Что такое турбокомпрессор двигателя

Еще несколько десятилетий назад турбомоторы воспринимались как элемент фантастических машин из будущего или красивых компьютерных игр. И даже после воплощения в жизнь гениальной идеи простого способа увеличения мощности двигателя, эта возможность долго оставалась прерогативой бензиновых устройств. Сейчас системой турбо оснащается практически каждый автомобиль, сходящий с конвейера, независимо от того, на каком топливе он работает.

На больших скоростях или крутых подъемах обычный движок машины испытывает серьезные перегрузки. Для облегчения его работы и была придумана система, способная без вмешательства во внутреннее строение увеличить мощность мотора.

Наряду с влиянием на потенциальные возможности движка, принцип «турбо» способствует значительному очищению выхлопных газов, посредством их вторичного использования и переработки. А это немаловажно для улучшения экологии, что соответствует требованиям многих международных организаций, ведущих борьбу за сохранение окружающей среды.

У турбонаддува есть некоторые недостатки, связанные с преждевременным воспламенением горючей смеси. Но с этим побочным явлением — причиной быстрого износа поршней в цилиндрах — успешно справляется правильно подобранное масло, необходимое для смазки деталей при работе турбодвигателя.  

Что такое турбина или турбокомпрессор в автомобиле?

Эффективность авто, оснащенного «турбо», увеличивается на 30 – 50%, а то и на все 100%, от его стандартных возможностей. И это при том, что само устройство стоит сравнительно недорого, имеет незначительную массу и объем, работает надежно по гениально простому принципу.

Прибор создает повышенное давление в двигателе внутреннего сгорания за счет искусственного нагнетания дополнительной дозы воздуха, который образует увеличенный объем топливно-газовой смеси, и при ее сгорании мощность мотора увеличивается на 40 – 60%.

Механизм, оснащенный турбо-системой, становится намного эффективнее без изменения его конструкции. После установки незатейливого приспособления маломощный 4-х цилиндровый мотор может выдавать потенциал работы 8-ми цилиндров.

Выражаясь более доступно, турбина — это малозаметная, но высокоэффективная деталь на движке автомобиля, которая помогает увеличить работоспособность «сердца» машины без лишнего расхода топлива за счет вторичного использования энергии выхлопных газов.

На какие двигатели устанавливают турбокомпрессоры

Нынешняя комплектация машин турбинными механизмами проходит значительно быстрее, чем их первоначальное внедрение в бензиновые двигатели. Чтобы определить оптимальный режим работы, приспособления поначалу использовались на гоночных автомобилях, благодаря чему начали применяться:

·         электронное управление;

·         жидкостное охлаждение стенок устройства;

·         более совершенные виды масла;

·         жаростойкие материалы для изготовления корпуса.

Более совершенные разработки позволили применять систему «турбо» практически на любом моторе, будь он газовый, бензиновый или же дизельный. Причем точно так же не играет роли рабочий цикл коленвала (в два или четыре такта) и способ охлаждения: при помощи воздуха или жидкости.

Кроме грузовых и легковых автомобилей с мощностью мотора, превышающей 80 кВт, система нашла применение на тепловозной, дорожно-строительной технике и на судовых двигателях с увеличенным рабочим объемом от 150 кВт.

Принцип действия автомобильной турбины

Суть работы турбонагнетателя заключается в увеличении производительности маломощного движка с минимальным количеством цилиндров и небольшим объемом топлива путем вторичного использования выхлопных газов. Результаты могут быть потрясающими: например, литровый трехцилиндровый мотор способен выдать мощность в 90 лошадиных сил без дополнительного объема топлива, причем с показателем высокой экологичности.

Работает система очень просто: отработанное топливо — газы — сразу не выходит в атмосферу, а попадает на ротор пристроенной к выхлопной трубе турбины, которая, в свою очередь, находится на одной оси с нагнетателем воздуха. Горячий газ раскручивает лопасти турбо-системы, а те приводят в движение вал, что способствует поступление воздуха в холодную улитку. Сжатый колесом воздух, поступая внутрь агрегата, действует на крутящий момент двигателя и под давлением, увеличивая объем газо-топливной жидкости, способствует увеличению мощности агрегата.

Получается, что для результативной работы движка нужно не больше бензина, а достаточное количество уплотненного воздуха (что совершенно бесплатно), который смешиваясь с топливом повышает его КПД (коэффициент полезного действия).

Конструкция турбокомпрессора

Преобразователь энергии представляет собой механизм, состоящий из двух составляющих: турбины и компрессора, играющих одинаково важную роль для усиления мощности двигателя любой машины. Оба устройства расположены на одной жесткой оси (вале), образующей вместе с лопастями (колесами) два идентичных ротора: турбинного и компрессорного, помещенных в корпуса, похожие на улиток.

Схематическое строение:

·         Горячая турбинная улитка (корпус). Принимает на себя выхлопные газы, приводящие ротор в движение. Для изготовления применяется сфероидный чугун, выдерживает сильный нагрев.

·         Крыльчатка (колесо) турбины, жестко закрепленная на общей оси. Обычно нивелируется для предотвращения коррозии.

·         Корпус центрального картриджа с подшипниками между колесами ротора.

·         Холодная компрессорная улитка (корпус). После раскручивания вала отработанным топливом (газами) втягивает дополнительный объем воздуха. Зачастую изготавливается из алюминия.

·         Крыльчатка (колесо) компрессора, сжимающая воздух и подающая его в систему впуска под большим давлением.

·         Каналы подачи и слива масла для частичного охлаждения деталей, предотвращения LSPI (предварительного малоскоростного зажигания), уменьшения расхода топлива.

Конструкция помогает использовать кинетическую энергию от выхлопных газов для усиления мощности движка без дополнительного расхода топлива.

Функции турбины (турбокомпрессора)

Работа турбо-системы основана на усилении крутящего момента, способствующего повышению КПД мотора машины. Причем использование приспособления не ограничивается только легковым и грузопассажирским транспортом. В настоящее время турбокомпрессоры с размером колес от 220 мм до 500 мм применяются на многих промышленных машинах, судах, тепловозах. Это связано с некоторыми выгодами, которые получает техника:

·         турбо-приспособление, при условии правильной эксплуатации, поможет в стабильном режиме максимально использовать мощность мотора;

·         продуктивная работа двигателя окупится в течение полугода;

·         установка специального узла сэкономит средства на покупку габаритного движка, «съедающего» большее количество топлива;

·         расход горючего становится более рациональным при неизменном объеме мотора;

·         коэффициент полезного действия движка возрастает почти в два раза.

 И что немаловажно — выхлоп газов после вторичного использования становится намного чище, а значит не так пагубно влияет на окружающую среду.

Типы и характеристики турбокомпрессора

Агрегат, устанавливаемый на бензиновые конструкции — раздельный— оснащается двумя улитками, что способствует сохранению кинетической энергии от выхлопных газов и препятствует их повторному попаданию в двигатель. Для бензиновой конструкции требуется охладительная камера, которая понижает температуру впрыскиваемой смеси (достигающей до 1050 градусов) во избежание резкого преждевременного воспламенения.

Для дизельных моторов охлаждение в основном не требуется, регулировку температуры и давления воздуха обеспечивают сопловые аппараты, изменяющие геометрию за счет подвижных лопастей, способных менять угол наклона. Перепускной клапан с пневмо- или электроприводом в дизелях средней мощности (50-130 л. с.) корректирует настройки турбокомпрессора. А более мощные механизмы (от 130 до 350 л. с.) оснащаются устройством, регулирующим плавное (в два этапа) впрыскивание топлива в строгом соответствии с объемом поступающего в цилиндры воздуха.

Все турбокомпрессоры разделяются по многим основным признакам:

·         по значению повышения КПД;

·         максимальной рабочей температуре выхлопных газов;

·         крутящему моменту ротора турбины;

·         разнице давления нагнетаемого воздуха на входе и выходе из системы;

·         по принципу внутреннего устройства (изменение геометрии сопла или двойная конструкция);

·         по типу работы: осевой (подача вдоль вала к центру и вывод с периферии) или радиальной (действие в обратном порядке);

·         по группам, разделенным на дизельные, газовые, бензиновые движки, а также по лошадиным силам агрегатов;

·         по одноступенчатой или двухступенчатой системе наддува.

В зависимости от перечисленных качеств, турбокомпрессоры могут иметь существенную разницу в размерах, дополнительное оснащение и монтироваться различными способами.

Что такое турбо лаг (турбо-яма)?

Результативная работа турбонагнетателя начинается со средней скорости автомобиля, поскольку на малых скоростях устройство получает недостаточное количество выхлопных газов, необходимых для обеспечения высокого крутящего момента ротора.

При резком старте машины с места наблюдается точно такое же явление: авто не может взять мгновенный разгон, поскольку двигателю поначалу не хватает необходимого давления воздуха. На создание средних-высоких оборотов должно уйти какое-то время, обычно несколько секунд. Как раз в этот момент и происходит задержка старта, так называемая турбо-яма или турбо лаг.

Для решения этой проблемы на современные модели ТС устанавливается не одна, а две-три турбины, работающие в разных режимах. С турбо-ямами также успешно справляются подвижные лопасти, изменяющие геометрию сопла. Регулирование угла наклона лопаток колеса способно создавать в двигателе необходимое давление.

В чем разница между турбокомпрессором и турбонагнетателем (турбонаддув)?

Функция турбины заключается в создании крутящего момента ротора, имеющего общую ось с колесом компрессора. А последний, в свою очередь создает увеличенное давление воздуха, необходимого для продуктивного сжигания топливной смеси. Несмотря на схожесть конструкций, оба механизма имеют некоторые существенные отличия:

·         Установка турбонаддува требует специальных условий и навыков, поэтому его монтируют либо на заводе, либо в специализированном сервисе. А компрессор любой водитель может установить самостоятельно.

·         Стоимость турбо-системы намного выше.

·         Обслуживание компрессора проще и дешевле.

·         Турбины зачастую используются на более мощных двигателях, в то время как для компрессора достаточно мотора с небольшим рабочим объемом.

·         Системе турбо постоянно требуется масло для охлаждения перегретых деталей. Компрессор в масле не нуждается.

·         Турбокомпрессор способствует экономному потреблению топлива, а компрессор напротив — увеличивает его расход.

·         Турбо работает на чистой механике, в то время как компрессору необходимо энергопотребление.

·         При работе компрессора отсутствует явление «турбо лаг», задержка работы привода (узла) наблюдается только в турбо.

·         Турбонаддув включается в работу под воздействием выхлопных газов, а компрессор — от вращения коленчатого вала.

Нельзя сказать, какая система лучше или хуже, это зависит от того, к какой езде привык водитель: для агрессивной — подойдет более мощное устройство; для спокойной — достаточно обычного компрессора, хотя сейчас они в отдельном виде практически не выпускаются.

Срок службы турбокомпрессора

Первые приспособления для наращивания мощности отличались частым выходом из строя и имели не самую надежную репутацию. Сейчас положение намного улучшилось, благодаря современным инновационным разработкам конструкции, использованию жаростойких материалов для корпуса, появлению новых видов масла, которое требует особо тщательного подбора.

В настоящее время эксплуатационный срок дополнительного узла может продолжаться до тех пор, пока мотор не изживет свои ресурсы. Главное — вовремя проходить техосмотры, которые помогут выявить малейшие неисправности на начальной стадии. Это существенно сэкономит время на устранение незначительных неполадок и деньги на ремонт.

На бесперебойную работу системы и продление ее жизни положительно влияет своевременная и систематическая смена воздушного фильтра и моторного масла.

Эксплуатация и техническое обслуживание автомобильных турбин

Сам по себе узел форсирования мощности в отдельном техобслуживании не нуждается, но его исправность напрямую зависит от текущего состояния двигателя. На появление первых проблем указывают:

·         появление посторонних шумов;

·         заметный расход моторного масла;

·         выходящий из сопла синеватый или даже черный дым;

·         резкое снижение мощности движка.

Зачастую побочные явления напрямую связаны с использованием некачественного масла или его постоянный недостаток. Чтобы не переживать за несвоевременный выход из строя «основного органа» и его «стимулятора», следует придерживаться советов эксперта:

·         вовремя очищать глушитель, фильтр и проверять состояние катализатора;

·         постоянно поддерживать необходимый уровень масла;

·         регулярно проверять состояние герметичных патрубков;

·         перед началом эксплуатации прогревать двигатель;

·         после агрессивной езды в течение 3-4 минут использовать холостой ход для охлаждения турбины;

·         придерживаться рекомендаций производителя по использованию подходящих фильтра и марки масла;

·         регулярно проходить ТО и следить за состоянием топливной системы.

Если же все-таки встанет вопрос о серьезном ремонте, то его нужно проводить только в специализированной мастерской. В сервисе должны быть идеальные условия по соблюдению чистоты, т. к. попадание пыли внутрь системы недопустимо. К тому же для починки потребуется специфическое оборудование.

Как увеличить срок службы турбокомпрессора?

Четкую и долгосрочную работу турбины обеспечивают три основных момента:

1.   Своевременная замена воздушного фильтра и поддержание необходимого количества масла в моторе. Причем следует использовать только те материалы, которые рекомендует завод-изготовитель. Купить оригинальные продукты можно у официальных дилеров/представителей компании, во избежание приобретения подделок.

2.   Резкая остановка после скоростной езды заставляет работать систему без смазки, поскольку колесо турбины продолжает крутиться по инерции, а масло из выключенного мотора уже не поступает. Это длится недолго, около полминуты, но такая постоянная практика приводит к быстрому износу шарикоподшипникового комплекса. Значит нужно либо постепенно снижать скорость, либо дать немного поработать движку вхолостую.

3.   Не стоит резко давить на газ с места. Лучше набирать обороты постепенно, чтобы моторное масло успело хорошо смазать вращающийся механизм.

Правила очень просты, но их соблюдение наряду с рекомендациями производителя значительно продлят жизнь автомобиля. Как показывает статистика, полезных советов придерживается всего около 30% водителей, поэтому и жалоб на неэффективность приспособления довольно много.

Что может сломаться в турбокомпрессоре автомобиля?

Наиболее частые поломки связаны с некачественным моторным маслом и засоренностью воздушного фильтра.

В первом случае рекомендуется своевременно заменять загрязненную деталь, а не заниматься ее чисткой. Такая «экономия» может привести к попаданию мусора в середину системы, что пагубно повлияет на качественную смазку подшипников.

Такое же действие оказывает масло сомнительного производства. Плохая смазка приводит к быстрому износу внутренних деталей, причем пострадать может не только дополнительный узел, но и весь двигатель.

При обнаружении первых признаков неисправности: появлении утечки смазки, нежелательной вибрации, подозрительно громких звуков — следует немедленно обратиться в сервис для проведения полной диагностики мотора.

Возможно ли отремонтировать турбину в автомобиле

Покупка каждой новой вещи, а тем более связанной с механизмами, сопровождается выдачей гарантийного талона, в котором производитель заявляет определенный срок безотказной службы устройства. Но водители в отзывах зачастую делятся разочарованиями, связанными с несоответствием заявленного гарантийного срока. Скорее всего, вина лежит не на изготовителе, а на самом владельце, который просто не придерживался рекомендуемых правил эксплуатации.

Если ранее поломка турбины означала затраты на новое приспособление, то на данный момент узел подлежит частичному восстановлению. Главное — вовремя обратиться к профессионалам, имеющим надлежащее оборудование и сертифицированные оригинальные компоненты. Ни в коем случае не стоит заниматься ремонтом самостоятельно, иначе придется менять не пару деталей, а весь мотор, а это уже будет стоить намного дороже.

Вопросы и ответы:

В чем разница между турбиной и турбокомпрессором? У этих механизмов разный тип привода. Турбина раскручивается потоком выхлопных газов. Компрессор непосредственно соединяется с валом двигателя.

Каков принцип действия турбокомпрессора? Привод турбокомпрессора срабатывает сразу же при запуске мотора, благодаря чему сила наддува напрямую зависит от оборотов мотора. Крыльчатка способна преодолевать большое сопротивление.

Чем отличается турбонаддув от турбонагнетателя? Турбонаддув это не что иное, как обычная турбина, работающая от силы потока выхлопа. Турбонагнетатель это турбокомпрессор. Хотя он проще в установке, он стоит дороже.

Для чего нужен турбокомпрессор? Этот механизм, как и классическая турбина, использует энергию самого мотора (только в этом случае кинетическую энергию вала, а не выхлопных газов) для усиления потока поступающего свежего воздуха.