Что такое работа турбины в моторном режиме

Обновлено: 16.05.2024

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. Корпус 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.

применение турбины с изменяемой геометрией;
использование двух последовательных или параллельных турбокомпрессоров (twin-turbo или bi-turdo);
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.

Еще несколько десятилетий назад турбомоторы воспринимались как элемент фантастических машин из будущего или красивых компьютерных игр. И даже после воплощения в жизнь гениальной идеи простого способа увеличения мощности двигателя, эта возможность долго оставалась прерогативой бензиновых устройств. Сейчас системой турбо оснащается практически каждый автомобиль, сходящий с конвейера, независимо от того, на каком топливе он работает.

На больших скоростях или крутых подъемах обычный движок машины испытывает серьезные перегрузки. Для облегчения его работы и была придумана система, способная без вмешательства во внутреннее строение увеличить мощность мотора.

У турбонаддува есть некоторые недостатки, связанные с преждевременным воспламенением горючей смеси. Но с этим побочным явлением — причиной быстрого износа поршней в цилиндрах — успешно справляется правильно подобранное масло, необходимое для смазки деталей при работе турбодвигателя.

Что такое турбина или турбокомпрессор в автомобиле?

Прибор создает повышенное давление в двигателе внутреннего сгорания за счет искусственного нагнетания дополнительной дозы воздуха, который образует увеличенный объем топливно-газовой смеси, и при ее сгорании мощность мотора увеличивается на 40 – 60%.

На какие двигатели устанавливают турбокомпрессоры

Нынешняя комплектация машин турбинными механизмами проходит значительно быстрее, чем их первоначальное внедрение в бензиновые двигатели. Чтобы определить оптимальный режим работы, приспособления поначалу использовались на гоночных автомобилях, благодаря чему начали применяться:

· жидкостное охлаждение стенок устройства;

· более совершенные виды масла;

· жаростойкие материалы для изготовления корпуса.

Кроме грузовых и легковых автомобилей с мощностью мотора, превышающей 80 кВт, система нашла применение на тепловозной, дорожно-строительной технике и на судовых двигателях с увеличенным рабочим объемом от 150 кВт.

Принцип действия автомобильной турбины

Суть работы турбонагнетателя заключается в увеличении производительности маломощного движка с минимальным количеством цилиндров и небольшим объемом топлива путем вторичного использования выхлопных газов. Результаты могут быть потрясающими: например, литровый трехцилиндровый мотор способен выдать мощность в 90 лошадиных сил без дополнительного объема топлива, причем с показателем высокой экологичности.

Работает система очень просто: отработанное топливо — газы — сразу не выходит в атмосферу, а попадает на ротор пристроенной к выхлопной трубе турбины, которая, в свою очередь, находится на одной оси с нагнетателем воздуха. Горячий газ раскручивает лопасти турбо-системы, а те приводят в движение вал, что способствует поступление воздуха в холодную улитку. Сжатый колесом воздух, поступая внутрь агрегата, действует на крутящий момент двигателя и под давлением, увеличивая объем газо-топливной жидкости, способствует увеличению мощности агрегата.

Получается, что для результативной работы движка нужно не больше бензина, а достаточное количество уплотненного воздуха (что совершенно бесплатно), который смешиваясь с топливом повышает его КПД (коэффициент полезного действия).

Конструкция турбокомпрессора

Преобразователь энергии представляет собой механизм, состоящий из двух составляющих: турбины и компрессора, играющих одинаково важную роль для усиления мощности двигателя любой машины. Оба устройства расположены на одной жесткой оси (вале), образующей вместе с лопастями (колесами) два идентичных ротора: турбинного и компрессорного, помещенных в корпуса, похожие на улиток.

· Горячая турбинная улитка (корпус). Принимает на себя выхлопные газы, приводящие ротор в движение. Для изготовления применяется сфероидный чугун, выдерживает сильный нагрев.

· Крыльчатка (колесо) турбины, жестко закрепленная на общей оси. Обычно нивелируется для предотвращения коррозии.

· Корпус центрального картриджа с подшипниками между колесами ротора.

· Холодная компрессорная улитка (корпус). После раскручивания вала отработанным топливом (газами) втягивает дополнительный объем воздуха. Зачастую изготавливается из алюминия.

· Крыльчатка (колесо) компрессора, сжимающая воздух и подающая его в систему впуска под большим давлением.

· Каналы подачи и слива масла для частичного охлаждения деталей, предотвращения LSPI (предварительного малоскоростного зажигания), уменьшения расхода топлива.

Конструкция помогает использовать кинетическую энергию от выхлопных газов для усиления мощности движка без дополнительного расхода топлива.

Функции турбины (турбокомпрессора)

Работа турбо-системы основана на усилении крутящего момента, способствующего повышению КПД мотора машины. Причем использование приспособления не ограничивается только легковым и грузопассажирским транспортом. В настоящее время турбокомпрессоры с размером колес от 220 мм до 500 мм применяются на многих промышленных машинах, судах, тепловозах. Это связано с некоторыми выгодами, которые получает техника:

· турбо-приспособление, при условии правильной эксплуатации, поможет в стабильном режиме максимально использовать мощность мотора;

· продуктивная работа двигателя окупится в течение полугода;

· расход горючего становится более рациональным при неизменном объеме мотора;

· коэффициент полезного действия движка возрастает почти в два раза.

И что немаловажно — выхлоп газов после вторичного использования становится намного чище, а значит не так пагубно влияет на окружающую среду.

Типы и характеристики турбокомпрессора

Агрегат, устанавливаемый на бензиновые конструкции — раздельный— оснащается двумя улитками, что способствует сохранению кинетической энергии от выхлопных газов и препятствует их повторному попаданию в двигатель. Для бензиновой конструкции требуется охладительная камера, которая понижает температуру впрыскиваемой смеси (достигающей до 1050 градусов) во избежание резкого преждевременного воспламенения.

Для дизельных моторов охлаждение в основном не требуется, регулировку температуры и давления воздуха обеспечивают сопловые аппараты, изменяющие геометрию за счет подвижных лопастей, способных менять угол наклона. Перепускной клапан с пневмо- или электроприводом в дизелях средней мощности (50-130 л. с.) корректирует настройки турбокомпрессора. А более мощные механизмы (от 130 до 350 л. с.) оснащаются устройством, регулирующим плавное (в два этапа) впрыскивание топлива в строгом соответствии с объемом поступающего в цилиндры воздуха.

Все турбокомпрессоры разделяются по многим основным признакам:

· по значению повышения КПД;

· максимальной рабочей температуре выхлопных газов;

· крутящему моменту ротора турбины;

· разнице давления нагнетаемого воздуха на входе и выходе из системы;

· по принципу внутреннего устройства (изменение геометрии сопла или двойная конструкция);

· по типу работы: осевой (подача вдоль вала к центру и вывод с периферии) или радиальной (действие в обратном порядке);

· по группам, разделенным на дизельные, газовые, бензиновые движки, а также по лошадиным силам агрегатов;

· по одноступенчатой или двухступенчатой системе наддува.

В зависимости от перечисленных качеств, турбокомпрессоры могут иметь существенную разницу в размерах, дополнительное оснащение и монтироваться различными способами.

Что такое турбо лаг (турбо-яма)?

Результативная работа турбонагнетателя начинается со средней скорости автомобиля, поскольку на малых скоростях устройство получает недостаточное количество выхлопных газов, необходимых для обеспечения высокого крутящего момента ротора.

При резком старте машины с места наблюдается точно такое же явление: авто не может взять мгновенный разгон, поскольку двигателю поначалу не хватает необходимого давления воздуха. На создание средних-высоких оборотов должно уйти какое-то время, обычно несколько секунд. Как раз в этот момент и происходит задержка старта, так называемая турбо-яма или турбо лаг.

Для решения этой проблемы на современные модели ТС устанавливается не одна, а две-три турбины, работающие в разных режимах. С турбо-ямами также успешно справляются подвижные лопасти, изменяющие геометрию сопла. Регулирование угла наклона лопаток колеса способно создавать в двигателе необходимое давление.

В чем разница между турбокомпрессором и турбонагнетателем (турбонаддув)?

Функция турбины заключается в создании крутящего момента ротора, имеющего общую ось с колесом компрессора. А последний, в свою очередь создает увеличенное давление воздуха, необходимого для продуктивного сжигания топливной смеси. Несмотря на схожесть конструкций, оба механизма имеют некоторые существенные отличия:

· Установка турбонаддува требует специальных условий и навыков, поэтому его монтируют либо на заводе, либо в специализированном сервисе. А компрессор любой водитель может установить самостоятельно.

· Стоимость турбо-системы намного выше.

· Обслуживание компрессора проще и дешевле.

· Турбины зачастую используются на более мощных двигателях, в то время как для компрессора достаточно мотора с небольшим рабочим объемом.

· Системе турбо постоянно требуется масло для охлаждения перегретых деталей. Компрессор в масле не нуждается.

· Турбокомпрессор способствует экономному потреблению топлива, а компрессор напротив — увеличивает его расход.

· Турбо работает на чистой механике, в то время как компрессору необходимо энергопотребление.

· Турбонаддув включается в работу под воздействием выхлопных газов, а компрессор — от вращения коленчатого вала.

Нельзя сказать, какая система лучше или хуже, это зависит от того, к какой езде привык водитель: для агрессивной — подойдет более мощное устройство; для спокойной — достаточно обычного компрессора, хотя сейчас они в отдельном виде практически не выпускаются.

Срок службы турбокомпрессора

Первые приспособления для наращивания мощности отличались частым выходом из строя и имели не самую надежную репутацию. Сейчас положение намного улучшилось, благодаря современным инновационным разработкам конструкции, использованию жаростойких материалов для корпуса, появлению новых видов масла, которое требует особо тщательного подбора.

В настоящее время эксплуатационный срок дополнительного узла может продолжаться до тех пор, пока мотор не изживет свои ресурсы. Главное — вовремя проходить техосмотры, которые помогут выявить малейшие неисправности на начальной стадии. Это существенно сэкономит время на устранение незначительных неполадок и деньги на ремонт.

На бесперебойную работу системы и продление ее жизни положительно влияет своевременная и систематическая смена воздушного фильтра и моторного масла.

Эксплуатация и техническое обслуживание автомобильных турбин

Сам по себе узел форсирования мощности в отдельном техобслуживании не нуждается, но его исправность напрямую зависит от текущего состояния двигателя. На появление первых проблем указывают:

· появление посторонних шумов;

· заметный расход моторного масла;

· выходящий из сопла синеватый или даже черный дым;

· резкое снижение мощности движка.

· вовремя очищать глушитель, фильтр и проверять состояние катализатора;

· постоянно поддерживать необходимый уровень масла;

· регулярно проверять состояние герметичных патрубков;

· перед началом эксплуатации прогревать двигатель;

· после агрессивной езды в течение 3-4 минут использовать холостой ход для охлаждения турбины;

· придерживаться рекомендаций производителя по использованию подходящих фильтра и марки масла;

· регулярно проходить ТО и следить за состоянием топливной системы.

Если же все-таки встанет вопрос о серьезном ремонте, то его нужно проводить только в специализированной мастерской. В сервисе должны быть идеальные условия по соблюдению чистоты, т. к. попадание пыли внутрь системы недопустимо. К тому же для починки потребуется специфическое оборудование.

Как увеличить срок службы турбокомпрессора?

Четкую и долгосрочную работу турбины обеспечивают три основных момента:

1. Своевременная замена воздушного фильтра и поддержание необходимого количества масла в моторе. Причем следует использовать только те материалы, которые рекомендует завод-изготовитель. Купить оригинальные продукты можно у официальных дилеров/представителей компании, во избежание приобретения подделок.

2. Резкая остановка после скоростной езды заставляет работать систему без смазки, поскольку колесо турбины продолжает крутиться по инерции, а масло из выключенного мотора уже не поступает. Это длится недолго, около полминуты, но такая постоянная практика приводит к быстрому износу шарикоподшипникового комплекса. Значит нужно либо постепенно снижать скорость, либо дать немного поработать движку вхолостую.

3. Не стоит резко давить на газ с места. Лучше набирать обороты постепенно, чтобы моторное масло успело хорошо смазать вращающийся механизм.

Правила очень просты, но их соблюдение наряду с рекомендациями производителя значительно продлят жизнь автомобиля. Как показывает статистика, полезных советов придерживается всего около 30% водителей, поэтому и жалоб на неэффективность приспособления довольно много.

Что может сломаться в турбокомпрессоре автомобиля?

Наиболее частые поломки связаны с некачественным моторным маслом и засоренностью воздушного фильтра.

Такое же действие оказывает масло сомнительного производства. Плохая смазка приводит к быстрому износу внутренних деталей, причем пострадать может не только дополнительный узел, но и весь двигатель.

При обнаружении первых признаков неисправности: появлении утечки смазки, нежелательной вибрации, подозрительно громких звуков — следует немедленно обратиться в сервис для проведения полной диагностики мотора.

Возможно ли отремонтировать турбину в автомобиле

Покупка каждой новой вещи, а тем более связанной с механизмами, сопровождается выдачей гарантийного талона, в котором производитель заявляет определенный срок безотказной службы устройства. Но водители в отзывах зачастую делятся разочарованиями, связанными с несоответствием заявленного гарантийного срока. Скорее всего, вина лежит не на изготовителе, а на самом владельце, который просто не придерживался рекомендуемых правил эксплуатации.

Если ранее поломка турбины означала затраты на новое приспособление, то на данный момент узел подлежит частичному восстановлению. Главное — вовремя обратиться к профессионалам, имеющим надлежащее оборудование и сертифицированные оригинальные компоненты. Ни в коем случае не стоит заниматься ремонтом самостоятельно, иначе придется менять не пару деталей, а весь мотор, а это уже будет стоить намного дороже.

Вопросы и ответы:

В чем разница между турбиной и турбокомпрессором? У этих механизмов разный тип привода. Турбина раскручивается потоком выхлопных газов. Компрессор непосредственно соединяется с валом двигателя.

Каков принцип действия турбокомпрессора? Привод турбокомпрессора срабатывает сразу же при запуске мотора, благодаря чему сила наддува напрямую зависит от оборотов мотора. Крыльчатка способна преодолевать большое сопротивление.

Чем отличается турбонаддув от турбонагнетателя? Турбонаддув это не что иное, как обычная турбина, работающая от силы потока выхлопа. Турбонагнетатель это турбокомпрессор. Хотя он проще в установке, он стоит дороже.

Для чего нужен турбокомпрессор? Этот механизм, как и классическая турбина, использует энергию самого мотора (только в этом случае кинетическую энергию вала, а не выхлопных газов) для усиления потока поступающего свежего воздуха.

Воплощение идеи по использованию выхлопных газов с целью разгона ротора позволила увеличить мощность дизельного мотора примерно на 30%. Мотор, на который установлен турбонаддув, называется турбодизелем.

Устройство турбины дизельного двигателя

Турбокомпрессор выполняет задачу по нагнетанию воздуха под давлением в цилиндры мотора: чем больше будет воздуха, тем больше топлива силовой агрегат сможет сжечь, что, в свою очередь, приведет к увеличению мощности двигателя без увеличения объема имеющихся цилиндров.

Чтобы выполнять возложенные функции с необходимой эффективностью, турбонаддув имеет особую конструкция, состоящую из двух элементов:

Главная функция компрессора заключается в усилении поступления воздуха в топливную систему. Составные части компрессора находятся в алюминиевом корпусе. Внутри него располагается ротор, закрепленный на оси турбины. Вращаясь, ротор вбирает воздух: большая скорость вращения приводит к большему количеству попавшего внутрь воздуха. Для набора скорости существует турбина.

Турбина состоит из корпуса с ротором внутри. Поскольку все элементы устройства взаимодействуют с газами высокой температуры, они изготавливаются из специальных материалов, невосприимчивых к такому воздействию.

Как работает турбина на дизельном двигателе

Ротор и ось, на которой он закреплен, вращаются в разных направлениях. Частота вращения довольно велика, поэтому элементы плотно прижимаются друг к другу.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе следующий:

компрессор обеспечивает поступление воздуха из окружающей среды, который смешивается с дизельным топливом и затем направляется в цилиндры;
топливно-воздушная смесь загорается, начинают двигаться поршни. По ходу этого процесса образуются газы, поступающие в выпускной коллектор;
скорость движения газов, оказавшихся в корпусе, значительно возрастает. Вступая во взаимодействие с ротором, они приводят его во вращающееся положение;
вращение передается компрессорному ротору (за это отвечает вал), который снова втягивает новую порцию воздуха.

Таким образом, принцип работы основывается на взаимосвязи: чем сильнее вращается ротор, тем больше поступает воздуха, но при этом ротор увеличивает скорость вращения, если количество воздуха возрастает.

Как работает турбонаддув

Чтобы разобраться в работе турбонаддува, для начала следует уяснить понятия турбоподхвата и турбоямы.

Турбоподхват – ситуация, когда набравший скорость ротор увеличивает поступление воздуха в цилиндры, следствием чего становится повышение мощности двигателя.

Турбояма – момент небольшой задержки, наблюдаемый в работе турбины при увеличении количества поступившего горючего, что достигается нажатием на педаль газа. Задержка вызвана временем, которое нужно ротору для его разгона газами.

Турбонаддув увеличивает давление отработанных газов за счет более интенсивной работы двигателя. В то же самое время повышается и давление наддува: этот процесс требует контроля и регулировки, поскольку при достижении высоких значений велика вероятность поломки. Функции регулировки давления возложены на клапан, контролем предельно возможных значений занимаются мембрана и пружина с определенными значениями жесткости (когда достигается максимально допустимая величина, мембрана открывает клапан).

Работа турбины дизельного двигателя также требует контроля давления:

компрессор через клапан, дабы снизить давление, сбрасывает лишний забранный воздух;
когда давление поступившего воздуха достигает максимально допустимой величины, клапан выпускает газы, и ротор вращается с требуемой скоростью, а компрессор всегда забирает только нужное количество воздуха.

Минусы использования турбокомпрессора

Казалось бы, установка турбодизеля влечет за собой сплошные преимущества, но это не так. У устройства есть определенные недостатки:

возрастает расход топлива, что особенно ощущается при неправильной регулировке системы;
температура в процессе сжатия повышается, что может привести к детонации. Чтобы избежать такой неприятности, необходим монтаж регуляторов, охладителей и ряда других элементов.

Турбированный мотор: правила эксплуатации

Чтобы дизельная турбина работала с максимальным КПД и как можно дольше не выходила из строя, нужно придерживаться определенных правил в процессе эксплуатации автомобиля:

придерживаться графика замены масла, что позволит не допустить засорения маслопровода абразивами;
использовать качественное моторное масло, соответствующее по характеристикам в паспорте двигателя;
не трогаться сразу после включения мотора – движок должен быть прогрет;
сразу после прекращения движения не выключать двигатель, дав ему хотя бы 10 секунд поработать на холостых оборотах.

Как работает турбина: видео

Турбокомпрессор — устройство, которое позволяет примерно на 30% увеличить мощность мотора, при этом отсутствует необходимость физически увеличивать объём цилиндров. Такие агрегаты установлены практически на всех современных автомобилях, вне зависимости от типа используемого топлива. Ниже подробнее расскажем об устройстве и работе турбины дизельного двигателя, а также обрисуем минусы этого устройства и самые распространённые поломки.

Устройство и особенности турбины

По своей сути компрессор — это насос, его единственная задача заключается в подаче сжатых атмосферных воздушных масс в цилиндры. Кислород необходим для сжигания топлива, чем больше его поступит, тем больше силовой агрегат сможет сжечь. В результате это приводит к значительному увеличению мощности движка без физического увеличения объёма или количества цилиндров. Система турбонаддува состоит из следующих компонентов:

корпус компрессора;
корпус турбины;
корпус подшипников;
компрессорное колесо;
турбинное колесо;
ось или вал ротора.

В турбонаддуве основным элементом выступает ротор, который защищается корпусом и крепится к специальной оси. И сам ротор, и корпус турбины изготавливаются из термостойких сплавов — это необходимо из-за того, что они находятся в постоянном контакте с газами высокой температуры.

Ротор и крыльчатка вращаются в разных направлениях с большой скоростью — такое решение обеспечивает их плотный прижим друг к другу. Принцип работы в следующем:

Благодаря такому принципу и обеспечиваются вращение турбины. Что касается оси турбонагнетателя, то она крепится на специальных подшипниках скольжения и смазывается за счёт поступления жидкости из моторного отсека. Утечка смазочной жидкости предотвращается благодаря наличию прокладки и уплотнительным кольцам. Кроме того, дополнительную герметизацию обеспечивают смешанные и отдельные потоки отработанных газов и воздуха. Такое технологическое решение не обеспечивает гарантии в 100%, что выхлоп не попадёт в сжатый воздух, однако система этого и не требует.

Что ещё входит в систему турбонаддува

Турбина — сложный агрегат, инженерам потребовалось несколько десятилетий, чтобы довести систему до ума. Только на первый взгляд решение компенсировать потери КПД за счёт выхлопных газов кажется простой. Даже после создания устройства у него долгое время наблюдались определённые проблемы.

Например, не удавалось решить проблему турбоямы — задержки после нажатия на педаль газа и запуском ротора. Решение нашлось в виде использования двух клапанов. Один из них использовался для вывода излишек воздуха, а второй предназначался для выхлопных газов. Кроме того, современные турбины имеют изменённую геометрию лопаток, что серьёзно их отличает от подобных устройств второй воловины XX столетия.

Можно выделить ещё одну проблему, которая заключалась в излишней детонации — с ней тоже успешно справились современные инженеры. Проблема заключалась в том, что температура в рабочих секторах цилиндров резко увеличивалась во время нагнетания воздуха, особенно в последней стадии такта. Решение нашлось в установке интеркулера (промежуточного охладителя воздуха).

Интеркулер — устройство для охлаждения наддувочного воздуха. Он выполняет сразу две функции — препятствует детонации и не даёт уменьшиться плотности воздуха. В результате удалось сохранить работоспособность всей системы.

Также стоит отметить и другие важные составляющие турбины.

Регулировочный клапан. Отвечает за поддержание заданного уровня давления, излишки давления поступают в приёмную трубу.

Перепускной клапан. Используется для вывода излишних воздушных масс обратно во впускные патрубки — это нужно для снижения мощности при её избытке.

Стравливающий клапан. Если дроссель закрывается и нет датчика массового расхода воздуха, клапан будет возвращать излишки воздуха обратно в атмосферу.

Патрубки. Герметичные отрезки трубы. Одни используются для подачи воздуха, вторые для подачи смазочного масла.

Выпускные коллекторы. Должны быть совместимы с турбокомпрессором.

Принцип работы

Для начала нужно разобраться с двумя терминами.

Турбоподхват — состояние, при котором быстро вращающийся ротор увеличивает подачу воздуха в цилиндры, благодаря чему повышается мощность силового агрегата.

Турбояма — короткая задержка, которая возникает в работе турбины при повышении количества поступившего топлива во время нажатия педали газа. Задержка появляется из-за того, что ротору необходимо некоторое время, пока газы его не разгонят.

Турбонаддув повышает давление выхлопных газов за счёт более интенсивной работы мотора, но в то же время увеличивается и давление наддува. При достижении критических величин может произойти поломка, а потому этот процесс необходимо контролировать. За регулировку давления отвечают клапана, а мембрана и пружина следят за предельно допустимыми значениями. При достижении определённой величины мембрана открывает клапан для стравливания давления.

Работа турбины на дизельном двигателе нуждается в контроле давления, который осуществляется следующими процессами:

если поступило слишком много воздуха, компрессор (используя клапан) освобождается от излишков;
клапан стравливает давление в случаях, когда воздуха поступило слишком много — при этом агрегат работает стабильно и забирает ровно столько воздуха, сколько требуется.

Работа турбокомпрессора на дизельном двигателе

Работа осуществляется по следующие схеме:

Компрессор нагнетает сжатый атмосферный воздух.
Воздушная масса смешивается с топливом и поступает в цилиндры.
Полученная топливно-воздушная смесь воспламеняется, что приводит поршни в движение.
Параллельно с этим процессом появляются отработанные газы, которые направляются в выпускной коллектор.
Скопившиеся в корпусе газы значительно увеличивают скорость.
Вращение переходит (по валу) на компрессорный ротор, он втягивает новую порцию воздуха.

Получается интересное взаимодействие. Ротор вращается быстрее — больше поступает воздуха. Чем больше воздуха поступает — тем быстрее вращается ротор.

Минусы турбины на дизельном двигателе

Как и любое устройство, у турбины есть свои положительные характеристики (которые были описаны выше), так и недостатки. К минусам можно отнести в первую очередь увеличенный расход топлива, особенно это касается неправильно отрегулированных агрегатов. Второй минус — чувствительность к качеству топлива, что особенно актуально в российских условиях. Дело в том, что некачественный дизель может привести к детонации. Отметим и другие недостатки:

общее удорожание двигателя;
повышенная требовательность к моторному маслу;
масло и фильтры приходится менять чаще (примерно каждые 5-6 тыс. км);
нужно часто менять воздушный фильтр;
ресурс турбины на дизельном двигателе значительно ниже, чем на бензиновом (из-за более высокой температуры выхлопа);
средний ресурс агрегата составляет 200-250 тыс. км, после чего потребуется замена или, как минимум, капитальный ремонт;
достаточно сложный ремонт, провести его среднестатистическому автовладельцу самому не получится.

Однако стоит отметить, что плюсы всё-таки перевешивают минусы. В противном случае турбины не пользовались бы такой большой популярностью.

Основные неисправности — признаки и причины

Сразу стоит оговориться, что основная причина поломок — это несвоевременное техническое обслуживание агрегата, его рекомендуется проводить минимум один раз в год. Следующая причина — низкое качество масла, либо его несвоевременная замена. Третья — попадание в устройство посторонних предметов (например, мелких камушков). Наконец, четвёртая — банальный износ отдельных компонентов турбины, ведь у каждого оборудования есть свой срок эксплуатации. Теперь опишем признаки, которые могут говорить о неисправности.

Чёрный дым из выхлопной трубы. Топливо сгорает в интеркулере или нагнетающей магистрали. Скорее всего — неисправность системы управления.

Сизый дым. Возможно, из-за нарушения герметизации турбины масло просачивается в камеру сгорания.

Белый дым. Сливной маслопровод загрязнился, потребуется его чистка.

Повышенный расход топлива. Воздух не доходит до компрессора.

Увеличен расход масла. Нужно проверить стыки патрубков — возможно, нарушена герметичность.

Уменьшение динамики разгона. Скорее всего вышла из строя система управления, из-за чего возник недостаток кислорода.

Посторонний свист, скрежет или шумы. Это может быть изменение зазора ротора, дефект в корпусе, утечка воздуха между двигателем и турбиной, либо загрязнение маслопровода.

Всегда нужно соблюдать правила эксплуатации агрегата — это снизит вероятность появления поломки и продлит срок службы устройства. Следует придерживаться нескольких простых правил:

следите за качеством топлива и масла;
не забывайте вовремя менять масло и фильтры;
начинайте движение только после того, как движок прогреется;
после прекращения движения нужно дать мотору поработать на холостых, а не сразу его выключать.

И, конечно же, следует регулярно проходить ТО.

Что делать, если турбина сломалась

Если обнаружилась неисправность первое, что нужно сделать — провести диагностику. Причём чем раньше, тем лучше. Если вовремя заменить неисправную деталь, удастся избежать более серьёзных проблем. Например — зачастую автовладелец не обращает внимание на лёгкое постукивание думая, что это не имеет значения, в результате через какое-то время приходится покупать новую турбину, хотя изначально можно было обойтись небольшим ремонтом.

5 причин обратиться именно к нам:

В наличие высокоточное диагностическое оборудование (стенды Bosch и Delphi);
В штате — специалисты с большим практическим опытом подобных работ.
Быстрый ремонт в течение дня без потери в качестве.
Используем только оригинальные комплектующие и ремкомплекты.
Предоставляем официальную гарантию на комплектующие и выполненный ремонт.

При первых признаках дефекта — обратитесь к нам. Установим причину неисправности и предложим эффективный, экономичный способ её решения.