Що таке турбокомпресор двигуна

Ще кілька десятиліть тому турбомотор сприймалися як елемент фантастичних машин з майбутнього або красивих комп'ютерних ігор. І навіть після втілення в життя геніальної ідеї простого способу збільшення потужності двигуна, ця можливість довго залишалася прерогативою бензинових пристроїв. Зараз системою турбо оснащується практично кожен автомобіль, що сходить з конвеєра, незалежно від того, на якому паливі він працює.

На великих швидкостях або крутих підйомах звичайний двигун машини відчуває серйозні перевантаження. Для полегшення його роботи і була придумана система, здатна без втручання у внутрішню будову збільшити потужність мотора.

Поряд з впливом на потенційні можливості движка, принцип «турбо» сприяє значному очищенню вихлопних газів, за допомогою їх вторинного використання та переробки. А це важливо для поліпшення екології, що відповідає вимогам багатьох міжнародних організацій, які ведуть боротьбу за збереження навколишнього середовища.

У турбонаддува є деякі недоліки, пов'язані з передчасним займанням горючої суміші. Але з цим побічним явищем - причиною швидкого зносу поршнів в циліндрах - успішно справляється правильно підібране масло, необхідне для змащення деталей при роботі турбодвигуна.  

Що таке турбіна або турбокомпресор в автомобілі?

Ефективність авто, оснащеного «турбо», збільшується на 30 - 50%, а то і на всі 100%, від його стандартних можливостей. І це при тому, що сам пристрій коштує порівняно недорого, має незначну масу і об'єм, працює надійно по геніально простим принципом.

Прилад створює підвищений тиск в двигуні внутрішнього згоряння за рахунок штучного нагнітання додаткової дози повітря, який утворює збільшений обсяг паливно-газової суміші, і при її згорянні потужність мотора збільшується на 40 - 60%.

Механізм, оснащений турбо-системою, стає набагато ефективніше без зміни його конструкції. Після установки простого пристосування малопотужний 4-х циліндровий мотор має видавати потенціал роботи 8-ми циліндрів.

Висловлюючись доступніше, турбіна - це малопомітна, але високоефективна деталь на движку автомобіля, яка допомагає збільшити працездатність «серця» машини без зайвої витрати палива за рахунок вторинного використання енергії вихлопних газів.

На які двигуни встановлюють турбокомпресори

Нинішня комплектація машин турбінними механізмами проходить значно швидше, ніж їх початкове впровадження в бензинові двигуни. Щоб визначити оптимальний режим роботи, пристосування спочатку використовувалися на гоночних автомобілях, завдяки чому почали застосовуватися:

· Електронне управління;

· Рідинне охолодження стінок пристрою;

· Більш досконалі види масла;

· Жаростійкі матеріали для виготовлення корпусу.

Більш досконалі розробки дозволили застосовувати систему «турбо» практично на будь-якому моторі, будь він газовий, бензиновий або ж дизельний. Причому точно так же не грає ролі робочий цикл клонували (в два або чотири такту) і спосіб охолодження: за допомогою повітря або рідини.

Крім вантажних і легкових автомобілів з потужністю двигуна, що перевищує 80 кВт, система знайшла застосування на тепловозній, дорожньо-будівельної техніки і на суднових двигунах зі збільшеним робочим об'ємом від 150 кВт.

Принцип дії автомобільної турбіни

Суть роботи турбонагнетателя полягає в збільшенні продуктивності малопотужного движка з мінімальною кількістю циліндрів і невеликим обсягом палива шляхом вторинного використання вихлопних газів. Результати можуть бути приголомшливими: наприклад, літровий трициліндровий мотор здатний видати потужність в 90 кінських сил без додаткового обсягу палива, причому з показником високої екологічності.

Працює система дуже просто: відпрацьоване паливо - гази - відразу не виходить в атмосферу, а потрапляє на ротор прибудованої до вихлопної труби турбіни, яка, в свою чергу, знаходиться на одній осі з нагнітачем повітря. Гарячий газ розкручує лопаті турбо-системи, а ті надають руху вал, що сприяє надходженню повітря в холодну равлика. Стиснутий колесом повітря, надходячи всередину агрегату, діє на крутний момент двигуна і під тиском, збільшуючи обсяг газо-паливної рідини, сприяє збільшенню потужності агрегату.

Виходить, що для результативної роботи движка потрібно не більше бензину, а достатня кількість ущільненого повітря (що абсолютно безкоштовно), який змішуючись з паливом підвищує його ККД (коефіцієнт корисної дії).

Дизайн турбокомпресора

Перетворювач енергії являє собою механізм, що складається з двох складових: турбіни і компресора, що грають однаково важливу роль для посилення потужності двигуна будь-якої машини. Обидва пристрої розташовані на одній жорсткої осі (валі), що утворює разом з лопатями (колесами) два ідентичних ротора: турбінного і компресорного, поміщених в корпусу, схожі на равликів.

Схематична будова:

· Гаряча турбінна равлик (корпус). Приймає на себе вихлопні гази, що призводять ротор в рух. Для виготовлення застосовується сфероидной чавун, витримує сильне нагрівання.

· Крильчатка (колесо) турбіни, жорстко закріплена на загальній осі. Зазвичай нівелюється для запобігання корозії.

· Корпус центрального картриджа з підшипниками між колесами ротора.

· Холодна компресорна равлик (корпус). Після розкручування валу відпрацьованим паливом (газами) втягує додатковий обсяг повітря. Найчастіше виготовляється з алюмінію.

· Крильчатка (колесо) компресора, що стискає повітря і подає його в систему впуску під великим тиском.

· Канали подачі і зливу масла для часткового охолодження деталей, запобігання LSPI (попереднього малоскоростной запалювання), зменшення витрат палива.

Конструкція допомагає використовувати кінетичну енергію від вихлопних газів для посилення потужності движка без додаткової витрати палива.

Функції турбіни (турбокомпресора)

Робота турбо-системи заснована на посиленні крутного моменту, що сприяє підвищенню ККД мотора машини. Причому використання пристосування не обмежується тільки легковим і вантажопасажирських транспортом. В даний час турбокомпресори з розміром коліс від 220 мм до 500 мм застосовуються на багатьох промислових машинах, судах, тепловозах. Це пов'язано з деякими вигодами, які отримує техніка:

· Турбо-пристосування, за умови правильної експлуатації, допоможе в стабільному режимі максимально використовувати потужність мотора;

· Продуктивна робота двигуна окупиться протягом півроку;

· Установка спеціального вузла заощадить кошти на покупку габаритного движка, «з'їдає» більшу кількість палива;

· Витрата пального стає більш раціональним при незмінному обсязі мотора;

· Коефіцієнт корисної дії движка зростає майже в два рази.

 І що важливо - вихлоп газів після вторинного використання стає набагато чистіше, а значить не так згубно впливає на навколишнє середовище.

Типи і характеристики турбокомпресора

Агрегат, що встановлюється на бензинові конструкції - раздельний- оснащується двома равликами, що сприяє збереженню кінетичної енергії від вихлопних газів і перешкоджає їх повторному потраплянню в двигун. Для бензинової конструкції потрібно охолоджувальна камера, яка знижує температуру впорскується суміші (що досягає до 1050 градусів), щоб уникнути різкого передчасного займання.

Для дизельних моторів охолодження в основному не потрібно, регулювання температури і тиску повітря забезпечують соплові апарати, які змінюють геометрію за рахунок рухомих лопатей, здатних змінювати кут нахилу. Пропускний клапан з пневмо- або електроприводом в дизелях середньої потужності (50-130 л. С.) Коригує налаштування турбокомпресора. А більш потужні механізми (від 130 до 350 л. С.) Оснащуються пристроєм, що регулює плавне (в два етапи) впорскування палива в суворій відповідності з обсягом надходить в циліндри повітря.

Всі турбокомпресори поділяються за багатьма основними ознаками:

· За значенням підвищення ККД;

· Максимальній робочій температурі вихлопних газів;

· Крутним моментом ротора турбіни;

· Різниці тиску повітря, що нагнітається на вході і виході з системи;

· За принципом внутрішнього устрою (зміна геометрії сопла або подвійна конструкція);

· За типом роботи: осьової (подача уздовж вала до центру і висновок з периферії) або радіальної (дія в зворотному порядку);

· По групах, розділеним на дизельні, газові, бензинові двигуни, а також по кінським силам агрегатів;

· По одноступінчастої або двоступеневої системи наддуву.

Залежно від перелічених якостей, турбокомпресори можуть мати істотну різницю в розмірах, додаткове оснащення і монтуватися різними способами.

Що таке турбо лаг (турбо-яма)?

Результативна робота турбонагнетателя починається із середньою швидкістю автомобіля, оскільки на малих швидкостях пристрій отримує недостатню кількість вихлопних газів, необхідних для забезпечення високого крутного моменту ротора.

При різкому старті машини з місця спостерігається точно таке ж явище: авто не може взяти миттєвий розгін, оскільки двигуну спочатку не вистачає необхідного тиску повітря. На створення середніх-високих обертів повинно піти якийсь час, зазвичай кілька секунд. Якраз в цей момент і відбувається затримка старту, так звана турбо-яма або турбо лаг.

Для вирішення цієї проблеми на сучасні моделі ТС встановлюється не одна, а дві-три турбіни, що працюють в різних режимах. З турбо-ямами також успішно справляються рухливі лопаті, які змінюють геометрію сопла. Регулювання кута нахилу лопаток колеса здатне створювати в двигуні необхідний тиск.

У чому різниця між турбокомпресором і турбонагнітачем (турбонаддув)?

Функція турбіни полягає в створенні крутного моменту ротора, що має загальну вісь з колесом компресора. А останній, в свою чергу створює збільшений тиск повітря, необхідного для продуктивного спалювання паливної суміші. Незважаючи на схожість конструкцій, обидва механізми мають деякі суттєві відмінності:

· Установка турбонаддува вимагає спеціальних умов і навичок, тому його монтують або на заводі, або в спеціалізованому сервісі. А компресор будь-який водій може встановити самостійно.

· Вартість турбо-системи набагато вище.

· Обслуговування компресора простіше і дешевше.

· Турбіни часто використовуються на більш потужних двигунах, в той час як для компресора досить мотора з невеликим робочим об'ємом.

· Системі турбо постійно потрібно масло для охолодження перегрітих деталей. Компресор в маслі не потребує.

· Турбокомпресор сприяє економному споживанню палива, а компресор навпаки - збільшує його витрата.

· Турбо працює на чистій механіці, в той час як компресора необхідно енергоспоживання.

· При роботі компресора відсутнє явище «турбо лаг», затримка роботи приводу (вузла) спостерігається тільки в турбо.

· Наддувши включається в роботу під впливом вихлопних газів, а компресор - від обертання колінчастого вала.

Не можна сказати, яка система краща або гірша, це залежить від того, до якої їзді звик водій: для агресивної - підійде більш потужний пристрій; для спокійної - достатньо звичайного компресора, хоча зараз вони в окремому вигляді практично не випускаються.

Термін служби турбокомпресора

Перші пристосування для нарощування потужності відрізнялися частим виходом з ладу і мали не найнадійнішу репутацію. Зараз становище набагато покращився, завдяки сучасним інноваційним розробкам конструкції, використання жаростійких матеріалів для корпуса, появи нових видів масла, яке вимагає особливо ретельного підбору.

В даний час експлуатаційний термін додаткового вузла може тривати до тих пір, поки мотор не зживе свої ресурси. Головне - вчасно проходити техогляди, які допоможуть виявити найменші несправності на початковій стадії. Це істотно заощадить час на усунення незначних неполадок і гроші на ремонт.

На безперебійну роботу системи та продовження її життя позитивно впливає своєчасна і систематична зміна повітряного фільтра і моторного масла.

Експлуатація та технічне обслуговування автомобільних турбін

Сам по собі вузол форсування потужності в окремому техобслуговуванні не потребує, але його справність безпосередньо залежить від поточного стану двигуна. На появу перших проблем вказують:

· Поява сторонніх шумів;

· Помітний витрата моторного масла;

· Виходить з сопла синюватий або навіть чорний дим;

· Різке зниження потужності движка.

Найчастіше побічні явища безпосередньо пов'язані з використанням неякісного масла або його постійну нестачу. Щоб не переживати за несвоєчасний вихід з ладу «основного органу» і його «стимулятора», слід дотримуватися порад експерта:

· Вчасно очищати глушник, фільтр і перевіряти стан каталізатора;

· Постійно підтримувати необхідний рівень масла;

· Регулярно перевіряти стан герметичних патрубків;

· Перед початком експлуатації прогрівати двигун;

· Після агресивної їзди протягом 3-4 хвилин використовувати холостий хід для охолодження турбіни;

· Дотримуватися рекомендацій виробника по використанню відповідних фільтра і марки масла;

· Регулярно проходити ТО і стежити за станом паливної системи.

Якщо ж все-таки постане питання про серйозного ремонту, то його потрібно проводити тільки в спеціалізованій майстерні. У сервісі повинні бути ідеальні умови щодо дотримання чистоти, т. К. Потрапляння пилу всередину системи неприпустимо. До того ж для лагодження потрібно специфічне обладнання.

Як збільшити термін служби турбокомпресора?

Чітку і довгострокову роботу турбіни забезпечують три основних моменти:

1. Своєчасна заміна повітряного фільтра та підтримання необхідної кількості масла в моторі. Причому слід використовувати тільки ті матеріали, які рекомендує завод-виготовлювач. Купити оригінальні продукти можна у офіційних дилерів / представників компанії, щоб уникнути придбання підробок.

2. Різка зупинка після швидкісної їзди змушує працювати систему без змащення, оскільки колесо турбіни продовжує крутитися по інерції, а масло з вимкненого двигуна вже не надходить. Це триває недовго, близько півхвилини, але така постійна практика призводить до швидкого зносу шарикопідшипникового комплексу. Значить потрібно або поступово знижувати швидкість, або дати трохи попрацювати движку вхолосту.

3. Не варто різко тиснути на газ з місця. Краще набирати обертів поступово, щоб моторне масло встигло добре змастити обертається механізм.

Правила дуже прості, але їх дотримання поряд з рекомендаціями виробника значно продовжать життя автомобіля. Як показує статистика, корисних порад дотримується всього близько 30% водіїв, тому і скарг на неефективність пристосування досить багато.

Що може зламатися в турбокомпресорі автомобіля?

Найбільш часті поломки пов'язані з неякісним моторним маслом і засміченістю повітряного фільтра.

У першому випадку рекомендується своєчасно замінювати забруднену деталь, а не займатися її чищенням. Така «економія» може призвести до потрапляння сміття в середину системи, що згубно вплине на якісну мастило підшипників.

Таку ж дію має масло сумнівного виробництва. Погана змащення призводить до швидкого зносу внутрішніх деталей, причому постраждати може не тільки додатковий вузол, а й весь двигун.

При виявленні перших ознак несправності: появі витоку мастила, небажаної вібрації, підозріло гучних звуків - слід негайно звернутися в сервіс для проведення повної діагностики двигуна.

Чи можливо відремонтувати турбіну в автомобілі

Купівля кожної нової речі, а тим більше пов'язаної зі складними механізмами, супроводжується видачею гарантійного талона, в якому виробник заявляє певний термін безвідмовної експлуатації виробу. Але водії у відгуках часто діляться розчаруваннями, пов'язаними з невідповідністю заявленого гарантійного терміну. Швидше за все, вина лежить не на виробника, а на самому власника, який просто не дотримувався рекомендованих правил експлуатації.

Якщо раніше поломка турбіни означала витрати на нове пристосування, то на даний момент вузол підлягає частковому відновленню. Головне - вчасно звернутися до професіоналів, які мають належне обладнання та сертифіковані оригінальні компоненти. Ні в якому разі не варто займатися ремонтом самостійно, інакше доведеться міняти не пару деталей, а весь мотор, а це вже буде коштувати набагато дорожче.

Питання та відповіді:

У чому різниця між турбіною та турбокомпресором? У цих механізмів різний тип приводу. Турбіна розкручується потоком вихлопних газів. Компресор безпосередньо з'єднується із валом двигуна.

Який принцип дії турбокомпресора? Привід турбокомпресора спрацьовує відразу ж при запуску двигуна, завдяки чому сила наддуву безпосередньо залежить від обертів двигуна. Крильчатка здатна долати великий опір.

Чим відрізняється турбонаддув від турбонагнітача? Турбонаддув це не що інше, як звичайна турбіна, що працює від сили потоку вихлопу. Турбонагнітач це турбокомпресор. Хоча він простіше в установці, він коштує дорожче.

Для чого потрібен турбокомпресор? Цей механізм, як і класична турбіна, використовує енергію самого двигуна (тільки в цьому випадку кінетичну енергію валу, а не вихлопних газів) для посилення потоку свіжого повітря.