Устройство турбины на пальцах

Правила эксплуатации

Чтобы в полной мере использовать ресурс турбины дизельного мотора и продлить ее срок службы, необходимо выполнять ряд условий:

• Регулярно менять масло в системе, чтобы не допустить попадания абразива в маслопровод и его засорения.
• Применять только качественное масло, имеющее сертификат, той марки, которая соответствует указанной в паспортных данных двигателя.
• Прогревать мотор перед началом движения и не давать холодному двигателю высоких нагрузок.
• Никогда резко не отключать движок, а после остановки автомобиля давать ему возможность поработать несколько секунд на холостых оборотах.

Необходимость проверить турбину дизельного двигателя своими руками может возникнуть по ряду причин. Выполнение диагностики турбокомпрессора на СТО зачастую потребует определенных финансовых затрат, так как специалисты в большинстве случаев подключают диагностическое оборудование, снимают турбину с двигателя для проверки.

Чтобы выявить неисправности самостоятельно без снятия турбины, можно воспользоваться несколькими способами диагностики. На проблемы с турбокомпрессором могут указывать следующие прямые или косвенные признаки, которые проявляются в процессе работы силового агрегата:

• появление черного, сизого или синеватого дыма выхлопа;
• дизель шумно работает в разных режимах под нагрузкой;
• повышается температура, мотор склонен перегреваться;
• возрастает расход горючего и моторного масла;
• двигатель теряет мощность, падает тяга и динамика;

В самом начале стоит отдельно отметить, что подобные симптомы могут возникать не только по причине неисправностей турбины, но данный элемент также находится в списке.

Читайте в этой статье

На начальном этапе диагностики следует проверить уровень и качество дизельного моторного масла. Также необходимо исключить возможное попадание сторонних предметов в турбокомпрессор.

Далее приступаем к анализу цвета выхлопных газов. Падение мощности и черный цвет выхлопа дизеля говорит о переобогащении смеси. Это может указывать на недостаточное количество подаваемого в цилиндры воздуха по причине неисправностей во впуске. Тяга дизельного мотора может также пропадать в результате утечек на выпуске.

Для проверки мотор необходимо завести и оценить звуки в процессе работы турбокомпрессора. Турбина не должна свистеть или скрипеть, не должно быть звука прорывающегося воздуха через соединения. Нужно проверить состояние и герметичность соединений патрубков, по которым осуществляется подача воздуха. Любые неплотности или повреждения недопустимы. Также обязательно проверяется состояние воздушного фильтра, так как загрязнение и снижение его пропускной способности приведет к недостаточной подаче воздуха в цилиндры.

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Не один десяток лет потребовался инженерам, чтобы создать действительно эффективно работающий турбокомпрессор. Ведь это только в теории всё выглядит гладко: от преобразования энергии отработанных газов можно «вернуть» утерянный процент КПД и значительно увеличить мощность двигателя (например, со ста до ста шестидесяти лошадиных сил). Но на практике подобного почему-то не получалось.

Кроме того, при резком нажатии на акселератор приходилось ждать увеличения оборотов мотора. Оно происходило только через некоторую паузу. Рост давления выхлопных газов, раскрутка турбины и загонку сжатого воздуха происходили не сразу, а постепенно. Данное явление, именуемое «turbolag» («турбояма») никак не удавалось укротить. А справиться с ним получилось, применив два дополнительных клапана: один – для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. А другой клапан – для отработанных газов. Да и в целом, современные турбины с изменяемой геометрией лопаток даже своей формой уже значительно отличаются от классических турбин второй половины ХХ века.

Дизельный турбокомпрессор «Бош»

Другая проблема, которую пришлось решать при развитии технологий дизельных турбин, состояла в избыточной детонации. Детонация эта возникала из-за резкого увеличения температуры в рабочих полостях цилиндров при нагнетании туда дополнительных масс сжатого воздуха, особенно на завершающей стадии такта. Решать данную проблему в системе призван промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер).

Интеркулер – это не что иное, как радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. Кроме снижения детонации, он снижает температуру воздуха ещё и для того, чтоб не снижать его плотность. А это неизбежно во время процесса нагрева от сжатия, и от этого эффективность всей системы в значительной степени падает.

Кроме того, современная система турбонаддува двигателя не обходится без:

• регулировочного клапана (wastegate). Он служит для поддержания оптимального давления в системе, и для его сброса , при необходимости, в приёмную трубу;
• перепускного клапана (bypass-valve). Его предназначение – отвод наддувочного воздуха назад во впускные патрубки до турбины, если нужно снизить мощность и дроссельная заслонка закрывается;
• и/или «стравливающего» клапана (blow-off-valve). Который стравливает наддувочный воздух в атмосферу в том случае, если дроссель закрывается и датчик массового расхода воздуха отсутствует;
• выпускного коллектора, совместимого с турбокомпрессором;
• герметичных патрубков: воздушных для подачи воздуха во впуск, и масляных – для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Принцип работы автомобильного турбокомпрессора

Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры. Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

• при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
• поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
• так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.

Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.

Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Турбированный двигатель, плюсы и минусы

Сначала о преимуществах:

1. Возможность с малого объема “выжать” большую мощность, зачастую это 100 л.с. на каждый литр объема.
2. Крутящий момент уже с холостых оборотов дает уверенную тягу, но только в случае, если турбина маленькая, она раскручивается быстрее.
3. Диапазон крутящего момента широкий.
4. Расход топлива, при одинаковой мощности с атмосферным моторов, явно ниже.
5. Возможность увеличивать мощность с помощью прошивки на 20-30% без вреда ресурсу и комфорту движения.

Недостатки:

1. Ресурс турбины современных авто едва достигает 100 тыс.км.
2. Возникновение «турбоямы», процесса между провалом и резким набором скорости из-за ожидания раскрутки турбины.
3. Стоимость ремонта дороже, обслуживать двигатель нужно чаще.
4. Возрастает потребность в качественном масле и топливе.

Турбонаддув своими руками

Наверное, ни один автолюбитель не откажется увеличить мощность двигателя своей машины. Сделать это можно разными способами. Некоторые из них трудоемки, некоторые — не очень. Сегодня речь пойдет об увеличении мощности мотора относительно легким способом: установкой турбонаддува своими руками.

1 Что такое турбокомпрессор из чего он состоит
2 Преимущества и недостатки компрессора в автомобиле
3 Подготовка к установке турбонаддува своими руками
4 Как установить турбонагнетатель

4.1 Инструменты и расходные материалы
4.2 Последовательность операций при установке турбонаддува
4.3 Видео: монтаж турбонаддува на ВАЗ 2109

5 Важные моменты работы с турбированным двигателем

Механический турбокомпрессор для легкового автомобиля

Если коротко, турбокомпрессор — это устройство для нагнетания сжатого воздуха в цилиндры двигателя.

Схема стандартного механического компрессора для легковых автомобилей

А теперь разберемся с этим устройством подробнее.

Схема движения воздуха и выхлопных газов в механическом компрессоре

Мотор работает, потому что в нем постоянно горит топливно-воздушная смесь подается в цилиндры. Оптимальное соотношение топлива и воздуха в этой смеси зависит от типа двигателя. Размеры цилиндров тоже важны, именно они ограничивают объем подаваемой смеси. Турбокомпрессор устраняет это ограничение. Во время такта впуска он подает в цилиндры больше воздуха, дополнительно обогащая смесь. Сгорая, она выделяет намного больше энергии, увеличивая мощность двигателя на 20-40%. Турбокомпрессоры бывают двух типов:

Механические.
Электрические.

Механический турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов: они подаются на крыльчатку турбины, заставляя ее вращаться. На том же валу располагаются лопасти компрессора, которые и создают необходимый поток воздуха, нагнетаемого в цилиндры.

Электрические турбокомпрессоры появились относительно недавно. Они не используют в работе выхлопные газы. Давление эти устройства нагнетают с помощью отдельных компактных электрических компрессоров.

На первый взгляд может показаться, что никаких проблем из-за установка турбонаддува возникнуть не должно. Но это не так. Это устройство имеет несколько минусов, а в особо тяжелых случаях может представлять реальную опасность для водителя. Преимущества турбины очевидны:

мощность двигателя увеличивается на 20-45% (степень увеличение мощности зависит как от объема и типа двигателя, так и от модели компрессора);
механический компрессор повторно использует выхлопные газы, а значит, приносит пользу окружающей среде;

А теперь переходим к минусам.

так как топливно-воздушная смесь становится более обогащенной, температура ее горения увеличивается. Двигатель нагревается сильнее, в результате чего быстрее прогорают поршни и клапаны, быстрее изнашивается система охлаждения;
двигатель с перегревшимся компрессором может взорваться. В буквальном смысле слова;

даже если ничего из вышеперечисленного не произошло, использование турбокомпрессора значительно сокращает срок службы любого двигателя;

Сначала перечислим все, что нужно для работы.

Последовательность операций при установке турбонаддува

Воздушный фильтр автомобиля откручивается и снимается

с помощью рожковых ключей откручиваются все воздушные патрубки и промываются в керосине (если эта операция невозможна, сняты патрубки можно протереть тряпкой, смоченной в бензине, а керосин все-таки предпочтительнее);

Воздушные патрубки машины снимаются и очищаются керосином

с помощью проволоки прочищаются все каналы, по которым в двигатель поступает воздух;

Трубки воздушных каналов двигателя очищаются проволокой

турбокомпрессор подключается к системе подачи воздуха и надежно фиксируется;

Турбокомпрессор устанавливается на систему подачи воздуха

патрубки для нагнетания воздуха и для выхода отработанных газов также фиксируются специальными хомутами;

Патрубки входной и выхлопной систем фиксируются хомутами

вал турбокомпрессора несколько раз прокручивается вручную, одновременно с этим в устройство заливается немного турбинного масла. Ротор турбины при этом не должен останавливаться;

Масло в турбокомпрессор заливается с помощью воронки

воздушный фильтр, карбюратор и патрубки устанавливаются на штатные места, после чего двигатель автомобиля запускается на невысоких оборотах. Машине надо дать поработать как минимум 15 секунд, после чего провести повторный осмотр двигателя;

Устройство и особенности турбины

Агрегат состоит из двух устройств — турбины и компрессора. Задача первой преобразовывать энергию выхлопных газов, а второго — подавать сжатый воздух в цилиндры. «Крыльчатки» — главные составляющие части этой системы, представляют собой два лопастных колеса (компрессорное и турбинное).

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:

1. Отработанные газы поступают в выпускной коллектор.
2. Затем — в специальный канал, расположенный в корпусе нагнетателя, который выполнен в форме улитки.
3. В «улитке» газы разгоняются до большой скорости и подаются на ротор.

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.

Газотурбинные двигатели в промышленности

При нефтедобыче и переработке активно используются также газотурбинные двигатели. Газотурбинный двигатель представляет собой сложную установку – это тепловое оборудование, внутри которого газ сжимается, затем нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа создает вращение турбины. Такие двигатели лучше поршневых, так как все процессы в них более эффективны благодаря тому, что они происходят в потоке движущегося газа.

Принцип действия газотурбинного двигателя сводится к тому, что из компрессора воздух подается в камеру сгорания, затем туда же подается топливо. В камере сгорания образуются газообразные продукты разного вида, находятся они под давлением. После этого в турбине двигателя энергия газообразных продуктов создает механическую работу, и турбина начинает вращаться. Полезной работой двигателя считается работа, которая выполняется приводимым агрегатом.

Преимуществом газотурбинного двигателя можно назвать то, что он обладает самой большой мощностью, она может достигать 6 кВт/час. Это наибольший показатель среди аналогов. Кроме того, такой агрегат способен работать с разными видами топлива – бензином, керосином, мазутом, природным газом, спиртом или измельченным углем. Данное оборудование широко применяется в сфере нефте- и газодобычи.

Комплексное охлаждение маслом и антифризом

Преимуществом этого варианта становится большая эффективность получаемого охлаждения. Существенный недостаток — усложнение конструкции турбонагнетателей, что повышает их стоимость.

Турбина с масляным и водяным охлаждением

Устройство турбонаддува в варианте охлаждения турбин антифризом и маслом более сложное, поскольку в нем имеется отдельный масляный контур, а также система с охлаждающей жидкостью. Зато повышается эффективность работы, устраняются проблемы закипания масла.

Для такого турбонагнетателя масло служит, как и прежде, для охлаждения и смазки подшипников, а антифриз, подаваемый из общей цепи охлаждения двигателя, предотвращает перегрев и не дает закипать маслу. Из-за такой сложности увеличивается цена турбонагнетателя.

Условия нормальной работы турбонаддува

Как и любой узел двигателя, турбокомпрессор требует соблюдения определенных правил эксплуатации. В противном случае увеличение мощности становится незначительным, а потребление горючего резко возрастает. Приведем несколько основных нюансов, которые обязательно стоит учитывать владельцам турбированных автомобилей. 

 1. Когда коленвал мотора вращается, а масляная помпа нагнетает масло, принцип работы турбины двигателя полностью соблюдается. Однако в момент остановки агрегата обездвиживается и жидкостный насос, что приводит к моментальному падению давления масла в системе до нулевой отметки. В то же время вал с крыльчаткой нагнетателя, имеющий весьма приличный вес, по инерции продолжает вращаться на высоких оборотах. При этом так называемый масляный «клин» уже отсутствует, смазывающий материал приобретает полужидкую или пограничную консистенцию. Это вызывает в подшипниках перегрев, в результате которого они часто заедают. Кроме того, если моторное масло давно не менялось, оно тоже вызывает интенсивный износ элементов системы. И особенно тех же самых подшипников качения, испытывающих большие нагрузки. 

 2. Выводы из описанной ситуации закономерны: чтобы в то время, как работает турбина и после остановки двигателя не возникало проблем, нужно вовремя менять моторное масло. А заодно и фильтр. Помимо этого, заливать в агрегат следует только ту смазку, которая специально предназначена для турбодвигателей. Выбрать ее из широкого спектра предлагаемых сегодня хороших масел – дело пары минут. 

 3. В дороге может случиться что угодно, в том числе и «погнать» масло. В таких случаях вполне допустимо долить любую смазку, лишь бы доехать до места ремонта. Однако при этом гнать ни в коем случае нельзя: если «сердце» автомобиля и перетерпит неизвестную марку масла, то система турбонагнетания вряд ли. Разумеется, по приезду домой следует сразу же слить весь смазывающий материал и залить рекомендованный производителем. Причем весьма желательно произвести замену и масляного фильтра, так как его активные элементы тоже способны пострадать от непривычной смеси. 

 4. Данное условие нормальной работы турбонагнетателя можно с уверенностью назвать самым главным. Как известно, для двигателя есть два очень ответственных момента – запуск и остановка. А в момент старта в агрегате масло имеет высокую степень вязкости, из-за чего с трудом прокачивается по тепловым зазорам. И даже если мотор частично прогрелся, тепловое расширение у компонентов турбокомпрессии будет разным. По этой причине перед началом поездки следует хорошенько прогреть двигатель – тем самым водитель обеспечивает и эффективную работу турбины. 

Во-вторых, во время остановки не рекомендуется сразу же глушить мотор. Он должен на холостом ходу поработать хотя бы пару минут, причем зимой этот временной интервал должен составлять минимум 5 мин. Это нужно для того, чтобы крыльчатка, насаженная на вал с подшипниками, снизила свое вращение до минимального показателя. Кроме того, требуется время, чтобы сильно нагретые во время интенсивной работы вал и крыльчатка постепенно остыли. Этому процессу будет способствовать и масло, по-прежнему нагнетаемое с большой интенсивностью: оно охладит вал и подшипники, при этом само не успеет нагреться. 

Если не соблюдать данное правило, то при внезапной остановке двигателя поступление масла в систему прекратится, а очень нагретая крыльчатка нагнетателя отдаст почти все свое тепло валу. В итоге масло, обволакивающее компоненты компрессора, разогреется до температуры, близкой к температуре возгорания. При этом начинает интенсивно образовываться нагар в месте «посадки» уплотнительного кольца. Несколько меньше этот процесс касается корпуса турбины и подшипников качения. И спасти систему от поломки сможет только масло, предназначенное для турбированных двигателей – оно рассчитано на большую рабочую температуру, чем стандартная синтетика и полусинтетика. Однако даже такая смазка имеет предел своих возможностей. 

 

Существует два типа монтажных комплектов ГБО для данных типов двигателей.

1

Комплект разработан под конкретный автомобиль и имеет определенный код, присутствует монтажная схема и готовая прошивка без возможности ее изменения.

Эти комплекты выпускают самые известные и премиальные бренды, такие как Prins(Голландия) и BRC(Италия).

Конечно, готовая прошивка от производителя ГБО, для разработки которых используются специальные стенды — это большой плюс, но есть и минусы — мы ограничены списком переводимых двигателей на газовый вид топлива. Существует таблица автомобилей, на которые есть готовые решения, но, к сожалению, мы ограничены этим списком, но он постоянно пополняется.

2

Универсальный комплект ГБО для двигателей с непосредственным впрыском топлива.

Он покрывает минусы варианта исполнения комплектов, описанных выше, но также имеет свои нюансы. После установки газового оборудования на автомобиль заливается прошивка, она универсальная и корректная настройка зависит только от мастерства и профессионализма мастера, также никто из клиентов не застрахован от того, какие форсунки или редуктора достанет мастер со своего склада.

Это и есть тот минус, о котором мы писали выше, плюсом же является то, что список автомобилей, на которые можно установить данное оборудование, существенно больше. В частности, это практически вся VAG группа, а также такие гиганты как BMW, Volvo, Toyota, Honda, Nissan, Mitsubishi и т. д.

Получить консультацию ➔

Классический турбонаддув

Конструкция турбонагнетателя в форме улитки была разработана в середине прошлого века и до сих пор используется многими автопроизводителями. Состоит она из так называемой улитки, внутри которой находятся две крыльчатки. Эти крыльчатки контактируют с горячими отработанными газами, приходят в движение, после чего начинают загонять воздух обратно в двигатель, повышая его давление и обеспечивая максимально возможную отдачу.

До недавнего прошло в почете были крупноразмерные классические турбины улитки, которые позволяли поднять мощность двигателя до 450 лошадиных сил. Однако подобные конструкции всё же имели определенные недостатки. Дело в том, что их установка на двигателе существенно уменьшала моторесурс мотора, кроме того такая конструкция не отличалась надежностью и требовала частого ремонта. Да и размеры такого турбонагнетателя были таковы, что расположить двигатель с дополнительной турбо в небольшом подкапотном пространстве было затруднительно.

Эксплуатация турбины

Устройство турбокомпрессора делает его зависимым от качества масла, поэтому пытаться сэкономить на нем не стоит. Несвоевременно поменянное масло может стать причиной нарушений в работе механизма.

Автомобиль, оснащенный турбиной, нуждается после покупки в замене масла и тщательной прочистке топливной системы, при этом смешивать разные масла нельзя.

После продолжительной поездки сразу глушить двигатель не рекомендуется, дав ему немного поработать и охладиться. Резкое выключение может сказать на снижении прочности элементов конструкции, вызванном перепадом температуры.