4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что означает двигатель турбо

ЧТО ТАКОЕ ТУРБИНА И КАК РАБОТАЕТ ТУРБО МОТОР Часть 3.

Теперь, когда мы разобрались с общими факторами связанными с детонацией, поговорим о степени сжатия. Степень сжатия (СЖ) определена как:
Где: CR — наша степень сжатия
Vd — объем цилиндра
Vcv — объем камеры сгорания
СЖ заводских моторов будет разной для атмосферного и турбо мотора. Например стоковый мотор Honda S2000 имеет СЖ равную 11.1:1, в то время как турбо мотор Subaru WRX имеет СЖ 8.8:1.
Существует много факторов влияющих на максимально допустимую СЖ. Нет одного простого ответа какой она должна быть. В общем случае СЖ должна быть выбрана максимально возможной для предотвращения детонации с одной стороны и обеспечения максимального КПД двигателя с другой. Факторами влияющими на выбор СЖ в каждом конкретном случае являются: октан применяемого топлива, давление наддува, температура воздуха в предпологаемых режимах эксплуатации, форма камеры сгорания, фазы клапанного механизма и противодавление в коллекторе.
Многие современные атмосферные моторы имеют хороший дизайн камеры сгорания и большую стойкость к детонации, что при правильной настройке блока управления позволяет устанавливать на них турбо-наддув не меняя заводскую степень сжатия.
Обычной практикой при турбировании атмосферных моторов является увеличение мощности на 60-100% относительно заводской. Тем не менее, для значительных значений наддува требуется уменьшение заводской СЖ.
AFR или соотношение воздух/топливо.

При обсуждении вопроса настройки двигателя, выбраный AFR наверное наиболее часто встречающийся вопрос. Правильный AFR имеет крайне высокое влияние на общую производительность и надежность мотора и его компонентов.
AFR определен как соотношение количества воздуха зашедшего в цилиндр к количеству зашедшего в него топлива. Стахиометрическая смесь это смесь при которой происходит полное сгорание топлива. Для бензиновых двигателей стахиометрией является соотношение 14.7:1, что означает что на каждую часть топлива приходится 14.7 частей воздуха.

Что означают понятия «бедная» и «богатая» смесь? Более низкие значения AFR означают меньшее количество воздуха относительно топлива и такая смесь называется богатой. Аналогично большие значения AFR означают больше воздуха относительно топлива и называются бедной смесью.

Например:
15.0:1 = бедная
14.7:1 = стахиометрическая
13.0:1 = богатая

Бедная смесь ведет к повышению температуры горения смеси. Богатая — наоборот. В основном атмосферные моторы достигают максимальной отдачи на смеси несколько богаче стахиометрии. На практике ее держат в диапазоне 12:1…13:1 для дополнительного охлаждения. Это хороший AFR для атмосферного мотора, но он может в некоторых случаях быть крайне опасным в случае с турбо мотором. Более богатая смесь снижает температуру в камере сгорания и повышает стойкость к детонации, а также снижает температуру выхлопных газов и увеличивает срок службы турбины и коллектора.

Реально при настройке существуюет три способа борьбы с детонацией:
— уменьшение давление наддува
— обогащение смеси
— использование более позднего зажигания.

Задачей настройщика является поиск наилучшего баланса этих трех параметров для получения максимальной отдачи и ресурса турбо-мотора.

Эта и следующая часть будут несколько сложнее первых двух, в них мы рассмотрим составляющие компрессорной карты, как оценить «соотношение давлений» и массовый расход воздуха вашего двигателя, а так же как рисовать точки на компрессорной карте для правильно подбора турбокомпрессора.
И…положите рядом с собой калькулятор — он вам понадобится при изучении этой и следующей статьи

Для начала обозначим и разъясним некоторые термины, с которыми нам придется столкнуться в этой статье:

Понятие абсолютного и относительного давления.

Под абсолютным давлением мы будем понимать давление относительно полного вакуума. Соответственно оно может быть только больше или равным нулю. На Земле на уровне моря оно принято равным одной атмосфере или 1атм.
Под относительным давлением мы будем понимать давление относительно атмосферного. Соответственно оно может быть как положительным так и отрицательным, в зависимости от того больше или меньше оно чем атмосферное.
Давайте рассмотрим их на примере давления во впускном коллекторе двигателя. Все наверняка видели в своей жизни приборы показывающие наддув. Такие приборы показывают именно относительно давление. На двигателе, работающем на холостом ходу, они показывают разряжение -0.65.-0.75атм. На наддуве мы можем видеть значения 1.0…2.0 и выше атмосфер. Всё это значения относительного давления. Абсолютные значения будут всегда на 1.0 больше, поскольку мы должны добавить одну атмосферу атмосферного давления, относительно которой прибор и показывает свои значения.
Т.е. на ХХ абсолютное давление будет равно +0.25.+0.35, а на наддуве, соответственно 2.0.3.0.

Составляющие компрессорной карты
Компрессорная карта это график, описывающий конкретные характеристики компрессора в различных режимах его работы. Среди этих характеристик мы разберем: эффективность компрессора, диапазон массового расхода воздуха, возможности работы на разных давлениях наддува, а так же скорость вращения вала турбины.
Ниже приведена типичная компрессорная карта с названиями ее составляющих.
Рассмотрим их по порядку:
По вертикальной оси у нас расположен Pressure Ration, или «соотношение давлений», величина, описываемая как отношение абсолютного давления на выходе из компрессора к абсолютному давлению на его входе:

PR = Pcr/Pin
Где:
PR — соотношение давлений
Pcr — абсолютное давление на выходе компрессора
Pin — абсолютное давление на входе компрессора
*Очень грубо говоря эта величина просто показывает во сколько раз компрессор сжал воздух.
Как рассчитать Pressure Ratio: К примеру мы хотим рассмотреть ситуацию работы компрессора при 0.7 атм наддува в коллекторе. Для начала вспомним что «наддув» это относительное давление, а мы везде оперируем только абсолютным. Поэтому сразу добавляем к нему 1.0 атмосферного давления и дальше имеем в виду что у нас 1.7атм абсолютного давления в коллекторе
В нашем случае, при нормальном атмосферном давлении на входе в турбину, соотношение давлений будет таким:
PR = Pcr/Pin = 1.7/1.0 = 1.7
Но на самом деле все несколько сложнее. В виду наличия в системе воздушного фильтра давление на входе в компрессор, как правило, несколько меньше атмосферного. В зависимости от размера и качества фильтра оно может быть меньше на 0.02-0.10атм. Допустим у нас оно меньше атмосферного на 0.05атм.
Тогда наша формула приобретет следующий вид:
PR = 1.7/(1.0-0.05) = 1.7 / 0.95 = 1.79
Повторим еще раз — для вычисления Pressure Ratio нам надо знать наддув для которого мы его считаем и разряжение на впуске перед компрессором. После этого
PR = (1.0 + давление на выходе компрессора) / (1.0 — разряжение на впуске)
В случае спортивной машины без воздушного фильтра, мы можем принять наш делитель всегда равным единице и просто считать PR = 1 + ДавлениеНаВыходе.
Air Flow или расход воздуха
По горизонтальной оси у нас расположен «массовый расход воздуха».
Это величина, показывающая, массу воздуха, проходящую за единицу времени через компрессор и, соответственно, дальше через двигатель. Исторически это величина на компрессорных картах выражается в lb/min или по-русски в фунтах воздуха за минуту времени. Фунт это 0.45кг, а минута это 60 секунд
Поскольку, как мы уже проходили, мощность двигателя напрямую зависит от количества топливо-воздушной смеси которая проходит через него, массовый расход, это, одна из главных характеристик которую мы можем получить, изучая компрессорную карту. При прохождении через мотор 1 фунта воздуха в минуту, современные моторы вырабатывает в среднем 9-11 лошадиных сил мощности. Соответственно даже беглый взгляд на компрессорную карту может нам сказать, на какую потенциальную мощность мы можем рассчитывать с этой турбиной. На приведенном выше примере, область работы компрессора заканчивается примерно на 52 фунтах, соответственно эту турбину грубо можно сразу оценить на 500лс.
Граница Surge
Граница Surge это крайняя левая линия компрессорной карты. Работа компрессора левее этой границы, т.е. за пределами обозначенной компрессорной картой, связанна с нестабильностью воздушного потока, всплесками и провалами наддува. Длительная работа компрессора в таком режиме приводит к преждевременному выходу его из строя в виду большой переменной нагрузки на подшипники и крыльчатку компрессора.
Турбина может попасть в режим Surge в одном из двух случаев.
Первый самый распространенный — при резком закрытии дросселя, когда массовый расход воздуха через мотор резко падает, но турбина все еще вращается достаточно быстро. Это мгновенно перебрасывает нас влево по компрессорной карте в зону Surge. Но быстрое срабатывание Blow Off клапана восстанавливает расход воздуха через турбины, выпуская избыток наддутого воздуха в атмосферу.
Второй случай — возникновение Surge на режиме полной нагрузки, обычно на низких оборотах, когда турбина только начинает выходить на наддув. Он значительно более опасен, поскольку может продолжаться относительно долго, особенно на высоких передачах. Как правило, это связанно со слишком большой скоростью вращения турбины и большом создаваемом давлении в компрессоре, при относительно малом общем расходе воздуха через мотор. Обычно наблюдается на гибридах с маленькой горячей частью, маленьким A/R горячей части и большой компрессорной частью.
Еще одним способом, помогающим снизить вероятность попадания компрессора в зону Surge является использование компрессорного хаузинга с так называемым «Ported Shroud». Фактически это обводные воздушные каналы, встроенные в компрессорный хаузинг:
Благодаря этим каналам удается сместить границу Surge левее по компрессорной карте, за счет того что часть воздуха может выйти из компрессора назад во впуск. Это позволяет при прочих равных использовать больший компрессор на меньшей турбинной части без возникновения эффекта Surge. Ниже приведено сравнение двух компрессорных карт: с обычным компрессорным хаузингом и со встроенными обводными каналами:
Видно, что есть довольно значительная область карты красного цвета, которая является рабочей для турбины с портированным компрессорным хаузингом, но при этом находится левее границы Surge карты синего цвета, соответствующей обычному хаузингу.
Как это выглядит в реальной жизни? Ниже приведено фото двух турбин 30й серии, первая 3071 без «Ported Shroud», вторая 3076 с заводским «Ported Shroud»
Так же бывает возможность доработки заводского компрессорного хаузинга под «Ported Shroud», если с завода он не был изготовлен. Например в случае GT3582R это выглядит так:
Посмотрим еще раз на нашу компрессорную карту и рассмотрим последние три составляющих:
«Предельная граница эффективности», «Зоны эффективности компрессора» и «Скорость вращения турбины»
Предельная граница эффективности компрессора
Как линия Surge ограничивает карту слева, так граница эффективности ограничивает ее справа. Garrett на своих картах указывает область работы компрессора до 60-58% эффективности. Все, что находится правее этой границы, будет иметь эффективность ниже 58% и использование компрессора в этой области теряет смысл. За этим пределом начинается неоправданно большой нагрев сжимаемого компрессором воздуха, а скорость вращения турбины выходит за допускаемые производителем значения.
Зоны эффективности компрессора
Мы видим концентрические замкнутые линии, расходящиеся из центральной области карты. Возле каждой такой линии подписано значение эффективности компрессора внутри области очерченной этой линией. Самая маленькая область в центральной части соответствует максимально возможной эффективности компрессора. По мере удаления от центра мы будем попадать в области все меньшей и меньшей эффективности пока не упремся либо в предел по Surge слева, либо в предел по производительности справа.
Скорость вращения турбины
Линии, обозначенные на карте как «скорость вращения турбины», показывают с какой скоростью будет вращаться вал турбины в этой области. Значения выражаются в оборотах вала за минуту времени. С ростом скорости вращения турбины у нас увеличивается давление и/или расход воздуха через компрессор. Как видно, эти линии начинают сходиться в области границы зоны эффективности и, как уже было сказано выше, за пределами этой области скорость вращения турбины быстро увеличивается за пределы допустимого.
На этом мы заканчиваем рассмотрение компрессорной карты и теперь, понимая что на ней изображено, в следующей главе мы перейдем к изучению процесса подбора турбины под конкретный мотор.

Читать еще:  Что такое тестовый двигатель

Сравнительный тест Opel Astra 1.6 Turbo/VW Golf GT 1.4 TSI. Сильные и экономые

Экономия и удовольствие: раньше эти понятия были несовместимы. Но теперь появились Golf и Astra с острыми моторами, которые делают невозможное возможным

Экономия и удовольствие: раньше эти понятия были несовместимы. Но теперь появились Golf и Astra с острыми моторами, которые делают невозможное возможным

Как это работает? Объем уменьшаем, расход тоже, а удовольствие от езды идет вверх. Это невозможно. Этого просто не может быть. Тем не менее! В Golf GT и Astra 1.6 Turbo работают два маленьких, но взрывных двигателя, чьи характеристики превращают машины эконом класса в пушки для удовольствия экстра класса. «Уменьшение объема» – так называется трюк, при помощи которого разработчики двигателей сегодня решают конфликт между малым расходом топлива и высокой мощностью. Рецепт, на самом деле, довольно прост. При помощи искусного наддува маленькие двигатели становятся сильными, как большие. А как дела на заправке? Astra и Golf скупы на расход бензина. Итак, открываем занавес для двух модных двигателей, которые доказывают, что можно быстро ехать, придерживаясь топливной диеты.

VW установил в Golf базовый двигатель объемом 1,4 л, который принудительно дышит за счет компрессора и турбины – отсюда название Twincharger (двойной наддув). Результат: 170 л.с. с наддувом вместо 80 атмосферных л.с. Поскольку двойной наддув работает совместно с прямым впрыском, технику назвали аббревиатурой TSI. Вместе с моделями Touran и Jetta VW продал на сегодня 17.000 TSI-экземпляров в одной только Германии. Причина успеха очевидна. Ездить на Golf TSI – означает хорошее настроение: он, кроме известных качеств Golf, таких как точное управление, правильная настройка подвески и удобные сиденья, предлагает развлекающие характеристики двигателя. Сразу при отпускании сцепления на первой передаче Гольф жадно реагирует на газ. При этом 4-цилиндровый двигатель тянет так равномерно солидно, как будто под капот установили 6 цилиндров. Никакого намека на турбо яму. Вместо этого мотор наращивает тягу с крепким металлическим звуком, который сочетает пение компрессора на высоких оборотах со свистом турбины.


Как это работает? Объем уменьшаем, расход тоже, а удовольствие от езды идет вверх. Это невозможно. Этого просто не может быть. Тем не менее!


В Golf GT и Astra 1.6 Turbo работают два маленьких, но взрывных двигателя, чьи характеристики превращают машины эконом класса в пушки для удовольствия экстра класса.


«Уменьшение объема» – так называется трюк, при помощи которого разработчики двигателей сегодня решают конфликт между малым расходом топлива и высокой мощностью. Рецепт, на самом деле, довольно прост. При помощи.


… искусного наддува маленькие двигатели становятся сильными, как большие. А как дела на заправке? Astra и Golf скупы на расход бензина. Краткое представление участников: наддув…


. у VW уже с холостых оборотов выдает 1,8 бар. С 2400 об/мин компрессор отдает эстафету турбине. При нажатии на газ воздух от воздушного фильтра через компрессор .


. и радиатор охлаждения интеркулер попадает в камеры сгорания. Двигатель Opel работает следующим образом: турбина BorgWarner имеет водяное охлаждение и вталкивает воздух при максимальном давлении 1,3 бара через радиатор охлаждения в 4 камеры сгорания.

По ту сторону 6000/мин напоминает двигатель TSI агрегат спортивного болида.

Абсолютно очевидно: эта машина для фанатов техники, для которых TDI производит неотесанное впечатление, а 2-литровый бензин слишком скучен по динамике. Правая педаль в Golf TSI – кнопка удовольствия. Стоит только придавить, и шоу начинается. По ощущениям TSI ближе к более сильному на 30 л.с. GTI, чем к 2.0 FSI, который слабее на 20 л.с. И самое приятное: уже в первых тестах AUTO BILD он убедил расходом ниже 8 л. Сегодня этот показатель равен 7,3 л/100 км. При очень мягком стиле езды расход падает до 5,5 л. Ура! До сих пор это удавалось только TDI-братьям, но ни как 170-сильному бензину. Лишь в районе 2400 оборотов – здесь компрессор передает наддув турбине – реакция на газ иногда производит вялое впечатление. На верху картина меняется на противоположную: по ту сторону 6000/мин, TSI-машина скорее напоминает чистокровный спортивный агрегат, чем экономный 1,4 л. На 1-3-й передачах мотор раскручивается даже до 7500/мин.

Читать еще:  Шевроле лачетти датчик температуры двигателя замена


Двигатель Опеля на 15 кг тяжелее атмосферного брата, при этом весит всего 131 кг. В головке блока ремнями приводятся в движения 2 распредвала.

Турбина на двигатель — дизельный и бензиновый

Дизельная турбина и бензиновая турбина

  • Бензин или дизель?
  • В чем отличия между турбинами на дизельном и бензиновом агрегате?
  • Возможна ли замена бензиновой турбины на дизельную и наоборот?

Турбоагрегаты, предназначенные для бензиновых моторов, в отличие от дизельных рассчитаны на малую степень повышения давления. Поставить дизельную турбину на бензиновый двигатель означает спровоцировать опасность возникновения детонации. Кроме того, нехарактерные рабочие условия бензиновой турбины повлекут за собой гораздо меньшую эффективность агрегата.

Разница турбин по типу двигателя

Температура газа

Турбины дизельных двигателей раскручиваются благодаря выхлопным газам, максимальная температура которых равна 850 градусам. А вот на бензиновую турбину газ воздействует при температуре около 1000 градусов. Специалисты прогнозируют, что в очень скором времени из-за экологических ограничений придется увеличить указанную выше температуру воздействия. В этом и состоит главное отличие между турбинами дизельного и бензинового двигателя.

Материалы дизельной турбины и бензиновой

Из-за разницы температур различны и требования к материалам, используемым для изготовления «горячих» частей турбокомпрессора – корпуса и колеса турбины. Так, конструкция бензиновой турбины требует применения более жаропрочных и жаростойких сплавов, нежели турбина дизельная.

Из всего вышесказанного напрашивается вывод: использовать дизельную турбину для осуществления наддува двигателя, работающего на бензине, очень рискованно. То же самое можно сказать и по поводу эксплуатации дизельного мотора с бензиновой турбиной.

Механизмы VNT для турбин разных типов двигателей

VNT (Variable Turbo Geometry) — это турбокомпрессор с изменяемой геометрией с помощью специального направляющего аппарата.

Стоит отметить, что ассортимент турбоагрегатов, работающих на бензине, не включает никаких приспособлений, сравнимых по эффективности с турбинами для дизеля, оснащенными регулируемым сопловым аппаратом. Таких бензиновых турбоагрегатов просто-напросто не производят.

Технологии VNT, VTG, VGT, которые применяются в дизельных моторах с турбонаддувом современного образца, на сегодняшний день совершенно неактуальны для мира серийных бензиновых двигателей.

Почему же возникает такая ситуация? Дело в недостаточной надежности механизма VNT при высокой температуре выхлопных газов у бензиновых «зажигалок».

Аппарат становится малоподвижным после долгой работы при высоких температурах близких к 1000 градусам. Поэтому, на сегодняшний день, вопрос — «Каким должен быть идеальный турбокомпрессор?» остается открытым.

Часть вторая

&nbsp Турбодизель

Часть вторая

В первой части статьи мы говорили о системах наддува двигателей внутреннего сгорания. Сейчас речь пойдет о дизельных двигателях.
Если не слишком искушенному в технике человеку задать вопрос, чем дизельный двигатель отличается от бензинового, то ответы, скорее всего, будут такими: работает на солярке, обходится без свечей зажигания, больше шумит и при этом развивает меньшую мощность. Все это правильно, но.
При слове «дизель» у человека с воображением обычно возникает картинка: весь в грязных потеках грубый механизм на мощной станине, который изрыгает клубы черного дыма и своим ревом заглушает все в радиусе нескольких десятков метров. Если уточнить, что речь идет о двигателе автомобиля, картинка получается не такой страшной, но не более привлекательной: по-прежнему нечто грязное, пахнет, гремит, в мороз не заведешь, машина тупая — за полчаса не разгонишься.
Да, когда-то все так и было. Но с тех пор утекло немало солярки. Дизели сегодня прочно завоевали себе место не только на грузовиках, но и на легковых автомобилях, от самых массовых до вполне респектабельных. Все шире применяются дизели с турбонаддувом, автомобили с такими двигателями по основным параметрам не уступают машинам с привычными бензиновыми моторами.
В таблице 1 в качестве примера приведены основные характеристики Volkswagen Passat GT TDI с 4-цилиндровым турбодизелем. Таким же двигателем комплектуются, кстати, и вполне престижные Audi A4 1.9 TDI и A6 1.9 TDI. Из таблицы видно, что единственное, в чем автомобиль с дизелем явно уступает, — это время разгона. 13,9 сек. до сотни все-таки многовато. Но бывают машины и пошустрее.
Перед тем как рассматривать системы наддува дизельных двигателей, есть смысл остановиться на основных особенностях самих дизелей — для большинства наших автовладельцев они пока не слишком знакомы.

Дизель
Этот тип двигателя получил свое название по имени немецкого инженера Рудольфа Дизеля, построившего в 1897 году первый мотор с самовоспламенением топлива. Конструктивно дизель очень похож на привычный бензиновый двигатель: те же цилиндры, поршни, распредвал, клапаны. Но имеется и ряд отличий, из которых главное, можно даже сказать принципиальное, заключается в том, что воспламенение топлива в дизеле производится не искрой от свечи зажигания, а за счет высокой температуры, которой достигает воздух в результате сжатия его поршнем в цилиндре.
Второй важный момент — способ подачи топлива. В бензиновом двигателе рабочим телом является смесь бензина с воздухом. Смесь готовится заранее (в карбюраторе) или непосредственно в момент ее подачи в цилиндры (в системах впрыска) — главное то, что топливо подается вместе с воздухом, а поджигается и сгорает относительно гомогенная топливо-воздушная смесь.
В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндр всасывается воздух, затем он сжимается, и только после этого впрыскивается топливо, поэтому говорить о гомогенной топливо-воздушной смеси не приходится. Впрыск производится в конце такта сжатия, топливо и воздух фактически не смешиваются друг с другом, горение происходит на фронте впрыскиваемой в сжатый воздух струи топлива (рис. 1).
Самовоспламенение топлива сопровождается резким, скачкообразным повышением давления в цилиндре — этим объясняется обычно шумная, жесткая работа дизельного двигателя. В низкооборотных дизелях с большим рабочим объемом, которые используются на грузовиках, этот недостаток проявляется в меньшей степени, и с ним мирятся. В дизелях легковых автомобилей от него пытаются избавиться применением форкамеры, или предкамеры, — небольшого отсека камеры сгорания, в который впрыскивается топливо. Там оно воспламеняется, частично перемешивается с воздухом, после чего горящая смесь распространяется по основному объему цилиндра.
Этот способ несколько уменьшает жесткость работы двигателя, но снижает его тепловую эффективность и топливную экономичность, поэтому в современных дизелях легковых автомобилей от форкамеры отказываются. Примером может служить 2,5-литровый дизель с турбонаддувом, который в 1990 г. был применен на Audi 100. Двигатель с прямым впрыском, 5-цилиндровый, 120 л. с. и 265 Нм (2250 об./мин.). Расход топлива 5,7 л/100 км. Для более плавного воспламенения топлива использованы двухступенчатый впрыск и сложная электронная схема управления.
Более свежий пример — 1,9-литровый атмосферный дизель с непосредственным впрыском мощностью 64 л. с., который Volkswagen собирается показать на Женевском салоне в этом году на Golf SDI. Отказ от форкамеры позволил на 12% улучшить и так неплохую экономичность двигателя: расход топлива составляет 4,9 л/100 км. Автомобиль Golf SDI с этим дизелем развивает скорость 156 км/час и разгоняется до сотни за 17,6 сек. (11,2 сек. до 80 км/час). Этот же дизель в турбированном варианте развивает мощность уже 90 л. с., потребляет 5,2 л/100 км и разгоняет Golf Cabrio TDI до 100 км/час за 13,3 сек. (8,8 сек. до 80 км/час). Максимальная скорость — 172 км/час.
Очевидное отличие дизельных двигателей от бензиновых — используемое топливо. Дизельное топливо, в просторечии солярка или ДТ, — тяжелая керосино-газойлевая фракция нефти C10 — C14 (у бензинов C6 — C8). Характерной особенностью дизелей является наличие твердых частиц в отработавших газах. Из-за гетерогенности процесса горения на поверхности отдельных частиц топлива всегда наблюдается некоторый недостаток кислорода, в результате чего вместо их окисления происходит частичное термическое разложение с образованием твердых продуктов — сажи. Для хорошего сжигания дизельного топлива требуется значительное, даже избыточное количество воздуха.
Ну и наконец, еще одна особенность — степень сжатия у дизеля в 2 раза выше, чем у бензинового двигателя. Высокая, не менее 14, степень сжатия необходима для того, чтобы температура воздуха в цилиндре поднялась до величины, достаточной для воспламенения топлива. Обычно в дизелях степень сжатия составляет 21-22 и ограничивается лишь прочностными характеристиками двигателя.
Стоит отметить, что устройства для подачи топлива в дизельных двигателях значительно сложнее, чем в бензиновых. Их сложность определяется прежде всего тем, что приходится впрыскивать очень маленькие, всего несколько миллиграмм, порции топлива в среду с высоким давлением. Эти порции должны быть очень точно отмерены — именно количеством подаваемого топлива управляется работа дизеля. Для этого нужны быстродействующие и точные форсунки. Высокая степень сжатия дизеля требует применения соответствующих топливных насосов — давление в сопле форсунки должно достигать нескольких сотен бар. Все это усложняет и ощутимо удорожает систему подачи топлива и, соответственно, сам дизельный двигатель.
Надо еще учесть, что почти все дизели до сих пор оснащаются механическими устройствами впрыска, ненамного отличающимися от тех, которые Bosch GmbH начала выпускать в 1927 году. Они уже почти изжили себя и скоро будут вытесняться гораздо более сложными устройствами с электронным управлением, индивидуальными для каждого цилиндра топливными насосами, совмещенными с форсунками, различными датчиками. Понятно, что стоимость таких систем тоже будет расти.
К числу недостатков дизелей обычно относят большую шумность, более высокую стоимость и, главное, меньшую, при том же рабочем объеме, мощность.
С шумностью пытаются справиться совершенствованием конструкции дизеля, изменением элементов его подвески, поговаривают даже о том, что двигатель можно капсулировать звукопоглощающим материалом. Стоимость — понятие относительное: заплатив за автомобиль больше при покупке, можно сэкономить на эксплуатации — это надо подсчитывать в каждом конкретном случае. А что касается мощности, то способ ее повышения известен — наддув.

Читать еще:  Чем изолировать обмотку двигателя

Турбодизель
Применение наддува в дизельном двигателе преследует ту же основную цель, что и в бензиновом — увеличить количество топлива, сжигаемого в единицу времени. Устройство и работу различных типов нагнетателей воздуха мы рассматривали в первой части статьи. Все они могут быть применены и на дизельном двигателе. Из графика, приведенного на рис. 2, следует, что механический нагнетатель Comprex обеспечивает наибольшее увеличение крутящего момента двигателя, особенно на низких, около 2000 об./мин., частотах вращения, но общая характеристика при этом получается слишком острой. Нагнетатель Roots придает 1,2-литровому дизелю практически такую же характеристику крутящего момента, как у 1,6-литрового атмосферного бензинового двигателя. Характеристика, которую обеспечивает турбокомпрессор, занимает промежуточное положение: она достаточно плоская, а на средних (2000-4000 об./мин.) частотах вращения крутящий момент даже больше, чем с нагнетателем Roots.
Механические нагнетатели сложнее и дороже, кроме того, благодаря некоторым особенностям работы дизеля к нему легче всего удается приспособить именно турбокомпрессор.
Во-первых, как уже указывалось, подача воздуха в дизеле не связана с подачей топлива и не требует тонкой регулировки — чем больше воздуха, тем лучше. Во-вторых, диапазон рабочих оборотов — от холостых до максимальных — у дизеля меньше, соответственно, проще осуществляется управление турбокомпрессором, с этим вполне справляется обычный перепускной клапан в турбине. Кроме того, благодаря высокой степени сжатия давление отработавших газов дизеля в 1,5-2,5 раза выше — это делает эффективней работу турбины на низких оборотах.
Все это объясняет, почему практически все, по крайней мере европейские, производители для наддува дизельных двигателей применяют именно турбокомпрессор. Исключением является, пожалуй, только японская Mazda, которая на модели 626 Wagon предлагает 4-цилиндровый дизель с нагнетателем Comprex, характеристики которого не особенно впечатляют: при объеме 1998 см куб. мощность и крутящий момент, соответственно, 75 л. с. (4000 об./мин.) и 169 Нм (2000 об./мин.).
Есть и другие факторы, облегчающие применение наддува на дизелях. В отличие от бензиновых двигателей, где из-за опасности детонации степень сжатия при турбировании приходится уменьшать примерно на 20%, дизели к детонации не склонны, поэтому при применении наддува степень сжатия приходится снижать незначительно, всего на несколько процентов, а иногда можно обойтись и без этого.

Эксплуатация: плюсы и минусы
К числу несомненных достоинств дизельных двигателей, как атмосферных, так и турбированных, относятся меньший, чем в бензиновых, расход топлива (примерно на 30%), нетребовательность к качеству топлива и экологическая чистота выхлопа. Дизельное топливо к тому же на 20-30% дешевле, хотя это сильно зависит от страны или региона.
Меньшая мощность дизелей с успехом компенсируется, как мы видели, применением наддува. На рис. 2 видно, что 1,2-литровый турбодизель по мощностным характеристикам эквивалентен 1,6-литровому атмосферному бензиновому двигателю.
В целом дизельный двигатель долговечен — его ресурс обычно на 20-30% больше, чем у бензинового. При турбировании ресурс, естественно, уменьшается, но не так сильно, как у бензинового, всего лишь на 10-20%. Иногда, как бы странно это ни звучало, турбирование может даже увеличить ресурс, например, при постоянной эксплуатации автомобиля в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха — наддув оптимизирует сгорание и позволяет избавиться от жесткой работы двигателя, снижая тем самым ударные нагрузки на его узлы и детали.
Благодаря простоте схемы управления турбокомпрессором повышается надежность и снижаются расходы на обслуживание.
В эксплуатации дизельных автомобилей есть некоторые особенности — неважно, турбирован их двигатель или нет. Главная из них — зимний запуск. По традиции многие считают, что дизель на морозе не запустишь. Это не так — если автомобиль рассчитан на эксплуатацию при низких температурах. Двигатель, например, Peugeot 405 при использовании соответствующего масла, зимней солярки и встроенных свечей накаливания для подогрева зоны впрыска пускается при температуре -32°С — доказано практикой. А вот в инструкции по эксплуатации Chevrolet Suburban с 6,5-литровым турбодизелем, который тоже оснащен свечами накаливания, уже при -18°С предлагается пользоваться электрическим нагревателем блока цилиндров с внешним, из розетки, питанием.
Еще одна проблема, на которую иногда жалуются, — это загрязнение форсунок от плохой солярки. Но эта же проблема возникает и в бензиновых двигателях с системами впрыска топлива. Решить ее позволяет периодическая, строго по инструкции или даже чаще, замена топливного фильтра. Заодно это продлит и срок службы плунжерных пар.
И наконец, стоимость. Как уже говорилось, дизель дороже. Но по сравнению со стоимостью самого двигателя стоимость турбокомпрессора относительно невелика, поэтому турбирование дизеля, значительно улучшая потребительские качества автомобиля, лишь ненамного увеличивает его цену.
В таблице 2 приведены некоторые характеристики автомобиля Peugeot 306 XT, оснащенного разными двигателями — двумя бензиновыми с впрыском и турбодизелем примерно такой же мощности. Сравнение характеристик показывает, что турбодизельный вариант ни в чем не уступает бензиновым. Действительно, турбодизельная версия стоит дороже на $1000. Но подсчитано, что на ее эксплуатации, например, в Германии в год при пробеге 20 тыс. км экономится DM900. Для России годовая экономия только на топливе составила бы $250-300. С учетом долговечности дизельного двигателя и меньших расходов на его эксплуатацию первоначальные дополнительные затраты окупятся за 2-3 года.
Некоторые могут возразить, что через такой срок автомобиль уже пора менять. Наверное, это правильно. Но не всем по карману. Да и покупать дизельный или турбодизельный автомобиль будут не любители острой спортивной езды, у которых машина все равно долго не живет, а те, кто предпочитает экономичность и надежность, пусть даже и несколько медлительную.

Таблица 1.
Характеристики Volkswagen Passat GT TDI



Двигательтурбодизель
Рабочий объем (см куб.)1898
Мощность (л. с.)90 (4000 об./мин.)
Крутящий момент (Нм)202 (1900 об./мин.)
Вес (кг)1343
Максимальная скорость (км/ч)178
Разгон от 0 до 100 км/час с13,9
переключением передач (сек.)
Разгон от 60 до 100 км/ч на11,6
4-й передаче (сек.)
Расход топлива (л/100 км)5,0-8,8
Уровень шума в салоне при 100 км/ч (дБ)67
Цена в Германии (DM)43600

Таблица 2.
Характеристики Peugeot 306 XT

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector