Турбокомпрессор или турбина – устройство в грузовом автомобиле, направлено на увеличение давления во впускном коллекторе ДВС, призванное обеспечить большее поступление кислорода в камеру сгорания.
Для полного сгорания в двигателе необходима смесь в так называемом стехиометрическом соотношении: 1 кг топлива на 15 кг воздуха. С помощью турбины при надуве повышается давление всасываемого воздуха и его количество. Благодаря чему увеличивается коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания и возможность впрыска большого количества топлива для обеспечения стехиометрического соотношения, что позволяет значительно увеличить крутящий момент и соответственно повысить мощность. По сравнению с безнадувным двигателем идентичный по мощности двигатель с турбиной будет с меньшим рабочим объемом и весом.
Устройство турбокомпрессора
Основным элементом турбины является ротор, который состоит из турбинного колеса с валом и колеса нагнетателя. Турбинное колесо находится на стороне впуска. Оно прочно соединено с валом с помощью лазерной сварки или сварки трением. Колесо нагнетателя смонтировано на другом конце вала ротора, обычно винтовым соединением.
Принцип работы турбины довольно простой: поток отработанных газов из двигателя направляется через турбину и турбинному колесу придается быстрое вращение, которое приводит в движение колесо нагнетателя. Скорость вращения турбины зависит от конструкции и количества отработанных газов. В небольших турбокомпрессорах легковых автомобилей ротор достигает частоты вращения до 300 000 об/мин, в грузовиках 100 000-120 000 об/мин. Для того чтобы не разрушить турбину и двигатель, максимальное давление наддува в большинстве случаев можно ограничивать с помощью регулятора давления.
Детали, из которых изготовлена турбина, требуют большой точности, подгонки и балансировки. Кроме того, у турбин достаточно высокие требования к используемым смазочным материалам, а в некоторых турбинах система смазки служит так же системой охлаждения подшипниковой части турбины.
Вращение компрессора, а также избыточное давление, развиваемое им зависят от количества отработанных газов, проходящих через турбинную часть. При малых оборотах ДВС их количество незначительно, поэтому, в случае, когда резко вырастает потребность в увеличении мощности двигателя (переключение передач, нажимание педали газа для ускорения), кроме поступления дополнительного топлива, на время раскрутки колеса компрессора, его избыточное давление низкое, из-за чего двигатель развивает малую мощность и нарушается стехиометрическое соотношение. Эффект меньшей мощности двигателя при резком увеличении потребления топливной смеси называется турбоямой. Усовершенствование конструкции приводит к тому, что момент инерционности ротора в современных турбокомпрессорах меньше.
1 - Корпус подшипника;
2 - Колесо турбинное;
3 - Клапан перепускной;
4 - Корпус турбины;
5 - Каналы масляные;
6 - Вал;
7 - Подшипник скольжения;
8 - Колесо компрессорное;
9 - Корпус компрессора;
10 - Пневматический привод
Система охлаждения турбокомпрессора
Система охлаждения турбокомпрессора 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.
1. Охлаждение маслом.
Преимущества:
- Более простая конструкция
- Меньшая стоимость изготовления самой турбины
Недостатки:
- Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с комплексной системой
- Высокие требования к качеству масла и необходимость его регулярной замены
- Необходимость постоянного контроля за температурным режимом масла
Комплексное охлаждение маслом и антифризом
Преимущества:
- Высокая эффективность охлаждения
Недостатки:
- Более сложная конструкция самого турбокомпрессора, и достаточно высокая цена
При охлаждении турбины маслом и антифризом повышается ее эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Так же практически нет необходимости использовать турботаймер, а в некоторых автомобилях работает электрический насос перекачивающий антифриз для более плавного охлаждения.
Причины неисправностей турбокомпрессора
С конструктивной и функциональной точки зрения ресурс турбины рассчитывается в соответствии со сроком службы двигателя. Но, на практике высоконагруженные компоненты в тракте для отработанных газов подвергаются разным факторам риска, которые могут привести к преждевременному выходу из строя. Для успешного ремонта необходимо анализировать причины поломки и устранять их. Если этого не делать, то существует опасность, что через некоторое время из строя выйдет и новая турбина.
Причины неисправностей и их предотвращение:
|
Причины неисправностей
|
Чем вызваны неисправности
|
Предотвращение неисправностей
|
|
1. Недостаточная смазка.
Недостаточное количество масла – одна из самых частых причин выхода из строя турбины. В случае недостаточного маслоснабжения турбины из-за высокой частоты вращения неисправности возникают довольно быстро.
|
- Слишком низкий уровень масла в двигателе. Поэтому не только двигатель, но и турбина испытывают недостаток смазки и масляного охлаждения.
- Применяемое масло недостаточно температуростойкое. Поэтому образуется повышенное количество масляного нагара. Это может вызвать проблемы: приточный маслопровод турбины и смазочные отверстия в корпусе подшипника могут коксоваться.
- Если двигатель запустить в горячем состоянии, то может закоксоваться впускное отверстие для масла, в результате чего масло в турбину будет поступать в недостаточном объеме.
- При выведении холодного двигателя на высокие обороты сразу же после пуска существует опасность того, что двигатель еще недостаточно обеспечен маслом, что может привести к отсутствию масла в турбине.
- Если в масляном контуре находятся посторонние частицы, например, загрязнения или остатки уплотнений, то подводящий маслопривод или корпус подшипника могут засориться.
- Если вязкость масла слишком высокая, то недостаточная подача масла к опорам подшипника скольжения вала турбины приводит к тому, что подшипник работает в режиме сухого трения. При слишком низкой вязкости несущая способность масла слишком мала, что может стать причиной полусухого трения, то есть вся система смазки автомобиля рассчитывается исходя из оптимальной вязкости моторного масла.
- Поперечное сечение маслопроводящего отверстия в корпусе подшипника может быть уменьшено из-за неправильного фланцевого уплотнения или применения жидкого герметика.
|
- Нельзя заглушать двигатель на высоких оборотах, сначала следует перейти на холостой ход в течение 24 минут, затем глушить двигатель. Если сделать это сразу, то турбина будет некоторое время вращаться без подачи смазки т.к. масляный насос прекратит её подачу. При этом будут повреждаться подшипники и кольца турбокомпрессора. Аналогичные действия следует провести и перед тем как тронуться с места - обязательно дать двигателю поработать на холостом ходу минимум 24 минуты.
- Необходимо своевременно менять моторное масло, масляный и воздушный фильтры, используя только рекомендованные заводом для данного двигателя. Помните, повышенный нагрев, возникающий при работе турбокомпрессора, снижает эффективность и долговечность масла. Поэтому заливайте только то масло, которое применяется для "турбированных" ДВС согласно инструкции по эксплуатации.
- Следует избегать использования грузовика только на коротких расстояниях.
- Необходимо соблюдать периодичность технического обслуживания в соответствии с указаниями производителя. При этом обращать особое внимание на точность и правильность регулировок топливной аппаратуры, системы зажигания, исправность вентиляции.
- Необходимо использовать соответствующий монтажный комплект для турбины
|
|
2. Загрязненное масло.
Грязь, сажа, топливо, водный конденсат, остаточные продукты сгорания или продукты износа металла могут загрязнять масло. В связи с высокой частотой вращения турбины даже мельчайшие частицы могут привести к серьезным повреждениям турбины.
|
- При превышении периодичности технического обслуживания масляной фильтр не может в достаточной мере фильтровать поступающее масло от загрязнений и частицы грязи поступают через открытый байпасный клапан масляного фильтра в контур двигателя.
- Если двигатель работает с поврежденным масляным фильтром, то из масла невозможно отфильтровать абразивные частицы.
- Если прокладка головки цилиндра или маслоохладитель не герметичны, то вода поступает в масляный контур и разбавляет масло. В связи с этим несущая способность масла снижается.
- Если двигатель отремонтирован, но перед сборкой не очищен надлежащим образом, то в двигателе еще до первого ввода в эксплуатацию находится грязь.
- Охладитель наддувочного воздуха (интеркулер) не был заменен. Собравшееся масло, опилки или осколки, оставшиеся от предыдущих неполадок, поступают через некоторое время в двигатель.
- Если двигатель подвергается значительному износу, то главным образом металлические частицы износа попадают в турбину через масляный контур.
- Если в двигателе случаются неполадки при сгорании, то несгоревшие остатки топлива могут попасть в масло. В результате данного разбавления снижается несущая способность масла
|
- Необходимо соблюдать периодичность технического обслуживания в соответствии с указаниями производителя.
- Необходимо применять только высококачественные масла, разрешенные производителями.
|
|
3. Некачественная очистка поступающего воздуха.
Несвоевременная замена воздушного фильтра или подсос воздуха между воздушным фильтром и турбокомпрессором приводят к попаданию в компрессор частиц пыли и даже песка.
|
- Попадание даже мельчайших частиц при огромной скорости вращения вала турбокомпрессора, приводит к быстрому разрушению лопаток ротора.
- Более крупные частицы могут привести к мгновенному разрушению колеса компрессора и даже к поломке вала турбины.
- Неочищенный воздух помимо пыли содержит также мельчайшие частицы масла; смешиваясь, они постепенно налипают на лопатки компрессора, нарушая динамический баланс ротора и вызывая вибрацию и быстрый износ.
|
- При замене турбины следует обязательно устанавливать новый охладитель наддувочного воздуха и новый воздушный фильтр. Кроме того, следует проводить замену масла, включая замену масляного фильтра.
- Корпус воздушного фильтра и линию надувочного воздуха следует очищать путем продувки.
|
|
4. Выход масла из турбины
Если двигатель проявляет повышенный расход масла и выпускает синий дым, то обязательно следует проверять турбину. Стоит отметить, что из корпуса турбины выдавливается масло только в случае нарушения условий его эксплуатации.
|
- Если сливная смазочная линия турбины засорена или сужена в связи с изгибом, то масло не может вытекать из турбины. Возможной причиной засорения сливной смазочной линии является коксование обратного трубопровода, что может быть вызвано отсутствием теплозащитных экранов, плохой прокладкой обратного трубопровода, остановкой горячего двигателя, некачественным маслом или использованием жидкого герметика. Поскольку турбина и в дальнейшем обеспечивается маслом из контура двигателя, то масло выдавливается в сторону турбины и нагнетателя.
- Если двигатель заполнен слишком большим количеством масла, то оно больше не может вытекать из сливной смазочной линии в масляную ванну. Кроме того, коленчатый вал вспенивает масло. В результате возникает масляная пена, создающая дополнительные преграды для обратного вытекания масла.
- При слишком высоком давлении в катере в результате либо высокого прорыва газов, засорения вентиляции катера это давление также переносится на сливную смазочную линию турбины. Это служит преградой для слива масла из турбины, и масло выдавливается в сторону турбины и нагнетателя.
|
- Двигатель разрешается заполнять только количеством масла, не превышая предусмотренный максимум.
- Необходимо применять только высококачественные масла, разрешенные производителями.
- Сливная смазочная линия должна прокладываться точно в соответствии с оригинальным состоянием. Кроме того, следует обращать внимание на установку всех теплозащитных экранов.
- Сливную смазочную линию и подключения к катеру следует проверять на проходимость. Как правило, рекомендуется заменять линию и соединитель.
- Вентилятор катера следует проверять и при необходимости заменять.
- При замене турбины следует обязательно установить новый охладитель надувочного воздуха и новый воздушный фильтр. Кроме того, следует провести замену масла и масляного фильтра.
|
|
5. Дефекты, вызванные посторонними частицами
В случае попадания на сторону впуска или выпуска посторонних частиц или предметов, например, пыли, песка, винтов, остатков поршневых колец или клапанов и отложений, в связи с очень высоким числом оборотов это приводит в большинстве случаев к полному отказу турбины. Следствием может быть также повреждение охладителя надувочного воздуха.
|
- В случае, например, обрыва клапана или разлома поршневого кольца эти части попадают через впускной коллектор на направляющие лопатки турбины с изменяемой геометрией и на турбинное колесо.
- Причиной попадания посторонних частиц во впускной тракт может быть как не герметичность впускного тракта, так и загрязнение или повреждение воздушного фильтра.
- В зимний период конденсат может привести к образованию льда во впускном тракте.
|
- Следует обращать внимание на герметичность впускного тракта.
- После работ во впускном тракте необходимо обязательно убедиться в том, что там не осталось неприкрепленных деталей.
- Воздушный фильтр следует менять в соответствии с указаниями производителя.
- Следует избегать использования автомобиля только на коротких дистанциях.
|
|
6. Дефекты, вызванные слишком высокой температурой выхлопных газов
Каждая турбина рассчитана только на соответствующий диапазон температур. При выходе за пределы этого диапазона турбина может со временем стать неисправной.
|
- В двигателе наблюдаются неполадки при сгорании.
- Двигатель остановлен в горячем состоянии.
|
- Турбину разрешается применять только в предусмотренном для него транспортном средстве.
- Турбину разрешается монтировать и эксплуатировать только в оригинальном состоянии поставки. Запрещается вносить технические изменения.
- После высоких нагрузок, например, после поездок при полной нагрузке, двигатель следует охладить, перейдя на умеренную температуру вращения.
|
|
7. Повышение номинального числа оборотов
Установленные в турбину детали рассчитаны на определенный диапазон частоты вращения. В случае выхода за его пределы за считанные секунды могут возникнуть серьезные повреждения турбины (например выход из строя подшипника).
|
- В результате коксования дефлекторы турбины с изменяемой геометрией блокируются, вызывая снижение частоты вращения. В этом случае при повышении частоты вращения двигателя турбина перекручивается.
- Пневматическая или электрическая система регулирования не работает или негерметична.
|
- Нельзя изменять комплектность поставки турбины.
- Турбину разрешается монтировать только в предусмотренных для этого транспортных средствах.
- После высоких нагрузок, например, после поездки при полной нагрузке, двигатель следует охладить, перейдя на умеренную частоту вращения.
- Необходимо использовать только моторные масла, разрешенные производителями.
- Необходимо соблюдать периодичность технического обслуживания в соответствии с указаниями производителя.
|
Важность такого узла как турбонасос сложно переоценить, ведь турбина напрямую связана с системой ДВС и неисправная турбина может вывести из строя двигатель грузовика, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт.
Поэтому важно использовать качественные турбины, зарекомендовавших себя производителей. Наиболее известные производители турбокомпрессоров: Mahle, BorgWarner, Holset, Garrett, KKK. Производить монтаж турбины специалисты советуют в квалифицированном сервисе в оригинальном состоянии поставки.
На сервисной станции компании «Коммерческий транспорт» Вы можете произвести качественный ремонт и замену турбины европейского грузовика. В магазинах компании «Коммерческий транспорт» представлен широкий ассортимент качественных турбин.
При подготовке материала использовались данные, любезно предоставленные компанией Mahle.