Avto505.ru

Авто 505
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Когда включается турбина на бензиновом двигателе

Как работает турбина на бензиновом двигателе: схема работы, видео

Во взлетающей ракете происходит те же процессы, что и в авто, но никто не пытается с комфортом запускать ее ежедневно, она одноразовая. Турбина является компромиссным решением, принятым на вооружение большинством производителей авто, одновременно поднимающим мощность на 10-100%, при этом не нанося вреда другим механизмам.

Конечно, запас прочности самой турбины не особо велик, требует профессионального обслуживания и периодической замены, но это рабочее решение, доступное и эффективное не только для гоночных машин, но любого авто.

Сей пост писал не я, взял с volvoclub.ru писал ШВЕД.
Мне понравилось и я решил поделиться с вами ,может кому будет тоже интересно.

немного простой теории: двигатель внутреннего сгорания (ДВС) основан на преобразовании внутренней энергии топлива в кинетическую энергию расширения сгорающих газов. грубо: бензин сгорает и выделяет энергию с помощью которой автомобиль крутит колеса.
горение — это процесс окисления который возможен только в присутствии кислорода. автомобили используют атмосферный кислород. известно что наиболее оптимальное горение происходит тогда когда количество топлива и воздуха находится в строго определенной пропорции (1:14.7). т.е. имея 1 единицу топлива и 14.7 единиц воздуха можно получить максимальную энергию. если вы хотите сжечь больше топлива то необходимо иметь больше воздуха — но в той же пропорции.

теперь вернемся к авто. чтобы автомобиль выдавал бОльшую мощность нам нужно сжечь больше топлива. на самом деле это самая простая истина которую все забывают когда задаются вопросом «а как сделать зажигалку которая бы жрала 1 литр на 100км» ))) чудес не бывает. итак чем больше топлива сжигаем — тем больше мощность.

однако как написано было ранее сжечь много топлива можно тогда когда есть достаточное количество кислорода (читай воздуха). на сегодняшний день пожалуй самым эффективным способом увеличения мощности является наддув воздуха для того чтобы можно было сжечь больше бензина (конечно было бы замечательно иметь в автомобиле огромную цистерну жидкого кислорода который бы подавался в цилиндры для горения ))) но это невозможно по техническим соображениям и соображениям безопасности)
поэтому мы довольствуемся малым — наддув воздуха.
/* «берегите деревья — они выделяют кислород так необходимый нашим двигателям» ) */
обеспечить подачу воздуха в двигатель под давлением выше атмосферного (отсюда термин «избыточное давление») помогают два класса девайсов: (а) турбины (=турбокомпрессоры) и (б) компрессоры.
эти два класса устройств решают одну и ту же задачу но разными способами с точки зрения технического устройства. как следствие имеют различные характеристики и области применения.

в двух словах турбина состоит из нескольких частей:

1. центрального картриджа в котором зафиксирован вал на подшипниках
2. холодной крыльчатки (крепится на один конец вала)
3. горячей крыльчатки (крепится на противоложный конец вала)
4. холодной улитки-воздуховода в которой будет крутиться холодная крыльчатка
5. горячей улитки в которой будет крутиться горячая крыльчатка

холодная и горячая улитки крепятся к картриджу. в сборе получается вот так:

на рисунке слева — холодная улитка. справа — горячая.

3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
как это все работает?
на атмосферных автомобилях отработавшие газы (=выхлопные газы) из двигателя выводятся из двигателя через выхлопную трубу на улицу.
у турбированных двигателей есть отличие: перед выхлопной трубой находится трубина. таким образом выхлопные газы из двигателя попадают сначала в турбину в горячую улитку и где на своем пути встречают горячую крыльчатку. проходя черех горячую крыльчатку выхлопные газы раскручивают ее (обороты достигают 200 тыс оборотов в минуту и выше). после горячей крыльчатки выхлопные газы попадают в выхлопную трубу и далее — на улицу.
горячая крыльчатка крутится на валу на другом конце которого находится холодная крыльчатка. у холодной крыльчатки задача другая — она засасывает воздух с улицы (через воздушный фильтр) и сжимает его. вот так рождается избыточное давление. далее воздух под давлением уже подается в двигатель где смешивается с топливом и сжигается производя энергию.

следует отметить что при сжимании воздуха увеличивается его температура. причем увеличивается значительно. слишком высокая температура воздуха неблагоприятно сказывается на процессе горения. обсуждение этого выходит за рамки этого поста. щас достаточно лишь указать что перед подачей воздуха в двигатель его охлаждают пропуская чере Intercooler (радиатор промежуточного охлаждения).

схематично этот процесс выглядит так:

1. засасывается воздух с улицы
2. выходит под давлением из холодной улитки
3. пропускается через интеркулер для охлаждения
4. охлажденный воздух под давлением подается в двигатель

далее происходит горение

5. отработавшие газы (выхлопные) выходят из двигателя
6. подаются на горячую крыльчатку турбины и раскручивают ее (и как следствие — холодную крыльчатку на другом конце вала)
7. выходят из турбины и через выхлопную трубу отводятся наружу в атмосферу

вот так работает турбина.

есть много ресурсов где любопытные могут осилить матчасть по турбинам. для первого знакомства можно почитать неплохие иллюстрированные материалы на сайте производителя турбин Garrett:
http://www.turbobygarrett.com/turbob. ch_center.html

Читать еще:  Как правильно ставить шины viatti

кстати схемы я оттуда и взял.

4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

турбина работает в крайне тяжелых условиях:
— выхлопные газы при выходе из бензинового двигателя могут иметь температуру 1000С и выше
— скорость вращения в 200тыс+
— имеются трущиеся поверхности

совершенно очевидно что такие условия предъявляют повышенные требования к механизму по прочности материалов а также точности обработки (точность до микронов) и точнейшей балансировке, а также смазке и охлаждению.

(А) СМАЗКА
трущиеся поверхности в турбине — это подшипники на которых вал держится в картридже. на сегодня есть 2 типа подшипников:

— обычные (journal bearings)
если грубо — то это типа втулки внутрь которой подается масло.
как и вкладыши двигателя такие подшипники основаны на действии масляного клина — создается тонкая пленка масла которая полностью покрывает трущиеся элементы. если пленка нарушается то происходит контакт металл-металл. на скоростях 200тыс+ это крайне быстро приводит к сильнейшему износу деталей в трущихся местах и быстрой поломке.
поэтому турбины на обычных подшипниках крайне требовательны к бесперебойной подаче масла с нужным давлением.

— шариковые
это более навороченный тип подшипника. конструктивно предъявляет гораздо меньше требований по давлению масла. более того — избыточное давление смазки вредны для них.
турбины «на шариках» дороже. зато раскрутка у них примерно на 500 оборотов (по тахометру) раньше чем у «journal bearings» при прочих равных.

(Б) ОХЛАЖДЕНИЕ
картридж находится под действием высоких температур тк рядом находится горячая улитка. картридж нужно охлаждать.
охлаждение происходит в большинстве выпускаемых турбин за счет масла. таким образом масло выполняет 2 задачи: (а) смазывает и (б) охлаждает.
однако есть турбины и на водяном охлаждении. например турбодвигатели машин Mitsubishi — на водяном охлаждении. такие турбины производят многие производители турбин.

/* некоторые имена турбопроизводителей: MHI, IHI, Garrett а также Precision, Mitsubishi Sport Compact (MSC), Borg Warner/Holset, Turbonetics итд */

5. ЗАБЛУЖДЕНИЯ / FAQ

(а) основной причиной заставившей меня написать этот пост — очень частое упоминание на форуме фразы «остужать турбину».
это мягко говоря лишенная смысла фраза.
турбина не нуждается в том чтобы ее остужали в том контекте в котором эти фразы встречаются — «непосредственно перед тем как заглушить двигатель».

как уже говорилось выше — во время работы турбина может раскручиваться до высоких скоростей. вполне очевидно что чем выше обороты двигателя — тем больше поток выхлопных газов. следовательно тем сильнее раскручивается турбина. если перед остановкой вы «валили на все деньги» и потом оттормозились в пол и тут же заглушили двигатель то ваша турбина крутится еще на высоких скоростях. однако двигатель выключен — следовательно масляная помпа тоже выключена. как следствие подача масла в системе прекращена. это означает что турбина ваша почти мгновенно потеряет масляную пленку на трущихся поверхностях и начнется сильнейший износ металл-о-металл. в этом и заключается предохранительная мера — дать поработать двигателю на холостых перед тем как заглушить — чтобы турбина остановилась до «холостых» оборотов
когда после выключения двигателя турбина очень быстро сама остановится без каких-либо последствий.

(б) вопрос: «как долго нужно ждать на холостых?»
ответ: см. мануалку. что говорит производитель? а говорит он что после умеренной езды 10-15 сек вполне достаточно.
в качестве ориентира — вспомните как быстро происходит раскрутка вашей турбины и вас прижимает в спинку сиденья? правильно — мгновенно! если трубина так быстро может раскрутиться почти из состояния покоя то это говорит о маленькой инерции. соответственно если ничто турбину не раскручивает (=нет внешних сил) то с малой инерцией она тоже быстро замедлится.
ждать полдня не нужно.
равно как и не нужно делать из турбодвигателя надуманную проблему.

(в) турбина вращатеся ВСЕГДА
даже на холостых. просто до определенного значения оборотов двигателя выхлопных газов недостаточно чтобы раскрутить турбину до такой скорости когда она выйдет в зону избыточного давления (буста).

(г) вопрос: «когда включается турбина?»
ответ: сразу же после включения двигателя и «включена» она всегда.
но зона буста у турбины выше оборотов холостого хода (ХХ) двигателя.
правило: чем больше турбина — тем выше начинается эта зона (=тем больше «турбо-яма» — когда турбина не дает избытка и вы плететесь как овощ).

Последний раз редактировалось Митяй; 15.01.2009 в 09:28 .

Признаки поломки

Признаки неисправности турбины бензинового двигателя часто можно заметить даже не посещая сервис. Однако если обнаружен какой-либо симптом, необходимо обратиться в сервис, так как самостоятельно проверить турбину на бензиновом двигателе и произвести ремонтные работы не выйдет.

К основным признакам относят:

  • снижение тяги;
  • из выхлопной трубы замечен сизый или черный дым;
  • при запуске двигателя слышен посторонний свист или скрежет;
  • увеличился расход топлива и замечена утечка масла;
  • резко падает уровень давления воздуха и масла в системе.
Читать еще:  Делаем цепи противоскольжения своими руками

В домашних условиях можно провести предварительный осмотр турбокомпрессора, чтобы выяснить, на что следует обратить внимание в первую очередь.

Для начала, при разборе агрегата, необходимо проверить патрубок, через который в тубонагнетатель подается воздух. Нарушение его целостности может привести к посторонним шумам. Кроме того, при осмотре патрубок должен быть практически сухим. Обнаруженное масло свидетельствует о том, что двигатель износился или же турбина вышла из строя.

Затем нужно тщательно осмотреть лопатки турбины. Если они имеют неровности, сколы и зазубрины, то турбину, скорее всего, придется заменить.

Осевой люфт турбонаддува не должен превышать показателя 0,05 мм, радиальный — 1 мм. Если показатели превышены — турбина требует ремонта.

Спровоцировать поломку может нарушение геометрии соединения впускного коллектора с трубкой датчика. Обнаружение трещин, потертостей на этом элементе говорят о необходимости его замены. Если в системе замечены следы утечки антифриза — также следует проверить герметичность всех соединений.

В ситуации, когда поломка не выявлена, следует провести компьютерную диагностику.

Преимущества и недостатки турбированного мотора


Главным преимуществом любого бензинового мотора, оснащённого турбиной является увеличение его мощности на 20-30%. При одинаковом объёме с традиционным атмосферным ДВС его мощность выше на треть. Эффективность использования топлива существенно повышается.

Максимальный уровень сгорания топливно-воздушной смеси позволяет существенно снизить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду. Максимальное использование турбированных моторов повсеместно настоящая мечта защитника окружающей среды. На этом преимущества турбированного мотора заканчиваются.

Турбированные моторы очень требовательны к качеству используемого топлива и моторного масла. Всё это в совокупности приводит к увеличению расходов на использование автомобиля в долгосрочной перспективе. Обслуживание турбированного мотора потребует от водителя больших расходов денежных средств.

Ремонт турбины требует использования специального оборудования и материалов. Самостоятельно его выполнить очень проблематично. Зачастую век отремонтированной турбины недолог и в конечном итоге потребуется её замена. Это может ощутимо ударить по кошельку владельца машины.

Источники неисправности турбины

  1. Трещины или провальные уплотнения

Турбокомпрессор вытесняет воздух обратно в цилиндры. Если есть трещины или сломанные уплотнения, то часть необходимого воздуха теряется. Это часто означает, что турбонагнетатель будет перегружен для поддержания примененного форсирования. Довольно распространенная проблема, которая приводит к неисправному турбокомпрессору.

  1. Возраст и обычный износ

Как и с большинством автомобильных запчастей, у всего есть ожидаемый срок эксплуатации. Турбокомпрессор обычно может работать после пробега более 100 000 км. Это число сильно варьируется в зависимости от водителя и его вождения.

  1. Углеродные месторождения

При каждом обслуживании следует проводить замену масла. Недостаток замены масла приводит к накоплению углеродных отложений в турбине. Свежее масло приносит пользу всему мотору, включая турбо. Помните, что даже небольшое количество частиц и загрязнений может вызвать серьезные проблемы.

При установке турбокомпрессора на дизельный или бензиновый двигатель предусмотрен сравнительно длительный срок эксплуатации системы турбонаддува. Часто случается, что при проведении планового обслуживания данная система работает намного дольше заявленного ресурса конкретного силового агрегата. В среднем турбина дизеля стабильно выдерживает пробег в 150 – 250 000 км. Бензиновые турбомоторы могут работать дольше дизельных при условии соблюдения правил эксплуатации авто.

Особенности работы турбины

На современных турбодизелях часто устанавливаются нагнетатели, способные управлять потоками отработавших газов. Такие устройства называются турбинами с изменяемой геометрией. В отличие от стандартных турбин изменяемая геометрия имеет существенные минусы:

  1. Сравнительно высокая стоимость.
  2. Трудно поддается ремонту.
  3. Не все службы турбосервиса берут в работу дизели, оснащенные такими турбинами.

Бензиновые аналоги получают турбины только с фиксированной геометрией. Это вызвано сверхвысокими температурами выхлопных газов, которые намного превышают температуру выхлопа дизельных моторов. Данные конструкции служат намного дольше и легко поддаются ремонту с последующей балансировкой элементов турбины.

Вам такжке может быть интересно прочитать про: ТУРБИНА С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ

Причины поломок элементов турбонаддува

При возникновении неисправностей турбокомпрессора необходимо проводить срочную диагностику и устранение выявленных дефектов. При этом требуется определить причину выхода из строя важных узлов. Это позволит не допустить повторных отказов после проведенного ремонта.

Основной причиной поломки турбонагнетателей является снижение эффективности моторного масла, поступающего к рабочим деталям ротора турбокомпрессора. Известно, что смазочный материал турбомотора функционирует в экстремальных условиях:

  • повышенные нагрузки;
  • сверхвысокие температуры;
  • выполнение функции по отводу тепла.

Поэтому к данному маслу предъявлены особые требования. В систему смазки турбодвигателя должно заливаться только рекомендованное моторное масло, обладающее определенными техническими и эксплуатационными характеристиками.

Условия обеспечения бесперебойной работы турбомоторов

Если не проводится плановое сервисное техобслуживание авто с обязательной заменой смазочного материала, происходит нарушение работоспособности системы наддува. Наиболее частые поломки турбины:

  1. Ускоренный износ элементов масляного насоса.
  2. Нарушение пропускной способности масляных магистралей (отложения, нагар).
  3. Повреждения ротора турбины вследствие попадания в состав моторного масла продуктов износа деталей силового агрегата (металлических крупных фрагментов, мелких частиц).

Для продления срока службы турбокомпрессора необходимо регулярно проводить следующие мероприятия:

  • промывка картера и системы смазки силового агрегата;
  • замена маслопроводящих магистралей, моторного масла, фильтрующего элемента;
  • промывка интеркулера;
  • продувка воздушных трубопроводов;
  • демонтаж старого и установка нового воздушного фильтра.
Читать еще:  Лопнула пружина амортизатора можно ли ехать

После проведения технического обслуживания специалисты осуществляют настройки турбокомпрессора. При этом регулируется интенсивность воздушных потоков, поступающих в рабочие цилиндры, в зависимости от режимов работы мотора.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией VTG (Variable Geometry Turbine)

Первым VNT (Variable Nozzle Turbine) турбокомпрессором с изменяемой геометрией в 1995 году стал турбокомпрессор для Фольксвагена Multivane с 1,9 литровым двигателем TDI. Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува (на рисунке слева). При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув (на рисунке справа).

Двигатель с системой VNT, имеет лучший отклик, производит большую мощность и крутящий момент, потребляет меньше топлива и обеспечивает снижение вредных выбросов по сравнению с двигателем, связанным с турбокомпрессором традиционным байпасом. Благодаря короткому времени отклика и плавному ускорению улучшается управляемость машиной и срок ее службы. По сравнению с турбокомпрессором, оборудованным байпасом, турбокомпрессор VNT, более эффективный в более широком диапазоне величин потока, имеет следующие 3 основных преимущества:

  1. Более высокая мощность: при определенной скорости двигателя и для заданного давления наддува модели VNT обеспечивают большую разность давлений и снижают температуру газов на выходе из двигателя
  2. Больший крутящий момент: при низких оборотах двигателя модели VNT обеспечивают повышенное давление наддува
  3. Экономия топлива и снижение выброса вредных веществ в атмосферу: контролируемые непосредственно системой управления двигателем, турбокомпрессоры VNT оптимизируют сгорание

Основной проблемой VNT турбокомпрессора является недостаточная устойчивость конструкции к высоким температурам. По этой причине основным местом применения технологии VNT стали дизельные двигатели. Первой «ласточкой» в применении турбины с изменяемой геометрией на бензиновых двигателях стала компания Porsche с ее новой моделью 911 Turbo.

Конструкция и принцип работы турбины

Классический турбокомпрессор состоит из следующих элементов:

  1. Корпус. Выполняется из жаропрочных материалов (стали). Он имеет форму улитки с двумя разнонаправленными патрубками, оснащенными фланцами для крепления в системе турбонаддува.
  2. Турбинное колесо. Преобразует энергию отработавших газов во вращение вала, на котором оно жестко зафиксировано. Изготавливается из жаропрочных материалов (железо-никелевый сплав).
  3. Компрессорное колесо. Воспринимает вращение от турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Колесо компрессора зачастую изготавливают из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим на этом участке близок к нормальным условиям, и применение жаропрочных материалов не требуется.
  4. Вал турбины (ось) – соединяет турбинное и компрессорное колеса.
  5. Подшипники скольжения, или шарикоподшипники. Необходимы для крепления вала в корпусе. В конструкции может быть предусмотрен один или два подшипника. Смазка последних осуществляется общей системой смазки двигателя.
  6. Перепускной клапан – предназначен для управления потоком отработавших газов, воздействующим на колесо турбины. Это позволяет управлять мощностью наддува. Клапан оснащен пневматическим приводом. Его положение регулируется ЭБУ двигателя, получающим соответствующий сигнал от датчика скорости.

Принцип работы турбокомпрессора

Основной принцип работы турбины на бензиновом и дизельном двигателях заключается в следующем:

  • Отработавшие газы направляются в корпус турбокомпрессора, где воздействуют на лопатки турбинного колеса.
  • Колесо турбины начинает вращаться и разгоняться. Скорость вращения турбины при высоких оборотах может достигать до 250 000 оборотов в минуту.
  • Пройдя через колесо турбины, отработавшие газы отводятся в систему выпуска.
  • Компрессорное колесо синхронно вращается (поскольку находится на одном валу с турбинным) и направляет поток сжатого воздуха в интеркулер и далее во впускной коллектор двигателя.

Подводим итоги

Поломка турбокомпрессора в вашем автомобиле — это неприятный момент, который может оказаться дорогостоящим в процессе ремонта. Но это не потеря двигателя и не более серьезные проблемы, которые также часто возникают у владельцев техники после гарантийного периода. Проще всего выполнить качественную диагностику на сервисе, чтобы вам подтвердили факт выхода из строя оборудования. В ином случае придется достаточно долго докапываться до истины, а качественно заменить турбину своими руками практически невозможно.

Поэтому обращаться на сервис вам все равно придется. Не спешите разбирать турбину своими руками, ведь без этого элемента вы даже до сервиса доехать на многих машинах не сможете. Лучше сразу отвезти машину к мастеру и определить необходимые особенности ремонтных работ. Так вы заплатите небольшую сумму за диагностику и будете уверены в том, что виновником всех проблем является именно турбокомпрессор. Или удостоверитесь в том, что все проблемы оказались надуманными, машина работает очень хорошо. А на ваших авто когда-нибудь ломалась турбина двигателя?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector