Турбированный двигатель: что это такое?

Что такое турбодвигатель, и как работает турбированный мотор?

Если говорить простыми словами, работа турбины заключается в следующем: турбокомпрессор втягивает воздух, сжимает его, а затем подает сжатый воздух во впускной коллектор вашего двигателя. Этот плотный, насыщенный кислородом воздух под давлением затем резко поступает в камеру сгорания в тот момент, когда поршень совершает движение вниз. С большим количеством кислорода, поступающего в двигатель на более высокой скорости, можно сжечь больше топлива за один и тот же временной промежуток. А сжигая больше топлива, вы получаете больше энергии. Мощность растет, автомобиль становится более восприимчивым к нажатию на педаль газа.

Однако это только одна часть процесса наддува. Второй, не менее важный этап инициируется после завершения цикла сгорания. Раскаленные отработавшие газы на большой скорости устремляются по выпускному коллектору, выходят из камеры сгорания через выпускное отверстие. По мере продвижения на определенном отрезке выпускного канала (у разных автомобилей это расстояние разное, но по общему правилу чем оно меньше, тем больше мощности отдается турбине) газы встречаются с лопастями турбонагнетателя и начинают вращать колесо турбины за счет очень большого давления и, конечно же, скорости потока.

Вращающееся колесо компрессора втягивает новую прохладную часть атмосферного воздуха с противоположной стороны турбины при помощи аналогичных лопастей, начиная процесс сначала.

Это не сложный процесс, но новичку его, может быть, будет трудно представить, поэтому взгляните на эту диаграмму:

Все работает на первый взгляд, как часы, но с процессом доставки есть одна небольшая проблема: прохладный атмосферный воздух во время сжатия нагревается, тепло отнимает мощность вашего двигателя.

Инженеры давно решили и эту нестыковку. Сжатый воздух перед подачей во впускной коллектор должен быть охлажден. Для того чтобы сделать это, воздух под давлением на своем пути к впускному коллектору пройдет через теплообменный аппарат, иногда вызываемый «intercooler».

Принцип работы аппарата идентичен тому, что происходит в жидкостном радиаторе, с тем лишь отличием, что воздух охлаждает воздух (самая распространенная схема «воздухо-воздушная»), поскольку, чтобы охладить разогретый сжатый воздух, используется внешний воздушный поток, набегающий на автомобиль по мере того, как вы движетесь вниз по дороге. Также существуют промежуточные охладители наддувочного воздуха, работающие на воде, в таком радиаторе используется холодная вода для охлаждения воздушной массы до нужной температуры.

Ресурс турбированных двигателей

Ресурс турбины не сильно меньше ресурса двигателя, и то только при надлежащем и постоянном уходе. Ресурс турбированного двигателя снижается из-за игнорирования рекомендаций автопроизводителя по уходу и обслуживанию турбокомпрессора, либо из-за сбоя в работе силового агрегата.

Некачественное моторное масло;
Несвоевременная замена масла и фильтров;
Повышенные нагрузки на холодном моторе;
Масляное голодание.

Это четыре основные причины, из-за которых ресурс турбированного двигателя сокращается в несколько раз.

Необходимо понимать, что турбированный мотор, особенно, если он малого объема, регулярно работает на пределе своих возможностей. Ведь при меньшем объеме турбомотор имеет такую же мощность, как и атмосферный с большим объемом. Из-за того, что он берет на себя большие нагрузки, и ускоряется его износ.

Многие производители автомобилей заверяют, что ресурс турбированного двигателя составляет примерно 150-200 тыс. км. После этого пробега нужно регулярно проверять компрессию, и при необходимости нужен ремонт двигателя.

Однако, это меньше 300 тыс. км, которые проходит без проблем атмосферник. А при не соблюдении всех правил и рекомендаций эксплуатации ресурс турбомотора может не достигать и 100 тыс. км.

Такой ресурс связан с тем, что атмосферный двигатель имеет более простую конструкцию и не так требователен к качеству моторного масла и топлива, что не скажешь о турбомоторе. К тому же, даже при поломке из-за некачественного топлива, восстановление атмосферного будет стоить значительно меньше, чем аналогичного мотора с турбиной.

Плюсы и минусы атмосферного двигателя

Атмосферный ДВС имеет массу преимуществ и несколько недостатков. К достоинствам двигателя относится:

неприхотливость обслуживания – для обслуживания двигателя можно использовать не максимально качественные ГСМ, главное, чтобы они подходили мотору по своему составу;
многократностью ремонта – атмосферный мотор способен выдержать большое количество мелких ремонтов, при этом собственник авто может выполнить их самостоятельно (в домашних условиях), без обязательного посещения СТО;
износоустойчивостью – этот тип рассчитан на длительную эксплуатацию (несколько сотен тысяч километров);
сохранение уровня мощности – ключевое преимущество изделия, выражающееся в сохранении мощности на малых оборотах мотора, реагированием на минимальное нажатие педали акселератора, переходом от малых до больших оборотов на короткий временной промежуток.

Кроме положительных моментов, этот тип моторов имеет и отрицательные стороны. К ним относится:

масса изделия – атмосферные моторы, в сравнении с другими разновидностями двигателей, отличаются большим весом, не имея при этом преимущества в объеме и мощности;
поддержка динамики и мощности на максимальном уровне – в условиях разреженного воздуха, атмосферные моторы не способны поддерживать мощность на максимальной отметке, теряя при этом и уровень динамики;
продукт выхлопа – при работе атмосферного двигателя создается в большом количестве побочный продукт (выхлопной газ), загрязняющий воздушные массы.

Основные различия устройства атмосферного и турбированного двигателя

В основе принципа работы любого современного ДВС лежит процесс сгорания топлива в его цилиндрах. Топливо подается не в чистом виде, а в виде рабочей смеси, состоящей из горючего и воздуха. Что турбомотор, что атмосферник устроены в этом смысле одинаково.

Для приготовления рабочей смеси используется горючее и многократно превосходящие по объему воздушные массы. Понятие «атмосферник» появилось и прижилось потому, что для создания смеси применено естественное атмосферное давление. Воздух затягивается через фильтр и систему воздуховодов благодаря работе поршней.

Отличия между различными силовыми агрегатами атмосферного (естественного) принципа действия заключаются только в том, как реализуется процесс образования смеси и его дальнейшая подача в цилиндры. Таким образом, атмосферный мотор не оснащается специальными узлами, которые отвечали бы за принудительную подачу воздушной массы.

Интересно, что схема питания атмосферного мотора основана на естественном притоке воздуха для формирования рабочей смеси. При разных режимах работы она не позволяет обеспечить соотношение 14 к 1 (количество частей воздуха на количество частей горючего). Из-за этого движок уже не способен тянуть на низких оборотах, а на высоких еще не может. Это приводит к снижению диапазона оборотов, при которых мотор способен обеспечить максимальную мощность и тяговые усилия.

Чтобы понять, что такое турбированный двигатель, необходимо понять, как он работает, и из каких состоит узлов. По сути, это тоже силовая установка, только подача воздуха в цилиндры происходит принудительным образом, за счет специального устройства. Основными частями турбокомпрессора являются вентилятор с турбиной.

Подключаются они к системе выпуска отработанных газов в машине, а дальше принимают на себя часть их энергии и воздействуют на лопасти турбины. От выхлопных газов создается давление, и они раскручивают ее, заставляя работать вентилятор компрессора. Далее под давлением закачивается большой объем воздушных масс.

Воздуха становится больше в системе и сгорает он более качественно — это значит, возрастает и мощность силовой установки. Имея меньший объем, турбомотор способен выдавать больше лошадиных сил, чем атмосферный аналог. Но система охлаждения функционирует также несколько по-иному. Функцию радиатора здесь выполняет другое приспособление, которое называется интеркуллером. Вместо охлаждающей жидкости в нем циркулирует обычный воздух. Чтобы усилить охлаждающие свойства, вместе с ним могут устанавливать дополнительный вентилятор.

Разница между атмосферным и турбированным движком заключается в принципе их устройства и функционирования. У последнего для создания рабочей смеси также необходим воздух. Однако воздушные массы не просто поступают извне, но еще и принудительно, за счет нагнетания турбиной. Чем отличается атмосферный агрегат от турбированного, так это как раз тем, что поступает больший объем кислорода в рабочие цилиндры. Из-за этого топлива сжигается больше и возрастает полезная мощность. Чтобы сделать автомобиль еще мощнее, нет необходимости наращивать объем камер сгорания или увеличивать число самих цилиндров.

Как я могу определить отказ турбины?

Об этом мы писали подробную обзорную статью: Неисправности турбин: эксплуатация, неисправности, восстановление и ремонт

Признаки неисправностей турбокомпрессора
Симптом:	Проявления:	Что необходимо сделать:
Свист турбонагнетателя	При увеличении скорости слышен свист турбины. Возможно, поврежден вал турбины. Свист вызван из-за металлического трения.	Замена турбокомпрессора / Ремонт
Синий дым	Утечка масла в турбокомпрессоре. Возможно на валу есть сколы (износ). Масло попадает в выхлопную систему.	Замена турбокомпрессора / Ремонт
Увеличился расход топлива	Повреждение подшипников турбокомпрессора. Линия подачи масла в турбину неисправна или забита.	Проверьте маслопроводы турбокомпрессора и при необходимости замените их
Черный дым	Возможно, турбине не хватает воздуха для подачи в двигатель. В результате в камере сгорания неправильная смесь топлива и кислорода. В итоге в процессе сгорания топлива образовывается черный дым. Скорее всего, в автомобиле есть утечка, поступаемого в двигатель, воздуха.	Проверьте шланги и соединение системы всасывания воздуха. Также проверьте линию подачи сжатого воздуха на герметичность и при необходимости замените поврежденный компонент.
Потеря мощности I	Недостаток постоянной мощности. Компрессор может быть поврежден. Например, из-за сломанных лопастей колес, турбина больше не может подавать достаточное количество воздуха в цилиндры.	Необходимы новые колеса компрессора колеса. Также необходимо защитить систему подачи воздуха в турбину от попадания инородных вещей.
Потери мощности II	Блок VTG загрязнен. В итоге работа лопаток турбины с изменяемой геометрией не эффективна. Например, из-за загрязнения лопаток может не хватать давления выхлопных газов.	Разобрать турбину и очистить лопатки, от образования сажи.
Чрезмерное давление наддува	Неисправен клапан регулирования давления наддува. Неисправность вакуумного блока регулировки работы клапана.	Замена вакуумного блока, очистка или замена клапана выхлопных газов
Шум от турбокомпрессора	Обратное давление в выхлопной системе слишком высокое. Повреждение колеса компрессора или колеса турбины. Утечка выхлопных газов.	Проверьте выхлопную систему на наличие повреждений. Проверьте компрессор турбины на повреждения. Устраните неисправность с помощью ремонта турбокомпрессора.

Преимущества и недостатки современного турбомотора

Перед тем, как мы приступим к анализу плюсов и минусов турбодвигателя, хотелось бы еще раз обратить ваше внимание на один нюанс. Как утверждают маркетологи, доля реализуемых новых автомобилей с турбонаддувом сегодня существенно увеличилась

Более того, многочисленные источники делают акцент на том, что турбодвигатели все больше и больше теснят «атмосферники», автолюбители зачастую выбирают именно «турбо», так как считают атмосферные двигатели безнадежно устаревшим типом ДВС и т.п. Давайте разбираться, так ли хорош турбомотр на самом деле.

Плюсы турбодвигателя

Начнем с явных плюсов. Действительно, турбодвигатель легче по весу, меньше по рабочему объему, но при этом выдает высокую максимальную мощность. Также моторы с турбиной обеспечивают высокий крутящий момент, который доступен на низких оборотах и является стабильным в широком диапазоне. Другими словами, турбомоторы имеют ровную полку крутящего момента, доступную с самых «низов» и до относительно высоких оборотов.
В атмосферном двигателе такой ровной полки нет, так как тяга напрямую зависит от оборотов двигателя. На низки оборотах атмомотор обычно выдает меньший крутящий момент, то есть его нужно раскручивать для получения приемлемой динамики. На высоких оборотах мотор выходит на максимум мощности, но крутящий момент снижается в результате возникающих естественных потерь.
Теперь несколько слов об экономичности турбодвигателей. Такие моторы и правда расходуют меньше топлива по сравнению с атмосферными агрегатами в определенных условиях. Дело в том, что процесс наполнения цилиндров воздухом и топливом полностью контролируется электроникой. Получается, ЭБУ следит за тем, чтобы соотношение компонентов смеси было оптимальным на любых режимах работы турбированного ДВС, благодаря чему достигается полноценное сгорание заряда и происходит отдача максимума полезной энергии. В случае с атмосферными двигателями наполнение зависит как от оборотов коленвала, так и от температуры наружного воздуха, атмосферного давления и ряда других факторов.
Если учесть небольшой вес самого агрегата с турбиной, доступную тягу на низких оборотах и отсутствие зависимости от внешних факторов, турбомотор закономерно расходует в штатных режимах эксплуатации меньше топлива. При этом следует помнить, что данное преимущество полностью исчезает в том случае, если постоянно ездить в режиме «газ в пол». Тогда расход топлива на турбодвигателе может оказаться даже большим, чем у атмосферных аналогов.

Минусы турбированного ДВС

Итак, с основными плюсами разобрались. Что касается минусов, они также присутствуют. Вполне очевидно, что турбомотор сложнее как в плане электроники и исполнительных устройств, так и в плане реализации самой схемы турбонаддува. Повышенные требования к качеству топлива и моторного масла тоже никуда не делись.

Дело в том, что небольшой по размерам и объему агрегат работает в условиях высоких механических и тепловых нагрузок. Давление наддува и температура в цилиндрах намного выше по сравнению с атмосферными двигателями, что означает ускоренный износ турбомотора.

Производители учитывают разные нюансы, закладывая больший запас прочности в агрегат, но во время ремонта турбодвигателя стоимость усиленных деталей получается ощутимо выше. Также двигатель с турбиной имеет большое количество датчиков и магистралей, а также дополнительных систем, что усложняет диагностику в случае возникновения неисправностей.

Очень важным моментом является ресурс самой турбины. Турбонагнетатель повсеместно устанавливается на современные ДВС, окончательно вытеснив механический компрессор. При этом турбина на бензиновом двигателе обычно «ходит» всего около 150 тыс. км, на дизеле этот показатель в среднем составляет до 250 тыс. км. Затем турбокомпрессор нуждается в дорогом ремонте или полной замене.
Что касается известной проблемы в виде «турбоямы» или «турболага», на современных двигателях этот недостаток практически устранен посредством установки турбин с изменяемой геометрией, путем использования технологий «би-турбо» и т.д. Почему практически, а не до конца? Дело в том, что идеальной остроты отклика во время дозирования тяги в процессе дросселирования, которая свойственна атмосферным моторам, все равно нет. Параллельно с этим более сложные системы турбонаддува требуют повышенных затрат, создают определенные затруднения, которые связаны с обслуживанием и ремонтом.

Плюс и минусы турбомоторов

Сравнивая турбированный и атмосферный мотор, нельзя не рассмотреть преимущества и недостатки двигателей, где используется турбокомпрессор. У турбонаддувного силового агрегата есть свои неоспоримые преимущества перед атмосферником. Но по некоторым параметрам он заметно уступает конкуренту. Учтите, что при сравнении турбированного и атмосферного двигателя вам нужно делать собственные выводы. Каждый ждёт от приобретаемого автомобиля определённых характеристик и возможностей. Одним нужна размеренная и экономичная езда. Другие хотят получить максимальную скорость и адреналин. Во многом от этого зависит, какой двигатель конкретно для вас окажется лучшим. Главных преимуществ у ДВС с турбокомпрессором всего 3. А именно:

повышенные показатели мощности;
превосходный крутящий момент;
небольшой уровень шума (при адекватной выхлопной системе).

Если говорить сугубо о количестве, то превосходство по преимуществам явно на стороне атмосферника. Но если вы хотите получить именно высокий уровень мощности, то все достоинства атмосферного мотора уже не будут играть особой значимой роли.

Помимо преимуществ, у турбомоторов есть свои недостатки. Они проявляются в следующем:

Требования к качественным характеристикам рабочих жидкостей. Если у вас машина с турбокомпрессором, то придётся выбирать только наиболее качественные моторные масла, заправляться на дорогих автозаправочных станциях. Это влечёт за собой повышенные расходы на содержание и эксплуатацию автомобиля с турбированным силовым агрегатом.
Работа при повышенных температурах. В таких условиях эксплуатации срок службы ДВС постепенно начинает сокращаться. Если быть точнее, тем быстрее изнашиваются топливные и масляные фильтры. Нужно регулярно следить за уровнем и состоянием смазочных жидкостей, степенью загрязнённости фильтров. В противном случае можно упустить момент, когда компрессор или другие дорогостоящие элементы двигателя выйдут из строя.
Расход топлива. За высокую мощность и повышенный крутящий момент приходится расплачиваться большим расходом. Даже при размеренной езде потребление будет всё равно выше, чем у атмосферника с аналогичным объёмом силовой установки.
Эксплуатационный срок. Встретить турбомотор миллионник вряд ли получится. Турбированные двигатели не рассчитаны на продолжительную эксплуатацию. Если сравнивать с атмосферными моторами, у турбокомпрессорных установок моторесурс заметно меньше.
Ремонт и обслуживание. Как уже говорилось ранее, при примерно аналогичных неисправностях стоимость ремонта двигателя с турбокомпрессором окажется значительно выше. То же самое можно сказать про плановое обслуживание. Расходные материалы для турбодвигателей стоят дороже.
Специалисты. Поскольку эра турбированных двигателей находится только на самом рассвете, в нашей стране достаточно сложно найти грамотных специалистов. Далеко не каждый автомеханик даже из крупного автосервиса готов взяться за ремонт турбокомпрессора. Работа с таким узлом требует определённых знаний и навыков. Кустарный ремонт часто приводит к ещё более печальным последствиям.

Согласитесь, что перечень недостатков действительно внушительный. Турбомоторы требуют к себе повышенного внимания, тщательного ухода и внушительных финансовых затрат. Но даже при таких условиях не удастся значительно продлить моторесурс и добраться до значений обычных классических атмосферных двигателей.

Преимущества и недостатки современного турбомотора

Плюсы турбодвигателя

Начнем с явных плюсов. Действительно, турбодвигатель легче по весу, меньше по рабочему объему, но при этом выдает высокую максимальную мощность. Также моторы с турбиной обеспечивают высокий крутящий момент, который доступен на низких оборотах и является стабильным в широком диапазоне. Другими словами, турбомоторы имеют ровную полку крутящего момента, доступную с самых «низов» и до относительно высоких оборотов.
В атмосферном двигателе такой ровной полки нет, так как тяга напрямую зависит от оборотов двигателя. На низки оборотах атмомотор обычно выдает меньший крутящий момент, то есть его нужно раскручивать для получения приемлемой динамики. На высоких оборотах мотор выходит на максимум мощности, но крутящий момент снижается в результате возникающих естественных потерь.
Теперь несколько слов об экономичности турбодвигателей. Такие моторы и правда расходуют меньше топлива по сравнению с атмосферными агрегатами в определенных условиях. Дело в том, что процесс наполнения цилиндров воздухом и топливом полностью контролируется электроникой.
Получается, ЭБУ следит за тем, чтобы соотношение компонентов смеси было оптимальным на любых режимах работы турбированного ДВС, благодаря чему достигается полноценное сгорание заряда и происходит отдача максимума полезной энергии. В случае с атмосферными двигателями наполнение зависит как от оборотов коленвала, так и от температуры наружного воздуха, атмосферного давления и ряда других факторов.
Если учесть небольшой вес самого агрегата с турбиной, доступную тягу на низких оборотах и отсутствие зависимости от внешних факторов, турбомотор закономерно расходует в штатных режимах эксплуатации меньше топлива. При этом следует помнить, что данное преимущество полностью исчезает в том случае, если постоянно ездить в режиме «газ в пол». Тогда расход топлива на турбодвигателе может оказаться даже большим, чем у атмосферных аналогов.

Минусы турбированного ДВС

Очень важным моментом является ресурс самой турбины. Турбонагнетатель повсеместно устанавливается на современные ДВС, окончательно вытеснив механический компрессор. При этом турбина на бензиновом двигателе обычно «ходит» всего около 150 тыс. км, на дизеле этот показатель в среднем составляет до 250 тыс. км. Затем турбокомпрессор нуждается в дорогом ремонте или полной замене.
Что касается известной проблемы в виде «турбоямы» или «турболага», на современных двигателях этот недостаток практически устранен посредством установки турбин с изменяемой геометрией, путем использования технологий «би-турбо» и т.д. Почему практически, а не до конца? Дело в том, что идеальной остроты отклика во время дозирования тяги в процессе дросселирования, которая свойственна атмосферным моторам, все равно нет. Параллельно с этим более сложные системы турбонаддува требуют повышенных затрат, создают определенные затруднения, которые связаны с обслуживанием и ремонтом.

Сходство терминов мотор и двигатель

Рассмотренные выше словари определяют данные слова как синонимы. И, действительно, в большинстве случаев оба эти термина употребляются для обозначения устройства, приводящего в движение какой-либо механизм. Если слово применяется для обозначения энергетической установки транспортного средства, промышленного оборудования или бытового устройства, то эти понятия являются равнозначными, а смысловые нюансы незначительными.

Рассмотрим некоторые случаи, когда один из терминов можно заменить другим, без искажения смысла и нарушения стилистики речи:

Относится к электрической машине: электромотор, электродвигатель.
Относится к двигателю внутреннего сгорания: бензиновый мотор (двигатель).
Обозначает силовую установку механического транспортного средства: автомобильный мотор (двигатель).
Является приводным устройством для станка, ручного инструмента, бытовой техники: мотор (двигатель) токарного станка.