Турбонаддув что это такое в автомобиле: Турбонаддув в автомобиле: принцип работы

Содержание

Что такое турбонаддув в автомобиле и как он работает

Турбонаддув современной конструкции – это сложное в техническом плане устройство. Первые системы для наддува двигателей появились еще в начале XX века. Наибольшее же распространение получила конструкция наддува, компрессор которой приводится от турбины, раскручиваемой выхлопными газами авто до высоких оборотов.

Энергия выхлопных газов бесплатна, поэтому мощность мотора при использовании турбокомпрессора значительно поднимается без ухудшения экономичности, а зачастую, экономичность двигателя даже улучшается (советы как уменьшить расход топлива). Из-за использования в конструкции турбины, такой вид наддува двигателя имеет всем хорошо известное название – турбонаддув.

Воздух при сжатии компрессором нагревается, плотность падает, и в цилиндры его помещается меньше, поэтому, довольно часто, после турбокомпрессора нагнетаемый воздух пропускают через специальный радиатор – интеркулер, в котором он охлаждается.

Частота вращения турбины и связанного с ней компрессора турбонаддува очень велика (больше ста тысяч оборотов в минуту), поэтому в них применяются подшипники скольжения с очень маленькими зазорами. Соответственно возрастает требовательность двигателя с турбонаддувом к качеству и чистоте масла. Конечно, стоимость этого агрегата тоже немаленькая.

Серьезным недостатком турбонаддува можно считать эффект так называемой ”турбоямы”. Он проявляется при резком нажатии на педаль акселератора – двигатель сперва ”задумывается” и только после этого начинает разгонять автомобиль.

Объясняется это тем, что турбине необходимо какое-то время для раскрутки до рабочих оборотов, и чтобы его уменьшить, на некоторых моделях турбокомпрессоров (как правило, предназначенных для легковых автомобилей) устанавливают специальный клапан, который перепускает часть воздуха с выхода компрессора обратно на его вход.

Таким образом, при закрытии дроссельной заслонки турбина продолжает вращаться с большой скоростью, а турбокомпрессор в это время работает “вхолостую”, перегоняя воздух по кругу. Нажатие на педаль газа закрывает этот клапан, и нагнетаемый воздух в полном объеме снова поступает во впускной коллектор. Обычно управление перепускным клапаном турбонаддува возлагают на электронику.

Другой разновидностью наддува является приводной компрессор, который, в отличии от турбонаддува, вращается коленчатым валом двигателя. Поскольку для его привода отбирается энергия у мотора, такие системы менее экономичны, чем аналогичные силовые агрегаты без компрессора или с турбонаддувом. Зато они надежнее, дешевле и не имеют ”турбоямы”, что очень важно для спортивных автомобилей, где при разгоне каждая доля секунды на счету.

Такие компрессоры часто используют западные тюнинговые компании для увеличения мощности моторов – это гораздо дешевле, чем увеличивать рабочий объем, организуя мелкосерийное производство поршней, коленвалов и других технологически сложных деталей. Их используют такие автомобильные “гранды” как Mercedes, General Motors, Ford, Jaguar, Mazda и другие автопроизводители.

Турбонаддув современного автомобиля. Что это и зачем нужно?

Характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС) можно описать через его выходной крутящий момент. Крутящий момент двигателя на низких оборотах оказывает значительное влияние на управляемость автомобиля, а крутящий момент двигателя на высоких оборотах определяет максимальную скорость автомобиля и расположение передаточных чисел коробки передач.

Крутящий момент двигателя можно увеличить несколькими способами:

повысить эффективность двигателя
увеличить объем двигателя
увеличить плотность всасываемого воздуха

Турбонаддув — верный метод увеличения плотности всасываемого воздуха. Это требует дополнительной работы на стороне впуска воздуха, помимо насосной работы атмосферного (безнаддувного) двигателя, чтобы нагнетать дополнительную массу воздуха в цилиндры. Эта дополнительная работа осуществляется турбонагнетателем, где турбина использует энергию выхлопных газов для вращения компрессора (крыльчатки).

Исторически нагнетатели впервые устанавливались на дизельные двигатели с воспламенением от сжатия, в основном по следующим причинам:

удельная мощность дизельного двигателя без наддува оставляет желать лучшего
выходная мощность дизельного двигателя ограничена дымовыделением, а добавление большего количества воздуха в цилиндр может уменьшить количество дыма
(по сравнению с бензиновым двигателем со свечами зажигания) детонация в дизельном двигателе невозможна, поскольку топливо впрыскивается в конце цикла сжатия
(по сравнению с бензиновым двигателем со свечами зажигания) дизельные двигатели дороже в производстве, поэтому стоимость турбокомпрессора меньше влияет на общую стоимость двигателя.

На двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием (бензиновом) основной причиной установки турбонагнетателя является увеличение выходного крутящего момента / мощности за счет ограниченной (объемной) мощности двигателя. Основным ограничением бензинового двигателя с турбонаддувом с точки зрения того, насколько может повыситься давление наддува, является детонация в двигателе.

Дополнительный воздух для наддува внутри цилиндров вызывает значительное повышение температуры топливовоздушной смеси в конце сгорания, что может привести к детонации в двигателе. Для предотвращения детонации двигатели с турбонаддувом обычно имеют более низкую степень сжатия, чем двигатели без наддува (атмосферные).

Турбонаддув можно охарактеризовать как особый метод наддува, при котором энергия горячих выхлопных газов используется для привода компрессора всасываемого воздуха. Преимущество заключается в том, что энергия выхлопных газов не тратится впустую, а используется для работы компрессора.

Когда турбина помещается в выпускной коллектор, давление выхлопных газов увеличивается перед турбиной. Это заставляет двигатель потреблять больше энергии для удаления сгоревших газов из цилиндров во время такта выпуска. Турбина преобразует поток и тепловую энергию выхлопных газов в энергию сжатия. Следовательно, рост давления всасываемого воздуха больше, чем рост давления выхлопных газов, а это означает, что суммарный КПД двигателя увеличивается.

Автомобильные турбокомпрессоры состоят из четырех основных частей:

корпус компрессора
основной (центральный) корпус
корпус турбины
привод перепускной заслонки

Корпус компрессора (обычно изготовленный из алюминия) содержит компрессор с осевым входом и радиальным выходом (также известный как рабочее колесо). Корпус турбины содержит турбину с радиальным притоком и осевым выпуском, соединенную с компрессором через вал.

Скорость турбокомпрессорного агрегата может легко достигать 120 000 об / мин или даже 300 000 об / мин. Чтобы выдерживать такие высокие скорости, вал вращается в подшипниках скольжения с гидродинамической масляной пленкой с низким коэффициентом трения, которые размещены в основном (центральном) корпусе.

Подшипники скольжения бывают двух типов: радиальные и осевые. Обычно это два радиальных подшипника (втулка) и один упорный подшипник (упорный). Подшипники имеют смазочные каналы, которые позволяют маслу проникать внутрь подшипников и образовывать гидродинамическую масляную пленку между подшипником и валом. Такие подшипники также называются полностью плавающими. Цепь смазки турбонагнетателя подключена к основной системе смазки двигателя внутреннего сгорания.

Температура масла может широко варьироваться от минимальной (например, -30 ° C) до номинальной рабочей температуры двигателя (около 90 ° C). Для обеспечения потока масла для охлаждения в любых температурных условиях необходимо обеспечить зазор между подшипниками и валом.

где: 1 — колесо компрессора, 2 — осевой (упорный) подшипник, 3 — радиальные (втулочные), 4 — подшипники, 5 — вал, 6 — колесо турбины.

Подшипники турбокомпрессора могут быть подшипниками скольжения (как на картинке выше) или роликоподшипниками. Турбокомпрессоры, работающие на выхлопных газах, с роликоподшипниками более эффективны, чем на подшипниках скольжения, имеют лучшие переходные характеристики (они ускоряются быстрее) и могут обеспечивать более высокое давление наддува при частичных нагрузках двигателя. Основными недостатками роликоподшипников являются надежность при длительной эксплуатации и акустические характеристики (более шумный). Роликовые подшипники в основном используются в высокопроизводительных турбокомпрессорах для мотоспорта.

Подшипники могут работать нормально, если температура выхлопных газов ниже 800 ° C, охлаждения масла достаточно для поддержания нормальных условий работы. На бензиновых двигателях, где температура выхлопных газов может превышать 1000 ° C, необходим центральный (подшипниковый) корпус с водяным охлаждением.

Корпус сердечника также содержит некоторые уплотнительные элементы, которые предотвращают попадание масла в выпускной или впускной коллектор, а также максимально сокращают попадание всасываемого воздуха и выхлопных газов (картерных газов).

Компрессор состоит из крыльчатки с осевым притоком и радиальным выпуском (крыльчатки компрессора) и литого алюминиевого корпуса. Во избежание утечки воздуха между компрессором и корпусом зазор должен быть минимальным.

Рабочее колесо компрессора (крыльчатка) обычно изготавливается из литого алюминиевого сплава. В современных турбокомпрессорах рабочее колесо фрезеровано из алюминиевого сплава.

Во избежание помпажа компрессора (реверсирования воздушного потока при закрытии дроссельной заслонки) корпус компрессора оборудован продувочным (отрывным) клапаном.

В некоторых коммерческих транспортных средствах с очень долгим сроком службы компонентов крыльчатка компрессора (крыльчатка) фрезерована из титанового сплава.

Компрессоры бензиновых двигателей с турбонаддувом имеют продувочные (выталкивающие) клапаны, которые должны предотвращать скачки давления при резком падении нагрузки на двигатель (например, дроссельная заслонка переходит из полностью открытого в полностью закрытое положение за очень короткое время). Большинство современных продувочных клапанов имеют электрический привод, а события открытия и закрытия контролируются модулем управления трансмиссией (PCM).

Рабочее колесо компрессораТурбинное колесо турбокомпрессораРадиальный подшипник турбокомпрессораПерепускной клапан турбокомпрессора

Сторона турбины нагнетателя состоит из:

Диффузора.
Корпуса.
Крыльчатки.
Перепускной заслонки для отработанных газов.

Назначение диффузора — ускорить поток выхлопных газов и равномерно распределить его по лопаткам (колесу) турбины. Диффузор встроен в спиральный корпус турбины.

Корпус турбины должен выдерживать очень высокие температуры и сделан из высоколегированного чугуна. В зависимости от типа повышения давления выхлопных газов существует два типа кожуха турбины:

Корпус импульсного наддува
Корпус постоянного давления

В случае импульсного наддува трубы выхлопных газов, идущие от каждого цилиндра, проходят отдельно в корпус турбины. Корпус турбины спроектирован таким образом, чтобы максимально предотвращать смешивание потоков выхлопных газов перед входом в рабочее колесо турбины.

В случае наддува постоянного давления из выхлопных труб всех цилиндров, выхлопные трубы подключены к выпускному коллектору большого объема, который отфильтровывает отдельные импульсы давления.

Стандартное колесо турбины имеет радиально-впускную и осевую конструкции. Поскольку турбинное колесо должно работать в условиях очень высоких температур, оно изготовлено из стального сплава, содержащего большое количество никеля.

Чтобы минимизировать турболаг (задержку разгона двигателя), момент инерции массы компрессорного колеса, турбинного колеса и вала должен быть как можно меньше. По этой причине исследуются высокопрочные материалы с низкой плотностью для использования в будущих турбокомпрессорах.

Где: 1 — корпус компрессора, 2 — колесо компрессора (крыльчатка), 3 — пневматический привод, 4 — центральный (подшипниковый) корпус, 5 — рычаг управления перепускным клапаном, 6 — перепускной клапан, 7 — корпус турбины, 8 — колесо турбины.

Давление наддува регулируется путем регулирования количества выхлопных газов, проходящих через турбинное колесо. Поток выхлопных газов в турбине регулируется перепускным клапаном, который может приводиться в действие пневматическим или электрическим приводом.

Подача воздуха для управления пневматическим блоком перепускной заслонки может осуществляться за счет самого давления наддува или за счет давления вакуума (от вакуумного насоса автомобиля). Недостатком использования давления наддува является то, что управление перепускным клапаном зависит от нагрузки двигателя (давления наддува). С помощью вакуумного насоса давление наддува можно регулировать независимо от рабочего состояния двигателя.

Последние технологии турбокомпрессоров предусматривают прямое электрическое включение перепускной заслонки. Это обеспечивает более быстрое и точное срабатывание перепускной заслонки независимо от оборотов двигателя.

Высокопроизводительные турбокомпрессоры — EFRTM от BorgWarner

Где: 1 — колесо компрессора, 2 — колесо и вал турбины Gamma-Ti, 3 — корпус турбины из нержавеющей стали, 4 — перепускной клапан с высоким расходом, 5 — задний диск турбины, 6 — двухрядный шарикоподшипник с керамическими шариками и металлическим сепаратором, 7 — корпус компрессора, 8 — встроенный клапан рециркуляции компрессора (CVR), 9 — электромагнитный клапан управления наддувом (BCSV), 10 — датчик скорости.

Турбокомпрессор Continental RAAX

RAAXTM (что означает «радиально-осевой») — это новый турбокомпрессор Continental с наиболее важной инновацией в конструкции турбины. В отличие от наиболее распространенного на сегодняшний день типа бензиновых турбонагнетателей, радиального турбонагнетателя, который имеет радиальный впуск выхлопных газов, новый турбокомпрессор Continental имеет радиально-осевой (полурадиальный / полуосевой) впускной канал.

Соответствующая специальная конструкция лопастей позволяет примерно на 40% снизить крутящий момент инерции турбинных колес. Это означает, что турбокомпрессор быстрее реагирует на изменения нагрузки двигателя, поэтому давление наддува создается быстрее, а турбо задержка сводится к минимуму. В дополнение к этому значительному улучшению реакции, технология RAAXTM также приводит к повышению эффективности до 3% в соответствующем рабочем диапазоне двигателя, что приводит к снижению выбросов.

Как работает турбокомпрессор

Компания Drive и ее партнеры могут получить комиссию, если вы приобретете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее.

Было время, когда безраздельно правил V8. Когда «Нет замены водоизмещению!» был прикреплен к бамперу каждого хромированного маслкара. Однако, как однажды сказал Боб Дилан: «Времена меняются», и в автомобильном мире это изменение приносит с собой турбокомпрессоры.

Турбокомпрессор — это система, которая помогает двигателю развивать большую мощность и крутящий момент за счет принудительной индукции. По сути, турбонаддув всасывает воздух, охлаждает его, а затем принудительно подает в двигатель больше воздуха, чем он мог бы получить через стандартный воздухозаборник. Конечным результатом является гораздо больше «Вау!»

Тем не менее, турбокомпрессоры могут быть загадочными, а их внутренняя работа может казаться неприступной для полного понимания. Они не должны быть. Вместе с первоклассной информационной командой The Drive мы избавим вас от щурящихся взглядов на двигатель и ошибочных указаний на стартер до запасных частей из Японии… или Австрии.

Готов? Устойчивый? Идти!

Турбокомпрессор!, Depositphotos

Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор представляет собой небольшую турбину, которая находится между двигателем и выхлопной системой. Подключенный к обоим, а также к воздухозаборнику автомобиля, турбокомпрессор использует выхлопные газы для вращения турбины, которая затем нагнетает больше воздуха в двигатель вашего автомобиля и увеличивает его мощность. Есть четыре части, которые позволяют работать турбокомпрессору. Их:

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор сам по себе напоминает улитку и имеет воздухозаборник, выпускной патрубок, два разных рабочих колеса (турбина сзади и компрессор спереди) и патрубок нагнетаемого воздуха, который идет к промежуточному охладителю. Также есть шланг для масла.

Промежуточный охладитель

Для снижения температуры нагнетаемого воздуха, выходящего из турбонагнетателя, вторичный радиатор или промежуточный охладитель перехватывает воздух до того, как он достигнет двигателя. В качестве охлаждающего агента используется хладагент.

Вестгейт

Вестгейт — это клапан между впускным отверстием выхлопных газов и турбонагнетателем, который обходит турбину для регулирования давления наддува.

ECU Tune

Электронный мозг двигателя с турбонаддувом нуждается в другой калибровке топливно-воздушных смесей и угла опережения зажигания по сравнению с автомобилем с безнаддувным двигателем. Таким образом, если кто-то добавляет турбокомпрессор к двигателю, который никогда не предназначался для него, ему придется перепрограммировать электронный блок управления двигателем (ECU), чтобы он работал правильно.

McLaren 720S с двойным турбонаддувом. , Джонатон Кляйн

Типы турбонагнетателей

Существует большое разнообразие турбонагнетателей и приложений с турбонаддувом. Вот краткое изложение общих настроек.

Одиночный турбокомпрессор

Одиночный турбокомпрессор является наиболее распространенным типом установки с турбонаддувом. Он оснащен одной турбиной, и на основном потребительском рынке он обычно используется в более простых автомобилях, которым не требуется много лошадиных сил или крутящего момента. На вторичном рынке это одно из самых популярных обновлений тюнера.

Примером этого может служить Honda Civic.

С двойным турбонаддувом

Добавление второго турбонагнетателя увеличивает количество воздуха, которое может быть нагнетено в двигатель для создания большей мощности и крутящего момента. Настройка в целом остается такой же, как и у системы с одним турбонаддувом, если только у вас нет ступенчатой системы с двумя турбонагнетателями, которая сочетает малый турбонаддув с большим турбонаддувом для устранения задержки.

Четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом

Bugatti Chiron — единственный серийный автомобиль, оснащенный четырехцилиндровым двигателем с турбонаддувом. Bugatti объединяет две большие турбины и две маленькие турбины с 8,0-литровым двигателем W16, что дает в общей сложности 1500 лошадиных сил. По словам человека, который разогнал его до 304 миль в час, это спешка.

Compound Charged

Система с комбинированным наддувом — это когда турбонагнетатель работает в паре с нагнетателем. Нагнетатель используется для создания более быстрого крутящего момента, а турбокомпрессор увеличивает количество лошадиных сил.

Схема электронного турбокомпрессора., Audi

Электронный турбокомпрессор

Концепция электронного турбокомпрессора обсуждалась в течение некоторого времени, но для ее разработки потребовались миллиардные исследования и разработки Формулы-1. достойный производства продукт.

Электронный турбонагнетатель, дизайн которого взят из современных автомобилей Формулы-1, добавляет в смесь электроэнергии, чтобы устранить турбояму. Небольшой электродвигатель расположен между корпусом турбины и компрессором и питается от электрической системы 48 В. Электродвигатель может вращать компрессор раньше, чем это сделают выхлопные газы, тем самым сокращая время между отсутствием наддува и наддувом.

Audi заявляет, что добавление электродвигателя к ее устройству «сокращает время отклика [турбокомпрессора] до менее чем 250 миллисекунд, что быстрее, чем время реакции среднего человека».

Наряду с Audi Mercedes-Benz также выпускает автомобили с электронным турбонаддувом.

Турбокомпрессор Hot-V

Установка «Hot-V» — это когда турбокомпрессор или турбокомпрессоры размещаются внутри «V» двигателя. Это не только уменьшает пространство, необходимое для двигателя, но также уменьшает расстояние, которое необходимо пройти нагнетаемому воздуху между компрессором и двигателем. Это означает, что турбокомпрессор или турбокомпрессоры могут вращаться быстрее и уменьшать запаздывание.

Установка «Hot-V» также разделяет турбину и компрессор и размещает их на противоположных сторонах двигателя. Это снижает накопление тепла в наддуваемом воздухе и значительно снижает охлаждающую нагрузку промежуточных охладителей.

Mercedes-Benz был первым автопроизводителем, запустившим в производство установку «Hot-V».

Hyundai Veloster N. с турбонаддувом, Джонатон Кляйн

Кто изобрел турбокомпрессор?

В 1905 году швейцарский инженер Альфред Бучи впервые предложил конструкцию турбокомпрессора для увеличения мощности дизельных двигателей.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Это вопрос каждого редуктора, и, к сожалению, на него нет простого ответа. Обычный турбокомпрессор дает энтузиастам примерно на 20-40 процентов больше мощности, чем штатный.

Однако количество дополнительной мощности зависит от множества переменных, в том числе от того, насколько велик или мал турбокомпрессор, какие модификации вы внесли во внутренние части двигателя, какой тип топлива вы используете, а также от настройки вашего турбокомпрессора с помощью ЭБУ. настройка использует. Прибыль вашего автомобиля будет разной.

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

У всего есть свои недостатки, и турбокомпрессоры ничем не отличаются. Вот несколько преимуществ и недостатков турбокомпрессоров.

Преимущества

Благодаря увеличенному потоку воздуха турбокомпрессор увеличивает мощность и крутящий момент двигателя. В то же время, поскольку турбокомпрессоры могут производить большую мощность, производители могут уменьшить объем двигателя и, таким образом, получить более высокую эффективность и более низкие выбросы.

Недостатки

Однако есть и недостатки, такие как повышенная сложность, что делает ремонт двигателя с турбонаддувом дорогим. Есть еще проблема с турбо лагом.

Что такое турболаг?

Одной из самых больших проблем с производительностью турбокомпрессора является турбозадержка. Поскольку турбонагнетателям требуются выхлопные газы для вращения турбины и, следовательно, компрессора, требуется время для создания наддува и подачи большего количества воздуха в двигатель. Эффект ощущается так, как будто есть мгновенная пауза между тем, когда вы нажимаете на газ, и вы чувствуете скачок мощности. Вот почему производители начали экспериментировать с электронными турбокомпрессорами.

Shelby Mustang GT500 с наддувом. , Джонатон Кляйн

Часто задаваемые вопросы о турбокомпрессорах

У вас есть вопросы о турбокомпрессорах, Информационная служба Drive предоставит ответы.

Чем отличается нагнетатель?

В то время как турбокомпрессор использует выхлопные газы для приведения в движение турбины, которая нагнетает больше воздуха в двигатель, нагнетатель использует ременную систему двигателя для вращения турбины, которая нагнетает больше воздуха в двигатель. Поскольку он работает от собственной мощности двигателя, нагнетатели, как правило, менее эффективны как в создании наддува, так и в экономии топлива по сравнению с турбонагнетателем.

Есть ли в моей машине турбокомпрессор?

Возможно. Есть несколько способов проверки. Первый и самый простой — полистать пыльное руководство по эксплуатации вашего автомобиля. Второй — поиск в Интернете, либо на сайте производителя, либо в Google. Последний способ – визуальный осмотр двигателя. Если рядом с выхлопной трубой вашего автомобиля или вдоль буквы «V» двигателя есть цилиндрическая металлическая деталь, похожая на улитку, у вас есть автомобиль с турбонаддувом. Турбо свисток?

Каким был первый серийный автомобиль с турбонаддувом?

Эта честь принадлежит Oldsmobile Jetfire, производство которого началось в 1962 году.

Дороги ли турбокомпрессоры?

Могут быть. Если вы модифицируете существующий автомобиль, в котором изначально не было турбокомпрессора, вам нужно будет сделать много модификаций, чтобы турбокомпрессор заработал. Это может дорого обойтись, так как комплекты турбокомпрессора стоят от 1500 до 20 000 долларов в зависимости от автомобиля, на который вы надеваете эти улитки.

Точно так же замена сломанных турбокомпрессоров также может быть дорогостоящей, например, турбокомпрессоры Mercedes-Benz AMG, замена которых стоит более 15 000 долларов.

Почему так много автомобилей имеют турбокомпрессоры?

Поскольку требования к топливу и выбросам ужесточаются, производителям приходится уменьшать рабочий объем двигателей в своих модельных рядах. Чтобы поддерживать уровень мощности для этих все более тяжелых транспортных средств, автопроизводители переключились на двигатели с турбонаддувом для дополнительной мощности.

Что такое Ford EcoBoost?

EcoBoost от Ford — это просто название продуктов бренда с турбонаддувом. Ford использовал имя EcoBoost на таких автомобилях, как Ford Mustang, пикапы F-серии, новый Bronco и вплоть до суперкара Ford GT.

Получите собственный комплект турбокомпрессора от Vivid Racing

Ваш автомобиль не обеспечивает достаточной скорости для вас? Вас чуть не убил сливающийся полуприцеп, пока ваша машина изо всех сил пытается разогнаться до 60 миль в час? Вы тоскуете по этому сладкому, сладкому свисту турбокомпрессора на пике наддува? Что ж, тогда вам может подойти комплект турбокомпрессора. Вот почему мы сотрудничаем с нашими друзьями из Vivid Racing, чтобы дать вам турбонаддув! Нажмите здесь, чтобы ознакомиться с линейкой комплектов турбокомпрессоров Vivid Racing.

Что такое турбонагнетатель? | Capital One Auto Navigator

Этот воздушный насос, похожий на улитку, помогает маленьким двигателям развивать большую мощность.

Дэвид Глюкман 15 марта 2022 г.

Shutterstock

Статья QuickTakes

В течение десятилетий автопроизводители стремились сделать небольшие двигатели более мощными, привязывая турбокомпрессоры к их. Эти устройства в форме фена, также сравниваемые с улитками и иногда называемые ими из-за их сходства с панцирями существ, накачивают больше воздуха в двигатель и, как следствие, создают большую мощность. По данным EPA, они были установлены почти у 35 процентов автомобилей 2020 модельного года, и это число растет. Здесь мы обсудим основы того, как работают турбокомпрессоры и что они делают.

Что такое турбокомпрессор и для чего он нужен?

Турбокомпрессоры сжимают воздух, поступающий в двигатель — процесс, известный как принудительная индукция. Двигатель внутреннего сгорания выполняет свою работу, втягивая воздух и топливо в свои цилиндры, сжимая смесь поршнями и воспламеняя ее. Возникающие в результате взрывы толкают поршни вниз, которые вращают коленчатый вал, приводя в движение автомобиль. Количество энергии, которую может производить двигатель, зависит от количества топлива, которое он может сжечь, но для увеличения количества топлива вам также нужно больше воздуха. Вот тут-то и появляются турбокомпрессоры, нагнетающие в двигатель больше воздуха, чем он мог бы всосать сам по себе.

Турбокомпрессоры обеспечивают такой прирост мощности, что автопроизводители могут уменьшать размеры двигателей, уменьшая рабочий объем и, во многих случаях, количество цилиндров, сохраняя при этом ту же мощность. Таким образом, четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом может заменить безнаддувный V6, а шестицилиндровый двигатель с наддувом может обеспечить мощность уровня V8. Двигатели без турбокомпрессора часто называют двигателями без наддува, когда необходимо различие.

Chevrolet

Как работает турбонагнетатель?

Обычный турбокомпрессор состоит из двух веерообразных колес внутри корпусов, похожих на раковины улиток и соединенных валом. Двигатель направляет выхлопные газы на одно из этих колес, известное как турбина, которое, в свою очередь, вращает другое колесо, называемое компрессором. Компрессор втягивает и сжимает свежий всасываемый воздух, который закачивается в цилиндры двигателя. По мере того, как двигатель работает и давление выхлопных газов увеличивается, турбина вращается все быстрее и быстрее, еще больше сжимая всасываемый воздух.

На снимке выше изображен базовый четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Chevrolet Silverado. Верно, базового V6 больше нет, и его место занимает четырехцилиндровый турбодвигатель, предлагающий больше лошадиных сил и лучшую экономию топлива, чем V6, который он заменил.

Автопроизводители и поставщики автомобилей экспериментируют с электрическими турбокомпрессорами или электронными турбинами. Эти турбины добавляют электродвигатель на тот же вал, что и турбина и компрессор, чтобы улавливать энергию или вращать компрессор быстрее, чем это могут выхлопные газы. Audi говорит, что некоторые из ее высокопроизводительных автомобилей используют электрические турбонагнетатели, но на самом деле это электрические нагнетатели по определению, поскольку они питаются исключительно от электродвигателя, а не от выхлопных газов.

Улучшают ли турбонагнетатели экономию топлива?

Хотя это может показаться нелогичным, оснащение двигателя устройством, предназначенным для подачи большего количества воздуха и топлива в цилиндры, может сделать его более эффективным. Это сводится к природе турбонагнетателя по требованию: турбонагнетатель срабатывает только тогда, когда ваша правая нога делает большой запрос на педаль акселератора. В других сценариях двигатель обходит турбонаддув и работает так, как будто его нет. Именно тогда он наиболее эффективен. Таким образом, хотя двигатель с турбонаддувом может быть более эффективным, чем безнаддувный двигатель аналогичной мощности, экономия топлива в конечном итоге зависит от того, кто и как едет.

Subaru Legacy является прекрасным примером, особенно если посмотреть на изменения модельного года 2019/2020. В том же году Subaru обновила Legacy, отказавшись от 3,6-литрового V6 от модели 2019 года в пользу четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом. Двигатель V6 выдавал 256 л.с., а по оценке Агентства по охране окружающей среды расход топлива составлял примерно 23 мили на галлон. 2,4-литровый четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом, который заменил его, был не только меньше по рабочему объему и физическим размерам, но и по рейтингу Агентства по охране окружающей среды (EPA) расходовал 27 миль на галлон, а его мощность составляла 260 л.с.

Однако показатели экономии топлива не раскрывают всей картины. Здесь применима старая поговорка о том, что ваш пробег может варьироваться. Режим испытаний Агентства по охране окружающей среды предусматривает ограниченное резкое ускорение, а это означает, что турбонаддув редко нагнетает в двигатель лишний воздух. Из-за этого автомобили с двигателями с турбонаддувом, как правило, не соответствуют своим рейтингам EPA в реальном мире с большей разницей, чем автомобили с двигателями без наддува.

Есть ли недостатки у турбонаддува?

В дополнение к их потенциальной экономии топлива, двигатели с турбонаддувом более сложны, чем двигатели без наддува, что делает их более дорогими в покупке и ремонте. Двигателю требуется время, чтобы произвести достаточно выхлопных газов для вращения компрессора, поэтому двигатели с турбонаддувом не сразу выдают всю свою мощность и могут чувствовать себя вялыми при движении — концепция, называемая турболагом. (E-turbo позволяет избежать этой проблемы.)

TAGSтурбокомпрессортурбофорсированный индукционный

Этот сайт предназначен только для образовательных целей. Перечисленные третьи лица не связаны с Capital One и несут единоличную ответственность за свое мнение, продукты и услуги.