Турбодизель что это такое
Перейти к содержимому

Турбодизель что это такое

  • автор:

Что такое турбодизель

Турбодизелем называют силовой агрегат, имеющий повышенную мощность за счет дополнительного наддува воздуха при таком же, что и у обычного мотора, объеме цилиндров. Подобные двигатели получили большое распространение и устанавливаются как на легковые, так и грузовые автомобили. Их главное достоинство – меньший расход дизельного топлива и возможность получения большей мощности с единицы объема силового агрегата.

Как работает дизель с наддувом?

В его составе два основных элемента, которые отличают данный мотор от обычного. Это турбина и компрессор. Первая преобразует энергию выхлопных газов, второй подает сжатый атмосферный воздух прямо в цилиндры. По сути, компрессор – насос, работающий благодаря вращению турбины, которая, в свою очередь, крутится под действием отработанных газов. И только потом они попадают в выхлопную трубу.

Колесо турбины может набирать 100-150 тысяч об/мин. Эта энергия передается через общий вал компрессору. В итоге он буквально «вталкивает» под давлением солидную порцию воздуха в цилиндры. В результате увеличивается мощность дизельной установки и ее КПД.

Дополнительные элементы

Однако для эффективной работы системы наддува только турбины и компрессора недостаточно. В первых разработках при нажатии на педаль газа мощность нарастала постепенно, а не сразу, т. е. получался «провал». Чтобы его избежать, применили пару клапанов. Один из них перепускал лишний воздух в компрессор из коллектора двигателя, другой использовался для регулировки напора выхлопных газов.

Вторая проблема заключалась в сильной детонации после резкого ввода в цилиндры дополнительной порции воздуха. Чтобы мотор не «трясло», стали использовать интеркулер – промежуточный охладитель потока.

Применение турбонаддува

Наибольший эффект достигается при установке системы на двигатели тяжелых тракторов, тепловозов, кораблей, а также грузовых авто – фур, используемых для перевозок товара или, например, доставки дизельного топлива на больше расстояния. Еще одна сфера использования мотора с наддувом – установка на спортивные и обычные легковые авто.

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе. Основное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в способе подачи топливо-воздушной смеси в цилиндр и способе ее воспламенения. В бензиновом двигателе топливо смешивается с всасываемым воздухом до попадания в цилиндр, получаемая смесь поджигается в необходимый момент свечой зажигания. В дизельном двигателе воздух подается в цилиндр отдельно от топлива и затем сжимается. Из-за высокой степени сжатия, когда воздух нагревается до температуры самовоспламенения топлива (700-800°С), оно впрыскивается в камеры сгорания форсунками под большим давлением. Дизельный двигатель использует в своей работе термодинамический цикл Дизеля или (чаще) цикл Тринклера-Сабатэ, эти циклы отличаются большим КПД по сравнению с циклом Отто, который используется в бензиновых двигателях.

В чем достоинство турбодизельных двигателей Ауди и Фольксваген TDI?

Густой черный дым из выхлопной трубы, грязная ветошь и неприятный запах — давно в прошлом. Дизельные моторы сегодня — это экономичность, чистота, высокая мощность и уникальные динамические характеристики, которые позволяют дизельным автомобилям TDI выигрывать не только «светофорные» гонки, но и престижные кольцевые, в числе которых «24 часа Ле Мана». Так в чем же прелесть современного дизельного мотора TDI и чем он отличается от своих «древних» собратьев? Чтобы получить ответ на этот вопрос советуем прочитать статью из журнала Audi Magazine «TDI Power — движущая сила», написанную простым и доступным для всех языком.

TDI Power

TDI Power — движущая сила
Всё, что нужно знать о дизельном двигателе VW Audi TDI

Рудольф Дизель

История дизельного двигателя
История разработки и этапы совершенствования дизелей

Турбодизель

&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.

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



Двигатель турбодизель
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 с 13,9
переключением передач (сек.)
Разгон от 60 до 100 км/ч на 11,6
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

Модель Peugeot 306 XT 1.6i Peugeot 306 XT 1.8i Peugeot 306 XTDT
Двигатель бензиновый с бензиновый с турбодизель
впрыском впрыском
Рабочий объем (см куб.) 1587 1762 1905
Степень сжатия 9,6 9,25 21,8
Мощность (л. с.) 88 (5600 об./мин.) 101 (6000 об./мин.) 92 (4000 об./мин.)
Крутящий момент (Нм) 135 (3000 об./мин.) 153 (3050 об./мин.) 196 (2250 об./мин.)
Полная масса (кг) 1570 1590 1630
Разгон от 0 до 100 км/ч 12,9 12,3 12,4
(сек.)
Максимальная скорость 180 185 180
(км/ч)
Расход топлива по 9,0 10,4 7,5
городскому циклу
(л/100 км)
Каталожная цена (шв. 22950 23500 24950
франки)

  • Журнал «Коммерсантъ Автопилот» №3 от 07.03.1995, стр. 54

Значение слова «турбодизель»

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: таксидермия — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?

Нейтральное
Положительное
Отрицательное

Синонимы к слову «турбодизель»

Предложения со словом «турбодизель»

  • Это были стандартные машины с 2,5-литровыми турбодизелями, «автоматами» и на самой простой пружинной подвеске.

Понятия, связанные со словом «турбодизель»

Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания — простейший поршневой двигатель внутреннего сгорания, имеющий всего один рабочий цилиндр. Одноцилиндровый двигатель является полностью несбалансированным и имеет неравномерный ход. Одноцилиндровые двигатели характеризуются наименьшим отношением площади поверхности рабочего цилиндра к рабочему объёму по сравнению с многоцилиндровыми двигателями, что обеспечивает наименьшие потери тепла в рабочем процессе и высокий индикаторный к.п.д. В то же время одноцилиндровые.

Рядный двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается Ix или Lx, где x — количество цилиндров в двигателе.

Рядный четырёхцилиндровый двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением четырёх цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается I4 («ай-фор») или L4 («Straight-4», «In-Line-Four»). Плоскость, в которой находятся цилиндры, может быть строго вертикальной или находиться под определённым углом к вертикали. Во втором случае двигатель иногда называют Slant-4 (/4) — например, двигатель автомобиля «Москвич-412».

Десятицилиндровый двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания с 10 цилиндрами. Имеет V-образную компоновку. Цилиндры расположены параллельно в два ряда, по 5 в ряд. Данный тип двигателя применяется в спортивных автомобилях. Распространено применение двигателя в гоночных автомобилях.

Удельная мощность — отношение вырабатываемой или потребляемой устройством мощности к другому конструктивному показателю (обычно массе или объёму).

Отправить комментарий

Дополнительно

  • Как правильно пишется слово «турбодизель»
  • Перевод слова «турбодизель» и примеры предложений (английский язык)
  • Definition of «turbodiesel» at WordTools.ai (английский язык)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *