Турбокомпрессор или попросту турбина – это дополнительное устройство двигателя, которое для своей работы использует энергию отработавших газов. Что позволяет увеличить мощность двигателя на величину от 25% до 100%. Прежде чем понять, как работает турбокомпрессор, стоит рассмотреть функционирование двигателя внутреннего сгорания.
Любой двигатель внутреннего сгорания, дизельный или бензиновый, работает на принципе получения энергии, образующейся от воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. Через впускные клапаны в цилиндр подается отфильтрованный внешний воздух и впрыскивается топливо, причем при пассивной подаче воздуха, в цилиндр подается дозированное количество топлива. Именно эта смесь сгорает в цилиндре и заставляет двигаться поршень, который передает свою кинетическую энергию на ходовую систему автомобиля. Чем больше такой смеси подается и сгорает в цилиндрах, тем больше выходной крутящий момент и соответственно выше общая мощность мотора.
Для увеличения подачи воздуха в цилиндр, без изменения объема самого цилиндра, используют турбокомпрессор. При работе турбины используются продукты сгорания топливной смеси, которые приводят в действие роторный механизм турбокомпрессора, с помощью которого атмосферный воздух принудительно нагнетается в цилиндры (турбонаддув). И, благодаря этому, в цилиндр подается и большая дозировка топлива. Во время нагнетания, воздух может нагреваться, из-за чего уменьшается его плотность и масса в цилиндрах. Для подачи большего количества воздуха, его необходимо охладить. Для лучшего охлаждения используется радиаторное устройство, называемое интеркулером, который устанавливается на выходе из холодной части турбокомпрессора и через который проходит воздух перед попаданием в цилиндры. На следующем этапе поршень всасывает этот охлажденный воздух через впускные клапаны и одновременно в камеру сгорания подается топливо, образуется топливовоздушная смесь. Возгорание топливной смеси происходит от искры (бензиновые двигатели), либо от сжатия (дизельные двигатели). После того, как произошло сгорание порции смеси, продукты горения выбрасываются через выпускной клапан и попадают снова в турбину, на ее ротор. Таким образом, она работает без участия движущих частей двигателя, используя энергию потока выхлопных газов.
Для каждого двигателя турбокомпрессор подбирается индивидуально, исходя из его собственной мощности и объема. Причем величина наддува зависит от геометрических параметров (размеров) улиток, компрессорного колеса, ротора турбины. Некоторые конструкции двигателей оборудуют не одной турбиной, а двумя: одинакового размера – би-турбо, разного размера – твин-турбо. В последнее время широкое распространение получили турбокомпрессоры с механизмом изменяемой геометрии. Стоит отметить, что сложность, а соответственно и стоимость ремонта турбины зависит от ее конструктивных особенностей и модификации.
Такой механизм позволяет дозировать подачу отработавших газов на колесо в турбине (ротор). Тем самым, позволяет оптимизировать работу турбокомпрессора на различных оборотах.
Это достигается за счет движения специальных лопаток, смонтированных на кольце геометрии. Они синхронно передвигаются, получая движение от вакуумного актуатора или электронного сервопривода в определенный момент, и контролируют наддув. Как правило, устанавливаются они на дизельных ДВС, потому как температура выхлопных газов у бензиновых моторов выше, чем у дизеля, соответственно лопатки геометрии могут деформироваться. Такие турбины позволяют оптимизировать процесс турбонаддува, что приводит к уменьшению расхода топлива и вредных выбросов при одновременном повышении мощности и крутящего момента.
Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле, он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.
Турбокомпрессор достаточно надежный агрегат, однако если Вы столкнулись с его поломкой, решить проблему Вам помогут специалисты ТурбоМикрон. Мы производим замену турбины на автомобиле, а также ремонт снятых с авто турбокомпрессоров.
Турбина (турбокомпрессор) стала определяющим агрегатом в деле увеличения мощности моторов.
Что такое турбина и для чего она нужна?
Турбина — устройство в автомобиле, которое направлено на увеличение давления во впускном коллекторе автомобиля для того, чтобы обеспечить большее поступление воздуха, а значит и кислорода, в камеру сгорания.
Главное назначение турбины – с ее помощью можно значительно увеличить мощность автомобиля. При увеличении давления во впускном коллекторе на 1 атмосферу в камеру сгорания попадет в два раза больше кислорода, а значит от небольшого турбового двигателя можно ожидать мощности как от атмосферника с объемом в два раза больше — грубая теоретическая арифметика не лишенная смысла…
Принцип работы турбокомпрессора
Принцип работы турбины несложен: горячие выхлопные газы через выпускной коллектор поступают в горячую часть турбины, проходят через крыльчатку горячей части приводя ее и вал на который она крепится в движение. На этом же вале закреплена крыльчатка самого компрессора в холодной части турбины, эта крыльчатка при вращении создает давление во впускном тракте и впускном коллекторе, что обеспечивает большее поступление воздуха в камеру сгорания.
Устройство турбины
Турбина состоит из двух улиток — улитки компрессора, через которую всасывается воздух и нагнетается во впускной коллектор, и улитки горячей части, через которую проходят выхлопные газы вращая колесо турбины и выходят в выхлопной тракт. Из крыльчатки компрессора и крыльчатки горячей части. Из шарикоподшипникового картриджа. Из корпуса, который соединяет обе улитки, держит подшипники, так же в корпусе находится охлаждающий контур.
В процессе работы турбина подвергается очень большим термодинамическим нагрузкам. В горячую часть турбины попадают выхлопные газы очень большой температуры 800-9000 °С, поэтому корпус турбины изготавливают из чугуна особого состава и особого способа отливки.
Частота вращения вала турбины достигает 200 000 об/мин и более, поэтому изготовление деталей требует большой точности, подгонки и балансировки. Помимо этого в турбине высокие требования к используемым смазочным материалам. В некоторых турбинах система смазки служит так е системой охлаждения подшипниковой части турбины.
Система охлаждения турбин
Система охлаждения турбин двигателя служит для улучшения теплоотдачи частей и механизмов турбокомпрессора.
Существует два самых распространенных способа охлаждения деталей турбокомпрессора — охлаждение маслом, которое используется для смазки подшипников и комплексное охлаждение маслом и антифризом из общей системы охлаждения автомобилем.
Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков.
Охлаждение маслом.
Преимущества:
Недостатки:
Изначально, большинство серийных двигателей с турбонаддувом оснащались тубинами с масляным охлаждением. При прохождении через шарикоподшипниковую часть масло сильно нагревалось. Тогда, когда температура выходила за пределы нормального рабочего температурного диапазона, масло начинало закипать, коксоваться забивая каналы и ограничивая доступ смазки и охлаждения к подшипникам. Это приводило к быстрому износу, заклиниванию и дорогостоящему ремонту. Причин у неполадки могло быть несколько — некачественной масло или не рекомендованное для данного типа двигателей, превышение рекомендованы сроков замены масла, неисправности в системе смазки двигателя и пр.
Комплексное охлаждение маслом и антифризом
Преимущества:
Недостатки:
При охлаждении турбины маслом и антифризом повышается эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Но данная систем охлаждения имеет более сложную конструкцию т.к. имеет раздельные масляный контур и контур охлаждающей жидкости. Масло как и прежде служит для смазки подшипников и для охлаждения, а антифриз, который используется из общей системы охлаждения двигателя, не дает перегреться и закипеть маслу. Как следствие увеличивается стоимость самой конструкции.
При работе турбины воздух под действием компрессора сжимается и, как следствие, очень сильно греется, что приводит к нежелательным последствиям т.к. чем выше температура воздуха, тем меньшее количество кислорода в нем содержится — тем меньше эффективность наддува. С этим явлением призван бороться интеркулер — промежуточный охладитель воздуха.
Нагрев воздуха не единственная проблема, с которой пытаются справиться конструкторы при проектировании турбодвигателя. Насущной проблемой является инерционность турбины (лаг турбины, турбояма) — задержка в реакции мотора на открытие дроссельной заслонки. Турбина выходит на пик своих возможностей при определенных оборотах двигателя, отсюда и появилось мнение, что турбина включается при определенных оборотах. Турбина в большинстве случаев, работает всегда, а значение оборотов при которых ее эффективность максимальная у каждого двигателя и у каждой турбины разные. В погоне за решением этой проблемы появились системы их двух турбин (твин-турбо, twin-turbo, би-турбо, biturbo), твин-скрол (twin-scroll) турбины, турбины с изменяемой геометрией сопла и изменяемым углом наклона крыльчатки (VGT), изменяются материалы частей чтобы повысить прочность и увеличить вес (керамические лопатки крыльчатки) и пр.
Twin-turbo (твин-турбо) — система при которой используются две одинаковые турбины. Задача данной системы повысить объем или давление поступающего воздуха. Используется когда необходима максимальная мощность на высоких оборотах, например в драг-рейсинге. Такая система реализована на легендарном японском автомобиле Nissan Skyline Gt-R с двигателем rb26-dett.
Такая же система, но с маленькими одинаковыми турбинами позволяет добиться прироста мощности при небольших оборотах и держать наддув постоянным до красной зоны.
Biturbo (би-турбо) — систем а с двумя разными турбинами, которые соединены последовательно. Система устроена таким образом, что при низких оборотах работает маленькая турбина, обеспечивая хороший отклик на малых оборотах, при определенных условиях «включается» большая турбина и обеспечивает наддув при высоких оборотах. Это позволяет автомобилю уменьшить лаг двигателя и получить хороший прирост производительности во всем диапазоне работы двигателя.
Такая систем турбонаддува используется в автомобилях BMW biturbo.
Турбина с изменяемой геометрией (VGT) — система при которой лопатки крыльчатки в горячей части могут изменять угол наклона к потоку выхлопных газов.
При малых оборотах двигателя пропускное сечение прохода выхлопных газов становится более узкое и «выхлоп» проходит с большей скоростью и большей отдачей энергии. Когда обороты двигателя увеличиваются проходное сечение становится шире и и уменьшается сопротивление движению выхлопных газов, но при этом достаточно энергии для создания необходимого давления компрессором. Чаще систему VGT используют на дизельных двигателях т.к. там меньше тепловые нагрузки, меньшая скорость вращения ротора турбины.
Twin-scroll ( двойная улитка) — система состоит из двойного контура движения выхлопных газов энергия которых вращает один ротор с крыльчаткой и компрессором. При этом существует два типа реализации когда выхлопные газы идут по обоим контурам сразу, при этом система работает как twin-turbo в одном корпусе — выхлопные газы делятся на два потока каждый из которых идут в свой контур горячей части раскручивая ротор турбины. Второй тип реализации работает на подобии системы biturbo — горячая часть имеет два контура с разной геометрией, при низких оборотах выхлопные газы направляются по меньшему контуру, который увеличивает скорость и энергию прохождения за счет небольшого диаметра, при повышении оборотов двигателя выхлопные газы двигаются по контуру диаметр которого больше — тем самым сохраняется рабочее давление в системе впуска и не создается запора на пути выхлопных газов. Это все регулируется клапанами, которые переключают поток из одного контура в другой.
Турбокомпрессор бензинового или дизельного двигателя изначально имеет достаточно большой ресурс, который планово может даже превышать моторесурс силового агрегата до первого капитального ремонта. На практике турбина может выходить из строя гораздо быстрее, требуя регулярной проверки работоспособности.
Рекомендуем также прочитать статью об устройстве турбокомпрессора. Из этой статьи вы узнаете о том, как работает система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания.Средний срок службы турбины дизельного двигателя находится на отметке около 150-250 тыс. пройденных километров. Что качается бензиновых двигателей, турбина на таких моторах может прослужить немного дольше, однако на срок службы сильно влияют конструктивные особенности турбонагнетателя и индивидуальные условия эксплуатации.
Содержание статьи
Современные турбодизели зачастую получают нагнетатели, которые конструктивно предусматривают возможность гибкого управления потоком отработавших газов. Решение называется турбиной с изменяемой геометрией. Такое устройство отличается довольно высокой начальной стоимостью на фоне аналогов. Также стоит добавить, что ремонтопригодность данных турбин достаточно низкая.
Бензиновые ДВС решений в виде турбин с изменяемой геометрией практически никогда не получают по причине того, что температура отработавших газов в агрегатах на бензине заметно выше сравнительно с выхлопом дизельного двигателя.
На бензиновые турбомоторы повсеместно ставятся турбины, геометрия которых фиксирована. Ремонту нагнетатели данного типа поддаются намного легче и способны прослужить достаточно долго после профессионального восстановления и последующего прохождения процесса балансировки.
Что касается восстановления турбин с изменяемой геометрией, которые повсеместно ставят на дизеля, то ситуация другая. Далеко не каждый сервис принимает турбины с такой конструкцией в работу. Также после ремонта нет никаких гарантий, что турбокомпрессор данного типа будет способен нагнетать должное количество воздуха в строгом соответствии с оборотами мотора.
Неисправности турбокомпрессора независимо от типа его конструкции требуют незамедлительного ремонта. Также необходимо устранить причины, которые могут приводить к поломке турбины. Это необходимо для того, чтобы после ремонта или установки нового нагнетателя устройство не вышло из строя повторно.
Рекомендуем также прочитать статью о ресурсе дизельного двигателя. Из этой статьи вы узнаете о том, какой плановый ресурс имеет мотор данного типа, а также о факторах, влияющих на моторесурс силового агрегата.
Чаще всего турбонагнетатели страдают по причине того, что сильно снижается эффективность смазки ротора турбокомпрессора. Дело в том, что к маслу для турбированных дизельных или бензиновых ДВС выдвигаются особые требования. Смазка турбомоторов работает в условиях повышенных нагрузок и высоких температур, а также выступает в качестве рабочей жидкости для охлаждения.
В процессе эксплуатации двигателя наблюдается снижение производительности маслонасоса по причине его износа, пропускная способность подводящих масляных магистралей для подачи смазки в турбину постепенно забивается отложениями. Также продукты износа деталей двигателя в виде механических частиц попадают в моторное масло и могут привести к повреждению ротора турбины.
Нарушения в работе компрессора приводят к нестабильной работе двигателя, потере мощности, увеличению расхода топлива, изменению состава отработавших газов и повышенному содержанию токсичных веществ в выхлопе. В дизельном двигателе с некорректно работающей турбиной может быстро выходить из строя сажевый фильтр.
Ремонт турбины необходимо производить только в условиях профессионального сервиса. Также для восстановления необходимо использовать запчасти проверенных производителей, которые не могут стоить дешево.
После ремонта особое внимание уделяется настройке турбокомпрессора. Слишком малое или слишком большое количество подаваемого в двигатель воздуха негативно сказывается на ресурсе силового агрегата. На разных режимах работы мотору необходим оптимальный состав топливно-воздушной смеси для своевременного воспламенения и полноценного сгорания.
Читайте также
Несомненно, каждый из нас хоть раз в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как нарочно, делают эти шильдики небольшого размера и размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий не заметит и пройдёт мимо. А понимающий человек непременно остановится и заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.
Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) постоянно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как это сделать? Тут-то нас и поджидают проблемы.
Турбокомпрессор состоит из двух «улиток» — через одну проходят отработавшие газы, а вторая «качает» воздух в цилиндры.
Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Мешать топливо с воздухом нужно не на глазок, а в определённом соотношении. К примеру, для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 14–15 частей воздуха — в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов.
Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и поступали американцы, выпуская огромные двигатели с умопомрачительным расходом горючего. А есть ли способ загнать в тот же объём больше воздуха?
Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры. Перед тем как это произойдёт, воздух проходит через интеркулер и охлаждается — так можно повысить его плотность.
Есть, и впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знакомая фамилия? Ещё бы, именно она используется в названии DaimlerChrysler. Так вот, этот немец весьма неплохо соображал в моторах и ещё в 1885 году придумал, как загнать в них больше воздуха. Он догадался закачивать воздух в цилиндры с помощью нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение непосредственно от вала двигателя и загонял в цилиндры сжатый воздух.
Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, и ему категорически не нравилось, что моторы были большими и тяжёлыми, а мощности развивали мало. Отнимать энергию у «движка», чтобы вращать приводной компрессор, ему также не хотелось. Поэтому в 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Проще говоря, он придумал турбонаддув.
Идея умного швейцарца проста, как всё гениальное. Как ветра вращают крылья мельницы, также и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница только в том, что колесо это очень маленькое, а лопаток очень много. Колесо с лопатками называется ротором турбины и посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель.
Аналог турбонаддува — приводной нагнетатель — жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.
В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, часто приходится дополнительно охлаждать — тогда его давление можно будет сделать выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух (уже в цилиндре ДВС) легче, чем горячий.
Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, а также от деталей турбонаддува, разогретого выхлопными газами. Подаваемый в двигатель воздух охлаждают при помощи так называемого интеркулера (промежуточный охладитель). Это радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя через него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А холодный воздух более плотный — значит, его можно загнать в цилиндр ещё больше.
А вот так выглядит интеркулер.
Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем немного энергии двигателя — всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения — после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные. Кроме того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Всё это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, счастье. Ан нет, не всё так просто. Проблемы только начались.
У Mitsubishi Lancer Evolution интеркулер располагается в переднем бампере перед радиатором. А у Subaru Impreza WRX STI — над двигателем.
Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов достигает, только попробуйте представить, 1000°C! Что всё это означает? То, что сделать турбонаддув, который сможет выдержать такие неслабые нагрузки длительное время, весьма дорого и непросто.
Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбонаддув до очень высоких температур.
По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели для своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позже. Случилось это в 1962 году, когда почти одновременно увидели свет Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.
Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Дело в том, что эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем не тянет, и только потом, тысяч после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно.
Почти избавиться от турбоямы помогает схема с последовательным наддувом, когда на малых оборотах двигателя работает небольшой малоинерционный турбокомпрессор, увеличивая тягу на «низах», а второй, побольше, включается на высоких оборотах с ростом давления на выпуске. В прошлом веке последовательный наддув использовался на суперкаре Porsche 959, а сегодня по такой схеме устроены, например, турбодизели фирм BMW и Land Rover. В бензиновых двигателях Volkswagen роль маленького «заводилы» играет приводной нагнетатель.
На рядных двигателях зачастую используется одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара «улиток») с двойным рабочим аппаратом. Каждая из «улиток» наполняется выхлопными газами от разных групп цилиндров. Но при этом обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её и на малых, и на больших оборотах
Но чаще по-прежнему встречается пара одинаковых турбокомпрессоров, параллельно обслуживающих отдельные группы цилиндров. Типичная схема для V-образных турбомоторов, где у каждого блока свой нагнетатель. Хотя двигатель V8 фирмы M GmbH, дебютировавший на автомобилях BMW X5 M и X6 M, оснащён перекрёстным выпускным коллектором, который позволяет компрессору twin-scroll получать выхлопные газы из цилиндров разных блоков, работающих в противофазе.
Турбина twin-scroll имеет двойную «улитку» турбины — одна эффективно работает на высоких оборотах двигателя, вторая — на низких
Заставить турбокомпрессор работать эффективнее во всём диапазоне оборотов, можно ещё изменяя геометрию рабочей части. В зависимости от оборотов внутри «улитки» поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.
Турбина с изменяемой геометрией.
Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо». Ну а установка турбины на бензиновые моторы позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую «зажигалку». Ту самую, с маленьким, едва заметным шильдиком «turbo».
Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.
Постоянная гонка инженеров за увеличением мощности ДВС привела к появлению турбокомпрессоров. Данное решение оказалось самым эффективным как на бензиновых, так и на дизельных моторах. Становится вполне очевидным, что итоговая мощность ДВС пропорциональна количеству топливовоздушной рабочей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя.
Закономерно, что двигатель с большим объемом способен пропускать больше воздуха и тем самым выдавать больше мощности сравнительно с двигателем меньшего объема. Если перед нами стоит задача добиться от малообъемного ДВС такой же мощности, которую демонстрируют моторы большего объема, тогда необходимо принудительно уместить как можно больше воздуха в цилиндрах такого двигателя.
То есть увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.
Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.
Устройство турбокомпрессора
Устройство турбокомпрессора: 1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.
Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).
Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.
Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.
Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.
Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер — радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.
В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.
Принцип работы
В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.
Принцип работы турбокомпрессора
Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.
При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.
• Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).
• После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).
Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:
• использование турбины с изменяемой геометрией;
• применение двух параллельных или последовательных компрессоров;
• комбинированный наддув.
Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.
Турбина с изменяемой геометрией
Турбина с изменяемой геометрией: 1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.
Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров). Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.
Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя.
При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.
Преимущества и недостатки турбонаддува
1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.
2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.
3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.
4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.
5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.
6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.
Недостатки турбонаддува
У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.
Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.
Дополнительные элементы системы турбонаддува
Blow-Off
Если говорить о конкретных модификациях мотора, а также о компоновке различных элементов в подкапотном пространстве, турбокомпрессор может иметь ряд дополнительных элементов. Мы уже упоминали такие детали системы, как Wastegate и Blow-Off. Давайте рассмотрим их более подробно.
Клапан Blow-off
Блоу-офф представляет собой перепускной клапан. Данное устройство устанавливается в воздушной системе. Местом расположения становится участок между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой. Главной задачей блоу-офф клапана становится предотвращение выхода компрессора на характерный режим работы surge.
Под таким режимом стоит понимать момент резкого закрытия дросселя. Если описать происходящее простыми словами, то скорость воздушного потока и сам расход воздуха в системе резко понижаются, но турбина еще определенное время продолжает вращение по инерции. Инерционно турбина вращается с той скоростью, которая уже больше не соответствует новым потребностям мотора и упавшему таким образом расходу воздуха.
Последствия после циклических скачков давления воздуха за компрессором могут быть плачевны. Явным признаком скачков является характерный звук воздуха, который прорывается через компрессор. С течением времени из строя выходят опорные подшипники турбины, так как они испытывают сильные нагрузки в момент указанных скачков давления при сбросе газа и последующей работе турбины в этом переходном режиме.
Блоуофф реагирует на разницу давлений в коллекторе и срабатывает благодаря установленной внутри пружине. Это позволяет выявить момент резкого перекрытия дросселя. Если дроссель резко закрылся, тогда блоу-офф осуществляет стравливание в атмосферу внезапно появившегося в воздушном тракте избытка давления. Это позволяет существенно обезопасить турбокомпрессор и уберечь его от избытка нагрузок и последующего разрушения.
Клапан Wastegate
Клапан Wastegate
Данное решение представляет собой механический клапан. Вестгейт установливают на турбинной части или же на самом выпускном коллекторе. Задачей устройства является обеспечение контроля за тем давлением, которое создает турбокомпрессор.
Стоит отметить, что некоторые дизельные силовые агрегаты используют в своей конструкции турбины без вейстгейта. Для моторов, которые работают на бензине, в большинстве случаев наличие такого клапана является обязательным условием.
Главной задачей вейстгейта становится обеспечение возможности беспрепятственного выхода для выхлопных газов из системы в обход турбины. Запуск части отработавших газов в обход позволяет осуществлять контроль за необходимым количеством энергии этих газов. Взаимосвязь очевидна, ведь именно выхлоп вращает через вал колесо компрессора. Данный способ позволяет эффективно управлять давлением наддува, которое создается в компрессоре. Наиболее частым решением становится контроль вейстгейта за давлением наддува, который осуществляется при помощи противодавления встроенной пружины. Такая конструкция позволяет контролировать обходной поток выхлопных газов.
• Вейстгейт может быть как встроенным, так и внешним. Встроенный вейстгейт конструктивно имеет заслонку, которая встроена в турбинный хаузинг. Хаузинг в народе попросту называют «улитка» турбины. Дополнительно wastegate имеет пневматический актуатор и тяги от данного актуатора к дроссельной заслонке.
• Гейт внешнего типа представляет собой клапан, который установлен на выпускной коллектор перед турбиной. Необходимо заметить, что внешний гейт имеет одно неоспоримое преимущество сравнительно со встроенным. Дело в том, что сбрасываемый им обходной поток можно возвращать обратно в выхлопную систему достаточно далеко от выхода из турбины, а на спортивных авто и вовсе осуществить прямой сброс в атмосферу. Это позволяет заметно улучшить прохождение отработавших газов через турбину благодаря тому, что наблюдается отсутствие разнонаправленных потоков. Все это очень важно применительно к ограниченному компактному объему «улитки».
Втулочные и шарикоподшипниковые турбины
Турбины втулочного типа были сильно распространены достаточно долгое время. Они имели ряд конструктивных недостатков, которые не позволяли в полной мере наслаждаться преимуществами турбомотора. Появление более эффективных шарикоподшипниковых турбин нового поколения постепенно вытесняет втулочные решения. Для примера можно упомянуть шарикоподшипниковые турбины Garrett, которые являются венцом инженерной мысли и используются на многих гоночных двигателях.
На сегодняшний день шарикоподшипниковые турбины являются оптимальным решением, так как требуют значительно меньшего количества масла сравнительно с втулочными аналогами. Учтите, что установка масляного рестриктора на входе в турбокомпрессор является очень желательной, особенно если давление масла в системе находится на отметке выше 4 атм. Осуществлять слив масла необходимо путем специального подвода в поддон, причем с учетом того, что слив должен быть выше уровня масла.
Всегда помните, что слив масла из турбины происходит самостоятельно и под действием силы гравитации. Знание этого диктует необходимость ориентирования центрального картриджа турбины так, чтобы слив масла был направлен вниз.
Тот показатель, который определяет реакцию турбины на нажатие педали газа, демонстрирует сильную зависимость от самой конструкции центрального картриджа турбины. Шарикоподшипниковые решения от Garrett способны на 15% быстрее выйти на наддув сравнительно с втулочными аналогами. Шарикоподшипниковые турбины снижают эффект турбо-ямы и делают использование турбомотора максимально похожим на езду с таким атмосферным двигателем, который имеет большой рабочий объем.
Шарикоподшипниковые турбины имеют еще один положительный момент. Такие турбины требуют заметно меньшего потока масла, которое проходит через картридж и осуществляет смазку подшипников. Решение ощутимо снижает вероятность возникновения утечки масла через сальники. Шарикоподшипниковые турбины не являются излишне требовательными к качеству масла, а также менее подвержены закоксовке после плановой или внезапной остановки двигателя.
Еще никто не прокомментировал новость.
Запись на услуги
Начало массового производства грузовых машин с турбированным дизельным двигателем началось еще в 80-е годы, с развитием производства тяжёлых промышленных и сельскохозяйственных тракторов.
Дизельные моторы имеют гораздо большую степень сжатия воздуха, а их выхлопные газы – более низкую температуру. Требования к жаропрочности турбины гораздо меньше, а её стоимость и эффективность использования – больше. Турбокомпрессор выполняет задачу по нагнетанию воздуха под давлением в цилиндры мотора. Чем больше будет воздуха, тем больше топлива можно сжечь, что приведет к увеличению мощности двигателя без увеличения объема имеющихся цилиндров.
В нашем автосервисе можно произвести диагностику и ремонт дизельных турбин любых производителей. Специалисты сервиса работают на современном оборудовании (стендах), и имеют большой опыт. Монтаж и демонтаж на месте. Гарантия на работы 2 года.
Для большей производительности на автомобиль может быть установлено два компрессора. Такие системы получили маркировку «Твин-турбо».
Устанавливаются данные механизмы последовательно. При этом первая турбина работает на низких оборотах, а вторая на высоких. На V-образных моторах нагнетатели устанавливаются параллельно (на каждый ряд по одной турбине). Как показывает практика, установка двух небольших компрессоров значительно эффективнее, чем применение одного, но большого.
Турбонаддув имеет конструкцию из двух элементов: турбина и компрессор.
Ротор и ось, на которой он закреплен, вращаются в разных направлениях. Частота вращения довольно велика, поэтому элементы плотно прижимаются друг к другу.
Работа основывается на принципе: чем сильнее вращается ротор, тем больше поступает воздуха, но при этом ротор увеличивает скорость вращения, если количество воздуха возрастает.
Чтобы понять работу турбонаддува, надо уяснить что такое – турбоподхват и турбояма.
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).
Чтобы дизельная турбина работала с максимальным КПД и как можно дольше не выходила из строя, нужно придерживаться определенных правил в процессе эксплуатации автомобиля:
Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.
Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя.
На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.
Когда воздух сжимается, он нагревается, а при нагревании воздух расширяется. Поэтому повышение давления от турбокомпрессора происходит в результате нагревания воздуха до его впуска в двигатель. Для того, чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо впустить в цилиндр как можно больше молекул воздуха, при этом не обязательно сжимать воздух сильнее.
Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. При впуске воздух проходит через герметичный канал в охладитель, при этом более холодный воздух подается снаружи по ребрам при помощи вентиляторов охлаждения двигателя.
Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. Это значит, что если турбокомпрессор сжимает воздух под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), охладитель осуществит подачу охлажденного воздуха под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), который является более плотным и содержит больше молекул, чем теплый воздух. Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.
При установке мощного турбокомпрессора на двигатель с впрыском топлива, система может не обеспечить необходимое количество топлива — либо программное обеспечение контроллера не допустит, либо инжекторы и насос не смогут осуществить необходимую подачу. В этом случае необходимо осуществлять уже другие модификации для максимального использования преимуществ турбокомпрессора.
Она также известна под названием – трубина с переменным соплом. Данный тип турбины используется в дизельных двигателях. Девять подвижных лопастей, установленных в турбокомпрессоре, регулируют прохождение потока газов к турбине. Увеличение и блокировка потока газов достигается при помощи привода, регулирующего угол наклона девяти лопастей. Скорость потока газов и давление нагнетаемого воздуха согласуются с количеством оборотов двигателя во время изменения угла наклона лопастей.
Некоторые двигатели используют несколько турбокомпрессоров. Возможно использование двух (Твин Турбо), трех или же четырёх. В таких конструкциях они устанавливаются последовательно. Первый используется при низких оборотах, второй при высоких. Также существует схема установки компрессоров, при которой они располагаются параллельно друг другу. Такая система используется на V-образных двигателях. На каждый ряд цилиндров приходится по компрессору.
Вернуться в блог статей
Полезные статьи из блога
Турби́на (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) — двигатель с вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию в механическую работу при помощи подводимого рабочего тела — пара, газа, воды. Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение.
Применяется в качестве привода электрического генератора на тепловых и атомных электростанциях, в качестве двигателей на морском, наземном и воздушном транспорте, как составная часть гидродинамической передачи.
Устройство, подобное турбине, но имеющее привод вращения лопаток от вала — компрессор или насос.
Самая мощная в мире электростанция находится в Южной Америке, на реке Парана. Её 18 турбин вырабатывают 12 600 миллионов ватт электроэнергии.
Wikimedia Foundation. 2010.
Турбонаддув — Слева газовая турбина, справа центробежный компрессор Турбонаддув один из методов агрегатного наддува, основанный на утилизации энергии отработавших газов. Основной элемент системы турбокомпрессор, иногда … … Википедия
Turbocharged — Турбонаддув один из методов агрегатного наддува, основанный на утилизации энергии отработавших газов. Основной элемент системы турбокомпрессор, иногда турбонагнетатель (анг. Turbocharger). Содержание 1 История изобретения 2 Принцип работы 3 … Википедия
Турбомотор — Турбонаддув один из методов агрегатного наддува, основанный на утилизации энергии отработавших газов. Основной элемент системы турбокомпрессор, иногда турбонагнетатель (анг. Turbocharger). Содержание 1 История изобретения 2 Принцип работы 3 … Википедия
Турбокомпрессор с изменяемой геометрией - VGT представляет собой специальный турбокомпрессор типа , в котором лопатки турбины подвергаются плавному изменению угла наклона . Это решение направлено на снижение инерции и эффекта турбо-задержки.
Турбокомпрессор можно разделить на две части: горячую и холодную. Горячая часть приводится в действие турбиной, приводимой в движение выхлопными газами двигателя.Сердцем холодной части является компрессор, который приводится в движение турбиной, вращающейся на общем валу. Стремительные лопатки компрессора сжимают воздух и нагнетают его в наддувном виде в камеры сгорания двигателя, обогащая топливно-воздушную смесь.
Как видно из вышеприведенного описания, для работы турбокомпрессора необходим достаточный импульс выхлопных газов, выходящих из выпускного коллектора. Без него лопатки турбины не крутятся и не приводят в действие компрессор.Активная регулировка угла наклона лопаток турбины частично решает эту проблему. Благодаря соответствующему расположению лопаток турбина сначала может эффективно разгоняться при небольшом количестве отработавших газов, выбрасываемых под низким давлением, а затем, по мере увеличения оборотов двигателя, эффективно использовать большее количество отработавших газов на высоких оборотах.
Из-за относительно высокой степени сложности это решение стало популяризироваться лишь недавно, хотя было запатентовано еще в 1953 году.Ниже приведен список моделей, которые способствовали популярности турбокомпрессоров VTG:
.Вчера писал о явлении "турбо лага". Одним из способов решения этой проблемы является использование турбокомпрессоров с изменяемой геометрией. Во-первых, позвольте мне объяснить, что на самом деле означает изменение геометрии.
Наиболее распространенным термином является «изменяемая геометрия лопастей или «изменяемая геометрия турбины». точка зрения неправильная.
Работа турбокомпрессора
Геометрия турбины или отдельной лопатки не меняется. Это неоспоримый факт. Однако, на мой взгляд, оба термина не являются ошибочными, потому что подвижные лопасти, которые являются лопастями, меняют свое положение и, таким образом, форму, которую они образуют вместе. Поэтому, когда вы смотрите на эти подвижные лезвия в целом, их форма и, следовательно, их геометрия действительно меняются. Что такое изменение геометрии детали? Изменение положения отдельных элементов, составляющих эту часть.Поэтому в этой статье я буду использовать вышеупомянутые термины.
В автомобильной промышленности технология лопастей с изменяемой геометрией обозначается буквами VGT или VTG. Первая аббревиатура происходит от английского языка - Турбокомпрессор с изменяемой геометрией, а вторая аббревиатура - от немецкого - Variable Turbinen Geometrie. Турбокомпрессор Компания Honeywell представила еще одну аббревиатуру VNT - Турбина с регулируемым соплом. Все три одинаковые.
Наддув: компрессоры Roots, Lysholm и G
Как уже упоминалось, VGT служит для уменьшения восприятия времени отклика турбонагнетателя на давление газа. Скорость вращения турбонагнетателя строго зависит от количества выхлопных газов, и сам не может адаптироваться к изменениям частоты вращения и нагрузки двигателя. ВГТ позволяет варьировать некоторые параметры за счет изменения угла наклона лопаток (подвижных лопаток, расположенных вокруг ротора турбины), которые направляют поток выхлопных газов на лопатки ротора турбины.
Благодаря регулированию угла потока выхлопных газов на лопатки ротора скорость турбонагнетателя больше не так зависит от частоты вращения двигателя. Изменение угла наклона лопастей происходит плавно, поэтому эффект «турбо лага» гораздо меньше и практически незаметен для водителя. Это повышает эффективность потока выхлопных газов к турбине, что приводит к улучшению характеристик крутящего момента двигателя.
Как происходит изменение угла наклона закрылков? Крепятся на подвижное кольцо (6), угловой поворот которого изменяет наклон лопастей (8).Выхлопные газы направляются к лопаткам ротора турбины (2), а давление во впускном коллекторе, создаваемое работой компрессора, приводит в действие диафрагму исполнительного механизма (9). К нему крепится рычаг (4), управляющий поворотом кольца (6) с рулями.
Как видите, производительность этих компонентов тесно связана с давлением наддува. При низких оборотах двигателя лопасти расположены под таким углом, чтобы диаметр воздушного потока был как можно меньше (а). Это ускоряет скорость выхлопных газов, что увеличивает скорость турбинного колеса, и двигатель достигает большей мощности даже на низких оборотах.При высоких оборотах двигателя лопасти регулируются таким образом, чтобы увеличить диаметр воздушного потока (б). Скорость выхлопных газов уже достаточная, и помните, что давление наддува не может превышать определенного установленного уровня.
Бытовой пылесос - лучший способ понять это. В нормальных условиях, когда мы ничего не кладем на трубку пылесоса, воздух всасывается со скоростью, которую может обеспечить вакуум, создаваемый самим пылесосом.Если мы приложим руку к трубе, не закрывая ее полностью, то услышим свист и почувствуем явно более сильный толчок на руку, который будет увеличиваться по мере уменьшения диаметра отверстия, через которое проходит воздух.
Зачем мне заправляться? [guide]
В некоторых системах VGT использует лопасти, которые втягиваются или выдвигаются, изменяя поверхность потока выхлопных газов. Такое решение было найдено, например, в двигателях Citroen HDi.
Управление тросом, регулирующим вращение кольца с установленными на нем рулевыми колесами, может осуществляться пневматическим регулятором, реагирующим на разрежение или избыточное давление, и системой с электропневматическим приводом с шаговым двигателем. Управление им осуществляется через компьютер, что обеспечивает большую точность и более легкую регулировку угла наклона подвижных лопастей.
ТехнологияVGT успешно применяется в дизельных двигателях, где температура выхлопных газов ниже (700-800 на С) по сравнению с бензиновыми двигателями (даже 950 на С).В последнем случае такая высокая температура вызывает проблемы с подбором материалов, особенно для движущихся частей, таких как лопасти. Прорыв совершила компания Porsche, использовавшая изменяемую геометрию лопастей на 911 Turbo (997) в 2006 году. Материалы и технологии, заимствованные из авиации, позволили построить такой турбокомпрессор VGT, который успешно использовался в бензиновом двигателе. Точный состав используемых материалов остается загадкой, хотя известно, что в для движущихся лопастей используется никелевый сплав, устойчивый к высоким температурам.
Источник: АвтоКульт
.В популярных двигателях есть два основных типа турбокомпрессоров: с фиксированной и изменяемой геометрией. Насколько они разные? Какая турбина долговечнее и какая лучше влияет на производительность?
Еще около десятка лет назад турбонаддув был предназначен только для дизельных двигателей и самых мощных бензиновых двигателей (например, в спортивных или внедорожниках). На данный момент приходится «искать со свечкой» новую машину без турбокомпрессора , а этот элемент стал массово появляться в большинстве двигателей в последнее десятилетие.Турбина является ключевой частью идеи уменьшения размеров, то есть уменьшения рабочего объема при одновременном повышении производительности двигателя. По этой причине можно увидеть даже в очень маленьких двигателях (менее 1 литра) в каждом сегменте рынка.
Популярность турбокомпрессоров повысила осведомленность покупателей об этом некогда инновационном элементе. Вероятнее всего, турбо более-менее силой привлек толпы сторонников, но и нажил «врагов» .С этим можно поспорить, но не с фактом их доминирования не только в отношении дизельных версий - уже нет. В настоящее время вы должны провести некоторые исследования, чтобы найти относительно молодой автомобиль без системы турбонаддува. Мы не говорим, что это невозможно: некоторые производители сознательно оставили в своих сериях упрощенный привод, именно для того, чтобы удовлетворить потребности клиентов, ориентированных на традиционные технические решения. Примеры включают двигатели 1,6 в Ford Focus III, Opel Astra IV, Volkswagen Golf VI или Renault Megane III.Многие городские модели (Suzuki Swift, Toyota Yaris) и по сей день остаются верными концепции отсутствия турбонаддува.
Для чего используются турбокомпрессоры? Это самый простой способ улучшить характеристики двигателя, не заменяя его более крупным . Происходит это за счет дополнительной дозы воздуха, что способствует увеличению количества выделяемой двигателем энергии (за счет стимуляции реакции окисления топлива).На протяжении многих лет производители использовали различные системы «вспомогательной» работы двигателя. Первоначально это было сделано с помощью механического наддува , который представляет собой компрессор с приводом от коленчатого вала. Это решение положительно сказалось на параметрах двигателя, но никак не пошло на пользу окружающей среде, оно также было связано с адекватным приросту мощности повышенным расходом топлива. Появление турбокомпрессоров предотвратило эту проблему, в результате чего впрыска лошадиных сил, но и снижение выбросов выхлопных газов и сохранили расход топлива на достойном уровне .
В зависимости от источника привода и предполагаемого использования автомобиля использовались несколько типов турбокомпрессоров. Изначально турбокомпрессоры из т.н. фиксированная геометрия отвала . Они считаются самыми простыми в строительстве и, следовательно, наименее хлопотными в эксплуатации и регенерации. В их состав входят постоянные элементы наддува, т.е. два ротора , установленные на соединенных между собой валах , которые неразъемно связаны друг с другом, без каких-либо передаточных чисел. Первая из них, т.е. турбина , приводится в действие за счет силы выхлопных газов и отвечает за привод так называемого пластина сжатия, отвечающая за сжатие воздуха, забираемого вторым ротором , то есть компрессором . Он поступает в камеру сгорания, но затем охлаждается промежуточным охладителем , который часто используется с турбонагнетателями .
Простая схема, показывающая устройство турбокомпрессора и его зависимость от других компонентов двигателя (графика с сайта www.astika.pl) Основным недостатком турбо с фиксированной геометрией является явный эффект т.н. турбо-лаги , т.е. запаздывание реакции двигателя на нажатие педали газа. Для преодоления этого досадного явления был разработан турбокомпрессор с изменяемой геометрией лопаток . О чем это? О модификации ротора турбины, а точнее о текущих изменениях угла наклона лопастей, отвечающих за его привод (путем направления на него потока выхлопных газов). Лопасти саморегулирующиеся путем установки их на угловые кольца, управляемые специальным приводом, приводимым в действие силой выхлопных газов из выпускного коллектора.Таким образом, «ведет себя» иначе при работе двигателя на холостом ходу (они создают небольшую площадь потока отработавших газов, но достаточную для устранения или хотя бы минимизации явления «турбо-запаздывания»), позволяя отработавшим газам течь больше плавно на турбинное колесо). Таким образом, турбокомпрессор умело адаптируется к условиям работы двигателя и обеспечивает оптимальный уровень наддува в каждом диапазоне оборотов. Внедрение изменяемой геометрии также положительно сказалось на расходе топлива и выбросах выхлопных газов.
К сожалению, сложная система изменяемой геометрии лопастей может быть аварийной. Часто говорят об отложениях , появляющихся на лопатках турбины, либо ограничивающих сферу их эксплуатации, либо окончательно блокирующих их . Обычно бывает так, что запекание одной из лопаток приводит к другой или даже ко всем из них. Автомобиль начинает сильно дымить и теряет мощность, что иногда сопровождается отчетливо слышимыми металлическими шумами.Однако в настоящее время замена всего турбонагнетателя является крайней мерой. Нет недостатка в компаниях, специализирующихся на регенерации этих элементов или проведении очистки системы турбины с изменяемой геометрией. Разумеется, это предполагает разборку турбины и, таким образом, оставление машины минимум на сутки.
Каковы симптомы повреждения турбонагнетателя?
Загрязнения, скапливающиеся внутри турбины, нарушают работу изменяемой геометрии лопаток, а значит - работу всего турбокомпрессора.Глядя на многочисленные преимущества системы с изменяемой геометрией турбины, не нужно заставлять искать более простую компоновку с фиксированным расположением лопаток : в таких автомобилях сложно долго привыкать к существенным "турбо лаг". Многие потенциальные отказы турбокомпрессоров не должны зависеть от того, имеют ли они фиксированную или изменяемую геометрию. Очень часто они сводятся к ухудшению смазки этого элемента моторным маслом , вызванному несвоевременной его заменой или неправильной эксплуатацией автомобиля с турбокомпрессором (агрессивная езда «на морозе», отсутствие ожидания ок.30 секунд, чтобы охладить турбо). Таким образом, компонент, работающий при температурах до 500°С, не имеет оптимального охлаждения и смазки, и больше всего страдает подшипник роторов турбокомпрессора.
Как управлять автомобилем с турбокомпрессором? Как ухаживать за турбиной?
.Принцип работы турбокомпрессора был изобретен более 100 лет назад. Только в наше время это устройство переживает ренессанс популярности.
Одним из более простых способов увеличения мощности двигателя является наддув, то есть нагнетание воздуха в его цилиндры. Из различных типов компрессоров наиболее популярным является турбокомпрессор, который обычно сочетается с дизельным двигателем.
Турбокомпрессор состоит из двух роторов, размещенных на одном валу.Вращение ротора, приводимого в движение энергией выхлопных газов, выходящих из двигателя, заставляет одновременно вращаться второй ротор, который нагнетает воздух в двигатель. Таким образом, для привода турбонагнетателя не требуется дополнительный источник энергии.
В любом поршневом двигателе примерно 70% энергии, получаемой при сгорании топлива, непроизводительно выбрасывается в атмосферу вместе с выхлопными газами. Турбокомпрессор не только улучшает характеристики двигателя, но и повышает его эффективность.
К сожалению, как это обычно бывает в технике, идеальных конструкций не бывает, поэтому у классического турбокомпрессора есть и недостатки. Прежде всего, в нем отсутствует возможность «плавного» изменения давления наддува цилиндров и характерно запаздывание реакции на нажатие педали газа. Он заключается в том, что мощность двигателя не увеличивается сразу после быстрого нажатия на педаль акселератора. Только через некоторое время двигатель быстро набирает обороты. Эти недостатки были особенно заметны в первых дизельных двигателях с системой Common Rail.Так был изобретен турбокомпрессор VTG с изменяемой геометрией турбины.
Его работа основана на изменении угла наклона лопаток турбины, благодаря чему даже при малой нагрузке двигателя и малых оборотах работа турбокомпрессора очень эффективна. Кроме того, появилась возможность плавно регулировать давление наддува.
Дизельные двигатели
VTG не испытывают никаких задержек в работе, а крутящий момент достигает высоких показателей даже на очень низких оборотах двигателя, а также увеличивается мощность.
.Если автомобиль переходит в аварийный режим при разгоне, это может свидетельствовать о проблеме с турбокомпрессором, клапаном N75, управляющим турбокомпрессором, или неправильной настройкой изменяемой геометрии из-за, например, замены актуатора. Как правило, выключение и включение зажигания приводит к выходу автомобиля из аварийного режима.
Выход в аварийный режим обычно сопровождается сохранением в контроллере двигателя (ЭБУ) следующих ошибок:
Вышеуказанные ошибки указывают на проблему с перегрузкой турбокомпрессора.Перегрузка турбокомпрессора обычно сигнализирует о проблеме с системой контроля давления наддува. В состав системы обычно входят: вакуумный насос, создающий вакуум, вакуумный регулирующий клапан N75, привод турбокомпрессора (т.н. clunk), изменяемая геометрия ВНТ, содержащаяся в турбокомпрессоре (лопасти, соединенные кольцом, направляющие поток выхлопных газов точно на турбинное колесо). ).
Возникновение ошибки, связанной с перегрузкой турбокомпрессора, может указывать на проблему в системе управления наддувом:
Блок управления двигателем постоянно измеряет давление наддува (фактическое давление наддува) при заданной нагрузке двигателя и сравнивает его со значениями заданной карты.
Если фактическое давление в карте намного выше заданного давления в карте, это означает, что турбонагнетатель перезагружается из-за неисправности в системе управления наддувом.
Порядок недозарядки на низких оборотах и дозаправки выше 2500 об/мин:
Трудно точно отрегулировать турбокомпрессор на автомобиле (нет доступа к регулировочным винтам, высокая температура сразу после замера).В связи с тем, что иногда важна 1/4 оборота, контрольные испытания необходимо проводить при регулировке от нескольких до нескольких раз. В случае неисправности турбокомпрессора сложно однозначно оценить, связаны ли достигнутые параметры с неправильной настройкой или, например, с неисправностью турбокомпрессора. Людям, у которых есть проблемы с правильной настройкой турбокомпрессора, рекомендуем разобрать турбо и отправить на диагностику и настройку в нашу мастерскую. Настраиваем турбокомпрессор и проверяем его параметры на специальном испытательном стенде.
Пользователям гибридных турбокомпрессоров, борющимся с большой задержкой (большой турбозадержкой) и желающим определить причины такого положения вещей, т. е. является ли это неправильной настройкой или, например, дефектной гибридной конструкцией, предлагается измерить КПД и установить турбокомпрессор. У нас есть специальное оборудование для испытаний гибридных турбокомпрессоров ColdAir, которое позволяет нам оптимизировать настройку бампера и длину кабеля VNT. Мы также настраиваем и программируем турбокомпрессоры с актуатором/электрическим контроллером турбокомпрессора.
. Турбокомпрессор почти никогда не расходует пробег всего двигателя. Это изнашиваемый компонент, и, как сцепление, массовый маховик или распределительный механизм, он должен подвергаться вмешательству механика. Изношенный турбокомпрессор следует заменить новым в соответствии с рекомендациями производителя. Однако это означает расход даже в 5-8 тысяч. злотый. Если бы в 10-летней машине вместо ремонта или замены всех узлов на новые стоимость этой операции могла бы превысить стоимость автомобиля.Следовательно, многие автомобили с турбонаддувом, передвигающиеся по Польше, имеют турбокомпрессоры после регенерации, а не замены на новые.
Больше, чем ремонт
Хотя ремонтом можно считать замену неисправных элементов новыми и восстановление эффективности турбокомпрессора, регенерация должна включать замену всех изнашиваемых деталей, даже если они находятся в рабочем состоянии. Например, при ремонте крыльчатка или колесо компрессора могут остаться без изменений до тех пор, пока на них не появятся признаки чрезмерного износа.Между тем при восстановлении следует учитывать тот факт, что эти элементы подвергаются значительным нагрузкам и невозможно предсказать, сколько им осталось «жизни».
Неприятная переменная?
Ведущие производители в случае выхода из строя турбокомпрессора являются единственным решением, позволяющим приобрести новый компонент.
Кшиштоф Бурзински, Moto-Remo, официальный дистрибьютор Garrett
Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией используются почти исключительно в дизельных двигателях, но по-прежнему составляют огромную долю всех турбонагнетателей, используемых на рынке.Внедрение дополнительного подвижного элемента, т.е. руля (изменяемой геометрии), позволило значительно улучшить характеристики дизельных агрегатов, но и стало источником новых проблем. В отличие от почти безотказного выпускного клапана, известного по обычным турбокомпрессорам, изменяемая геометрия представляет собой гораздо более деликатное решение, подверженное загрязнению и повреждению, и его немного сложнее ремонтировать.
Практика показала, что некоторые мастерские «не доросли» до надежного ремонта данного типа турбокомпрессоров и было много нареканий.Объясняя этот факт ошибками в ремонте, крупнейший производитель турбин Garrett несколько лет назад объявил, что в случае изменяемой геометрии ремонт невозможен, и прекратил продажу ремкомплектов. Конечно, сразу появилось обвинение в том, что ремонт вместо покупки новых турбокомпрессоров привел к уменьшению доходов производителя и это экономическое решение. Трудно сказать, как это было на самом деле, но факт в том, что с тех пор авторизованные мастерские не приступили к ремонту турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, а только предлагают замену на новые.
Что сделал человек...
На рынок вышли независимые производители запчастей для турбокомпрессоров с изменяемой геометрией и в настоящее время нет проблем с наличием большинства замен. Многие мастерские успешно ремонтируют этот тип турбины. Поэтому возникает резонный вопрос: стоит ли регенерировать турбину за 1000 злотых или выбрать новую за эту сумму в несколько раз больше?
По словам Павла Жилинского, который занимается обслуживанием турбин, сам процесс регенерации турбокомпрессора не сложен, но необходима точность.Наиболее частой причиной неправильной работы регенерированных турбокомпрессоров с изменяемой геометрией является неправильная настройка т.н. бампер на рычаге регулировки рулевого колеса. Компьютер двигателя управляет наддувом через этот рычаг, и если его исходное положение неправильное, двигатель либо недозаряжен (падение мощности), либо превышено давление.
Регенерация осуществима, но главное - технический режим и трата нескольких часов на каждую турбину.
Павел Жилинский, www.turbosprezarkizylinski.pl
Система проходит заводскую настройку на специальном испытательном стенде. Все чаще и чаще специализированные ремонтные мастерские планируют приобрести именно такой раствор.
По словам Павла Жилинского, правильная регенерация не может быть выполнена в спешке или без использования собственной базы данных измерений.Именно в этом он видит причины некачественного ремонта турбокомпрессоров с изменяемой геометрией. Если соблюдаются правила техники, восстановленный турбокомпрессор должен работать как новый.
Фото
Подшипник изнашивается быстрее всего. При регенерации они заменяются новыми. / Двигатель
Правильно восстановленный турбокомпрессор имеет такую же долговечность, как и новый.Его укорочение после ремонта обычно связано с тем, что новая турбина работает на новом двигателе, а регенерированная идет на частично изношенный. Эти худшие условия работы могут решить вопрос о возможном снижении долговечности турбокомпрессора после регенерации. Турбокомпрессор с изменяемой геометрией, на обычно б/у машине, должен выдержать примерно 200 тысяч. км. Если машина ездит на небольшие городские расстояния, иногда 100 000. км может быть недоступно. При городской езде турбо недогревается и самоочистка от нагара не происходит, к тому же частые перерывы в работе ухудшают условия смазки.
| Сервис | Цена |
| Регенерация турбины с изменяемой геометрией | прибл.1000 PLN |
| Новая вариабельная система геометрии | 300-450 PLN |
| замена поврежденного тела | ок. 200 PLN |
| Общая стоимость | 1000-1650 PLN |
| стоимость полной регенерации (с заменой ротора и колеса компрессора) начинается примерно с 1000 злотых и увеличивается, если вам нужно заменить систему с изменяемой геометрией или корпус. | |
| Audi A4 2.7 TDI 180 KM | 3800 PLN | |
| Audi Q7 4.2 TDI | 5840 PLN | |
| БМВ 520d F10 | 4700 PLN | |
| БМВ E46 320d 136 KM | 3550 PLN | |
| БМВ Е66 4.4D | 5500 PLN | |
| BMW X5 30D E70 | 4000 PLN | 4000 PLN |
| Citroen C4 1.6 HDI 109 км | 2200 PLN | |
| Citroen C5 2.0 HDI 136 км | 3100 PLN | |
| Fiat 1.9 JTD 150 км | 4000 PLN | |
| Fiat Punto 1.3 JTDM 90 км | 2000 PLN | |
| Fiat Stilo 1.9 JTD 120 км | 2700 PLN | 2700 PLN |
| FORD 2.0 TDCI 130 км | 3820 PLN | 3820 PLN |
| Ford C-Max 1,8 TDCI 125 км | 3100 PLN | |
| FORD Focus 1.6 TDCI 109 км | 2200 PLN | |
| Ford Focus 1.8 TDCi 115 KM | 3100 PLN | |
| Ford Mondeo 2.0 TDCi 136 KM | 3960 PLN | |
| Honda Accord 2.2 CTDi | 4820 PLN | |
| Kia Sorento 2.5 CRDi 177 KM | 3220 PLN | |
| Land Rover Freelander TD4 | 3900 PLN | |
| Mercedes 220 CDI W203 | 4000 PLN | |
| Mercedes 350 CDI | 8700 PLN | |
| Nissan Pathfinder 2.5 DCI | 3800 PLN | |
| Nissan / Рено 2.0 DCI | 3900 PLN | |
| Opel Astra 1.7 CDTI 130 KM | 3700 PLN | |
| Opel Corsa 1.3 CDTI 90 KM | 2000 PLN | |
| OPEL Insignia 2.0 CDTI 160 км | 3200 км | |
| Opel Vectra C 1.9 CDTI 120 км | 2700 PLN | |
| Peugeot 2.0 HDI 163 км | 4000 PLN | |
| Peugeot 807 2.2 HDI | 3600 PLN | |
| Renault 1.5 DCI 105 км | 2460 PLN | |
| RENAULT 2.2 DCI | 3200 PLN | |
| Renault Laguna 1.9 DCI 130 км | 2700 PLN | |
| Renault / Nissan 1.6 DCI 130 км | 2670 PLN | |
| Skoda Octavia 1.9 TDI 110 км | 2250 PLN | |
| Toyota 2.0D-4D 126 км | 5000 PLN | |
| Toyota Corolla 2.0 D-4D 115 | 3900 PLN | |
| Volvo V40 2.0D 136 км | 3960 PLN | |
| VW 1.9 TDI 105 км | 3000 PLN | |
| VW 2.0 TDI 140 км | 2900 PLN | |
| VW 2.0 TDI 170 км PD | 2900 PLN | |
| VW Passat B6 1.9 TDI 105 км | 2200 PLN | |
| VW Touran 1.9 TDI 101 км | 2200 PLN | |
| VW Golf / Seat Леон 1.9 TDI 150 KM | 3000 PLN | |
| * цены за пределами ASO | ||
Марчин Клоновски
Турбокомпрессор необходим сегодня? - ДВИГАТЕЛЬ
.Настройки файлов cookie
Здесь вы можете определить свои предпочтения в отношении использования нами файлов cookie.Требуется для работы страницы
Эти файлы cookie необходимы для работы нашего веб-сайта, поэтому вы не можете их отключить.
Функциональный
Эти файлы позволяют использовать другие функции сайта (кроме необходимых для его работы).Включив их, вы получите доступ ко всем функциям веб-сайта.
Аналитический
Эти файлы позволяют нам анализировать наш интернет-магазин, что может способствовать его лучшему функционированию и адаптации к потребностям Пользователей.
Поставщики аналитического программного обеспечения
Эти файлы используются поставщиком программного обеспечения, под которым работает наш магазин.Они не объединяются с другими данными, введенными вами в магазине. Целью сбора этих файлов является выполнение анализа, который будет способствовать разработке программного обеспечения. Вы можете прочитать больше об этом в политике использования файлов cookie Shoper.
Маркетинг
Благодаря этим файлам мы можем проводить маркетинговые мероприятия.
.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
