Турбина в двигателе

Прогресс уже давно не стоит на месте: прежние тихоходные, но шумные дизельные моторы стали работать тише, а мощи, и, соответственно, динамики у них прибавилось. Причем, заметный прорыв в этом направлении случился тогда, когда на дизельные силовые установки начали устанавливать турбонаддув. Сегодня множество автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, имеют в конструкции турбину. Однако не все владельцы машин с такими агрегатами знают, как правильно эксплуатировать турбодизельный двигатель так, чтобы он прослужил как можно дольше. Мы подготовили восемь простых советов, которые помогут нынешним или потенциальным владельцам машин с подобными агрегатами не допускать просчетов в эксплуатации турбины.

На фото: Турбодизельный двигатель 2.1 Mercedes

Совет №1. Держите уровень масла под контролем.

Всем двигателям вообще, а рассматриваемому нами турбированному дизельному мотору в частности, не рекомендуется масляное голодание. Ведь масло в таком агрегате играет особую роль, смазывая подшипники скольжения и качения турбокомпрессора. Когда уровень моторного масла падает, подшипники не получают нужного количества смазки, что приводит к их скорому износу и выходу из строя.

Поэтому рекомендуем как можно чаще проверять уровень масла в картере двигателя и при обнаружении дефицита смазки, немедленно доливать нужно количество. Кроме того, необходимо выяснить причину, по которой в системе падает уровень масла (это может быть загрязнение либо не герметичность масляной системы, выход из строя масляного насоса и прочее) и незамедлительно ее устранить.

Совет №2. Используйте только качественное моторное масло.

Раз уж приобрели автомобиль с турбодизельным двигателем, не скупитесь на заправку его качественным и рекомендованным производителем моторным маслом. Тут как в известной поговорке: сэкономите на рыбке, получите плохую юшку. Выше мы уже указали, какую роль играет моторное масло для турбины, поэтому заливать в двигатель абы какое масло – значит, заранее обрекать турбокомпрессор силовой установки своей машины на медленную смерть. Важно помнить: масла, рекомендованные для турбированных агрегатов, отличны по составу от обычных масел ввиду того, что при работе в турбине они подвержены воздействию куда больших температур и нагрузок, чем в атмосферном моторе. Еще один немаловажный аспект: крайне не рекомендуется смешивать разные по коэффициенту вязкости масла, например, доливать в двигатель масло 5w-30, если там уже было залито 10w-40.

Поэтому советуем: заливайте масло одного коэффициента вязкости и желательно одной и той же марки.

Совет №3. Следите за качеством дизельного топлива.

Турбина дизельного двигателя чувствительна не только к качеству моторного масла, но и к качеству топлива, которым вы «кормите» свой автомобиль. При использовании горючего низкого качества вероятно засорение топливной системы двигателя, что, в свою очередь, сказывается на потере мощности двигателя, из-за чего турбина, чтобы восполнить этот пробел в оборотах, вынуждена работать на пределе мощности. А это может привести к сокращению срока ее эксплуатации.

Поэтому рекомендуем по возможности заправляться только на проверенных АЗС. Если не уверены в качестве горючего, его лучше дополнительно отфильтровать.

Совет №4. Избегайте перегазовок в момент запуска турбированного двигателя.

Следовать этому совету нужно, прежде всего, тем владельцам машин, у которых не установлена система запуска/остановки двигателя Start&Stop. Дело в том, что при запуске двигателя масляные каналы еще не заполнены моторным маслом, при нажатии на педаль акселератора вы даете нагрузку на турбину, которая вращается практически без масла, вследствие чего быстро изнашиваются ее узлы (бронзо-графитовые подшипники скольжения и качения), что в конечном итоге приводит к выходу из строя турбокомпрессора.

Поэтому настоятельно рекомендуем подавать газ плавно, и некоторое время (в течение 5 минут максимум) после запуска дать двигателю поработать на холостых оборотах, а затем начать движение на низких оборотах, постепенно увеличивая нагрузку. Оговоримся, что это важно для двигателей, не оснащенных системой Start&Stop.

Совет №5. Держите при езде средние обороты.

Турбина двигателя – это агрегат, постоянно работающий при высоких нагрузках, поэтому ездить на автомобиле с таким агрегатом длительное время на низких оборотах нельзя. Вообще же рекомендуется несколько раз в неделю давать турбине мотора поработать на предельно высоких оборотах: таким образом, вы активируете процесс очистки системы наддува турбокомпрессора, что в дальнейшем поможет продлить срок эксплуатации агрегата. Важно избегать «перекручивания» турбины, то есть длительной езды на высоких оборотах. При этом ротор турбокомпрессора испытывает повышенные нагрузки, что приводит к дисбалансу в его работе и, как следствие, выходу из строя его узлов.

Поэтому при езде на автомобиле с подобным типом мотора лучше всего придерживаться средних оборотов.

Совет №6. Не глушите двигатель сразу после остановки автомобиля.

Этот совет особенно важен для автолюбителей, чьи турбодизельные моторы не оснащены системой Start&Stop. Дело в том, что при незамедлительной остановке двигателя крыльчатки турбины еще продолжают вращаться, но масла, которые смазывает их, уже недостаточно, что приводит к перегреву узлов турбокомпрессора (ротора и подшипников). А это, в свою очередь, ведет к повышенному износу указанных частей турбины.

Поэтому после остановки дайте поработать двигателю на холостых оборотах короткое (не более 5 минут) время. За это время турбина охладится и ее можно деактивировать.

Совет №7. Избегайте длительной работы мотора на холостых оборотах.

Для турбированного двигателя работа на холостых оборотах в течение 20-30 минут – смерти подобна. Дело в том, что при таком режиме работы двигателя может произойти закоксовка (проще говоря, засорение) турбины, а именно маслоотводящей трубки, привода изменения геометрии турбины. Также при длительной работе на холостых оборотах возможен подсос моторного масла в цилиндры двигателя, что может привести к выходу из строя компонентов цилиндропоршневой группы.

Если вы все же держите мотор длительное время на холостом ходу, то советуем вам держать частоту вращения коленвала на 1200-1600 об./мин.

Совет №8. Вовремя проводите техническое обслуживание автомобиля.

Придерживайтесь рекомендованных производителем сроков замены моторного масла и фильтров, как масляного, так и воздушного. Помните, что для турбированного двигателя сроки прохождения ТО, как правило, короче, чем для атмосферного, так как турбина работает при более высоких нагрузках, чем обычный дизельный агрегат, и, следовательно, чаще нуждается в свежем масле и фильтрах.

Следование этим простым советам избавит владельцев автомобилей от дорогостоящего ремонта турбины.

Турбонаддув — вид наддува, при котором воздух в цилиндры двигателя подается под давлением за счет использования энергии отработавших газов.

В настоящее время турбонаддув является наиболее эффективной системой повышения мощности двигателя без увеличения частоты вращения коленчатого вала и объема цилиндров. Помимо повышения мощности турбонаддув обеспечивает экономию топлива в расчете на единицу мощности и снижение токсичности отработавших газов за счет более полного сгорания топлива.

Система турбонаддува применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Вместе с тем, наиболее эффективен турбонаддув на дизелях вследствие высокой степени сжатия двигателя и относительно невысокой частоты вращения коленчатого вала. Сдерживающими факторами применения турбонаддува на бензиновых двигателях являются возможность наступления детонации, которая связана с резким увеличением частоты вращения двигателя, а также высокая температура отработавших газов (1000°С против 600°С у дизелей) и соответствующий нагрев турбонагнетателя.

Несмотря на различия в конструкции отдельных систем, можно выделить следующее общее устройство турбонаддува — воздухозаборник и далее последовательно воздушный фильтр, дроссельная заслонка, турбокомпрессор, интеркулер, впускной коллектор. Все элементы объединяют соединительные патрубки и напорные шланги.

Большинство элементов турбонаддува являются типовыми элементами впускной системы. Отличительной особенностью турбонаддува является наличие турбокомпрессора, интеркулера и новых конструктивных элементов управления.

Турбокомпрессор (другое наименование – турбонагнетатель, газотурбинный нагнетатель) является основным конструктивным элементом турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе. Конструкция турбокомпрессора объединяет два колеса — турбанное и компрессорное, расположенные на валу ротора. Каждое из колес, а также вал с подшипниками помещены в отдельные корпуса.

Турбинное колесо воспринимает энергию отработавших газов. Колесо вращается в корпусе специальной формы. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливаются из жаропрочных материалов (сплавы, керамика).

Компрессорное колесо всасывает воздух, сжимает и нагнетает его в цилиндры двигателя. Компрессорное колесо также вращается в специальном корпусе.

Турбинное и компрессорное колеса жестко закреплены на валу ротора. Вал вращается в подшипниках скольжения. Подшипники плавающего типа, т.е. имеют зазор со стороны корпуса и вала. Подшипники смазываются моторным маслом системы смазки двигателя. Масло подается по каналам в корпусе подшипников. Для герметизации масла на валу установлены уплотнительные кольца.

В некоторых конструкциях бензиновых двигателей для улучшения охлаждения дополнительно к смазке применяется жидкостное охлаждение турбонагнетателей. Курпус подшипников турбонагнеталея включен в двухконтурную систему охлаждения двигателя.

Интеркулер предназначен для охлаждения сжатого воздуха. За счет охлаждения сжатого воздуха повышается его плотность и увеличивается давление. Интеркулер представляет собой радиатор воздушного или жидкостного типа .

Основным элементом управления системы турбонаддува является регулятор давления наддува, который представляет собой перепускной клапан (вейстгейт, wastegate). Клапан ограничивает энергию отработавших газов, направляя их часть в обход турбинного колеса, тем самым обеспечивает оптимальное давление наддува. Клапан имеет пневматический или электрический привод. Срабатывание перепускного клапана производится на основании сигналов датчика давления наддува системой управления двигателем.

В воздушном тракте высокого давления (после компрессора) может устанавливаться предохранительный клапан. Он защищает системы от скачка давления воздуха, который может произойти при резком закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление может стравливаться в атмосферу с помощью блуофф-клапана (blowoff) или перепускаться на вход компрессора с помощью байпас-клапана (bypass).

Принцип работы системы турбонаддува

Работа системы турбонаддува основана на использовыании энергии отработавших газов. Отработавшие газы вращают турбинное колесо, которое через вал ротора вращает компрессорное колесо. Компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в систему. Нагретый при сжатии воздух охлаждается в интеркулере и поступает в цилиндры двигателя.

Несмотря на то, что турбонаддув не имеет жесткой связи с коленчатым валом двигателя, эффективность работы системы во многом зависит от числа оборотов двигателя. Чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем выше энергия отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя.

В силу конструкции, турбонаддув имеет ряд негативных особенностей, среди которых с одной стороны задержка увеличения мощности двигателя при резком нажатии на педаль газа, т.н. «турбояма» (turbolag), с другой — резкое увеличение давления наддува после преодоления «турбоямы», т.н. «турбоподхват».

«Турбояма» обусловлена инерционностью системы (для повышения давления наддува при резком нажатии на педаль газа требуется определенное время), которая приводит к несоответствию между потребной мощностью и производительностью компрессора. Существует несколько способов решения данной проблемы:

  1. применение турбины с изменяемой геометрией;
  2. использование двух последовательных или параллельных турбокомпрессоров (twin-turdo или bi-turdo);
  3. комбинированный наддув.

Турбина с изменяемой геометрией (VNT – турбина) обеспечивает оптимизацию потока отработавших газов за счет изменения площади входного канала. Турбины с изменяемой геометрией нашли широкое применение в турбонаддуве дизельных двигателей, к примеру турбонаддув двигателя TDI от Volkswagen.

Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.

При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители идут еще дальше и устанавливают три последовательных турбокомпрессора — triple-turbo (BMW) и даже четыре турбокомпрессора — quad-turbo (Bugatti).

Комбинированный наддув (twincharger) объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический нагнетатель. С ростом оборотов подхватывает турбокомпрессор, а механический нагнетатель отключается. Примером такой системы является двойной наддув двигателя TSI от Volkswagen.

Как подобрать турбину на автомобиль? – этот вопрос тревожит далеко не каждого автовладельца. Но тому, кому он, как говорится, «залез в печенку», он не даст покоя, пока вожделенная турбина не займет свое место в подкапотном пространстве.

Чтобы правильно ответить на вопрос как подобрать турбину к двигателю , нужно четко и явственно себе представлять, что же собою являет эта самая турбина, как ее наличие, либо отсутствие, влияет на двигатель, и что, собственно в недрах, этой самой турбины происходит.

Разберемся в этих вопросах по порядку их возникновения.

Итак, турбина, или турбокомпрессор автомобиля, являет собой небольшой агрегат, являющийся частью навесного оборудования двигателя. Этот самый турбокомпрессор соединен с двигателем непосредственно на участке между входным коллектором, по которому в двигатель попадает атмосферный воздух, и цилиндрами двигателя.

Вся работа турбины направлена на то, чтобы, создать большое давление и подать в цилиндры больший объем воздуха. Разумеется, топливная система, в зависимости от типа топлива, на котором ездит автомобиль, подает в цилиндры пропорционально большее количество топлива. Вследствие этого авто, на том же двигателе, получает значительно большую мощность.

Как работает турбина? То есть, что происходит в ней самой и за счет чего автомобиль получает ту самую большую мощность? Всё, оказывается, весьма просто. Вся система турбины, принципиально, сводится к тому, что на ее крыльчатку, подаются выхлопные газы из выхлопного коллектора, которые сообщают крутящий момент ее лопастям. Соответственно, лопасти и создают то самое давление воздуха.

Разумеется, коль крыльчатка турбины приводится в действие выхлопными газами, которые вырываются, фактически, непосредственно из цилиндров, температура самой турбины весьма высока. К тому же, на ее динамические части воздействуют еще и силы, рожденные в движении ее механизмов при очень высокой скорости вращения. Следовательно, для обслуживания столь горячего и шустрого агрегата, нужно и соответствующее моторное масло. Однако, это тема совершенно другого обзора, — не будем на нее отвлекаться.

Как подобрать турбину на авто

Как видно, всё не так уж и сложно. А раз так просто, то чего же ждать? – остается только выбрать себе турбину по душе, да по карману.

Однако, на самом деле, всё не так просто. Давление воздуха, а значит и мощность, сообщаемая турбиной не может увеличиваться до каких-то неопределенных или неконтролируемых пределов. Эти показатели должны соответствовать ряду характеристик самого автомобиля – его весу, трансмиссии, двигателю, выхлопной системе и, наконец, топливной аппаратуре. Всё должно быть согласовано одно с другим и сбалансировано.

Если все эти моменты учтены и Вы уверены, что установка турбины будет правильным решением, то остается решить только одно: как подобрать турбину на двигатель. Теперь следует определить, для какого типа езды будет использоваться турбированый автомобиль – для повседневного использования или для спортивных соревнований.

Самым распространенным и наиболее часто практикуемым вариантом манипуляций с турбинами является замена турбины. Чаще всего, процесс этот сводится к монтажу высокопоточного турбокомпрессора и, в некоторых случаях, с заменой крыльчатки турбины на большую. Такая модернизация позволяет, в некотором роде, облегчить нагрузку на турбину. Ведь, при этом, снижается давление на механизм от воздействия на большую крыльчатку выхлопных газов. А это, соответственно, позволит снизить скорости вращения и внутреннее давление при начальном раскручивании турбины. Также, достаточно часто, корпус турбины заменяется на корпус большего размера, что позволяет увеличить объем, проходящего через турбину, воздуха.

Разумеется, при таком серьёзном влиянии на автомобиль, как внесение изменений в конструкцию турбокомпрессора, следует учитывать, что конструкторское бюро производителя Вашего автомобиля подбирало турбину для этой модели исходя из определенных технических условий. И, прежде чем вносить такие изменения в столь важный агрегат автомобиля, следует взвесить соответствие будущих изменений с возможностями и запасом агрегатной прочности других узлов и механизмов автомобиля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *