Естествени атмосферни двигатели срещу турбодвигатели: предимства, недостатъци и надеждност

В автомобилната индустрия дебатът между атмосферните двигатели и турбодвигателите продължава да разделя мненията на шофьорите. Естественият двигател, първият двигател с вътрешно горене, остава валиден избор за много водачи, въпреки нарастващата популярност на турбо двигателите.

Въпреки мненията, че атмосферните двигатели нямат значителна производителност, съществуват множество примери, които го доказват обратното. Двигатели с обем 2.0 литра атмoсферно всмукване могат да развият над 200 к.с., а надеждността на тези агрегати е световно призната.

Принципи на двигател с вътрешно горене

Двигателят с вътрешно горене е устройство, което превръща химическата енергия на горивото в механична енергия чрез контролирани изгаряния. Топлината, отделяна в камерата за горене, се преобразува чрез налягане в линейно движение, после в равномерно въртене на коленния вал.

Горивото (бензин, дизел или пропан-бутан) в смесица с въздуха образува гориво-воздушна смес. Възпламеняването може да се инициатира чрез директен контакт с източник на топлина (електрическа свещ) или чрез компресия (при дизеловите двигатели).

По време на горенето температурата в камерата за горене достига над 2000 градуса. Горещите газове се изхвърлят през изпускателния колектор, катализатора и накрая в атмосферата.

Кратка история на двигателите

Първият двигател с вътрешно горене (двигателят Отто) се появява през 1854 година, докато първият парен двигател е от 1700 година. Няколко години след появата на първия бензинов двигател със естествено всмукване се появява дизеловият двигател, а през 1910 г. се появява първият двигател със сила на въздушното налягане (турбо).

Класификация на двигателите според всмукването на въздуха

Двигателите с вътрешно горене могат да се категоризират по различни критерии: горивото, броят на буталата, разположението им или начинът на вход на въздуха в камерата за горене. От тази гледна точка различаваме:

• Двигатели с атмосферно всмукване - въздухът влиза по естествен начин
• Двигатели с турбокомпресор - въздухът се компримира от турбина
• Двигатели със компресор - въздухът се компримира механично
• Двуконтроли ритъм/двойно всмукване - комбинира турбина и компресор

Всеки тип има плюсове и минуси, зависими от нуждите на водача.

Подробно сравнение: двигател с атмосферно всмукване срещу турбодвигател

Надеждност в дългосрочен план

Атмосферният двигател обикновено е по-надежден от турбодвигателя поради следните причини:

• По-малко движещи се части - липсата на турбина, интеркулера и многобройните електровентили
• По-ниски механични натоварвания - температурите и наляганията вътре са по-ниски
• По-лесна поддръжка - изисква основно смяна на масло и филтри, плюс свещи по график

През последното десетилетие поради регулациите за вредни емисии и комерсиалните причини, мотoрите с дългосрочна издръжливост намаляват. Двигателите V8 и атмосферно-дизеловите „по-старите“ поколения често надхвърлят 1 милион километри.

Предимствата на турбодвигателите

По-голяма мощност: Турбодвигателят развива с 25-40% повече мощност спрямо атмосферен двигател с идентичен обем.

По-благоприятно данъчно облагане: За същата мощност, турбодвигател с по-малък обем може да подлежи на по-ниски данъци.

Оптимизиран разход: При определени режимни условия турбодвигателят може да консумира по-малко от атмосферния.

Мотен въртящ момент на ниски обороти: Турбината осигурява по-висок въртящ момент при ниски и средни обороти, улеснявайки изпреварвания.

Недостатъци на турбодвигателите

• Скъпо поддържане на дългосрочен план
• По-ниска надеждност сравнено с атмосферните двигатели
• По-голям разход на масло
• Необходим по-щадящ режим за защита на турбина

Практичен пример: Dacia

За примера с гамата Dacia:

• Двигател 1.2 атмосферно всмукване - 75 к.с., по-ниски разходи за поддръжка, висока надеждност
• Двигател 0.9 турбо - 90 к.с., по-добри показатели, по-високи разходи за поддръжка

За градския трафик в Румъния и нормалното ежедневие, двигателят с атмосферно всмукване предлага по-добро съотношение цена-качество.

Топ списък на най-надеждните атмосферни двигатели

Дизелови двигатели с атмосферно всмукване

1. VW 1.9 D - легендарният двигател с 65-68 к.с., който редовно наддава 700 000–800 000 км без сериозни проблеми. Повечето екземпляри все още са „млади“ спрямо този пробег.

2. Mercedes 2.0 D - двигателят с 55 к.с. на Mercedes W123 „Cobra“, проектиран да достигне 1 милион километра. Издържа докато каросерията не ръждяса.

3. VW 2.0 SDI - двигател 68-75 к.с. монтиран върху Golf 5 и Caddy, отбелязан с нисък разход и изключителна надеждност.

Д gasoline атмосферни двигатели

1. Honda K20 - 2.0-литров двигател със 221 к.с., доказва, че Honda може да създава мощни и надеждни атмосферни мотори.

2. BMW M50B25 - 2.5-литров двигател с 192 к.с., известен с безупречната си надеждност във всички модели на BMW.

3. Audi 4.2 V8 - двигател с 40 клапана, известен с мощност и дългосрочна надеждност.

4. Honda C32A - 3.2-литров двигател с 235 к.с. за лимузини, истинска легенда по отношение на надеждност.

Развитие на технологии за атмосферни двигатели

Honda VTEC системата

VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) позволява атмосферните двигатели да развиват впечатляваща мощност чрез променливо управление на газоразпределението.

Принцип на работа:

• При ниски–средни обороти: ками с по-малък профил за стабилност и по-нисък разход
• При високи обороти (над 4000 rpm): ками с по-агресивен профил за максимална мощност

Тази система увеличава максималните обороти до 8000–9000 rpm и позволява да се постигне мощност над 100 к.с. на литър.

Изключителни примери:

• Honda Integra RSI (1989): 160 к.с. при 7600 rpm от двигател 1.6 литра
• Honda S2000 (1998): 250 к.с. при 8300 rpm от двигател 2.0 литра

SkyActiv двигателят на Mazda

Mazda разработва технологията SkyActiv, за да комбинира ефективността на дизеловия двигател с мощността на бензиновия двигател.

SkyActiv-G за бензинови двигатели:

• Повишено съотношение на компресията (до 15:1)
• Подобрен термичен КПД с ~10%
• Специална изпускателна система за намаляване на остатъчните газове

SkyActiv-X - революционен:

• Първи търговски бензинов двигател с запалване чрез компресия, контролиран от искра (SPCCI)
• Комбинира дизеловата ефективност с бензинова мощ
• Позволява променлива компресия в зависимост от условията на работа

Ванкел двигател – революционен подход

Въртящият се двигател Ванкел, изобретен от д-р Феликс Ванкел преди 1900 година, представлява уникален подход в областта на двигателите с вътрешно горене.

Принцип на работа

• Без бутала
• Три функциониращи камери едновременно
• Пълен цикъл се постига чрез въртенето на централния ротор

Предимствата на Ванкел двигателя

• Компактни размери и ниско тегло
• Постоянен въртящ момент независимо от оборотите
• Голяма мощност спрямо размера
• Високи обороти – червената линия около 9000 rpm

Недостатъци на Ванкел двигателя

• Висок разход на гориво
• Изразходване на масло в камерите за горене
• Необходим специализиран сервиз
• Загуба на компресия с времето при спортно натоварване

Съвременни примери:

• Mazda RX-8: двигател Renesis 654cc x2, 250 к.с. при 8500 rpm
• Награда „Двигател на година“ през 2003 година

Препоръки за Румъния

За ежедневна градска употреба

Двигател атмосферно всмукване е оптималният избор от следните причини:

• Ниски разходи за поддръжка
• надеждност на дълъг период от време
• Не изисква време за загряване/охлаждане
• По-високи данъци, но компенсирани от спестяванията в сервиза

За редовни извънградски пътувания

Турбодвигател може да бъде изгоден за:

• Допълнителна мощност за изпреварване
• Потенциално по-нисък разход при стабилна скорост
• По-добри динамични показатели по неравни пътища

Заключение

Естественият Atmosferни двигател не представлява остаряла технология, а зрял и надежден избор. Възможността между атмосферен и турбодвигател се определя от:

• Типът на използване (градски срещу извънградски)
• Наличният бюджет за поддръжка
• Личните предпочитания относно поведението на шофиране
• Приоритетът към надеждността срещу производителността

За повечето шофьори в България, които използват колата си ежедневно в градска среда, двигател с атмосферно всмукване с малък обем (под 2000 см³) предлага най-добър баланс между разходи, надеждност и подходящи за своите нужди показатели.

Съвременните атмосферни двигатели с технологии като VTEC и SkyActiv доказват, че тази категория може да остане конкурентоспособна, предлагайки както надеждност, така и значителна производителност за любителите на шофирането.