Принцип работы турбины ауди
Обновлено: 11.05.2024
ТУРБОНАДДУВ (ТУРБИНА) ДВИГАТЕЛЯ: ВИДЫ, КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ
Добрый день, сегодня мы узнаем, что такое турбонаддув (турбина) двигателя внутреннего сгорания, каков принцип работы, конструкция, а также, какими плюсами и минусами обладают системы наддува мотора. Кроме того, в статье мы выясним, какие существуют виды систем наддува двигателя и, чем они отличаются. В заключении мы наглядно рассмотрим типовую схему функционирования турбонаддува силового агрегата.
Как мы знаем, мощность двигателя зависит от количества воздуха и смешанного с ним топлива, которое может быть доставлено в мотор. Если мы хотим увеличить мощность двигателя, необходимо увеличить как количество подаваемого воздуха, так и топлива. Подача большего количества топлива не имеет никакого эффекта до тех пор, пока не будет необходимого для его сгорания количество воздуха, иначе образуется избыток не сгоревшего топлива, что приводит к перегреву двигателя и повышенной непрозрачности или дымности от отработанных выхлопных газов, причем также, как это происходит при масложоре.
1. ОСОБЕННОСТИ И КОМПОНЕНТЫ ТУРБОНАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ
Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто путем увеличения либо его рабочего объема, либо частоты вращения коленчатого вала. Увеличение смещения увеличивает вес, размеры двигателя и, в конечном счете, его стоимость. Увеличение частоты вращения коленчатого вала проблематично из-за возникших технических проблем, особенно для двигателей с большим объемом.
Технически приемлемым решением проблемы увеличения мощности является использование нагнетателя (компрессора). Это означает, что поступающий в двигатель воздух сжимается перед входом в камеру сгорания. Другими словами, компрессор обеспечивает подачу необходимого количества воздуха, достаточного для полного сгорания увеличенной дозы топлива. Следовательно, при предыдущем рабочем объеме и той же частоте вращения коленчатого вала мы получаем больше мощности.
Существует две основные системы наддува: с механическим приводом, которая отражена ниже на изображении “A” и просто “турбо”, отражена на рисунке “B” (использующие энергию отработавших газов). Кроме того, существуют также комбинированные системы, например, турбо компаундная, отображена на рисунке “в”. Ниже на фото наглядно продемонстрированы вышеописанные системы наддува двигателя.
В случае компрессора с механическим приводом необходимое давление воздуха получают благодаря механической связи между коленчатым валом двигателя и компрессором. Давление воздуха турбокомпрессора достигается за счет вращения потока выхлопных газов турбины. Турбокомпрессор состоит из двух турбин впрыска и привод, соединенный с валом. Вал установлен на двух подшипниках, которые постоянно подается масло, оказывающие охлаждающее и смазочную поддержку.
Обе турбины вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они ускоряются до высокой скорости (около 10 000 оборотов в минуту) и соприкасаются с лопастным приводным колесом, и преобразуют свою кинетическую энергию в механическую вращательную энергию (крутящий момент). С такой же скоростью и давлением вращается колесо турбины, которое подает сжатый воздух в двигатель. Разрядное колесо сконструировано таким образом, что уже при небольшом расходе выхлопных газов достигается достаточное давление нагнетаемого воздуха. При полной нагрузке двигатель достигает максимального избыточного давления (от 1,1 до 1,6 атмосфер); при этом обороты двигателя составляют около 2000 оборотов в минуту и остаются постоянными при дальнейшем наборе частоты вращения до максимальной.
Между двигателем и турбокомпрессором имеется соединение только через поток выхлопных газов. Частота вращения турбины напрямую не зависит от скорости вращения коленчатого вала двигателя и характеризуется некоторой инерцией, то есть увеличением подачи топлива, увеличением энергии выхлопного потока, а затем увеличением частоты вращения турбины и напором разряда, а мотор, следовательно, получает больше воздуха в цилиндры, что позволяет увеличить подачу топлива. Ниже на фото продемонстрирована схема типового турбокомпрессора и его основных элементов.
Основные компоненты турбокомпрессора: 1 – трубопровод для подачи сжатого воздуха от турбины к диафрагме; 2 – нагнетательное колесо турбины; 3 – корпус нагнетательного колеса; 4 – промежуточный корпус; 5 – сбрасывающий клапан; 6 – диафрагма; 7 – пружина; 8 – диафрагменная камера; 9 – приводное колесо; 10 – корпус турбонагнетателя; 11, 12 – опоры; А – подача воздуха от воздушного фильтра; B – подача воздуха к впускным клапаном; C – обводной канал сбрасывающего клапана для ограничения давления нагнетания; D – подача отработавших газов от двигателя; E – подача отработавших газов к выпускной системе; H – подача смазки; J – отвод смазки; K – подача сжатого воздуха для открытия сбрасывающего клапана.
2. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ СИСТЕМ ТУРБОНАДДУВА
Для предотвращения нарастания давления более, чем необходимо на высоких оборотах двигателя, в компрессоре находится специальное устройство, состоящее из разгрузочного клапана и диафрагмы с пружиной, которое обеспечивает контроль давления и оборотов мотора. Полость перед мембраной связана с давлением поступающего воздуха через трубопровод. С увеличением давления, которое происходит с нарастанием частоты вращения коленчатого вала, диафрагма сгибается, сжимая пружину опуская и открывая клапан. Выхлопные газы таким образом проходят через дополнительный обводной канал с тем, чтобы снизить скорость вращения приводного колеса турбины, а значит и разгрузочного колеса. Повышение давления становится постоянным.
Для двигателей, работающих в широком диапазоне скоростей (например, в легковом автомобиле), высокое давление наддува желательно даже на низких оборотах. Поэтому будущее принадлежит турбокомпрессорам с регулируемым давлением. Небольшой диаметр современных турбин и специальные сечения газовых каналов способствуют уменьшению инерционности, то есть турбина очень быстро разгоняется, и давление воздуха очень быстро достигает требуемого показателя.
Для удовлетворения все возрастающих требований, которые необходимы для автомобильной техники в областях потребления топлива, выбросов выхлопных газов и шума, сегодня проектируются и разрабатываются электронные системы контроля за наддувом.
Что такое турбонаддув
Такая вот небольшая с виду «улитка» — один из самых действенных способов увеличить мощность двигателя.
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? нас и поджидают проблемы.
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 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 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?
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.
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.
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 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.
, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, , 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.
По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В 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 (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 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 получать выхлопные газы из цилиндров разных блоков, работающих в противофазе.
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.
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».
Объяснение принципа работы двигателя Audi с тремя турбинами
Вот как Audi обошла турбояму при помощи разработки электрического наддува
Решением проблемы стало добавление с тройные ряды турбин, дополнительного электронагнетателя. Теперь автомобили Ауди, оборудованные третьим «не лишним», получили возможность предоставлять воздушный импульс, именно в тот момент, как только вы надавливаете на газ. Элегантное, и даже умное решение проблемы века работы турбин. Минус во всем это нагромождении только один, система получилась достаточно сложной. О том, как она работает и что за компоненты трудятся рука об руку для достижения единственной цели – скорости отклика на нажатие педали газа, рассказывает Джейсон Фенске с канала Engineering Explained.
Объяснение, строящиеся на фирменных изображениях Audi дает нам представление о том, зачем нужен первый в мире серийный электрический нагнетатель, как он работает, и почему отдельная электрическая система на 48 вольт необходима для обеспечения его корректной работы.
Если брать систему нового дизельного двигателя в целом, то можно сказать следующее: двигатель Audi TDI – это невероятно сложный и очень технологичный мотор. Суть его работы заключается в поэтапном подключении компрессора и турбин, начиная с самых низких оборотов, на которых в дело вступает электронагнетатель, затем, когда обороты доходят до средних, в дело включается первая турбина, затем вторая и на самых высоких оборотах активируются выпускные клапаны, для получения максимальной мощности с данного мотора.
Схема привода турбины такова:
Интересно, насколько запутанными путями идет очищенный забортный воздух до цилиндров (об этом Джейсон начинает рассказ с 1.00 минуты видео, если интересны нюансы, рекомендуем включить субтитры и их перевод в Настройках). Ряд воздуховодов, клапаны, перекрывающие путь к тем или иным турбинам, все это кажется сложно на первый взгляд, но вполне наглядно на схематическом изображении мотора.
Электронагнетатель включается в работу за доли секунды, менее чем за ¼ секунды с самых низких оборотов, при резком нажатии на педаль акселератора. Скорость вращения шпинделя составляет 70 тыс. оборотов в минуту! И все это происходит за мгновения до начала раскручивания первой основной турбины, которая перехватит инициативу буквально через пару десятых секунды. Степень расчетов просто поражает!
В общих чертах таким образом работает три турбины на новом дизельном двигателе Audi. Если вам интересно узнать подробности, посмотрите видео:
Система турбонаддува — принцип работы турбины
Турбонаддув – способ увеличения мощности двигателя автомобиля за счет увеличения подачи воздуха в цилиндры, не изменяя при этом его (двигателя) объема.
Основной элемент системы – турбокомпрессор, состоящий из турбины и компрессора (нагнетателя). Причем турбина начинает работать как только происходит запуск двигателя, а компрессор только с определенного числа оборотов.
Роль обогащения топливо-воздушной смеси кислородом отведена компрессору (нагнетателю). Происходит этот процесс за счет использования энергии отработавших газов. Колеса («крыльчатки») турбины и компрессора закреплены на одном валу.
Выхлопные газы через выпускной коллектор попадают в корпус турбины, раскручивая ее колесо, которое в свою очередь раскручивает колесо компрессора, вследствие чего осуществляется всасывание воздуха из атмосферы в компрессор, и уже в нем его сжатие и нагнетение во впускное отверстие.
Так как сжатие воздуха сопровождается его нагревом, что приводит к уменьшению плотности, а как следствие к снижению и эффективности наддува в системах турбоннадува применяется интеркулер – своеобразный «промежуточный радиатор» (между компрессором и цилиндрами) для охлаждения воздуха, подаваемого в цилиндры.
Интеркулеры бывают двух видов: воздухо-воздушный и водо-воздушный.
В автомобилях преимущественно используются воздухо-воздушные интеркулеры, располагающиеся, как правило, либо фронтально (перепендикулярно продольной оси автомобиля) – обычно пространство перед/под радиатором двигателя, либо горизонтально над двигателем.
Твин-турбо (би-турбо) – система «сдвоенного» наддува, в которой применяется два турбокомпрессора, то есть две турбины и два компрессора.
Параллельная система «сдвоенного турбонаддува» (Parallel twin-turbo). Представляет собой конфигурацию турбонаддува, в которой два идентичных турбокомпрессора в равной степени разделяют между собой работу по нагнетанию воздуха в цилиндры.
Каждый из них действует на свой ряд цилиндров и функционирует за счет половины отработавших газов двигателя.
Секвентальная система «сдвоенного турбонаддува» (Sequential twin-turbo). В такой конфигурации также два турбокомпрессора – один меньшего размера, другой большего.
Работают они последовательно: на низких оборотах двигателя, когда энергии выхлопных газов не хватает для раскрутки колеса большой турбины, работает маленький, на высоких подключается большой.
Турбина с изменяемой геометрией
В настоящее время наряду с системами «сдвоенного турбонаддува» все большее распространение получают системы наддува с изменяемой геометрией, то есть с изменением сечения на входе колеса турбины. Происходит это за счет поворота небольших лопастей вокруг «крыльчатки».
Движение воздуха при закрытых лопастях.
Движение воздуха при открытых лопастях.
Уменьшение сечения на низких оборотах (при недостаточном для раскрутки колеса турбины количестве выхлопных газов) способствует увеличению мощности потока отработавших газов.
Когда же двигатель работает на высоких оборотах, и мощность потока газов возрастает, сечение увеличивается так, чтобы обеспечить достаточный двигателю «наддув», избежав при этом перегрузки турбокомпрессора.
По сравнению с «традиционными» турбокомпрессорами, имеющими в своей конструкции перепускной клапан, регулирующий обороты турбины, а следовательно и производительность компрессора, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией более экономичны (естественно, относительно расхода топлива) и экологичны при более высокой мощности.
Разработка подобных систем наддува, помимо снижения затрат на топливо и выброса вредных веществ в атмосферу, направлена еще и на повышение производительности двигателей – исключения такого явления, как турбо-яма (турбо-лаг), когда на низких оборотах двигателя давления выхлопных газов недостаточно для раскрутки турбины, и только на высоких оборотах двигатель раскрывает свою истинную сущность, обозначенную «шильдиком» «turbo».
«На пальцах». чтобы понять, что такое турбо-яма нужно сесть за руль автомобиля, оснащенным простым турбо-двигателем, проехать какое-то растояние на низкой скорости, а потом «утопить» педаль акселератора (газа) в пол. после небольшой паузы автомобиль довольно резким рывком устремится вперед!
Так ли страшна турбина? Как правильно ездить с турбомотором и сколько может стоить ремонт
В нашей прошлой публикации мы уже сравнивали турбированный и атмосферный моторы, пытаясь понять, в чем их отличие и какой из них лучше выбрать. Допустим, что вы уже приобрели машину с наддувным двигателем или вот-вот собираетесь ее купить.
Как устроена турбина?
В общем-то, турбокомпрессор устроен просто. Главная деталь — это картридж. Внутри него размещается вал, а с двух противоположных концов к этому валу прикреплены турбинные колеса. Для того чтобы вал нормально вращался и не грелся, к нему под давлением подается моторное масло. Также к картриджу идет и трубка с антифризом для дополнительного охлаждения.
По бокам к корпусу картриджа прикреплены две "улитки" — горячая и холодная, внутри которых вращаются турбинные колеса. В горячую поступают выхлопные газы, раскручивают колесо, а затем "улетают" в выхлопную трубу через боковое отверстие улитки. Турбоколесо в холодной улитке всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и гонит его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора.
Такова общая схема турбины, и мы не будем сейчас вдаваться в тонкости конструкции и различные варианты компоновки. Впрочем, стоит упомянуть новое поколение турбин, где масло подается под более низким давлением, а вал вращается в очень дорогих и сверхпрочных шариковых подшипниках.
Будет ли турбина "есть" масло?
Как мы уже говорили, без масла турбина работать не может. Обычно для герметизации вращающихся валов используют резиновые сальники (как в двигателе и коробке передач), но никакие сальники не смогут выдержать режимы работы турбины. Рабочая температура в ней достигает тысячи градусов, а частота вращения валов — сотен тысяч оборотов в минуту. Это намного более суровые условия, чем в моторе.
Валы и втулки в турбине подогнаны друг к другу с очень высокой точностью, и за счет этого масло не должно сочиться сквозь них, если турбина исправна. Но как только зазоры увеличиваются, масло через "холодную" часть турбины засасывает во впускной коллектор двигателя вместе с нагнетаемым воздухом. В таких случаях говорят, что "турбина гонит масло".
Из-за чего это происходит?
- Естественный износ рабочих поверхностей валов и втулок.
- Пониженное давление масла в двигателе: турбине не хватает смазки, и она сильнее изнашивается.
- Повышенное давление масла в двигателе: масло попросту выдавливает через щели между втулками и валами.
- Повышенное разрежение во впускном коллекторе — масло из турбины туда засасывает. В результате двигатели, где зазоры в цилиндрах близки к идеальным, угар масла из-за неисправной турбины может достигать нескольких литров на сотню километров. Вот этого-то и боятся сторонники безнаддувных моторов.
Каков ресурс турбины?
Здесь все очень индивидуально и зависит от стиля езды. В среднем на бензиновых двигателях ресурс турбины составляет 150 тысяч километров. На дизельных двигателях — 250 тысяч километров. Однако если ездить быстро, перекручивая двигатель и турбину, то ресурс может сократиться и до 100, и до 60 тысяч.
Как понять, что турбина просится в ремонт?
Главный признак скорой кончины турбины — синеватый дым из выхлопной трубы. Его появление означает, что в цилиндрах вместе с топливовоздушной смесью сгорает масло. Весьма вероятно, что во впуск это масло попало именно через турбину. Чтобы провести диагностику, не нужно обладать дипломом автослесаря. Достаточно иметь книжку по устройству автомобиля, где нарисовано расположение узлов под капотом, и немного свободного времени.
- Найдите впускной патрубок, по которому воздух попадает в турбину и открутите его. Засуньте руку в "улитку" турбины и нащупайте вал, на котором закреплена крыльчатка. Покачайте его, и если есть люфт, то через щели наверняка сочится масло.
- Найдите интеркулер и загляните внутрь. Если внутри есть масло, то турбина его "гонит". Чем больше масла, тем выше износ.
Еще иногда на приборной доске турбированных автомобилей есть указатели температуры и давления турбины. Соответственно температура не должна быть повышенной, а давление — пониженным.
Все эти советы обязательно нужно учесть, если вы покупаете турбированную машину с пробегом. Турбина — вещь дорогостоящая, и ее дефект может обернуться для вас, как для будущего владельца, крупными затратами.
Сколько стоит ремонт турбины и что в ней ремонтируется?
Когда турбина выходит из строя, можно пойти тремя путями.
Поменять турбину целиком. Чаще всего это совершенно лишняя затея, потому как масло гонит картридж, а корпуса-"улитки" остаются целыми и менять их не нужно. Замену турбины в сборе любят предлагать официальные дилеры и мультибрендовые сервисы, мастера на которых плохо разбираются в турбинах и ставят задачу получить с клиента максимум денег.
Почем? Cнятие, отсоединение трубок подачи масла и антифриза и установка турбины обратно стоит около 4 000 – 5 000 рублей.
Поменять картридж турбины. Под замену идет исключительно сам рабочий элемент турбокомпрессора — корпус с валом и крыльчатками. Поменять готовый картридж может даже мастер, который не специализируется на турбинах. Задача состоит в том, чтобы открутить несколько гаек крепежа, а потом закрутить их обратно.
Почем? Стоимость картриджа с заменой — около 15 000 – 20 000 рублей.
Отремонтировать картридж. Такая работа под силу исключительно мастерам специализированных автосервисов. Турбину разбирают полностью, моют ультразвуком, выявляют изношенные элементы и меняют их. Корпус картриджа растачивают на токарном станке, а затем всю конструкцию балансируют в два этапа, чтобы на скорости до 150 – 200 тысяч оборотов в минуту не было вибрации. Затем еще в картридж закачивают под давлением масло, чтобы проверить на герметичность.
Почем? Цена ремонта турбины зависит от массы факторов и колеблется от 7 000 до 25 000 рублей. Важно понимать, что если мастера называют серьезную сумму, то зачастую проще купить новую турбину.
7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов
Атмосферный мотор засасывает воздух в цилиндры под действием разрежения, которое возникает, когда поршень движется к нижней мертвой точке. В большинстве случаев давление в цилиндре в конце хода впуска чуть ниже атмосферного. И вот с этим количеством воздуха и осуществляется рабочий цикл мотора. Наддувный двигатель получает на входе в цилиндр воздух, сжатый компрессором до определенного давления, а потому его в цилиндр войдет больше, чем у мотора со свободным всасыванием. Больше воздуха — больше кислорода, а значит, и топлива сгорит больше, и мощность при том же рабочем объеме поршневой части будет выше (или мотор компактнее при сохранении мощности).
Поскольку воздух в компрессоре подогревается, температуру перед подачей в цилиндр желательно снизить. Это делает специальный охладитель — интеркулер. Компрессоры могут использоваться разных типов — и с приводом от коленвала, и волновые обменники давления, но наиболее распространен турбонаддув. Последний способ использует энергию выхлопных газов для вращения центростремительной турбины, а сидящее на том же вале колесо центробежного компрессора обеспечивает сжатие воздуха перед подачей в цилиндры.
Как видим, конструкция наддувного мотора сложнее, чем атмосферника. Отсюда и первый недостаток турбомоторов.
1. Низкая надежность
Наддувные двигатели состоят из большего числа агрегатов, а надежность многокомпонентной системы всегда ниже, чем у более простой. Нагрузки на детали больше из-за большей литровой мощности. Да и конструкционные материалы в автомобильной промышленности используются преимущественно недорогие. Это же вам не аэрокосмическая отрасль…
К примеру, у турбокомпрессора есть система регулирования давления наддува, которая порой может заедать и отказывать. У редакционного Volkswagen Golf уже дважды при пробеге 80 000 и 100 000 км полностью теряла подвижность тяга привода клапана перепуска газов мимо турбины.
2. Недостаточный ресурс
Все мы вздыхаем по моторам-миллионникам конца прошлого века. Сейчас ресурс мотора в 400 000 км считается огромным достижением, а в прошлом он был нормой. Турбодвигатели современных автомобилей до таких пробегов не доживают. Турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км, а начавшая «хандрить» турбина вскоре может погубить и поршневую часть. Ведь турбокомпрессор может «выхлебать» весь запас моторного масла — в поддоне и поршневой части ничего не останется.
А еще многие производители с целью сэкономить «апгрейдят» атмосферные моторы до турбонаддувных, не особо заморачиваясь усилением некоторых деталей. Соответственно, высокие нагрузки на поршневую часть при небольшом усилении конструкции приводят к снижению ресурса.
3. Необходимость более частого и высококвалифицированного обслуживания
Многие производители для своих моделей с турбомоторами снизили периодичность ТО с 15 000 до 10 000 км. Так поступили, к примеру, Geely и Haval.
Наддувный мотор сложнее в обслуживании и особенно в диагностике. У него гораздо больше количество дополнительных соединений в системе турбонаддува. Потерять герметичность могут: подвод и отвод воздуха, подвод и отвод отработанных газов, системы подачи масла под давлением и его слива, а также подачи охлаждающей жидкости. Все это требует дополнительного внимания и опыта у сервисмена во время ТО.
4. Дорогой ремонт
Ремонт наддувного мотора всегда обходится дороже. Даже если турбокомпрессор в ремонтной фирме и не трогали, то прайс на восстановление двигателя все равно выше. Просто потому, что разбирать-собирать все перечисленные выше системы дольше и сложнее. А если предстоит замена турбокомпрессора, то готовьтесь выложить от 60 000 руб. Восстановление узла может потребовать половину этой суммы.
5. Обязательно применять хорошее топливо и смазки
Все современные моторы довольно требовательны к качеству топлива и моторного масла. Но если атмосферник на некачественных жидкостях «умрет» не сразу, то жизнь форсированного наддувного мотора будет измеряться минутами. Кроме того, расход даже самого дорогого масла у наддувного мотора будет выше, чем у большинства атмосферников.
Отдельного разговора требует расход топлива. Любой маркетолог, желающий продать вам машину с турбомотором, будет уверять, что она экономичнее, чем автомобиль с атмосферным двигателем. В теории так и есть. Но ведь турбомашина — это «великий провокатор». Некоторые автомобилисты сознательно выбирают турбодвигатель, чтобы ездить напористо и агрессивно. В этом случае расход будет не меньше, а даже больше, примерно на 30%, чем у спокойного водителя. Для неторопливого водителя мощность турбомашины может показаться избыточной, а повышенные затраты на содержание, (частые ТО, дорогие бензин и масло) — неоправданными.
6. Необходимость дополнительного охлаждения
Недаром многие сигнализации имеют опцию «турботаймер». Это устройство позволяет не глушить разогретый турбомотор сразу после остановки машины, а дает двигателю поработать на холостом ходу для охлаждения — прежде всего турбины. Похожий алгоритм у некоторых мощных автомобилей штатно заложен в блок управления двигателем. Без этого в остановившейся, но раскаленной докрасна турбине масло закоксуется, нарушив герметичность уплотнений. В итоге значительно вырастет расход масла на угар.
7. Проблемы с ликвидностью
Обо всех вышеперечисленных неприятностях осведомлены, в той или иной степени, многие автолюбители. Именно поэтому большинство предпочтет на вторичном рынке машину с атмосферным двигателем. А заезженные «турбозажигалки» приобретать будут, в основном, молодые поклонники всех серий «Форсажа».
Впрочем, есть у турбомоторов и неоспоримые плюсы.
1. Отличная характеристика крутящего момента
Разгон автомобиля — хоть с механической коробкой передач, хоть с автоматом — очень зависит от того, насколько быстро мотор из режима холостого хода сможет достигнуть оборотов максимальной мощности. А мощность, как известно, пропорциональна произведению оборотов коленвала на крутящий момент. Именно поэтому нужно, чтобы мотор на как можно более низких оборотах выдавал большой крутящий момент.
Наддувный мотор проектируют так, что турбокомпрессор обеспечивает довольно высокое давление наддува очень «рано», при небольших оборотах коленвала. В результате мы получаем большой крутящий момент на небольших оборотах. Далее момент увеличивать нельзя во избежание чрезмерных нагрузок на детали мотора. Начинает работать перепускной клапан, направляя часть выхлопных газов в обход турбины. Так производительность турбокомпрессора ограничивается, а на кривой крутящего момента появляется горизонтальная полка. Вот за такую характеристику турбомоторов их и любят, особенно активные водители.
2. Низкий расход топлива
У атмосферного двигателя значительная часть энергии сгоревших газов теряется вместе с горячими выхлопными газами. Наддувный двигатель использует температуру и давление выпускных газов, срабатывая их в турбине. Меньше энергии пропадает зря, значит, больше используется для движения автомобиля. Но, повторюсь, при условии спокойной манеры вождения.
Турбодвигатели совершенствуются и захватывают все новые модельные ряды автомобилей самых разных производителей на всех континентах. Вначале они оккупировали дороги старушки Европы. Япония давно и массово загружает ими внутренний рынок. США и Корея немного более сдержанны в распространении турбированных двигателей. Зато Китай в последнее время массово пересаживается на турбонаддув. Так что за наддувными двигателями будущее. Если, конечно, их не вытеснят электрокары.
Устройство и принцип работы турбины
Турбина (турбокомпрессор) стала определяющим агрегатом в деле увеличения мощности моторов.
Что такое турбина и для чего она нужна?
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
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
Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков.
Охлаждение маслом.
Преимущества:
- Более простая конструкция
- Меньшая стоимость изготовления самой турбины
- Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с комплексной системой
- Более требовательна к качеству масла и к его более частой смене
- Более требовательна к контролю за температурным режимом масла
Комплексное охлаждение маслом и антифризом
Преимущества:
- Большая эффективность охлаждения
- Более сложная конструкция самого турбокомпрессора, как следствие большая стоимость
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.
Такая же система, но с маленькими одинаковыми турбинами позволяет добиться прироста мощности при небольших оборотах и держать наддув постоянным до красной зоны.
Такая систем турбонаддува используется в автомобилях BMW biturbo.
В чем главная проблема мотора 1.8Т Audi и Volkswagen и как с ней бороться
Как долго еще турбированный бензиновый двигатель объемом 1,8 литра будет будоражить умы белорусских автовладельцев, сказать трудно. А вот что сделало его популярным, причем не только у нас, ни для кого не секрет, хотя особенности этого мотора не должны были бы способствовать повышенному интересу.
Даже после двух десятилетий, прошедших со времени разработки, двигатель 1.8Т не перестал казаться непростым по конструкции, несмотря на то что давно находится в тени пришедших ему на смену еще более продвинутых технически моторов FSI и TSI. А когда он дебютировал, найти ему равные по сложности силовые агрегаты, которыми оснащались автомобили, предназначенные для общего пользования, и вовсе была еще та задача.
Однако предвидимые сложности эксплуатации не помешали 1.8Т получить широкое распространение. Ларчик открывался просто. Двигатель в различных исполнениях устанавливался на модели Audi, Volkswagen, Skoda и SEAT, среди которых были такие всенародные любимчики, как А4, А6, Golf, Passat, Octavia. Отчего же не обрести популярность?
Впрочем, не газораспределение оказалось самой главной проблемой 1.8Т. Ахиллесовой пятой этого мотора стала система турбонаддува, которая наряду с изощренным газораспределением тоже являлась одной из "изюминок" 1.8Т. Чтобы узнать, почему "прославились" турбокомпрессоры 1.8Т, по каким причинам они попадают в ремонт чаще, чем хотелось бы владельцам автомобилей с этими моторами, каких правил следует придерживаться, чтобы турбина не вышла из строя преждевременно, мы побеседовали с директором компании "Турбохэлп" Алексеем Оргишем:
- Система подачи масла - вот слабое место, которое непосредственно влияет на турбину в двигателе 1.8Т. Если говорить конкретнее, то речь идет о трубке подачи масла в турбину. Она тонкая, длинная, огибает весь мотор и при этом проходит рядом с выхлопным коллектором. Коллектор при работе двигателя раскаляется. От такого соседства трубка сильно нагревается, вследствие чего масло в ней коксуется.
По мере того как из-за отложений кокса уменьшается проходное сечение трубки, уменьшается и поступление масла в турбину. В результате начинается масляное голодание.
Турбокомпрессоры, ставившиеся на 1.8Т, как и турбины других бензиновых двигателей с наддувом, имеют водяное охлаждение, что можно увидеть по наличию на корпусе отверстий, одни из которых предназначены для подачи и слива масла, другие - для жидкости из системы охлаждения двигателя. Несмотря на это, масло помимо смазывающей функции участвует в охлаждении турбины наравне с антифризом. Следствием непоступления масла становится перегрев турбины.
Отсутствие смазки и перегрев приводят к выходу турбины из строя. Причем к очень быстрому - мы не раз становились этому свидетелями, и вот почему. Многие белорусские владельцы, как известно, когда покупают какой-нибудь узел в запчастях, часто в целях экономии денег предпочитают ставить его сами.
Помимо того что конструкторы крайне неудачно скомпоновали масляную трубку на двигателе вдоль выхлопного коллектора, удивляет еще ее стоимость. Трубка недешевая - в зависимости от того, где покупать, за нее могут попросить от 70 до 120 у.е. Когда турбину покупают у нас, мы предупреждаем, что одновременно с ней нужно поменять трубку.
Но поскольку самостоятельный ремонт затевают ради экономии, то экономят и на трубке. Кто-то пытается старую трубку промывать, продувать, прожигать, прочищать каким-то "ершиком". Все это бесполезная трата сил и времени. Во-первых, из-за того, что отверстие в трубке маленькое, а трубка длинная и имеет изгибы, очистить ее от грязи практически невозможно. Даже если владельцу кажется, что он справился с задачей, это ему только кажется. На стенках трубки останутся частички кокса, которые будут собирать на себя всякий шлам, циркулирующий с маслом. В итоге трубка зарастет грязью намного быстрее, чем могла бы, будь она новой.
А кто-то с трубкой вообще ничего не делает - просто оставляет старую, как она есть. Вот в таких случаях все происходит вообще очень быстро. Если разобрать картридж, можно понять, по какому сценарию развивались события.
На валу ротора видим два ярко выраженных участка. Синий - свидетельство перегрева со стороны колеса турбины, желтый - следы наволакивания материала подшипниковой втулки, появившиеся по причине заклинивания вала во втулке. Это все произошло из-за отсутствия поступления масла в картридж. Но куда же подевалось колесо, ведь оно выполнено заодно с валом?
А с ним произошло то, во что многие наши клиенты не верят, пока не увидят это своими глазами. Колесо срезало. Дело в том, что колесо соединено с валом с помощью сварки трением. Такая технология. При работе двигателя вал турбины вращается с очень большой скоростью. Турбины для бензиновых двигателей вообще более быстрые, чем для дизелей. Если вал резко заклинил, сила инерции колеса обрезает вал по месту сварки.
Поэтому место среза выглядит очень аккуратно.
Нередко происходит и такая вещь - откручивается гайка крепления колеса компрессора. Просто так она открутиться не может, потому что на ней не стандартная, а обратная резьба. Почему же это произошло? Опять-таки из-за силы инерции. Когда ротор резко остановился, крыльчатка компрессора превращается в тот самый гаечный ключ, который отворачивает гайку, потому что сила инерции, действующая на крыльчатку, направлена именно в ту сторону, которая необходима для отворачивания гайки с обратной резьбой. Дальше гайка повреждает колесо компрессора.
Внутри коробок, в которых новые турбокомпрессоры идут в запчасти, можно найти рекомендации по установке. В них записано, что при установке новой турбины одновременно должна быть заменена и масляная трубка. Белорусские владельцы, правда, намного чаще покупают не новые, а восстановленные турбины. Письменные инструкции к ним также прилагаются, но их в упор не видят, а наши устные рекомендации зачастую в одно ухо влетают, из другого - вылетают. Бывает, дня после покупки не проходит, как покупатель возвращается с уже заклинившей турбиной. Поэтому повторюсь: замена трубки - обязательное условие успешного ремонта.
Еще о двигателе нужно сказать, что примерно до 2000 года он оснащался ненадежным масляным насосом. Если насос вышел из строя, турбина прикажет долго жить одной из первых, потому что ее подшипниковый узел смазывается под давлением. Позже стали ставить более надежный насос, но надо понимать, что вещь эта в любом случае не вечная, поэтому, если турбина вышла из строя, насос надо проверить, чтобы убедиться, не он ли является причиной.
Ну и про катализатор, конечно, надо упомянуть. Он, впрочем, в большинстве 1.8Т уже выбит, но кое-где еще остался. Свою функцию он давно не выполняет, поэтому, если его выбить, для экологии это будет даже лучше, чем ездить с забитым нагаром и оказывающим сопротивление выхлопным газам "кирпичом". И для турбины это хорошо, потому что иначе увеличивается давление выхлопных газов на турбинное колесо, у ротора образуется продольный люфт, нарушаются уплотнения и балансировка. Больше турбина не жилец.
Комплектовался 1.8Т только турбинами марки ККК. Было несколько модификаций двигателя - соответственно существует и несколько исполнений турбин. Но различия между ними непринципиальные. Какие бывают нюансы с турбинами?
У очень многих появляются трещины на чугунной "улитке" турбинного колеса. Думаю, это опять-таки связано с забитым катализатором. Из-за того что он препятствует газам свободно выходить, они задерживаются в турбине, что ведет к ее перегреву. Вероятнее всего, трещины - следствие воздействия высоких температур. В принципе ничего страшного в этом нет до тех пор, пока трещина не станет сквозной, но, к счастью, это происходит нечасто.
И еще на этих турбинах случается, что отваливается тарелка перепускного клапана. И снова под подозрением чрезмерно высокие температуры из-за затрудненного выхода выхлопных газов. Сначала отваливается заклепка, после чего тарелка улетает в выхлопную трубу. На месте клапана появляется дырка, через нее стравливается все давление, в результате до ротора ничего не доходит. Итог - нет наддува.
Это то, в чем заключается своеобразие эксплуатации турбин на моторах 1.8Т. Остальные неисправности, которые с ними случаются, типичны для всех турбин и не зависят от их марки или двигателя, на котором они работают. Какой-то посторонний предмет может прилететь со стороны воздушного фильтра и повредить лопасти колеса компрессора. Что-то может попасть со стороны двигателя - тогда страдают лопатки колеса турбины. Несвоевременная замена масла и масляного фильтра, применение масла, не отвечающего предъявляемым требованиям, ведут к износу, появлению выработки, дисбаланса, разбиванию уплотнений. Это нами обсуждалось не раз, поэтому не думаю, что нужно повторяться.
Читайте также: