Один из самых важных параметров, на который в первую очередь обращают внимание люди при покупке автомобиля, является тип двигателя.
Двигатель может быть бензиновым или дизельным.
Кроме того, каждый из этих моторов может быть как обычным – атмосферным, так и турбированным.
Вот как раз таки об этих последних двух типах двигателей и пойдет речь в этой статье.
Не особо вдаваясь в технические «дебри», кратко, но информативно, я постараюсь рассказать о том, чем они отличаются друг от друга. Обратить внимание на их сильные и слабые стороны. И даже попытаюсь порекомендовать, какому же из них отдать предпочтение в том или ином случае.
Определяемся с терминами
Для начала давайте определимся, что же означают словосочетания «атмосферный двигатель» или «турбированный двигатель»?
Атмосферный двигатель – это двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный), воздух в который, необходимый для приготовления топливовоздушной смеси (ТВС), поступает непосредственно извне при обычном атмосферном давлении без предварительного сжатия.
Турбированный двигатель – это ДВС (бензиновый или дизельный), где воздух, необходимый для ТВС, прежде, чем попасть в цилиндр, сжимается до нескольких атмосфер. Сжатие происходит с помощью специально предназначенного для этого компрессора.
Теперь немного о том, чем эти моторы отличаются друг от друга.
Атмосферный двигатель – принцип работы
Не буду описывать устройство этого двигателя. Люди, хоть немного интересующиеся автомобилями, наверняка, хотя бы в общих чертах, знают, как он устроен.
А вот принципа его работы я немного коснусь. И сделаю это для того, чтобы вы лучше понимали, чем эти два двигателя (атмосферный и турбированный) отличаются друг от друга.
Вот каков алгоритм работы обычного атмосферного двигателя внутреннего сгорания (см. рис.1):
1) Первый такт — впуск
Поршень в цилиндре из верхней «мертвой точки» начинает движение вниз. Открывается впускной клапан и топливовоздушная смесь начинает поступать («всасываться») в цилиндр.
Топливовоздушная смесь (ТВС) – это смесь воздуха и горючего (бензина или солярки). Для бензиновых двигателей ее получают еще до того, как она поступит в цилиндр. Это происходит либо в карбюраторе, либо во впускном коллекторе в случае с инжекторным двигателем. В дизельных двигателях топливовоздушную смесь получают непосредственно в цилиндре путем впрыска топлива в камеру сгорания через форсунку и дальнейшего его смешивания с воздухом.
Важно! Топливовоздушная смесь поступает в цилиндр при нормальном атмосферном давлении (≈ 1атм). В идеальном случае соотношение топлива и воздуха в бензиновом двигателе должно быть 1:14,7. То есть, 1 грамм бензина должен смешиваться с 14,7 граммами бензина.
2) Второй такт – сжатие
Пройдя нижнюю «мертвую точку», поршень начинает двигаться вверх. Оба клапана (впускной и выпускной) при этом закрыты. Топливовоздушная смесь при этом, естественно, начинает сжиматься. Максимальную степень сжатия ТВС имеет в тот момент, когда поршень находится в верхней «мертвой точке».
Кстати, степень сжатия – это отношение объема цилиндра над поверхностью поршня, когда он (поршень) находится в нижней «мертвой точке», к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней «мертвой точке». Для бензиновых двигателей степень сжатия равна 8-12 единиц, а для дизельных – 15-22 единицы.
3) Третий такт – рабочий ход
В тот момент, когда поршень во время такта сжатия почти достигнет верхней «мертвой точки», топливовоздушная смесь поджигается с помощью искры, которая образовывается между электродами свечи зажигания. Оба клапана – и впускной, и выпускной – остаются при этом закрытыми.
Под воздействием полученного таким образом взрыва ТВС, поршень в цилиндре начинает поступательно перемещаться вниз, передавая свое усилие через шатун на коленчатый вал. Коленвал же, в свою очередь, передает крутящий момент через механизмы трансмиссии на колеса. Те начинают вращаться и приводят автомобиль в движение.
4) Четвертый такт – выпуск
Опустившись до конца и пройдя нижнюю «мертвую точку», поршень начинает перемещаться внутри цилиндра опять вверх. В этот момент открывается выпускной клапан (впускной клапан закрыт). Образовавшиеся в результате сгорания ТВС газы начинают выталкиваться поршнем через открытый клапан в выпускной коллектор, а оттуда через выхлопную трубу и глушитель, в атмосферу.
Вот таков принцип работы обычного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.
Тепловая энергия, получаемая при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндрах ДВС, превращается в механическую энергию, которая и принуждает автомобиль двигаться.
Более подробно о том, что представляет собой атмосферный двигатель, можно ознакомиться здесь.
Ну, а теперь давайте увяжем все вышесказанное с темой нашей сегодняшней статьи.
По логике, если увеличить массу ТВС в цилиндрах двигателя, то увеличится и количество энергии при ее сгорании. И, в конечном счете, увеличится и мощность мотора.
Но достичь этого увеличения можно двумя основными путями. Надо либо увеличить рабочий объем двигателя (и, следовательно, каждого цилиндра), либо увеличить массу топливовоздушной смеси путем предварительного сжатия воздуха, необходимого для ее приготовления.
Именно этот – второй вариант, мы и разберем подробнее в следующей главе.
Турбированный двигатель – устройство и принцип работы
Этот двигатель по своей конструкции в основном мало чем отличается от своего атмосферного «собрата». Принципиальным отличием же его от него является то, что воздух в цилиндры для приготовления горючей смеси поступает не под естественным атмосферным давлением. Он нагнетается туда под давлением специальным устройством, которое называется турбокомпрессор.
Турбокомпрессор – это устройство, которое с помощью энергии выхлопных газов нагнетает воздух в цилиндры двигателя.
Основой турбокомпрессора является сдвоенный корпус (корпус турбины + корпус компрессора), внутри которого в подшипниках скольжения вращается вал ротора. На концах вала закреплены: с одной стороны – колесо турбины, а с другой – колесо компрессора (см. рис. 2)
Колесо турбины расположено в «горячей» части турбокомпрессора. Именно оно является «инициатором» вращения, получая для этого энергию от отработавших выхлопных газов. А так как на другом конце вала – в «холодной» части устройства – жестко закреплено колесо компрессора, то и оно начинает вращаться с такой же скоростью.
Смазка подшипников вала ротора происходит посредством подачи его из общей системы смазки ДВС по специальным каналам.
Еще одним важным элементом турбокомпрессора является регулятор давления. Благодаря установленному в нем специальному клапану, часть выхлопных газов перенаправляется мимо колеса турбины, обеспечивая тем самым оптимальное давление наддува.
А теперь вкратце рассмотрим принцип работы турбокомпрессора (см. рис.3)
Выхлопные газы раскручивают турбинное колесо устройства. А то, в свою очередь, находясь на одной оси, раскручивает колесо компрессора, которое нагнетает воздух в цилиндры двигателя.
Но прежде, чем попасть во впускной коллектор двигателя, воздух предварительно охлаждается в специальном охладителе наддувочного воздуха, который еще имеет название интеркулер. Это делается по той простой причине, что охлажденный воздух имеет бо́льшую плотность. А это, в свою очередь, повышает эффективность наддува.
Более подробно о том, как работает система турбонаддува, можно ознакомится вот здесь.
Преимущества и недостатки каждого из этих двигателей
Каковы же преимущества и недостатки рассмотренных нами выше двигателей?
1) Атмосферный двигатель
Преимущества
- Простота конструкции по сравнению с турбированным двигателем. Следовательно, техническое обслуживание и ремонт такого движка обойдутся его владельцу гораздо дешевле, чем ремонт турбомотора.
- Значительно бо́льший, чем у турбированного двигателя, моторесурс. А это значит, что до капитального ремонта он проработает раза в два дольше, чем его турбированный «оппонент». Но это при условии правильной его эксплуатации и своевременного и качественного обслуживания;
- Малопритязательность к качеству заливаемого топлива. Можно вполне использовать без особых последствий бензин с октановым числом 92;
- Не особая требовательность к качеству используемого моторного масла, как в случае с турбодвигателем. Более редкая его замена.
Недостатки
- Бо́льший вес и размер этого двигателя, чем турбированного при одинаковой мощности;
- Гораздо меньшая, чем у турбированного, мощность двигателя (на 20-50%) при одинаковом рабочем объеме;
- Резкое падение мощности двигателя в условиях разряженного воздуха. Например, в горах;
- Более низкая экологичность вследствие того, что топливо сгорает не полностью.
2) Турбированный двигатель
Преимущества
- Бо́льшая мощность двигателя при одинаковом рабочем объеме (на 20-60 %), по сравнению с атмосферным движком;
- Заметно меньший вес и габариты турбированного ДВС, по сравнению с атмосферным, при одинаковой мощности;
- При одинаковой мощности, турбированный двигатель заметно экономичней атмосферного;
- Максимальный крутящий момент в таком двигателе достигается в более широком диапазоне оборотов коленвала, чем в «атмосфернике». А это, в свою очередь, положительно влияет на динамику автомобиля;
- Более высокая экологичность турбированного двигателя вследствие более полного сгорания топлива в цилиндрах.
Недостатки
- Сложность конструкции, по сравнению с атмосферным двигателем. И как следствие этого – обслуживание и ремонт такого мотора обойдутся его владельцу гораздо дороже, чем обычного «атмосферника»;
- Меньший, по сравнению с обычным двигателем, моторесурс. До капитального ремонта он проработает гораздо меньше, чем атмосферный мотор. Хотя, если строго придерживаться всех требований предписанных инструкций, то шансы обоих двигателей в этом отношении могут уравняться;
- Необходимость использования только качественного высокооктанового бензина;
- Довольно ограниченный срок службы турбокомпрессора ввиду его постоянной работы в условиях очень высоких температур. Обычно он выходит из строя гораздо раньше, чем двигатель в целом;
- Очень высокие требования к качеству моторного масла и срокам его замены. Оно должно быть высокотемпературным синтетическим и меняться не реже, чем через каждые 10000 км пробега автомобиля. Повышенный расход масла связан с тем, что турбина турбокомпрессора очень сильно нагревается. И масло, предназначенное для смазки ее подшипников, под действием высоких температур быстро теряет свои свойства. А часть его просто испаряется через различные неплотные соединения.
Какой же двигатель выбрать? Выводы и рекомендации
Ознакомившись с этой статьей, вы, наверное, в общих чертах поняли, что собой представляет каждый из рассмотренных нами двигателей.
Атмосферный двигатель устроен попроще, чем турбированный. Имеет бо́льший моторесурс до капремонта. Финансовые затраты на его обслуживание и ремонт гораздо ниже, чем на турбодвигатель. Он не так «капризен», как его «оппонент» в отношении качества заливаемого топлива и масла.
Но зато вы не сможете в полной мере насладиться той динамикой езды, которую вы можете получить от управления автомобиля с турбомотором. Кроме того, турбодвигатель, имеющий одинаковую мощность с «атмосферником», расходует меньше топлива на прохождение одного и того же отрезка пути. Так что здесь вы можете сэкономить на бензине.
Но зато у вас появятся гораздо бо́льшие затраты, чем на атмосферный двигатель, на техническое обслуживание, ремонт и ГСМ турбированного двигателя. Кроме того, этот двигатель имеет гораздо меньший моторесурс до капремонта, чем атмосферный. Хотя, для турбодвигателей последнего поколения это уже не так актуально. По своей надежности они почти сравнились с атмосферными моторами.
Так какой же двигатель выбрать?
Еще раз прочтите эту статью и делайте соответствующие выводы каждый сам для себя.
Но в заключении все-таки хочу дать один совет. Если вы покупаете подержанный автомобиль с турбированным двигателем, то очень внимательно отнеситесь к оценке состояния турбокомпрессора. Иначе может случиться так, что вам придется вскоре платить за его капремонт или даже за приобретение нового. А это совсем не малые расходы!
В разделе «1) Первый такт — впуск» есть опечатка
«В идеальном случае соотношение топлива и воздуха в бензиновом двигателе должно быть 1:14,7. То есть, 1 грамм бензина должен смешиваться с 14,7 граммами бензина.»
Дважды написано слово «бензина» — должно быть «воздуха»