Большое турбонаддувательство

Чего только не предпринимают маркетологи, чтобы доказать целесообразность перехода на двигатели с турбонаддувом. Если верить рекламе, получается, что такие силовые агрегаты выгодно отличаются от атмосферных моторов равной мощности:

• Высоким крутящим моментом.
• Топливной экономичностью.
• Малой массой.
• Лучшими экологическими характеристиками.

Но насколько можно верить этим утверждениям, и как обстоят дела в реальности?

Высокий крутящий момент

Безусловно, этот параметр важен, поскольку от него зависят тяговые характеристики силового агрегата. Но крутящий момент – это не сферический конь в вакууме. Его нельзя рассматривать в отрыве от других параметров ДВС. Для наглядности рассмотрим графики изменения мощности и крутящего момента в зависимости от числа оборотов коленчатого вала, построенные для турбированного мотора EA211, выпускаемого концерном Volkswagen (Рисунок №1), и атмосферного двигателя Z22YH, разработанного инженерами фирмы Opel (Рисунок №2). Это близкие по мощности (150 и 147 л. с.) силовые агрегаты.

Рис.1Рис.2

Изучив диаграммы, несложно прийти к выводу, что:

• Крутящий момент у атмосферного ДВС существенно выше, чем у оснащённого системой турбонаддува
• Графики мощности и крутящего момента Z22YH пересекаются в одной точке при скорости вращения коленчатого вала около 2700 – 2750 об/мин, в то время как у EA211 – аж в районе 4300 – 4350 об/мин. Это означает, что атмосферник лучше тянет на низах, а турбированный силовой агрегат приходится раскручивать до больших оборотов.

Проанализировав, насколько часто в реальной жизни приходится раскручивать движок до 4000 об/мин и более, несложно прийти к заключению, что большую часть времени обещанные маркетологами высокие показатели крутящего момента и мощности, якобы свойственные моторам с турбонаддувом, оказываются невостребованными.

Топливная экономичность

Обосновывая снижение расхода топлива, сторонники турбированных моторов напирают на то, что эти силовые агрегаты имеют меньший рабочий объём. В действительности это не имеет никакого значения. Ведь закон сохранения энергии никто не отменял. Для того чтобы получить мощность, необходимую для выполнения работы, нужно сжечь определённое количество топлива. В случае с турбонаддувом вы просто нагнетаете в цилиндры меньшего размера большее количество стехиометрической горючей смеси. И откуда тогда берётся экономия?

Решающим фактором могло бы стать увеличение КПД. Поскольку площадь соприкасающихся поверхностей сокращается по мере уменьшения габаритов двигателя, то трение снижается, и некоторое повышение коэффициента полезного действия действительно имеет место. Но, во-первых, оно далеко не такое значительное, как пытаются представить некоторые маркетологи. А во-вторых, для эффективной работы ДВС критически важно, чтобы цилиндры быстро и полностью освобождались от продуктов горения. Для этой цели на атмосферных моторах увеличивают размер и количество выпускных клапанов и устанавливают сложной формы коллекторы с равной длиной ветвей. Однако турбина (рисунок №3) приводится в действие энергией отработавших газов, тормозя их движение в выпускном тракте, что приводит к ухудшению смесеобразования и снижению КПД.

Рис.3

В реальности некоторое снижение расхода топлива достигается за счёт подачи в цилиндры турбомоторов обеднённой смеси. Но у подобного способа экономии есть свои недостатки, о которых будет сказано ниже.

Малая масса

Да, безусловно, при сравнении двигателей равной мощности сам движок, оборудованный системой турбонаддува, весит меньше. Однако снижение массы силового агрегата компенсируется за счёт веса:

• Собственно турбины.
• Системы интеркулера.

• Увеличения объёма системы охлаждения.

Последнее необходимо для того, чтобы отводить излишки тепла, образующиеся при сжигании большого количества топлива в ДВС небольшого объёма.

На дизельных моторах, масса которых, в расчёте на одну лошадиную силу существенно больше, чем у бензиновых движков, удаётся получить весьма существенное снижение веса, особенно заметное на автобусах и грузовых автомобилях. Однако существенного снижения массы на легковых автомобилях, использующих в качестве топлива бензин, не наблюдается. К примеру, снаряжённая масса кроссовера Opel Mokka с механической коробкой передач, приводом на передний мост и двигателями одинаковой (140 л. с.) мощности составляет:

• 1360 кг у машины с атмосферным движком 1,8 литра.
• 1425 кг у машины с турбированным мотором 1,4 литра.

Так что и тут, как ни крути, опять облом. Ну, ничего. Может, хоть с количеством вредных выбросов дела обстоят иначе?

Лучшие экологические характеристики

Как уже было сказано выше, в целях снижения расхода топлива, в цилиндры двигателей с турбонаддувом поступает обеднённая смесь. Это позволяет существенно уменьшить содержание вредных веществ при работе ДВС на холостых оборотах, но приводит к увеличению температуры деталей шатунно-поршневой группы и камеры сгорания. Если ничего не предпринимать то, при нажатии на педаль газа, поступающая в цилиндры смесь воспламенится не в момент образования искры, а при нагреве. Возникнет сильная детонация и мотор может получить необратимые повреждения. Существует два пути решения этой проблемы:

• Уменьшение степени сжатия, что позволяет понизить детонационный порог.
• Принудительное обогащение горючей смеси при работе двигателя на переходных режимах.

В последнем случае избыток бензина, вступая в контакт с деталями цилиндропоршневой группы и камеры сгорания, выступает в качестве охладителя. Однако проблема в том, что излишки топлива не сгорают полностью, а выбрасываются наружу. Как следствие мотор с турбонаддувом, демонстрирующий хорошие экологические характеристики при работе на холостых оборотах, начинает сильно загрязнять атмосферу. В этом несложно убедиться, замерив с помощью газоанализатора и сравнив процентное содержание вредных веществ в атмосферных и турбированных, работающих на переходных режимах. То есть, по сути, и здесь никакого значительного улучшения не наблюдается.

Сомнительная польза

За неочевидные достоинства, обещанные рекламой, автовладельцам приходится расплачиваться из собственного кармана. Ведь ДВС с турбонаддувом:

• Технологически сложнее в производстве, поскольку их детали подвергаются повышенным нагрузкам. Как следствие, для производства комплектующих приходится использовать более качественные материалы и сложные методы упрочнения поверхностей обрабатываемых изделий.
• Имеют меньший эксплуатационный ресурс. Это связано с тем, что качество материалов и технологий обработки нельзя улучшать до бесконечности.
• Сложнее в обслуживании. Хотя бы из-за того, что в таких моторах больше комплектующих.

Последнее создаёт серьёзные проблемы. Чтобы добраться до неисправного узла, приходится подчас демонтировать несколько вполне исправных агрегатов. Как и почему это происходит, несложно представить, посмотрев на рисунок №4.

Рис.4

Единственные, кто оказываются в выигрыше – это производители техники, получающие возможность, хотя бы на время, повысить продажи выпускаемой продукции. Ведь многие автолюбители, плохо знакомые с тонкостями устройства ДВС, поверив рекламе, избавляются от машин, оснащённых атмосферными моторами, и приобретают новомодные модели, оснащённые движками с турбонаддувом. Некоторые автомобилисты, попавшие на удочку маркетингового турбонаддувательства, не спешат признаваться, что стали жертвой обмана. Они утверждают, что всё обстоит именно так, как обещает реклама, и, вольно или невольно, способствуют возведению коммерческой пирамиды, способной рухнуть в любой момент и похоронить под своими обломками множество ни в чём не повинных потребителей. Так что будьте осторожны.

Больше интересных статей здесь: Факты.

Источник статьи: Большое турбонаддувательство.