Atmosferinių ir turbininių variklių palyginimas

Automobilių pasaulis nuolat keičiasi, o variklių technologijos evoliucionuoja, siekiant didesnio efektyvumo, galios ir mažesnės taršos. Šiandien kaip niekada anksčiau konkuruoja du pagrindiniai variklių tipai - atmosferiniai ir turbininiai. Gamintojai mažina variklių darbinį tūrį, o turbinos padeda išlaikyti galią ir sukimo momentą. Tačiau ar turbo variklis visada geresnis pasirinkimas, ypač atsižvelgiant į eksploatavimo sąlygas, pavyzdžiui, šaltas žiemas ir trumpas miesto keliones? Šiame straipsnyje panagrinėsime abiejų tipų variklius, jų veikimo principus, privalumus ir trūkumus, siekdami padėti apsispręsti, kuris variklis geriausiai atitinka individualius poreikius.

Kas yra atmosferiniai varikliai?

Atmosferiniai varikliai yra vidaus degimo varikliai, kurie naudoja kurą ir orą degimui. Šių variklių bruožas yra tai, kad jie naudoja natūralų orą, be priverstinio suspaudimo - nėra turbinos ar kompresoriaus. Cilindrai užpildomi kuro ir oro mišiniu dėl vakuumo, kuris atsiranda stūmokliui judant žemyn. Tačiau cilindro užpildymas, net ir su visiškai atviru droselio vožtuvu, vyksta ne daugiau kaip 95% dėl įsiurbimo sistemos pasipriešinimo ir paviršiaus nelygumų.

Atmosferiniai varikliai yra paprasti ir patikimi, todėl jie yra populiarus pasirinkimas senesniems automobiliams. Jų veikimo principas yra paprastas: kuras ir oras sukelia degimą, o ilgaamžė konstrukcija mažina gedimo riziką. Šie varikliai gali naudoti karbiuratorines arba įpurškimo sistemas, o jų konstrukcija gali skirtis (išilginiai, V tipo).

Atmosferinių variklių privalumai

• Paprasta konstrukcija ir eksploatacija: Atmosferiniai varikliai turi paprastą konstrukciją, todėl juos lengva naudoti ir prižiūrėti. Dėl to jie yra patikimi ir ilgai tarnauja.
• Ilgesnis tarnavimo laikas: Dėl paprastesnės konstrukcijos ir mažesnių mechaninių bei terminių apkrovų, atmosferiniai varikliai tarnauja ilgiau ir gali nuvažiuoti daug kilometrų iki remonto.
• Mažesnės remonto sąnaudos: Remontas šiems varikliams kainuoja mažiau nei turbininiams, nes dauguma problemų yra greitai ir pigiai išsprendžiamos. Be to, atmosferiniai varikliai dažnai atlaidesni prastesnei eksploatacijos istorijai.
• Mažesnis jautrumas alyvos kokybei ir keitimo intervalams: Nors priežiūra yra svarbi, atmosferiniai varikliai nėra tokie jautrūs alyvos kokybei ir jos keitimo intervalams kaip turbininiai.
• Tolygesnis galios tiekimas: Šie varikliai pasižymi tolygesniu galios tiekimu ir yra mažiau jautrūs vairavimo stiliui.
• Dažniausiai mažesnės degalų sąnaudos trumpose kelionėse ir mieste: Atmosferiniai varikliai gali būti efektyvesni trumpose kelionėse ir miesto sąlygomis.

Atmosferinių variklių trūkumai

• Mažesnė galia ir sukimo momentas: Ypač esant žemiems sūkiams. Norint pasiekti didesnę galią, reikia didesnio darbinio tūrio variklio.
• Didesnis darbinis tūris ir svoris: Didėjant variklio tūriui, didėja ir automobilio svoris, kas gali turėti įtakos bendram efektyvumui.
• Didesnis išmetamųjų dujų kiekis: Didėjant galiai, didėja ir išmetamųjų dujų kiekis, kas yra svarbu atsižvelgiant į ekologijos reikalavimus.

Kas yra turbininiai varikliai?

Turbininis variklis naudoja turbokompresorių (turbiną), kuris yra variklio išmetamosiomis dujomis sukamas siurblys. Jis į degimo procesą tiekia gerokai didesnį oro kiekį, taip leisdamas padidinti variklio galingumą, nes cilindruose bet kokį degalų kiekį reikia sumaišyti su atitinkamu oro kiekiu. Turbo įrenginys naudoja išmetamųjų dujų energiją, kad suspaustų orą ir į variklį „įpūstų“ daugiau deguonies.

Autoserviso meistras Andrius Kazlauskas teigia: „Turbo technologija leidžia suderinti kasdienę dinamiką ir mažesnį darbinį tūrį.“ Turbokompresorius susideda iš turbininio rato, sujungto ašimi su kompresoriniu ratu. Karštos išmetamosios dujos suka turbininį ratą, o šis, savo ruožtu, suka kompresorinį ratą, kuris suspaudžia orą. Suspaustas oras įkaista, todėl prieš patenkant į degimo kameras, jį reikia atšaldyti interkūleriu. Atšaldytas oras tampa tankesnis, leidžiant sudeginti daugiau kuro ir padidinti variklio galią.

Turbokompresorių tipai

Automobilių pasaulyje dažniausiai sutinkami keli turbokompresorių tipai:

• Fiksuotos geometrijos mentės: Tai seniausias ir paprasčiausias tipas. Jų efektyvumas pasiekiamas tik nedideliame variklio sūkių diapazone.
• Kintamos geometrijos mentės (VGT - Variable Geometry Turbocharger): Šie turbokompresoriai veikia platesniame diapazone, tačiau yra techniškai sudėtingesni ir brangesni remontuoti.
• Dvigubi (angl. twin-scroll): Šie prietaisai apjungia ankstesnių tipų privalumus. Mažo diametro turbina efektyviai veikia esant žemiems variklio apsisukimams, o didelio diametro - aukštiems. Svarbu ne maišyti dvigubo turbokompresoriaus (twin-scroll) su dviem turbokompresoriais (twin-turbo). „Twin-scroll“ reiškia, kad turbinos korpusas yra padalintas į du atskirus kanalus išmetamųjų dujų srautui, užtikrinant efektyvumą įvairiose sūkių ribose. „Twin-turbo“ reiškia, kad automobilyje sumontuoti du atskiri turbokompresoriai.

Turbininių variklių privalumai

• Didesnė galia ir sukimo momentas: Ypač esant žemiems ir vidutiniams sūkiams. Pavyzdžiui, 1.6 litro variklis su turbokompresoriumi gali išvystyti apie 300 AG.
• Mažesnis darbinis tūris ir efektyvumas: Galimybė naudoti mažesnio darbinio tūrio variklius, kas lemia mažesnes degalų sąnaudas ir CO2 emisijas (deklaruojamos sąnaudos dažnai palankesnės turbo varikliams).
• Geresnis dinamiškumas ir reakcija: Šiuolaikiniuose varikliuose „turbo duobė“ beveik nepastebima, o varikliai operatyviai reaguoja į akceleratoriaus paspaudimą.
• Geresnis našumas: Kuro purkštukai veikia efektyviau, prisidėdami prie geresnio našumo.

Turbininių variklių trūkumai

• Didesnė kaina ir sudėtingesnė konstrukcija: Turbininiai varikliai turi daugiau komponentų ir yra sudėtingesni, todėl jų pradinė kaina yra didesnė.
• Didesnės remonto ir priežiūros išlaidos: Dėl sudėtingos struktūros ir didelių apkrovų, kurioms patiria komponentai, turbininiai varikliai reikalauja didesnių remonto ir priežiūros išlaidų.
• Jautrumas alyvos kokybei ir keitimo intervalams: Nepakankamas alyvos tepimas yra viena dažniausių turbokompresorių gedimų priežasčių. Būtina naudoti aukštos kokybės sintetinę alyvą ir keisti ją reguliariai.
• LSPI reiškinio rizika: Mažo tūrio turbininiuose varikliuose gali kilti ankstyvas degimas esant žemam variklio apsisukimų dažniui (LSPI), galintis sugadinti stūmoklius ar švaistiklius.
• Didelės mechaninės ir terminės apkrovos: Reikalaujančios labai aukštos kokybės medžiagų, kurios užtikrintų ilgaamžiškumą.
• „Turbo lagas“: Vėlavimas tarp akceleratoriaus paspaudimo ir momento, kai turbokompresorius pradeda tiekti suspaustą orą į variklį. Nors naujesnių tipų turbokompresoriai ir kiti techniniai sprendimai padeda šį efektą sumažinti, jis vis tiek gali būti juntamas.
• Variklio neužgesinimo taisyklė: Po intensyvaus važiavimo, kai turbina dirbo didelėmis apsukomis, nerekomenduojama iškart gesinti variklio. Reikia leisti jam padirbti tuščiomis apsukomis, kad turbina atvėstų.
• Kuro sąnaudos: Nors gamintojai deklaruoja mažesnes sąnaudas, realybėje turbo varikliai gali turėti didesnes kuro sąnaudas, ypač esant agresyviam važiavimo stiliui ar važiuojant trumpais atstumais.
• Jautrumas oro temperatūrai: Suspaustas oras kompresoriuje įkaista, todėl vasarą lauko oro pūtimo poveikis bus daug mažesnis nei šaltuoju metų laiku, nepaisant interkulerio.

Pavyzdinis palyginimas: BMW M5 (F10) ir M3 (E92)

Apčiuopiamam palyginimui panagrinėsime du BMW variklius:

1. BMW M5 (F10) su S63Tu varikliu: Tai 4.4 l darbinio tūrio, V8 motoras, generuojantis 560 AG ir maksimalų 480 Nm sukimo momentą. Šios charakteristikos neįmanomos be turbinos - BMW „TwinPower“ technologija naudoja dvi turbinas. Šis variklis montuojamas į tokius modelius kaip M5, M6 kupė ir kabrioletą bei „Gran Coupe“, taip pat SUV visureigiuose X5 ir X6 su M ženklu.
2. BMW M3 (E92) su S65 varikliu: Tai 4.0 l, V8, turintis 420 AG ir 400 Nm atmosferinis variklis. Tai yra paskutinis tokio tipo BMW gamintas variklis, tad neišvengiamai jis įgauna legendos statusą.

Kaip skiriasi šių variklių skleidžiamas garsas? Šį skirtumą geriausiai atskleidžia M5 (F10) ir dviejų M3 (E92) pagreitėjimo vaizdo įrašas.

Mažo tūrio turbininių variklių tendencijos ir iššūkiai

Jau maždaug dešimtmetį į benzinu varomus automobilius montuojami 3 cilindrų, 1 litro darbo tūrio varikliai su turbinomis. Gamintojai ir ekologijos gynėjai teigė, kad šie varikliai yra efektyvesni, taupesni ir mažiau taršūs. Tačiau viskas apvirto aukštyn kojomis nuo 2017 m. Maždaug 2010 m. automobilių gamintojai staiga suprato, kad mažo darbo tūrio benzininiai varikliai labai dera su turbinomis. 2005 m. tik 8-10 proc. benzininių variklių turėjo turbinas, o 2010 m. šis skaičius smarkiai išaugo.

Vilniaus Gedimino technikos universiteto docentas Alfredas Rimkus teigia, kad naudojamos turbinos didina variklio lyginamąją galią, o to ir siekia daugelis gamintojų. Vis dėlto, specialisto teigimu, tokiems varikliams veikiant didesnėmis apkrovomis labai išauga mechaninė ir terminė detalių apkrova, nes didėja slėgis ir temperatūra variklio cilindruose. „Kad būtų užtikrinama ganėtinai ilga eksploatacija, reikalingos labai aukštos kokybės medžiagos - tepalas ir kt. Jas būtina laiku pakeisti, o esant kiek sunkesnėms naudojimo sąlygoms, tai rekomenduojama daryti nė nepasiekus leistinos ridos.“

Pastarąjį dešimtmetį automobilių gamintojai laikėsi CO2 reikalavimų mažindami variklių darbo tūrį ir pridėdami turbinas prarastam galingumui kompensuoti. Todėl 3 cilindrų, 1 litro darbo tūrio varikliai su turbinomis tapo norma ne tik mažos klasės automobiliuose, bet ir kompaktinės klasės ar net komerciniame „Ford Transit Connect“. Štai „Ford“ nuo 2012 m. naudoja „EcoBoost“ variklį - 1 litro darbo tūrio, nuo 100 iki 140 AG pajėgumo variklį, kuris per pastaruosius metus laimėjo net 11 apdovanojimų. Pagal oficialius gamyklos duomenis, vidutinės „Ford Focus“ degalų sąnaudos su šiuo varikliu yra 4 litrai 100 kilometrų kelio.

Tačiau naujasis WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure) testavimo standartas parodė, kad mažieji varikliai realiomis sąlygomis dirba didesnėmis apkrovomis, o tai gali turėti įtakos jų taršos rodikliams. Blogiausius CO2 rezultatus parodė būtent mažieji varikliai, kurie realiomis sąlygomis dirba gerokai didesnėmis apkrovomis nei didesnio darbo tūrio varikliai. Aukštos temperatūros, susidarančios intensyvaus degimo proceso metu, neigiamai paveikė taršos rezultatus. Pavyzdžiui, „Nissan Qashqai“ skirtumas su kai kuriais varikliais yra didesnis nei 20 proc.

Daugelis gamintojų pastarąjį dešimtmetį buvo priversti smarkiai keistis: nuo patikimumo link taršos mažinimo bet kokia kaina. Mokslininkas A. Rimkus pastebi, kad dažnai ne ką blogesnių energetinių ir ekologinių rodiklių pasiekiama preciziškai suderinus variklio konstrukciją bei valdymo algoritmą.

Atmosferinių ir turbininių variklių patikimumas

Pastaruoju metu vyksta variklių su kompresoriumi ir atmosferinių variklių ilgaamžiškumo bei patikimumo lenktynės. Tačiau ne todėl, kad „turbo“ vejasi - o greičiausiai priešingai. Nedaugelis šiuolaikinių variklių pasiekia 200 000 km ridą. Tam yra daug priežasčių: efektyvumo ir ekologiškumo reikalavimai, dizaino supaprastinimas ir gamintojų ekonomija konstrukcinėms medžiagoms. Taip pat ir savininkai pradėjo elgtis su automobiliais vartotojiškai. Pirmieji savininkai, važinėjantys iki garantijos pabaigos, nėra suinteresuoti kruopščiai rūpintis savo automobiliu, kad šis kuo ilgiau tarnautų, o „antrosios rankos“ dažnai, po ne labai ilgo naudojimo susiduria su daugybe gedimų, ir toliau „prastumia“ automobilį.

Atmosferiniai varikliai, kaip taisyklė, yra ilgaamžiškesni ir patikimesni dėl paprastesnės konstrukcijos ir mažesnių apkrovų. Jie reikalauja mažiau priežiūros ir yra atsparesni prastesnėms eksploatacijos sąlygoms. Turbininiai varikliai, nors ir galingi, yra jautresni ir reikalauja kruopštesnės priežiūros bei kokybiškesnių eksploatacinių medžiagų.

Kada rinktis turbininį, o kada - atmosferinį variklį?

Pasirinkimas tarp turbininio ir atmosferinio variklio priklauso nuo jūsų asmeninių poreikių ir vairavimo įpročių:

• Jei ieškote automobilio dinamiškam važiavimui, dažnai lenkiate kitas transporto priemones ir vertinate greitą reakciją į akceleratoriaus paspaudimą, turbininis variklis gali būti puikus pasirinkimas. Taip pat, jei svarbu mažesnės degalų sąnaudos ir CO2 emisijos, ypač ilgesnėse kelionėse, modernūs mažo tūrio turbininiai varikliai gali būti efektyvūs.
• Tačiau, jei jūsų prioritetas yra patikimumas, mažesnės priežiūros išlaidos ir tolygus galios tiekimas, ypač jei daug keliaujate trumpais atstumais ar mieste, atmosferinis variklis gali būti praktiškesnis ir ekonomiškai naudingesnis sprendimas ilgalaikėje perspektyvoje. Taip pat, jei planuojate automobilį eksploatuoti ilgai ir nenorite susidurti su sudėtingais remontais, atmosferinis variklis gali būti saugesnis pasirinkimas.

Galutinis sprendimas turėtų būti pagrįstas ne tik techniniais duomenimis, bet ir asmeninėmis preferencijomis bei patirtimi.

tags: #kas #geriau #atmosferinis #ar #turbininis #motoras