На протяжении уже века большинство изобретателей стараются выжать из двигателя внутреннего сгорания (ДВС) максимальную мощность, на которую он только способен. И это при снижении расхода топлива, что представляет собой непростую задачу. Одна из таких разработок — это турбонаддув, о принципе работы которого и прочих моментах касательного этого агрегата пойдет дальше речь.
Стоит заметить, что каждый уважающий себя автолюбитель, а также любитель всего, что помощнее, желает обладать подобного рода конструкцией. Но что конкретно следует понимать под этим термином — турбонаддув? Сейчас во всем разберемся, не позабыв об устройстве и принципе работы этой замечательной во всех смыслах разработки.
Что это такое?
Это специальное техническое нововведение, которое обеспечивает принудительную подачу дополнительной порции воздуха в цилиндры. Причем эта система актуальна не только по отношению к автомобильным ДВС, ею оснащаются силовые агрегаты других транспортных средств:
- авиация
- тепловозы
- корабельных
Сегодня эта система является не только самым эффективным способом увеличения мощности силового агрегата, но и распространенным. Причем увеличение мощности двигателей с турбонаддувом достигается с сохранением объема цилиндров и количества оборотов коленвала. Такой системой можно оснастить любой мотор, даже если это не предусмотрено конструкцией.
Конструктивные особенности
Устройство турбины представлено рядом необходимых деталей:
- Воздухозаборником.
- Воздушным фильтром.
- Перепускным клапаном — ответственен за подачу отработавших газов.
- Дроссельной заслонкой — регулирует поступление воздуха на впускной коллектор.
- Турбокомпрессором — включает турбинное и компрессорное колесо, за счет чего достигается повышение давление впускной системы.
- Интеркулером — призван охлаждать воздух, за счет чего цилиндры наполняются лучше, снижается вероятность детонации.
- Датчиками давления — фиксируют показания давления.
- Впускным коллектором — за счет этого элемента воздух распределяется по цилиндрам.
- Патрубками — соединяют между собой элементы системы.
Комплекс в собранном состоянии не занимает слишком много места. Поэтому серьезной доработки мотора перед запланированной установкой турбины не требуется. Поставить такое полезное «оборудование» способен каждый желающий автолюбитель.
Что касается стоимости, то цена варьируется в широком диапазоне, исходя из разных факторов. Это производитель, эффективность системы, мощность и ряд прочих.
Система смазки
Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.
На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.
Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.
Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.
И дизель и бензин
Как показывает практика, турбонаддувом оснащаются не только двигатели, работающие на бензине, но и дизельном топливе. Как правило, турбонагнетатель ставится как раз на дизельные агрегаты. Это объясняется главными параметрами:
- степень сжатия выше, нежели у бензиновых аналогов;
- меньшая температура отработанных газов;
- не очень большие обороты коленвала.
Благодаря большой силе сжатия вместе с увеличением мощности растет и КПД такого мотора. Температура отработавших газов бензиновых двигателей намного выше, чем у дизелей. Это уже повышает риски возникновения детонации, которая неизбежно приводит к скорому износу поршневой группы.
С целью предотвращения такого явления в бак нужно заливать горючее с повышенным октановым числом. Правда, это не всегда экономичное решение, хоть и лучшее.
Принцип действия наддува дизельного силового агрегата
Как же работает турбонаддув, установленный на дизельные двигатели? Стоит немного обратиться к теории — мощность любого ДВС зависит от разных факторов:
- объем цилиндров;
- объем топливно-воздушной смеси;
- энергетичность горючего.
Мощность растет пропорционально увеличению сжигаемой рабочей смеси за единицу времени при росте подачи воздуха. Только усилиями самого мотора это сделать невозможно, поскольку требуется организации принудительной его подачи в цилиндры.
С этим как раз хорошо справляется система турбонаддува. В цилиндры постоянно нагнетается сжатый воздух. Это происходит следующим образом. Отработанные газы до того как попасть в выхлопную трубу изначально устремляются в корпус турбины, где заставляют вращаться колесо, а турбокомпрессор подает уже сжатый воздух.
Само колесо турбины может раскручиваться до 100-150 тысяч оборотов за одну минуту. При этом лопасти обоих колес (турбины и компрессора) закреплены на едином валу. То есть турбонаддув, в силу конструктивных особенностей, подает в камеры сгорания гораздо больше воздуха, соответственно подача топлива растет.
Упрощенный вид принципа работы турбонаддува — в устройстве турбосистемы две крыльчатки, закрепленные на общем валу, но они находятся в отдельно расположенных герметичных камерах относительно друг друга. Одна из них вращается под воздействием прохода отработанных газов («ведущее колесо»), а вторая приводится в движение соответствующим образом, так как жестко связана с валом («ведомое колесо»), захватывая порции воздуха из атмосферы.
Актуаторы
Много десятков лет понадобилось инженерам, чтобы разработать и построить эффективный нагнетатель. Это только теоретически выглядит очень хорошо. На самом деле все значительно сложней.
При резком нажатии на газ роста оборотов двигателя нужно подождать. Обороты начинают расти через некоторое время. Повышение давления газов, раскручивание крыльчатки турбины, закачивание сжатого воздуха проходит постепенно. Это турбояма, и победить эту проблему не получалось. Но с проблемой все-таки справились внедрением клапанов или актуаторов. Один нужен для перепускания лишнего воздуха через трубопровод из коллектора, второй – для выхлопных газов. Клапан позволяет сбрасывать лишнее давление, когда мотор работает на высоких оборотах. Давайте посмотрим, как работает актуатор турбины дизельного двигателя.
Как работает турбонаддув бензиновой установки
Выше уже было приведено описание, как работает агрегат на дизельном двигателе. В случае же с аналогом, работающем на бензине ровным счетом практически все то же самое. Для большего понимания можно свести цикл работы агрегата в следующую последовательность:
- Отработанные газы после камеры сгорания проходят через крыльчатку турбокомпрессора, заставляя ее вращаться, и как мы помним, с довольно высокой скоростью.
- Вращение от турбинного колеса передается крыльчатке компрессора, так как они находятся на одном валу.
- Компрессор обеспечивает сжатие воздуха, который приходит от воздухозаборника, потом направляется в сторону интеркулера.
- Непосредственно в интеркулере происходит охлаждение воздуха, который направляется прямиком в камеру сгорания цилиндров.
В турбокомпрессоре на бензиновых двигателях предусмотрена возможность регулировать силу отработанных газов. Это позволяет избежать превышения давления в общей системе. Для этого в конструкции имеется перепускной клапан с пневмо- или электроприводом. Сам привод управляется ЭБУ или компьютером автомобиля на основе сведений, получаемых с датчика давления.
То есть особой разницы в том, как работает турбонаддув в бензиновом двигателе и дизельном моторе, практически нет. Единственное отличие какое имеется — это давление, которое в дизелях существенно большее.
Принцип работы
Главная задача, которую должен он решить, – это снижение давления на высоких оборотах. Клапан установлен в выпускном коллекторе. Работает он крайне просто. При росте оборотов и давления вакуумный клапан пускает газы мимо крыльчатки турбины. В этот момент актуатор открывается, и газы выходят через него. Через клапаны всасывается больше воздуха, чем нужно, чтобы максимально разогнать компрессор.
Возможна регулировка актуатора турбины. Способы и особенности заключатся в замене пружины, настройке конца клапана и в монтаже буст-контроллера. Это позволяет регулировать работу турбины.
Источник
Эксплуатация турбодизеля
Поскольку именно дизельные агрегаты являются основными «потребителями» по отношению к оснащению турбонаддувом, соответственно разберем ряд правил, которые нужно соблюдать во избежание неприятностей. Сегодня у многих автолюбителей в распоряжении личные транспортные средства с турбиной.
Правда далеко не каждый владелец знает, как правильно следует эксплуатировать подобный агрегат. Какой бы лучшим агрегат ни был бы, неправильная его эксплуатация сведет на нет все старания разработчиков.
Масло
В отношении любого силового агрегата масляное голодание противопоказано и особенно это относится к системе турбонаддува. У жидкого расходника здесь особенная роль — смазать подшипники (скольжения и качения), которые входят в состав турбокомпрессора. При снижении уровня масла эти элементы не получают необходимое количество смазки, что в результате заканчивается быстрым их износом.
По этой причине следует регулярно проверять, сколько масла для дизельных двигателей с турбонаддувом находится в картере. При необходимости восполнять потери. Помимо этого, нужно выяснить причину падения уровня расходника. И если этому имеет место нужно как можно скорее устранить причину.
Кроме того, раз уж нашлись средства на покупку автомобиля, оснащенного турбодизельной установкой, не следует скупиться на приобретении надежного масла. Любителям экономить на всем стоит вспомнить народную мудрость — скупой платит дважды!
Роль моторного масла для дизелей с турбиной нам уже известна. Соответственно приобретать дешевое масло, которое уже заведомо низкого качества, не стоит. В этом случае турбокомпрессор заранее обрекается на медленные мучения.
Следует учитывать один важный момент — те масла, которые рассчитаны на турбированные агрегаты немного отличаются по составу от обычных аналогов. Это обусловлено тем, что они подвергаются куда большим нагрузкам и температурным воздействиям. Также не рекомендовано смешивать масла с разной вязкостью. К примеру, нельзя лить 5w-30, когда ранее была залита смазка 10w-40.
Качество топлива
Турбина дизельного мотора отличается чувствительностью не только к качеству маслу, но и самого топлива. Если оно заведомо низкое, это грозит засорением топливной системы, что может закончиться чрезмерно низким давлением турбонаддува. В результате падает мощность силовой установки.
Чтобы восполнить потери турбина вынуждена работать в предельном режиме. А это сокращает ресурс агрегата. В соответствии с этим, рекомендуется заправлять свои турбированные автомобили только на тех, заправочных станциях, к которым есть доверие.
Холостые обороты
Неписаное правило для турбированного двигателя — избегать работы в режиме холостого хода больше чем на полчаса. Этого времени хватает, чтобы произошло засорение турбины. Также нельзя исключать вероятность подсоса масла непосредственно в цилиндры. А это отрицательно образом сказывается на всей цилиндропоршневой группе (ЦПГ).
Однако в том случае, когда приходится держать мотор на холостых оборотах большую часть времени, нужно держать их в пределе от 1200 до 1600 об./мин.
Своевременное ТО
Особенности эксплуатации дизельных двигателей с турбонаддувом подразумевают и это правило. А его следует придерживаться не только владельцам машин с турбиной, всех остальных это тоже касается. В частности необходимо регулярно менять моторное масло и фильтры в соответствии с регламентом производителей.
А поскольку турбированный агрегат работает в более тяжелых условиях, нежели обычные атмосферные аналоги, то сроки прохождения ТО будут короче. Иными словами «сильный» дизельный мотор чаще нуждается в замене масла и прочих расходниках.
Снова в моде
Мода на турбированные двигатели стала возвращаться. В период с 70-х до 80-х годов системы турбонаддува стали очень популярными в спортивных и гоночных авто. В фильмах той эпохи все супергерои нажимали на кнопку «турбо», и автомобиль стремительно уходил в закат. Но кино – это кино, а в реальности те первые турбокомпрессоры отставали в эффективности и технологичности, как и тормозила их скорость реакции. И эти агрегаты не только не экономили топливо, но и существенно увеличивали его расход. Тогда еще не шло речи об актуаторе турбины. Принцип работы и настройка еще не были до конца понятны.
Более-менее успешные попытки внедрить наддув в автомобильные серийные моторы проводились в 80-х и SAAB. А уже затем, основываясь на этом передовом опыте, подключились и другие мировые автобренды.
В СССР также разрабатывались и внедрялись в серию турбированные моторы. Но здесь турбины применяли в тяжелых сельскохозяйственных и промышленных тракторах, на самосвалах и другой мощной технике.
