

Этот расход воздуха применим только к компрессору низкого давления, так как компрессор высокого давления будет меньше, поскольку он увеличивает давление уже сжатого воздуха. В большинстве случаев турбонаддув высокого давления имеет тенденцию быть примерно на два размера рамы меньше, чем ступень низкого давления. Таким образом, в этом случае, после выбора подходящей турбины низкого давления (подсказка: посмотрите на карту компрессора GT4718R), вероятными кандидатами будут GT4088R или GT4094R.

Подробнее

Еще один комментарий по выбору подходящего размера корпуса турбины A/R. Меньшее значение A/R поможет турбонагнетателю быстрее включиться в работу и обеспечит лучшую реакцию турбонагнетателя, но за счет более высокого противодавления в зонах с более высокими оборотами и, в некоторых случаях, риска подталкивания компрессора к помпажу, если наддув растет слишком быстро. С другой стороны, больший A/R будет реагировать медленнее, но с лучшими верхними характеристиками и меньшим риском запуска компрессора в помпаж. Вообще говоря, правильный корпус турбины — это самый большой корпус, который дает приемлемую характеристику наддува на низких частотах, обеспечивая при этом более оптимальную производительность на высоких частотах.

Эту информацию следует использовать в качестве отправной точки для принятия решений о правильном выборе размера турбонагнетателя. Конечно, для получения более подробной информации о вашем двигателе обратитесь к дистрибьютору Garrett Powermax.

Двигатели с турбонаддувом менее надежны?

Девин Пратт

19 сентября 2021 г.

Фото: Ауди

Турбокомпрессор стал обычным способом для автопроизводителей найти баланс между мощностью и экономией топлива. Идея состоит в том, чтобы позволить маленькому двигателю работать как больше, когда требуется больше мощности. Это достигается за счет подачи большего количества воздуха в двигатель во время ускорения, что позволяет ему сжигать больше топлива. Но с повышенным напряжением, вызванным турбонаддувом, эти автомобили сойдут с дорог раньше, чем их безнаддувные собратья? Или они пойдут дальше благодаря улучшенным исследованиям и разработкам?

«Говоря вообще, турбонаддув — отличная идея. Это двигатель меньшего размера, но вы все равно получаете приличную мощность», — говорит Майк Куинси, редактор отдела автомобилей в Consumer Reports. «Идея с двигателем меньшего размера, особенно с четырехцилиндровым, заключается в том, что вы получите достойную экономию топлива без потери мощности. Но не так-то просто обобщать надежность двигателей с турбонаддувом. Вы должны смотреть на трансмиссию и модель в целом».

Двигатели с турбонаддувом часто работают в паре с 8-, 9-цилиндровыми двигателями.-, или 10-ступенчатый автомат. Иногда слабым местом силового агрегата может быть трансмиссия, а не двигатель. Эти проблемы с трансмиссией могут создать впечатление, что добавление турбонаддува к модели автомобиля снижает надежность, но это может не рассказать всю историю.

Опросы надежности, проведенные Consumer Reports, также показали, что производители с большим опытом создания двигателей с турбонаддувом — Audi, BMW, Porsche — как правило, имеют более надежные силовые агрегаты. Но производители, плохо знакомые с рынком двигателей с турбонаддувом и не имеющие большого опыта в разработке этих двигателей, все еще работают над ошибками.

Суть в том, что при покупке новой машины вы должны провести исследование. Если есть проблемы с надежностью, обязательно изучите детали, чтобы понять, как это может относиться к конкретной модели, которую вы рассматриваете. CR обычно рекомендует не покупать новый или переработанный автомобиль в первый год эксплуатации. Но двигатели часто переходят из одного поколения моделей в другое и могут использоваться в других транспортных средствах. Поэтому, если вас беспокоит двигатель, проверьте его надежность в наших рейтингах и подумайте, действительно ли он новый или, возможно, просто новый для модели, которую вы рассматриваете.

Как работает двигатель с турбонаддувом

Двигатели вырабатывают энергию, сжигая смесь топлива и воздуха. Турбокомпрессоры работают, нагнетая больше воздуха в двигатель, когда водитель хочет больше мощности. Это позволяет двигателю сжигать больше топлива и генерировать больше мощности. Турбина — это, по сути, быстро вращающийся вентилятор, приводимый в движение выхлопными газами. Эта технология позволяет меньшему двигателю генерировать мощность большего двигателя, но только тогда, когда это необходимо, без увеличения расхода топлива большим двигателем. Недостатком является то, что некоторые двигатели с турбонаддувом колеблются, прежде чем турбонагнетатель раскручивается и обеспечивает прилив мощности.

1

Воздух всасывается в турбину снаружи автомобиля.

2

Вращающиеся лопасти вентилятора сжимают воздух и нагнетают его в систему.

3

Воздух проходит через промежуточный охладитель, который охлаждает и дополнительно сжимает воздух.

4

Теперь более плотный воздух смешивается с топливом и воспламеняется, производя больше мощности, чем обычный двигатель того же размера.

5

Выхлопные газы выходят из двигателя, вращая лопасти вентилятора турбокомпрессора.

6

Вращающиеся лопасти приводят в действие турбонагнетатель, который нагнетает в двигатель больше воздуха.

Как работает двигатель с турбонаддувом

Двигатели вырабатывают энергию, сжигая смесь топлива и воздуха.