Турбина автомобиля — ключевой элемент, который повышает эффективность двигателя, обеспечивая дополнительную мощность и улучшая экономию топлива. В статье рассмотрим конструктивные особенности турбины, ее принцип работы и важные компоненты: систему смазки, актуатор, BYPASS и BLOW-OFF. Понимание этих аспектов поможет лучше осознать работу автомобиля и оптимизировать его производительность.

УСТРОЙСТВО «УЛИТКИ»

Устройство газового турбокомпрессора

1. Корпус подшипников (картридж турбины).
2. Турбинное колесо горячей секции.
3. Клапан Bypass.
4. Корпус турбины (горячая секция нагнетателя).
5. Каналы для подачи масла к подшипникам вала ротора.
6. Вал ротора.
7. Уплотнительные шайбы.
8. Компрессорное колесо.
9. Корпус компрессора (холодная секция нагнетателя).
10. Привод клапана Bypass.

Турбокомпрессоры устанавливаются на дизельные и бензиновые двигатели. Упрощенная газовая турбина не имеет клапана Bypass. Некоторые модели могут быть оснащены каналами для циркуляции антифриза, что исключает необходимость установки турботаймера для предотвращения перегрева масла.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Корпус турбины, подверженный высоким термическим нагрузкам, изготавливается из чугуна или жаропрочного сплава на основе чугуна и никеля. Центральная часть корпуса также выполнена из чугуна. Корпус компрессора изготавливается из алюминия и имеет цельнолитую конструкцию. Ключевым элементом турбины является ротор, состоящий из вала и приваренного к нему турбинного колеса. Компрессорное колесо может иметь свободную или переходную посадку и фиксируется на валу ротора с помощью гайки.

При вращении под воздействием выхлопных газов вал ротора, вместе с турбинным и компрессорным колесами, достигает высокой скорости. Для нормальной работы вала предусмотрены:

• Опорные подшипники, чаще всего выполненные в виде подшипников скольжения. Обычные шариковые подшипники снижают трение, но имеют меньший ресурс, поэтому применяются в основном на спортивных автомобилях. Основная задача опорных подшипников – создание точек опоры для вращения в центральной части корпуса. В одном из видео представлена конструкция турбонагнетателя с раздельными опорными подшипниками на роторном валу. В другом видео описывается модель с опорным подшипником в виде втулки, закрепляемой болтом.
• Упорные подшипники, предотвращающие осевой люфт вала турбины.

Опорные и упорные подшипники функционируют на основе масляного клина. Попадание моторного масла в горячую или холодную секцию турбонагнетателя нежелательно, поэтому на валу ротора устанавливаются уплотнительные кольца. Смазка к ним не подается напрямую, как в случае с опорными и радиальными подшипниками. Ускоренный износ трущихся поверхностей предотвращается за счет работы на масляном тумане (мелкие частицы моторного масла, разбрызгивающиеся во время вращения вала ротора).

Эксперты в области автомобильной техники отмечают, что турбина автомобиля представляет собой ключевой элемент, способствующий повышению эффективности работы двигателя. Принцип ее действия основан на использовании энергии отработавших газов для вращения турбинного колеса, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема воздуха, поступающего в цилиндры. Это позволяет сжигать больше топлива и, соответственно, получать больше мощности без значительного увеличения объема двигателя.

Специалисты подчеркивают, что конструкция турбины включает в себя компрессор и турбину, соединенные между собой валом. При этом важным аспектом является правильная настройка системы управления, которая регулирует давление наддува и предотвращает перегрев. В результате, современные турбированные двигатели обеспечивают не только высокую мощность, но и экономию топлива, что делает их привлекательными для автопроизводителей и потребителей.

ЗНАЧЕНИЕ И РАБОТА СИСТЕМЫ СМАЗКИ

Турбированные дизельные и бензиновые двигатели требуют более качественного масла в сравнении с атмосферными ДВС.

Объясняется это в первую очередь необходимостью качественной смазки подшипников вала ротора турбины. Масло к подшипникам подается под высоким давлением через специальные каналы в картридже, соответственно в корпусе имеется специальный штуцер, через который масло поступает из общей системы смазки двигателя.

Открытие эффекта масляного клина в свое время дало огромный толчок практическому применению гидродинамических принципов смазки. Суть эффекта в том, чтобы в процессе работы между трущимися поверхностями создать масляную пленку, практически полностью исключающую трение между движущимися поверхностями. Важно, чтобы между трущимися поверхностями устанавливалось давление, удерживающее детали при вращении на относительном удалении друг от друга.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о принципе работы и устройстве турбины автомобиля:

1. Принцип работы на основе энергии выхлопных газов: Турбина автомобиля, или турбокомпрессор, использует энергию выхлопных газов для повышения мощности двигателя. Когда выхлопные газы проходят через турбину, они вращают её, что приводит к увеличению давления и объема воздуха, поступающего в двигатель. Это позволяет сжигать больше топлива и, соответственно, увеличивать мощность без значительного увеличения объема двигателя.

2. Турбонаддув и эффективность: Турбокомпрессоры помогают улучшить топливную эффективность двигателя. За счет использования энергии, которая в противном случае была бы потеряна, турбина позволяет двигателю работать более эффективно, что может привести к снижению расхода топлива и уменьшению выбросов CO2.

3. Технология “перекрытия”: Современные турбокомпрессоры могут быть оснащены системой “перекрытия” (twin-scroll), которая разделяет потоки выхлопных газов от разных цилиндров. Это позволяет уменьшить турбо-лаг (задержку в отклике турбины) и обеспечивает более равномерное распределение мощности, что делает работу двигателя более плавной и отзывчивой.

Эти факты подчеркивают важность турбин в современных автомобилях и их влияние на производительность и эффективность двигателей.

Достигается это двумя путями:

• высоким давлением в системе смазки;
• точной подгонкой трущихся элементов. Между валом и подшипниками скольжения должен быть установлен зазор для формирования надежного масляного клина. Поэтому для долговечности работы турбины важен небольшой осевой и радиальный люфт вала ротора.

Основная причина поломки

Одной из причин повышенного расхода масла является неисправность турбины, в случае которой масло просачивается через уплотнения в компрессорную либо турбинную часть корпуса (в таких случаях обычно говорят, что турбина кидает масло). Причина этой неисправности в чрезмерном осевом и радиальном люфте, из-за которого уплотнительные кольца больше не могут справиться со своей задачей.

АКТУАТОР ТУРБИНЫ

Клапан избыточного давления в системе турбонаддува предназначен для сбрасывания избыточного давление на впуске, а также для уменьшения сопротивления выходу выхлопных газов на высоких оборотах. Производительность турбины определяется в основном углом атаки лопастей турбинного колеса, а также проходным сечением канала горячей части и размером колеса турбины. Чем меньшее проходное сечение канала подвода выхлопных газов, тем раньше в «улитке» горячей части будет достигнуто нужное для раскручивания турбины давление.

Соответственно, на низких оборотах больший прирост мощности даст маленькая турбина, тогда как на высоких оборотах небольшое проходное сечение горячей части приведет к значительному противодействию выхлопным газам. Также у каждой турбины имеется граничное давление, превышение которого ведет к «срыву» воздушного потока с лопастей и потере производительности. О том, как актуатор турбины позволяет избежать помпажа во впускной системе в момент резкого закрытия дроссельной заслонки, увеличить степень компромисса между производительностью на высоких и низких оборотах, рекомендуем прочитать в статье «Турбонаддув в теории и на практике». Наша цель – рассмотреть устройство клапанов избыточного давления разных видов.

Принцип работы клапана вестгейта на примере турбонаддува двигателя Mercedes OM 651

BYPASS

Применяется конструкция двух видов:

• замкнутого цикла. Через специальный канал избыточное давление подается в горячую часть турбины, что уменьшает инерционные потери на раскручивание турбинного колеса при последующем разгоне. Система состоит из клапана, воздушных магистралей и регулятора актуатора турбины, который передвигает шток клапана. Регулятор имеет вакуумную систему управления и совмещен с впускным коллектором через диафрагму. При создании определенного давления на впуске диафрагма выгибается, преодолевая усилие возвратной пружины, и открывает через систему тяг байпасный клапан;
• открытого цикла. Принципиальная разница в том, что при открытии клапана поток воздуха идет в обиход турбинного колеса и направляется непосредственно в выпускную трубу.

How Turbocharger Wastegates Work – Internal Vs External

BLOW-OFF

Одним из вариантов системы открытого цикла является блоу-офф. В этой системе специальный клапан сбрасывает избыточное давление из впускной системы. Главное отличие — сброс происходит в атмосферу, а выброс газов на высоких оборотах сопровождается характерным звуком.

Что такое Blow-off (Простыми словами)

Эффективность и влияние на производительность двигателя

Эффективность турбины в автомобиле напрямую связана с её способностью увеличивать мощность двигателя при относительно небольшом увеличении расхода топлива. Это достигается за счет использования энергии отработанных газов, которые в противном случае были бы выброшены в атмосферу. Турбина работает по принципу рекуперации энергии, что позволяет значительно повысить общую эффективность двигателя.

Одним из ключевых аспектов работы турбины является её способность увеличивать давление воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Когда отработанные газы проходят через турбину, они вращают её ротор, который, в свою очередь, приводит в движение компрессор, сжимающий входящий воздух. Это сжатие позволяет увеличить его плотность, что приводит к большему количеству кислорода, доступного для сгорания топлива. В результате, при одинаковом объеме топлива, сжатый воздух позволяет получить больше энергии, что увеличивает мощность двигателя.

Кроме того, использование турбонаддува позволяет уменьшить объем двигателя без потери мощности. Это означает, что производители могут создавать более компактные и легкие двигатели, которые при этом обеспечивают высокую производительность. Например, вместо большого атмосферного двигателя, который требует значительного объема для достижения нужной мощности, можно использовать меньший турбированный двигатель, который будет более экономичным и легким.

Однако, несмотря на все преимущества, использование турбины также имеет свои недостатки. Одним из них является задержка отклика, известная как «турбо-ямка», когда двигатель не сразу реагирует на нажатие педали акселератора. Это происходит из-за времени, необходимого для разгона турбины до рабочих оборотов. Современные технологии, такие как использование более легких материалов и улучшение конструкции, помогают минимизировать этот эффект, но он все еще остается актуальным.

Также стоит отметить, что турбонаддув может привести к увеличению температуры в двигателе, что требует более тщательного контроля за системой охлаждения. При недостаточном охлаждении возможны перегрев и повреждение компонентов двигателя. Поэтому многие производители автомобилей оснащают свои турбированные двигатели более эффективными системами охлаждения и используют специальные масла, которые могут выдерживать высокие температуры.

В заключение, эффективность и влияние турбины на производительность двигателя являются важными аспектами, которые делают современные автомобили более мощными и экономичными. Правильное использование турбонаддува позволяет значительно улучшить характеристики двигателя, однако требует внимательного подхода к проектированию и эксплуатации автомобиля.

Вопрос-ответ

Как работает турбина простыми словами?

Что такое турбина? С помощью оси, связанной с компрессором, турбина подает воздух под давлением обратно во впускную систему двигателя. Таким образом, увеличивается объем воздуха, который смешивается с топливом, что повышает производительность и мощность мотора.

Как устроена турбина в автомобиле?

Устройство турбины – лаконично. Устройство состоит из двух модулей, напоминающих улитки: горячий и холодный. Первый производится из жаропрочного чугуна, легированного никелем, поскольку он работает с газами, температура которых достигает +1000º С. Внутри горячего модуля находится ротор – колесо с лопатками.

На каких оборотах двигателя включается турбина?

Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.

Откуда турбина берет воздух?

Турбина покоится на одном валу с компрессором, который располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор накачивает воздух в цилиндры. Выхлопной газ из цилиндров проходит через лопатки крыльчатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее крутится турбина.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные компоненты турбины, такие как компрессор, турбина и интеркулер. Понимание их функций поможет вам лучше разобраться в принципе работы и возможных проблемах, связанных с турбонаддувом.

СОВЕТ №2

Регулярно проверяйте состояние масла в двигателе. Турбины работают при высоких температурах и давлениях, поэтому качественное и чистое масло критически важно для их долговечности и производительности.

СОВЕТ №3

Обратите внимание на звуки, исходящие от турбины. Неправильные звуки могут указывать на проблемы, такие как износ подшипников или утечки. Раннее выявление проблем поможет избежать более серьезных повреждений.

СОВЕТ №4

Не забывайте о необходимости охлаждения турбины после интенсивной работы. Дайте двигателю поработать на холостом ходу несколько минут перед остановкой, чтобы предотвратить перегрев и продлить срок службы турбины.