Турбина на автомобильном двигателе: для чего нужна и как её обслуживать, чтобы она прожила долго
В настоящие дни турбонагнетатели стали неотъемлемой частью большинства моторов. Это относится и к китайским моделям, активно завоёвывающим российский рынок. С какой же целью двигателисты стали использовать эту деталь, насколько она надёжна и как эксплуатировать автомобиль, чтобы турбина не вышла из строя раньше срока? Все ответы в нашем материале.
Кто и когда изобрёл турбокомпрессор?
Отцом турбонаддува принято считать Альберта Бюхи. Швейцарский инженер зарегистрировал своё изобретение в 1905 году, то есть ровно 120 лет назад. Правда, поначалу это устройство не имело никакого отношения к автомобилям, а предназначалось для использования на авиационных двигателях. И вот зачем оно понадобилось.
Уже тогда было известно, что эффективность обычного двигателя внутреннего сгорания напрямую зависит от атмосферного давления воздуха. Чем оно выше, тем больше кислорода доступно для сжигания топлива. А чем больше мы сожжём бензина, керосина, газа или солярки, тем больше калорий и энергии получим на выходе.
Можно ли ездить на шинах с истекшим сроком годности: мифы и реальность
Двигающийся вниз поршень всасывает окружающий воздух. Поскольку этот процесс не создаёт идеального вакуума, полезное давление в цилиндрах двигателя обычно остаётся ниже атмосферного. Мало того, чем выше мы поднимаемся, тем ниже это давление — на каждую тысячу метров высоты оно падает на 10%.
А так как сжечь можно лишь столько топлива, сколько доступно кислорода, производительность двигателя на высоте снижается. Это не очень критично для машин, которые ездят по земле, а для поднимающихся на заоблачные высоты самолётов, недостаток кислорода весьма ощутимо снижает мощность их моторов.
Как работает турбокомпрессор
В своём изобретении Бюхи решил использовать энергию отработавших газов. Вместо того, чтобы они просто вылетали в атмосферу, не совершая никакой полезной работы, он изначально направил их не в выхлопную трубу, а на роторное колесо компрессора.
Роторное колесо компрессора, раскрутившись до огромной скорости — в современных легковых автомобилях частота вращения ротора достигает 300 000 оборотов в минуту — заставляло столь же быстро вращаться турбинное колесо и таким образом сжимать засасываемый из атмосферы воздух и закачивать его в цилиндры под более высоким давлением.
Что позволило не только компенсировать потери производительности двигателей в небе, но и получать от них дополнительную энергию где бы то ни было.
Можно ли смешивать антифризы разных цветов: мифы и реальность
Турбомоторы возрастных машин — особенно спортивных моделей, таких как Subaru Impreza WRX или Mitsubishi Lancer Evolution — оптимально не глушить сразу после интенсивных нагрузок и дать им поработать на холостом ходу полторы-две минуты. Либо использовать для этих целей турботаймер.
К тому же турбированный двигатель можно сделать компактнее и, следовательно, легче атмосферного, обеспечивая при этом ту же мощность. Меньшие потери на трение и вес позволяют дополнительно экономить топливо.
Какие автопроизводители первыми стали использовать турбированные двигатели
Ещё в шестидесятые годы прошлого столетия Chevrolet выпустил седан Corvair c шестицилиндровым оппозитным двигателем. Атмосферная версия этого агрегата развивала 85 л.с. Но была и модификация с турбиной, увеличившей мощность мотора до 152 л.с. Чувствуете разницу?
Свои пионеры турбонаддува, разумеется, были и в Европе. В 1973 году BMW модернизировала двухлитровый четырёхцилиндровый двигатель компактной модели 2002tii, и таким образом к исходным 130 силам добавила ещё 40 «лошадок». Годом позже Porsche выпустила спорткар 911 Turbo, чей трёхлитровый шестицилиндровый двигатель выдавал мощность 260 л.с.
Чем перепады температуры опасны для автомобиля: основные угрозы
В 1978 году стартовало серийное производство 145-сильного SAAB 99 Turbo. Ещё через два года Audi показала модель 200 Turbo cо 170-сильной рядной «пятёркой», а Mercedes начал сборку дизельного седана 300 TD серии W123. Таким образом, уже к 1980-м годам турбонаддув пусть и не стал неотъемлемой частью всех двигателей, но уже активно применялся на автомобилях.
Особенности работы турбины — теория и практика
Если, к примеру, турбокомпрессор вдвое увеличивает давление поступающего в цилиндры воздуха, то для сгорания топлива мы получаем столько же кислорода, сколько и в атмосферном двигателе с рабочим объёмом в два раза больше. Что в итоге позволяет нам получить вдвое больше мощности и крутящего момента. Но это теория, на практике, всё работает не так линейно.
Поскольку для защиты от неконтролируемого воспламенения (детонации) приходится снижать степень сжатия, то по факту в обычных гражданских моторах турбина создаёт не очень высокое избыточное давление — например, в используемых на многих моделях Volkswagen 150-сильных двигателях 1,4 TSI турбина дует с давлением 1,2 Бар.
Кроме того, при сжатии воздух значительно нагревается, что снова снижает содержание в нём кислорода. В этом случае помогает обдуваемый наружным воздухом теплообменник-интеркулер, который позволяет в некоторой степени охладить сжатый воздух.
Что будет, если в движении включить заднюю передачу
Кроме того, чтобы образовалось достаточное для интенсивного вращения ротора турбины давление выхлопных газов, двигатель должен набрать 1500–2000 оборотов. В ДВС это происходит не мгновенно, из-за чего при нажатии на педаль газа при старте с места либо при заметном снижении оборотов во время переключения передач сильного прилива мощности не ощущается — возникает так называемый турбо-лаг.
Чтобы решить эту проблему конструкторам прежде приходилось выбирать между небольшим турбокомпрессором, который бы быстро наращивал давление на низких оборотах, и большим, который бы эффективно работал в зоне высоких оборотов.
В настоящее время у разработчиков есть гораздо больше возможностей для снижения эффекта турбо-лага — регулируемые лопатки турбин, системы последовательного и параллельного наддува и т.д. Поэтому при движении на современной машине с турбомотором мы практически не ощущаем провалов тяги.
Как долго служат современные турбины и что влияет на их долговечность
Турбокомпрессоры современных машин рассчитаны на весь срок службы двигателей и не требуют какого-либо отдельного обслуживания.
Для обеспечения эффективной и надёжной работы подшипников турбины при температурах отработавших газов (ОГ) до 820 ºС вполне хватает охлаждения этих узлов моторным маслом. Тем самым, которое вы периодически меняете, заливая его в горловину на клапанной крышке.
И тут важно выбирать рекомендованные производителем автомобиля смазки и не превышать предписанные интервалы её замены.
Почему в мороз двигатель кажется мощнее
При более высоких температурах ОГ — на многих бензиновых двигателях они сейчас могут доходить до 1050 ºС — применяется ещё и жидкостное охлаждение корпусов подшипников с электронным водяным насосом.
Последний использует антифриз или тосол из системы охлаждения двигателя и может работать ещё несколько минут после его выключения и таким образом отводить тепло от турбонагнетателя для предотвращения его перегрева.
На двигателях 10-20-летней давности дополнительные помпы для охлаждения турбин ещё не применялись. Поэтому после интенсивных нагрузок — резких ускорений, продолжительной езды на высокой скорости — такой мотор лучше не глушить сразу после остановки, а дать ему поработать на холостых оборотах полторы-две минуты. Для этой же цели можно установить турботаймер, который позволит ДВС поработать определённое время после выключения зажигания.
Самое важное
- Сегодня многие автомобильные двигатели оснащены турбинами.
- При сопоставимом рабочем объёме с атмосферным агрегатом, моторы с турбонагнетателями как правило мощнее и обладают большей тягой. Кроме того, турбины позволяют делать двигатели компактнее, легче экономичнее и с меньшим количеством вредных выбросов.
- Турбины современных машин не требуют какого-то специального обслуживания, однако весьма требовательны к качеству моторного масла и аккуратному соблюдению сроков его замены.
- Турбомоторы возрастных машин — особенно спортивных моделей, таких как Subaru Impreza WRX или Mitsubishi Lancer Evolution — оптимально не глушить сразу после интенсивных нагрузок и дать им поработать на холостом ходу полторы-две минуты. Либо использовать для этих целей турботаймер.
