Функция турбокомпрессора
Турбокомпрессоры, также имеют другое название — турбины. Как правило, большинство автомобильных турбин используют энергию выхлопных газов в двигателе. То есть турбина раскручивается за счет давления выхлопных газов. За счет этого турбина нагнетает в двигатель дополнительную порцию кислорода, благодаря чему и повышается производительность автомобиля. Вот почему говорят — «двигатель с турбонаддувом».
По сути, конструкция турбокомпрессора состоит из двух отдельных турбин (улитки в отдельных корпусах). Одна часть турбины содержит колесо турбины (крыльчатка). Внутри второй части турбины (витка улитки) находится колесо компрессора (крыльчатка). Обе части улиток соединены друг с другом единым валом турбокомпрессора. Турбинное колесо находится в выхлопной системе двигателя — на выпускном коллекторе.
Давление горячих отходящих газов из выхлопной системы приводит турбину в движение (начинает вращаться колесо турбины) в очень быстрое движение. Например, турбина может раскручиваться до 300 000 оборотов в минуту.
Так как обе части улиток турбокомпрессора соединены единым валом, от вращения колеса турбины начинает с той же скоростью вращаться колесо компрессора турбины, которое соединено с впускной системой двигателя.
При вращении колеса компрессора турбина засасывает дополнительный свежий воздух, который затем сжимается в корпусе компрессора и поступает под давлением в цилиндры двигателя.
При сжатии воздуха происходит нагрев турбины.
Для того чтобы избежать перегрева инженеры придумали систему охлаждения турбокомпрессора, которая позволяет отводить часть тепла, генерируемого в процессе сжатия воздуха.
В итоге, понижая температуру воздуха проходящего через турбины, система позволяет охладить непосредственно наддуваемый воздух, поступаемый в камеру сгорания двигателя. Это повышает эффективность и производительность силового агрегата.
Как продлить жизнь турбины
Чтобы продлить жизнь турбине, надо систематически менять масляной фильтр и проверять работу обратного клапана. Качество масла играет решающую роль для предотвращения закоксовывания движимых частей турбины. Количество масла в системе ДВС, как и давление, должно быть достаточным. Если турбина часто запускается с «сухого» старта, неизбежно перегревание деталей и быстрый износ.
Сделать диагностику турбины самостоятельно по силам каждому водителю, но не каждый сможет провести ремонт. Учитывая, что полноценную диагностику проводят на разобранном турбокомпрессоре, есть большая вероятность того, что после демонтажа системы и нахождения поломки автовладелец не сможет установить турбину, «как было». Поэтому в гараже ремонтируют компрессоры только опытные автомобилисты.
Видео про турбину ДВС:
Описание диагностики автомобильной турбины: устройство и принцип работы турбины, признаки неисправностей, процесс диагностики, продление жизни турбины. Фото и видео.
Профилактика
Чтобы не задаваться вопросом, как проверить турбину, нужно знать меры профилактики. Несколько простых советов, отмеченных ниже, значительно продлят срок службы вашему элементу:
- Придерживайтесь регламента замены воздушного фильтра. В половине случаев повышенный расход масла и другие проблемы с турбиной возникают именно из-за грязного фильтра. И если на атмосферных двигателях просто пропадет тяга, то здесь будет перегружен весь механизм (а именно компрессор, из-за разницы давлений во впуске и выпуске).
- Следите за уровнем масла. Даже кратковременное «голодание» очень вредно для двигателя и турбины. Заливайте только рекомендованное производителем масло. Часто поломки возникают из-за применения поддельной продукции. Что касается регламента замены, он немного отличается от обычных, атмосферных двигателей. На турбированных моторах масло меняется раз в 7 тысяч километров.
- Контролируйте величину наддува. Особенно это касается тех, кто ставит турбину нештатно на бензиновые двигателя. Данный параметр должен находится в пределах одного бара. Помните, что с каждым увеличением «буста» мотор терпит колоссальные нагрузки.
Перед тем как глушить мотор после поездки, дайте ему поработать 1-2 минуты на холостых. Так вы исключите углеродный осадок, который вредит подшипникам турбины.
Причины поломки турбины
Не бывает так, что турбина поломалась сама по себе. Всегда есть причина, по которой турбокомпрессор вышел из строя. Их может быть несколько. Специалисты в сфере турбонаддува уверенны, что ресурс современной турбины равняется к ресурсу двигателя. К сожалению, на практике мы наблюдаем другую картину. Что-то случилось и турбокомпрессор нужно менять. Как утверждают производители, дефекты в изделиях исключены. И это правда: процесс изготовления турбин постоянно контролируется, да и для производства используют высокотехнологичные и автоматизированные линии.
Так почему же турбины ломаются? Почему недавно установленный турбокомпрессор неожиданно выходит из строя? Как распознать проблему? Далее мы рассмотрим 11 признаков поломок турбин и причины этого.
Причины и признаки неисправностей турбины
- Когда автомобиль разгоняется, мотор прогревается и из выхлопной трубы выходит синий дым. Через время он исчезает. Почему: Масло, попадая в цилиндр двигателя, сгорает в турбине из-за утечки.
- Черный цвет выхлопных газов. Почему: Нагнетающие магистрали и/или интеркулер где-то пропускают воздух. Вследствие этого обогащенная смесь сгорает. Очевидно, поломана система управления турбокомпрессора.
- У выхлопных газов мутно-белый цвет. Почему: Маслопровод турбокомпрессора чем-то загрязнен.
- Чрезмерно расходуется масло (на 1 километр уходит 200 — 1000 мл), на целом изделии или на стыках патрубков воздушного тракта можно увидеть жирные подтеки. Почему: Загрязнился сливной маслопровод или канал, через который подходит воздух. Возможно, закоксовался корпус оси ТКР.
- Автомобиль хуже разгоняется. Почему: Через неисправную или поврежденную систему управления ТКР в двигатель поступает недостаточно воздуха.
- Мотор во время работы шумит, свистит. Почему: Место соединения выхода компрессора и двигателя пропускает воздух.
- Во время работы турбины слышен скрежет. Почему: Корпус турбины треснул или немного деформировался, лопасти касаются краев трещин. Если это случилось, ТКР скоро сломается.
- Работающая турбина шумит больше обычного. Почему: Провод, подающий масло, загрязнен, а осевой и радиальный зазоры ротора увеличились. Возможно, они трутся о корпус турбины.
- Чрезмерно уходит топливо, а токсичность выхлопа заметно увеличилась. Почему: Воздушный фильтр или канал поступления воздуха к турбокомпрессору сильно загрязнились.
- На корпусе видно, что со стороны компрессора протекает масло. Почему: Корпуса оси турбины закоксовался. Также нарушена работа смазки, поврежден турбокомпрессор.
- Когда запускается двигатель, труба выбрасывает под капотом облако черного дыма. Также возникает эффект турбоямы.Почему: Утечка газа по причине трещины на байпасном клапане турбины.
Подводя итоги
От поломки турбины никто не застрахован. Но если вы регулярно обслуживаете машину, своевременно меняете масло, ваш турбокомпрессор будет служить еще много лет. И если вы думаете, что автомобиль с пробегом 200-250 т. км при работе одной турбины — это редкость, вы ошибаетесь. Секрет во внимательном отношении к своей машине и соблюдении правил эксплуатации, которые и обеспечивают долголетнюю работу как авто, так и турбины.
Хотите предотвратить поломку турбокомпрессора? Заливайте только качественное масло, не превышайте заданное заводом изготовителем количество, не допускайте засорения турбины, исключите ее перегрев.
Не игнорируйте тот факт, что ремонтировать турбину при любых видах поломки должны специалисты в сервисном центре. Чтобы не повредить механизм, человек должен обладать специальными знаниями, умениями и располагать оборудованием. Тем более, любая работа, связанная с ремонтом агрегата, должна выполнятся в идеально чистых условиях. Если хоть малейшая частица попадет в турбокомпрессор, он может выйти из строя. Поэтому берегите свой автомобиль, а ремонт турбины доверяйте профессионалам!
Повреждения, связанные с эксплуатацией ТК на предельных режимах
3.1. Повреждения ТК по причине выхода на запредельные температурные параметры работы
Превышение температурных показателей работы турбокомпрессора приводит к образованию масляного нагара на шейках ротора и значительному закоксовыванию вала. От перегрева тыльная сторона турбинного колеса становится слегка вогнутой, а иногда на ней и примыкающей части вала появляется «апельсиновая корка» (фото 10,11). Наиболее серьезные последствия перегрева – образование на тыльной стороне колеса глубоких трещин (фото 12).
Причины работы турбокомпрессора на запредельных температурах:
— Нарушение в работе системы охлаждения. Самая распространенная причина – неисправный термостат. Также причиной может стать недостаточный уровень охлаждающей жидкости;
— Нарушения в работе газораспределительной системы, к примеру, неправильный угол опережения зажигания или несвоевременный впрыск топлива;
— Использование в двигателе топлива, не соответствующего рекомендованного изготовителем автомобиля;
— для ТК с водяным охлаждением – образование в водяной рубашке ТК воздушной пробки, образование накипи в патрубках системы охлаждения, что приводит к уменьшению их сечения вплоть до полного перекрытия.
3.2. Повреждения ТК, связанные с выходом на запредельные обороты ротора
При превышении максимальных значений частоты вращения ротора ТК может сопровождаться образованием трещин лопаток турбины. При дальнейшей работе агрегата на таких режимах часть лопаток может быть разрушена, вплоть до полного разрыва всего колеса турбины (фото13,14).
Как понять работает турбина или нет
По заявлениям автопроизводителей турбина имеет высокую износостойкость и срок работы примерно такой же, как и у двигателя. В среднем это около 250 тыс. км пробега. Однако реальность не всегда такова. Многие факторы способны вывести агрегат из строя раньше положенного срока
Тут уже важно на ранних стадиях выявить и устранить поломку, тогда ремонт турбины обойдется не дорого и проработать она сможет действительно долго
Определить функционирует турбина или нет можно самостоятельно по изменениям в работе транспортного средства.
Характерные признаки неисправностей:
- Появился перерасход масла.
- Разгон машины ухудшается, в т. ч. пропадает тяга.
- Когда турбомотор работает и при этом появляется нетипичное звучание: свист, звон и т. п.
- Подтекание масла, перерасход смазочных материалов.
- Нестабильная работа на холостых.
- Плохое давление масла.
- Из выхлопной «валит» белый, сизый или черный дым.
- Недостаточное давления воздуха.
Если появились такие признаки, это не значит, что ваша турбина больше не будет работать и ее срочно нужно менять на новую. Львиная доля неполадок связана с маслом, устранив их и заменив изношенные детали сможете продлить ресурс своего турбокомпрессора.
Как работает турбонаддув в машине
Энергия отработанных выхлопных газов в двигателе направляется на турбинное колесо нагнетателя, которое под воздействием газов вращается в своем корпусе, имеющем особую форму для улучшения кинематики прохождения выхлопных газов.
Температура здесь весьма высока, а потому корпус и сам ротор турбины вместе с ее крыльчаткой выполняются из жаропрочных сплавов, способных выдерживать длительное высокотемпературное воздействие. Также в последнее время для этих целей используются керамические композиты.
Компрессорное колесо, вращаемое за счет энергии турбины, осуществляет всасывание воздуха, его сжатие и последующее нагнетание в цилиндры силового агрегата. При этом вращение компрессорного колеса также производится в отдельной камере, куда попадает воздух после прохождения через воздухозаборник и фильтр.
Видео — для чего нужен турбокомпрессор и как он работает:
Как турбинное, так и компрессорные колеса, как уже говорилось выше, жестко закрепляются на роторном валу. При этом вращение вала производится с помощью подшипников скольжения, которые смазываются моторным маслом из основной системы смазки двигателя.
Подача масла к подшипникам производится по каналам, которые располагаются непосредственно в корпусе каждого подшипника. Для того, чтобы герметизировать вал от попадания масла внутрь системы, используются специальные уплотнительные кольца из жаростойкой резины.
Безусловно, основной конструктивной сложностью для инженеров при проектировании турбонагнетателей является организация их эффективного охлаждения. Для этого в некоторых бензиновых моторах, где тепловые нагрузки наиболее высоки, нередко применяется жидкостной охлаждение нагнетателя. При этом корпус, в котором расположены подшипники, включается в двухконтурную систему охлаждения всего силового агрегата.
Еще одним важным элементом системы турбонаддува является интеркулер. Его предназначением выступает охлаждение поступающего воздуха. Наверняка многие из читателей этого материала зададутся вопросом о том, зачем охлаждать «забортный» воздух, если его температура и так невелика?
Ответ кроется в физике газов. Охлажденный воздух увеличивает свою плотность и, как результат, возрастает его давление. При этом конструктивно интеркулер представляет собой воздушный либо жидкостный радиатор. Проходя через него, воздух снижает температуру и увеличивает свою плотность.
Важной деталью системы турбонаддува автомобиля выступает регулятор давления наддува, представляющий собой перепускной клапан. Он применяется с целью ограничить энергию отработавших газов двигателя и направляет их часть в сторону от колеса турбины, что позволяет регулировать давление наддува. Привод клапана может быть пневматическим или электрическим, а его срабатывание осуществляется за счет сигналов, получаемых от датчика давления наддува, которые обрабатываются блоком управления двигателем автомобиля
Именно электронный блок управления (ЭБУ) подает сигналы на открытие или закрытие клапана в зависимости от данных, получаемых датчиком давления
Привод клапана может быть пневматическим или электрическим, а его срабатывание осуществляется за счет сигналов, получаемых от датчика давления наддува, которые обрабатываются блоком управления двигателем автомобиля. Именно электронный блок управления (ЭБУ) подает сигналы на открытие или закрытие клапана в зависимости от данных, получаемых датчиком давления.
Помимо клапана, регулирующего давление наддува, в воздушном тракте непосредственно после компрессора (где давление максимально) может монтироваться предохранительный клапан. Целью его использования является защита системы от скачков давления воздуха, которые могут быть в случае резкого перекрытия дроссельной заслонки двигателя.
Избыточное давление, возникающее в системе, стравливается в атмосферу с помощью так называемого блуофф-клапана, либо направляется на вход в компрессор клапаном типа bypass.
Проведение теста на сжатие
Если планируются поездки на дальние расстояния, нужно провести проверку турбонаддува на сжатие. Она необходима для экономии средств и нервов. Диагностика поможет выявить проблемы с двигателем или подтвердит его исправность, нормальную герметизацию цилиндров.
Тест на сжатие проще и дешевле проводить на четырехцилиндровых моторах. Неудовлетворительные его результаты – свидетельство чрезмерного износа силового агрегата, наличия нагара на клапанах. Это снижает эффективность их работы из-за потери герметичности. Экономить на диагностике не рекомендуется, так как она поможет определить реальное состояние, степень износа двигателя, а, значит, сэкономит внушительную сумму.
Причины неисправности
Для того чтобы провести осмотр турбины и выявить неисправность, необходимо понимать, какие именно поломки могут произойти в системе турбонагнетателя.
Обычно самыми проблемными элементами являются сальники и подшипники. От износа этих деталей может появиться люфт, шум, можно столкнуться с клином турбины. Нарушиться работа может из-за неисправности смазочной системы, клапанов вентиляции, или поршневые кольца уже достаточно изношены. В таком случае продукты сгорания дизтоплива попадают в картер и приводят к негативным последствиям.
Если в выхлопе замечен дым, чаще всего сизый, то следует обратить внимание на PCV-клапан. Его неправильная работа повышает давление масла в турбине, из-за этого смазочный материал продавливает сальники
Попав наружу или в нагнетаемый воздух, масло меняет состав смеси, от этого движок значительно теряет мощность и начинает выделять вышеупомянутый дым.
Что ломается в турбине
Повышенный расход масла из-за неисправности турбины — частая поломка турбо-моторов
Чтобы четко понимать, как проверить турбину, необходимо разобраться, что именно в ней ломается. Чаще всего самый слабый элемент этого агрегата – подшипники и сальники. Если система смазки двигателя работает с нарушениями, неисправен клапан вентиляции картерных газов или из-за изношенности поршневых колец слишком велик прорыв продуктов сгорания в картер, то все это негативно влияет на состояние подшипников турбины и снижает их ресурс. Износ шариков и обойм возрастает, что приводит к появлению люфта, шума или заклинивания турбины.
Неисправный PCV-клапан приводит к росту давления масла в двигателе и турбине, из-за чего смазка продавливает сальники. Прошедшее сквозь сальник масло вытекает наружу или попадает в нагнетаемый воздух, из-за чего меняется состав топливовоздушной смеси и мотор начинает терять мощность, а в выхлопе появляется сизый или черный дым.
Признаки того, что турбина «умирает»
Выход турбины из строя во многих случаях происходит очень быстро, причин тому несколько: это может быть, как уже упоминалось, недостаток масла, попадание твердыми частицами по колесу компрессора и по колесу ротора турбины, также к поломке может привести ДТП
Однако чаще турбонагнетатель приходит в негодность постепенно, и у автовладельца есть время обратить внимание и принять необходимые меры по устранению причин поломки либо обратиться к специалистам
Выделяется несколько наиболее распространенных признаков выхода из строя турбины. К ним относятся следующие:
- наличие посторонних шумов со стороны турбины во время работы силовой установки (свист либо гул);
- появление сизого дыма из выхлопной системы;
- резко увеличивается расход масла;
- падает давление наддува.
Для определения поломок на ранних стадиях, достаточно внимательно слушать свой автомобиль. Например, у машины упала мощность или она утратила динамику, это говорит о том, что турбина не создает достаточного давления.
Иногда причиной тому служит повышенное противодавление из-за сильного загрязнения катализатора. Также к этому могут привести и неисправности электромагнитного клапана (управляющего вакуумом турбины), что тоже влечет понижение мощности двигателя.
Если же эти элементы работают исправно, тогда стоит проверить перепускную заслонку или изменяемую геометрию. Часто при агрессивном стиле езды поток отработанных газов идет мимо клапана, либо поврежденная изменяемая геометрия, цепляет корпус турбокомпрессора и не направляет воздух на колесо турбины. В таком случае коэффициент полезного действия турбины сильно падает. Если таким образом выявить причину поломки не удалось, тогда потребуется демонтаж турбокомпрессора с силовой установки.
На скорый выход из строя турбину и возможный признак дефекта может также указать дым из выхлопной системы.
Из чего состоит турбина
В зависимости от производителя и модели турбины имеют некоторые отличия, однако основные конструктивные элементы и механизмы у них идентичны. Так в устройство любой турбины входит воздухозаборник, сразу за ним устанавливается воздушный фильтр, дроссельная заслонка, турбокомпрессор, интеркуллер и выпускной коллектор. Все части агрегата соединены между собой трубками и шлангами, которые изготавливаются из надежных износостойких материалов.
Большинство знакомых с конструктивными особенностями автомобиля, обратили внимание на несколько отличий турбонаддува от стандартных систем впуска – это наличие интеркулера и турбокомпрессора, а также некоторых элементов для контроля и регулирования надува. Одним из основных и наиболее важных элементов турбины является турбокомпрессор (или турбонагнетатель)
Именно он обеспечивает увеличенное давление воздуха на впускных магистралях мотора. В своей конструкции турбонагнетатель имеет два колеса – турбинное и компрессорное, размещенные на роторном валу. Каждое колесо смонтировано в отдельном надежном корпусе, а в конструкции предусмотрен подшипник
Одним из основных и наиболее важных элементов турбины является турбокомпрессор (или турбонагнетатель). Именно он обеспечивает увеличенное давление воздуха на впускных магистралях мотора. В своей конструкции турбонагнетатель имеет два колеса – турбинное и компрессорное, размещенные на роторном валу. Каждое колесо смонтировано в отдельном надежном корпусе, а в конструкции предусмотрен подшипник.
Перегрев
Чаще всего система смазки турбокомпрессора совмещена с системой смазки двигателя. Масло двигателя используется и как смазка турбины и как её охладитель. Перегрев случается, когда двигатель остановили после работы под большой нагрузкой. В заглушенном двигателе циркуляция масла прекращается. Это приводит к тому, что охлаждение турбины прекращается и оставшееся в очень горячей турбине небольшое количество масла закоксовывается.
Высокие температуры от 800 до 1000 °С выхлопных газов, проходящих через турбокомпрессор, создают условия для закоксовывания масла и износа системы подшипников. Основной ущерб приходиться на сальник турбинной части, затем кольцо врезается в вал, крыльчатку и втулку (подшипник) турбинной части. Способность пропускать масло в подшипники через масляные каналы уменьшится закоксовавшимся маслом.
Так же при перегреве увеличивается износ упорных подшипников и могут появляться сквозные трещины в корпусе турбинного колеса.
Причина: перегрев корпуса (позднее зажигание, бедная смесь, момент впрыска).
Мы рекомендуем перед тем, как заглушить двигатель дать поработать ему на холостых оборотах 2-3 минуты для охлаждения системы.
Причины перегрева:
- Забившийся воздушный фильтр, или чрезмерное сопротивление впуску
- Остановка горячего двигателя
- Низкое качество масла, нестойкость его к закоксовыванию
- Нерегулярная замена масла
- Попадание воздуха или газа в систему
- Неисправность ТНВД или форсунок
- Неправильная установка турбины
- Отсутствие подачи масла
- Чрезмерные нагрузки и предельные режимы эксплуатации
Принцип работы автомобильной турбины
Как уже писалось выше, принцип действия турбонаддува в автомобиле основывается на использовании энергии, выделяемой отработавшими газами двигателя. Газы вращают колесо турбины, которое, в свою очередь, через вал передает крутящий момент колесу компрессора.
Видео — принцип работы двигателя с турбонаддувом:
Тот, в свою очередь, сжимает воздух и осуществляет его нагнетение в систему. Охлаждаясь в интеркулере, сжатый воздух попадает в цилиндры двигателя и обогащает смесь кислородом, обеспечивая эффективную «отдачу» мотора.
Собственно, именно в принципе действия турбины в автомобиле кроются ее достоинства и недостатки, устранить которые инженерам весьма непросто.
Как работает актуатор турбины дизельного двигателя?
На сленге автолюбителей этот узел имеет разные названия
— например, вестгейт, вакуумный регулятор. Как и другие механические узлы,
актуатор может сломаться, и тогда, чтобы продолжить эксплуатировать
турбированный двигатель, его приходится менять. Но замена — это полбеды. Потом
вестгейт придется регулировать, и это уже серьезная задача, правильно выполнить
которую сможет только опытный водитель.
Регулятор ставят в выпускной коллектор машины.
Принцип его действия простой. При увеличении скорости мотор начинает работать
на повышенных оборотах. Давление отработанного газа растет. Появляется
необходимость провести его мимо колеса турбины. Тогда и начинает действовать
вестгейт — его клапан открывается и пропускает газы через себя.
