Двигун турбо: опис, характеристики, принцип роботи і фото

Кожен автомобіліст знає, що двигуни внутрішнього згоряння за своїм пристроєм і принципом дії поділяються на атмосферні та турбовані. Але не всі розуміють, у чому різниця між цими силовими агрегатами. Давайте розглянемо, чим відрізняється двигун турбо, як він влаштований і як працює. Познайомимося з цими моторами на прикладі сучасних агрегатів групи VAG.

Бензинові турбомотори

Бензиновий турбомотор – це двигун внутрішнього згоряння з штучно підвищеною за рахунок турбіни ступенем стиснення в камерах. Підвищення даного показника дає збільшення потужності та інших технічних характеристик. Ще з моменту створення першого двигуна внутрішнього згоряння інженери намагалися додати потужність без істотної зміни робочого об'єму ДВС.


На перший погляд це рішення було практично на поверхні – треба було допомогти мотору більш ефективно «дихати». Це б дозволило отримати кращі характеристики згорання паливної суміші. Забезпечити це можна за рахунок додаткової подачі повітря. Отже, необхідно подавати його в циліндри примусово, під тиском. Завдяки додатковому об'єму повітря паливо буде повністю згоряти, що і допоможе збільшити потужність. Але впроваджувалися дані технології дуже повільно. На самому початку турбокомпрессорное обладнання використовувалося тільки для великих моторів кораблів і авіації.

Історія турбованих бензинових ДВЗ

Перший двигун турбо був встановлений ще в минулому столітті. Вперше автомобільні турбовані ДВС почали випускати в 1938 році. На початку 60-х в США стали виробляти і перші мотори з турбіною для легкових авто. Це автомобілі Oldmobile Jetfire і Chevrolet Corvair Monza. При всіх своїх характеристиках двигуни не відрізнялися високою надійністю і зносостійкістю.

Початок популярності

Популярними ДВС з турбокомпресором стали в 70-х роках. Тоді їх почали масово встановлювати на спортивні авто. Але в цивільних автомобілях двигун турбо не став популярним з-за високої витрати палива. Цим недоліком відрізнялися всі турбовані бензинові двигуни тієї епохи. А адже витрата палива був дуже важливий в той період. Це час довелося на нафтова криза 70-х роках.

Пристрій бензинових турбо-ДВС

Алгоритм роботи турбованого бензинового силового агрегату полягає в застосуванні спеціального компресора. Завдання останнього – нагнітати в камери згоряння додатковий обсяг повітря. За рахунок поліпшення наповнення циліндрів сумішшю повітря і палива зростає середнє ефективне тиск за цикл і підвищується потужність. В якості привода системи турбонаддува застосовуються відпрацьовані гази, енергія яких робить корисну роботу. Сучасний компресор являє собою корпус з підшипниками, колесо, перепускний клапан, корпус турбіни. В останньому є канали для руху мастила. Також присутня в конструкції вал ротора, підшипники ковзання, компресор, пневматичний привід перепускного клапана. У корпусі, де монтуються підшипники, встановлений ротор. Він являє собою вал з закріпленими на ньому турбінним і компресорних колесами. На останніх є лопаті. Даний ротор може обертатися за рахунок підшипників ковзання. Для їх змащування та охолодження надходить масло з мастильної системи двигуна. Щоб корпус підшипників додатково охолоджувався, використовуються також і канали охолоджуючої рідини. Даний елемент компресора виготовлений у формі равлика.

Принцип дії

Патрубок турбіни з'єднаний з випускним колектором. А компресорний – з впускним. Як вже було відмічено, турбокомпресор приводиться в дію за рахунок енергії відпрацьованих газів. Вони при попаданні в турбіну обертають ротор, віддаючи тим самим енергію. Далі через приймальню трубу гази потрапляють в вихлопну систему. Колесо компресора і «равлики» установлені на одному валу. За рахунок обертання турбіни компресорне колесо всмоктує повітря з повітряного фільтра і нагнітає його в камери згоряння. В залежності від рівня наддуву пристрій може підвищити силу тиску від 30% до 80%. За допомогою цього двигун з одним і тим же об'ємом може приймати суміш у великих кількостях. Саме за рахунок цього потужність агрегату підвищується від 20% до 50%. Вихлопні гази і їх енергія в значній мірі підвищують ККД мотора.

Турбодизельні агрегати

Приблизно так само влаштований і турбо двигун (дизель). Принцип дії турбокомпресора не відрізняється від бензинового. Єдина відмінність – наявність інтеркулера. Це спеціальний механізм, який охолоджує повітря, перш ніж він потрапить в циліндри. Обсяг холодного повітря менше, ніж теплого. Це означає, що холодне повітря можна «запхати» в циліндр в більшій кількості.

Двигуни TSI

Ці агрегати встановлюються на сучасні моделі автомобілів від «Фольксваген», «Ауді» та «Шкода». Всі вони відносяться до одного концерну. Виробники стверджують, що це мотори нового покоління, в яких вдало поєднуються потужність і економічність. У випадку зі звичайним класичним ДВЗ при малому обсязі особливої потужності від нього чекати не доводиться. Якщо вага автомобіля дорівнює одній тонні, а малопотужний двигун, це призведе до високого витраті палива з-за малої динаміки і роботи на високих оборотах.
Двигун з великим обсягом має високий витрата за рахунок збільшеної камери згоряння. Турбо-двигуни («Шкода Октавія», «Фольксваген» та «Ауді») – це справжнє диво інженерної думки. В даних силових агрегатах поєднується скромний витрата палива і достатня потужність при порівняно невеликому обсязі.

TSI: пристрій

За обсягом ці агрегати можуть бути різними. Так, виробляють ДВС на 12; 14; 16 л. А також двигун 18 турбо, 20 л. Потужність мотора зростає за рахунок більшого об'єму. І це вірне рішення. А далі поговоримо про відмінності.

Турбований і компресорний

TSI – це одночасно і турбований, і компресорний агрегат. Фахівці групи VAG застосували таку конструкцію, щоб вирішити стандартну проблему мотора. Це провали на невеликих обертах двигуна. Якщо розглядати класичні турбодвигуни, то «равлик» функціонує за рахунок відпрацьованих газів. Сила тиску при роботі на невеликих обертах не дає можливості нагнітача створювати потрібне зусилля і подавати в камери згоряння достатню кількість повітря. На двигун 18 турбо («Фольксваген») встановлюється компресор. Він не дає падати потужності. Максимальний крутний момент в звичайному атмосферному двигуні знаходиться на рівні близько 5000 об./хв. У випадку з двигунами TSI максимум крутного моменту перебуває в діапазоні від 1500 про./хв до 4500 об./мін. Це робочий інтервал, який використовують більшість водіїв. У моторах TSI за рахунок застосування двох турбін створюється тиск до 25 Бар.

Компресор

Цей сайт функціонує від окремого ремінного приводу типу. Він відрізняється високим передавальним числом. Включається компресор тільки тоді, коли водій натисне на газ. На оборотах, близьких до холостим, тиск становить 08 BAR – це досить багато. За рахунок цього виходять відмінні динамічні характеристики. Так працює двигун «Ауді» 18 турбо з TSI. Минуле покоління цих моторів не оснащений компресором. Тут є тільки турбіна.

Турбований двигун 18 від «Фольксваген»

Цей агрегат присутня на ринку близько 20 років. Дана модель ДВС дуже популярна і дала старт попиту на двигуни з турбонаддувом. Таким двигуном оснащувалися багато моделей автомобілів групи VAG. Дебют цієї силової установки відбувся в 1995 році. Вперше двигун («Фольксваген Пасат» б5) 1.8 турбо був встановлений на Ауді «А4» (так, на них використовують однакові мотори). Що стосується характеристик, то існує кілька моделей потужністю 150 і 210 кінських сил. У 2002 році створили мотор потужністю 190 «коней». Турбований двигун від «Фольксвагена» став початком абсолютно нової філософії щодо бензинових ДВЗ. Він дав гарну продуктивність при порівняно невеликому обсязі за рахунок турбіни. Перевагою даного агрегату є помірний апетит. Модель «А4» від «Ауді» споживає до 8 літрів на 100 кілометрів по трасі. У міських умовах витрата палива становить не більше 10 літрів. За рахунок наявності 20 клапанів в ГБЦ і турбонагнітача, інженери «Фольксвагена» змогли отримати більш високі показники крутного моменту до того, як обороти досягнуть позначки в 2 тисячі. Так, в цьому моторі об'єднана відмінна еластичність, яка властива турбодизельним установок, але при цьому культура роботи – бензинова. Даний агрегат може бути також легко переобладнаний на газ. Силова установка є однією з найкращих у всій лінійці. Продуктивністю, помірним витратою палива і високою надійністю може похвалитися двигун. «Пасат» (1.8 турбо) не має ніяких конструктивних недоліків агрегату. Навіть зараз, в епоху сучасних TSI, рівних цього мотора практично немає.

Турбодвигуни: переваги і недоліки

Головний плюс, яким володіє турбомотор, – підвищена потужність. Це основна мета, яку вдалося досягти без істотних змін у конструкції. При однакових обсягах з атмосферними моторами двигун турбо може видавати на 70% більше крутного моменту і потужності. Компресор знижує відсоток шкідливих речовин у вихлопних газах. Двигун, оснащений турбіною, має значно нижчий рівень шуму. Ці силові установки можна встановлювати на будь-які автомобілі. Головний недолік – висока витрата палива. Об'єм повітря збільшується, зростає і кількість споживаного палива. Дану проблему інженери вирішити не можуть. Також до недоліків відносяться труднощі в експлуатації. Ці ДВС дуже чутливі до якості пального і масла. Додатково до мінусів відносять низькі термін служби масла і очисних фільтрів. Мотор працює на підвищених обертах. За рахунок цього масло швидше втрачає свої властивості.