Výhody a nevýhody přeplňovaného benzínového motoru

Začněme tím, že dnes stále více světových automobilek dává přednost montáži přeplňovaných motorů do svých vozů. A to se nebavíme o dieselových motorech, kde je turbína povinným prvkem, ale o benzinových motorech. Jako by naznačoval, že jednoduchých atmosférických benzínových motorů v poslední době ubývá.

Takový vývoj událostí by se dalo očekávat, protože pokrok nestojí na místě a přeplňované motory jsou známé svou schopností produkovat vysoký výkon s relativně malým pracovním objemem. V praxi se však vše ukáže být ne tak jednoduché. Řidiči i mechanici svorně tvrdí, že při výběru mezi atmosférickým a přeplňovaným benzinovým motorem by měl budoucí majitel pečlivě zvážit a zvážit všechna pro a proti.

Dále se budeme zabývat hlavními výhodami a nevýhodami přeplňovaných benzínových motorů a také probereme, v jakých případech má smysl takový motor pořídit a kdy je lepší tuto myšlenku zcela opustit a dát přednost atmosférickému benzínovému motoru.

Vývoj turbomotorů

Je třeba poznamenat, že znatelné rozšíření přeplňovaných motorů se děje v naší době. Zatímco konvenční spalovací motory (ICE) se poprvé objevily a staly se dostupnými pro masy mnohem dříve, přeplňované motory (turbocharged motory) našly své uplatnění o něco později. Poprvé byly výkonné motory doplněny o turbínu v roce 1905. Přeplňované motory se však do osobních automobilů začaly montovat až od 1960. let XNUMX. století.

Pokud jde o naftové motory, v této oblasti si pomalu, ale jistě našla své místo turbodmychadla. V případě benzinových motorů se situace vyvinula poněkud jinak. Stručně řečeno, benzinové přeplňované motory nebyly díky svým individuálním vlastnostem nijak zvlášť spolehlivé a byly drahé. Nákup, údržba a provoz takových motorů se ukázaly být příliš nákladné.

Z tohoto důvodu zůstávaly zážehové turbomotory donedávna vzácností a nejčastěji se montovaly pouze do drahých verzí prémiových modelů a sportovních vozů.

S rozvojem technologií a přísnými ekologickými normami se však výrobci opět zaměřili na benzinové přeplňované motory. To vedlo k aktivnímu zavádění přeplňování turbodmychadlem do moderních motorů.

Benzínové motory přeplňované turbodmychadlem: silné a slabé stránky

Základní princip turbodmychadla spočívá v tom, že umožňuje vhánění vzduchu pod tlakem do spalovacího prostoru benzinového nebo naftového motoru. Tento proces zvyšuje množství vzduchu dostupného ve válcích, což zase umožňuje spálit více paliva, aniž by bylo nutné zvětšovat velikost spalovací komory.

Tento přístup činí motor výkonnějším a účinnějším, přičemž jeho rozměry zůstávají kompaktní a není potřeba navyšovat počet válců. Jinými slovy, výkon motoru se zvyšuje, aniž by se zvětšila jeho velikost a hmotnost.

Je důležité poznamenat, že přeplňovaný motor je ve srovnání s atmosférickým motorem podobného výkonu obvykle hospodárnější a šetrnější k životnímu prostředí. To je způsobeno dokonalejším spalováním paliva ve válcích.

Princip činnosti turbodmychadla spočívá ve využití výfukových plynů, které vznikají při chodu motoru, k pohonu otáčení turbínového kola. Tato rotace zase aktivuje kolo kompresoru, které tlačí další vzduch do sacího systému.

Výsledkem je, že přeplňovaný motor je o 20-30% nebo dokonce výkonnější ve srovnání s jeho atmosférickými protějšky (v závislosti na úrovni plnění). Poskytuje také vyšší točivý moment a je považován za ekologičtější, protože palivo ve válcích spaluje efektivněji.

Je třeba také poznamenat, že přeplňovaný motor má hladký přenos výkonu a poskytuje vysoký točivý moment v nízkých otáčkách. Jinými slovy, není potřeba vytáčet motor do vysokých otáček, abyste dosáhli silné akcelerace nebo rychlého rozjezdu z místa.

Mezi hlavní výhody přeplňovaných motorů tedy patří:

1. Kompaktní a nízká hmotnost;
2. Méně škodlivé emise;
3. Zlepšená účinnost;
4. Vysoký točivý moment;
5. Rovnoměrné rozložení výkonu v širokém rozsahu otáček.

Nevýhody přeplňovaných benzínových motorů

Je třeba poznamenat, že instalace systému přeplňování turbodmychadlem na motor znamená složitější konstrukci motoru. Přestože samotná turbína je malých rozměrů a jde o kompaktní zařízení, systém přeplňování turbodmychadlem nutně zahrnuje další komponenty, jako je mezichladič a další zařízení. Kromě toho jsou samotné přeplňované motory nákladnější na výrobu kvůli nutnosti použít pevnější, teplu odolnější díly, aby se vyrovnaly s vysokým zatížením.

Rovněž stojí za zvážení obtížnosti provozu takových motorů. Například benzínové přeplňované motory mají zvýšenou citlivost na detonaci, což je činí velmi závislými na kvalitě paliva, zejména v regionech SNS.

Totéž lze říci o volbě oleje pro přeplňované motory. Nabídka vhodných olejů je zde omezená a vyžadují častější výměnu (nejlépe každých 5-6 tisíc kilometrů). Olej totiž maže i turbínu, která podléhá značnému teplu.

Kromě toho je nutné pravidelně měnit vzduchový filtr, protože jeho znečištění může vést ke zhoršení výkonu turbodmychadla a motoru jako celku.

Z hlediska výkonu přeplňované motory často spotřebují více paliva, protože řidiči mohou mít sklon k dynamičtější jízdě vzhledem ke schopnostem těchto motorů.

Jednou z hlavních nevýhod přeplňovaných motorů je relativně krátká životnost turbodmychadla, zejména u benzínových motorů. Důvodem jsou vyšší teploty, se kterými se výfukové plyny setkávají. Výměna kvalitního turba obvykle stojí 1000 XNUMX $ nebo více.

Náklady na opravy mohou být také vysoké a ne každá služba může poskytnout záruky za kvalitu práce. Náklady na kvalifikované opravy turbín se mohou pohybovat od 40 % do 60 % nákladů na nový díl.

Mnoho přeplňovaných motorů navíc trpí efektem známým jako „prodleva turbodmychadla“. Tento jev se projevuje jako zpoždění reakce na sešlápnutí plynového pedálu s následným prudkým zrychlením.

A konečně životnost samotných motorů s turbodmychadlem je většinou omezená a v průměru se pohybuje kolem 200-250 tisíc kilometrů před nutností větších oprav. Opravy takových motorů mohou být výrazně dražší než u běžných atmosférických motorů.

Dnes výrobci automobilů nabízejí spotřebitelům dva hlavní typy motorů: benzinový a naftový. Benzínové motory mohou být buď s přirozeným sáním nebo přeplňované turbodmychadlem. Přeplňování turbodmychadlem lze použít u různých konfigurací motoru, včetně řadového motoru, motoru typu boxer, motoru ve tvaru V a dalších.

Je třeba poznamenat, že výhody a nevýhody přeplňovaných benzínových motorů diskutované výše ukazují, že v mnoha případech mohou být výhodnější volbou motory s přirozeným sáním.

Atmosférické motory mají delší životnost, jejich údržba je jednodušší a levnější, jsou méně náročné na kvalitu použitého paliva a oleje, jsou méně náchylné k detonaci a přehřátí. Ani z hlediska spotřeby paliva přeplňované motory ne vždy splňují očekávání.

Majitelé vozů s přeplňovanými motory, zejména v CIS, si je často vybírají pro aktivní a agresivní styl jízdy. To může vést k vyšší spotřebě paliva než u motorů s přirozeným nasáváním, zejména v městských podmínkách, kde mohou řidiči využívat maximální dostupný výkon.

Pro ty, kteří preferují usedlejší styl jízdy, může být výkon přeplňovaných motorů přehnaný. V tomto případě nemusí být dodatečné náklady na údržbu a palivo oprávněné. Majitelé takových vozů často nevyužívají plný výkonový potenciál svého motoru, přesto jim vznikají další náklady na drahý benzín a časté výměny oleje.

Volba mezi přeplňovaným a atmosférickým motorem by tedy měla záviset na individuálních potřebách majitele, jeho stylu jízdy a provozních podmínkách.

Hezký den všem) Rozhodl jsem se tedy ponořit trochu hlouběji a přesto rozhodnout, který motor je lepší. Turbo i atmosférické motory mají samozřejmě své výhody, ale stále jsem se nerozhodl, který z nich má více nevýhod, pro každého jeho. Myslím, že by vás také mohlo zajímat:

Od té doby, co se na vyladěných autech začala objevovat první turba, vyvstala otázka: co je rychlejší, auta s turbodmychadlem nebo auta s atmosférickým sáním s velkými vačkovými hřídeli?

Odpověď je jasná: správně sestavený turbomotor nenechá žádnou šanci pro samotnou „zlou atmosféru“.
Nejvýkonnější atmosféricky plněný motor se v současnosti používá v závodních vozech Formule 1 s výkonem asi 300 koní z jednoho litru objemu motoru.

Formule 1 turbo Například: správně sestavený turbomotor produkuje až 900 hp na litr objemu s přítlakem 5,5 atmosféry. Takové motory byly používány ve Formuli 1 během turbo éry od roku 1977 do roku 1988 z 1,5 litrového motoru, který produkovaly od 700 do 1400 hp (na obrázku).
Podobné motory se nyní používají ve špičkových závodech palivového odporu v USA s motorem o objemu 8,2 litru, který produkuje 7000 koní.
Odkud tato koňská síla pochází? Koneckonců, běžný spalovací motor produkuje asi 60 koní na litr.
Standardní motor je určen pro jízdu v městských podmínkách s točivým momentem při nízkých otáčkách. Toto uspořádání má svá omezení z hlediska maximálního výkonu a rychlosti. Válce motoru mají obrovský potenciál pro zvýšení výkonu bez zvýšení zdvihového objemu motoru.

Jak moc lze zvýšit výkon motoru pomocí turbíny? Když se boost zvýší o 1 atmosféru, výkon se zvýší přibližně o 100 %. To znamená, že pokud měl motor zpočátku 100 koní, pak s přeplňovacím tlakem 3 atmosféry (3 bary) se jeho výkon zvýší na 300 koní. Na takové zatížení musí být motor samozřejmě připraven: tepelný provozní režim motoru se prudce zvyšuje – zvyšuje se teplota ventilů, pístů, oleje, chladicí kapaliny a výfukového systému. Tyto prvky je nutné upravit, aby se vyrovnaly se zvýšenými teplotami. Zvyšuje se zatížení pístů, ojnic, klikového hřídele, bloku motoru, spojky a převodovky. Tyto prvky vozu musí být vybrány v souladu se zvýšeným výkonem.

Kompresní poměr u turbomotorů se musí snížit v závislosti na plnicím tlaku. Ve skutečnosti vysoké kompresní poměry používající palivo s vysokým oktanovým číslem neposkytují tolik zvýšení výkonu jako rozdíl v ceně paliva. Při zvýšení kompresního poměru o jednu jednotku se výkon zvýší přibližně o 1,5 %. Samozřejmostí je palivo s oktanovým číslem 150 – metylalkohol. Jeho použití na atmosféricky plněném motoru umožňuje kompresní poměr 1:15, ale výkonový zisk s vysokooktanovým palivem je příliš malý. Není tedy třeba šetřit na snižování kompresního poměru u turbomotorů a u motorů s oxidem dusným. U výkonných turbomotorů se kompresní poměr pohybuje v rozmezí 7-8 v závislosti na použitém palivu. Detonace je pro motor velmi destruktivní, takže méně je lepší než více.

Turbíny vyrobené v Rusku a zemích SNS jsou označeny jako TKR. Existuje několik typů, které se liší velikostí a výkonem a také účinností od 43 do 77 %. Používají se na dieselové motory různého výkonu, sériové použití těchto turbín na benzínových motorech zatím není k dispozici.
Je možné použít turbíny TKR na benzínové motory?
Ano, je to možné.
Shoří na benzínovém motoru lopatky turbíny určené pro dieselové motory, protože teplota spalování benzínu je vyšší než u motorové nafty?
Případy spalování lopatek turbíny z dieselového motoru na benzínovém motoru v praxi nebyly. Teplota výfukových plynů se nejprve přenese na písty, ventily, blok válců, výfukové potrubí a teprve poté do turbíny.

Turbíny Garrett, které se vyrábějí ve 14 továrnách po celém světě, se staly široce používány v sériových dieselových a benzínových motorech. Aktivně se využívají také v motorsportu a tuningu. Existují Garrettovy turbíny nejen s kluznými ložisky (bronzovými pouzdry) jako na TKR, ale také s kuličkovými ložisky, která jsou označena písmenem „R“, například GT42R. Kuličková ložiska jsou méně citlivá na nedostatek oleje, vysoké otáčky, mají menší tření, a proto se rychleji točí. Existují i ​​turbíny s kanálem pro chlazení ložiska pomocí chladicí kapaliny, což má příznivý vliv na jejich životnost.

Zvyšuje se spotřeba vzduchu turbín a stupeň boostu.

Každá turbína má určitou kapacitu čerpání vzduchu. Maximálního plnicího tlaku je dosaženo při optimálních otáčkách rotoru, které by neměly být překročeny, jinak bude trpět ložisko turbíny. Podívejme se jako příklad na turbínu TKR. Například: spotřeba vzduchu 0.10 kg/s odpovídá 130 l/s výkonu motoru. Například turbína TKR-6, která se používá na strojích jako Bychok a Valdai, produkuje maximálně 150 koní.
U TKR-6 je průměr kompresorového kola 60 mm au TKR-10 je 100 mm, to je patrné ze značení na turbínách.

U turbodmychadel Garrett se průtok vzduchu 50 liber za minutu rovná přibližně 410 koním konečného výkonu motoru.
Turbínu pro ladění se vyplatí vybírat s rezervou, aby nepracovala na hranici svého výkonu. Velká turba mají trochu větší zpoždění turba, ale mají mnohem větší potenciál konečného výkonu než malá turba. Malá turbína, když dosáhne svého vrcholu, přestane zvyšovat výkon motoru a uvolňuje výfukové plyny obtékající oběžné kolo (pokud je tam wastegate ventil), nebo je zničena, pokud tam žádný ventil není.
Vypouštěcí ventil.

Obtokový ventil wastegate slouží k ochraně ložisek turbíny a motoru před poškozením. Proud výfukových plynů se snaží roztočit oběžné kolo do nekonečna, čímž do motoru vhání stále více vzduchu. V souladu s tím vzduch zvyšuje množství pracovní směsi a zvyšuje průtok výfukových plynů. Turbína se roztočí ještě rychleji. Ukazuje se, že jde o uzavřený cyklus.
Pokud se tento cyklus nezastaví, otáčky turbíny budou mnohem vyšší než maximálních 100000 XNUMX ot./min a dojde k poruše ložiska. Tím se vytvoří vůle a oběžné kolo se začne otírat o skříň turbodmychadla a okamžitě se opotřebuje. Motor může také trpět nekontrolovaným nárůstem výkonu.
Existují dva typy obtokového ventilu: vestavěný a externí. Ten vestavěný je namontován přímo na turbíně a má ventil, který při dosažení určitého tlaku odvádí část výfukových plynů obtokem turbíny do tlumiče výfuku. Má omezené schopnosti, neumí příliš odvádět proud výfukových plynů.
Externí ventil plní stejné funkce, ale je namontován na výfukovém potrubí. Když kompresor dosáhne nastaveného tlaku, otevře se a začne vypouštět výfukové plyny z výfukového potrubí, přičemž obchází turbínu – do tlumiče výfuku, čímž brání turbíně, aby se roztočila více, než by měla.