Принцип работы турбокомпрессора и его неисправности

Режимы работы турбодвигателя и их влияние на ресурс агрегата

Всё больше и больше двигателей, независимо от числа цилиндров и ёмкости, снабжены дополнениями. Тем не менее наиболее распространённой формой является использование турбокомпрессора. Что такое турбонаддув, как его защитить и на что следует обратить внимание при покупке подержанного автомобиля с турбиной?

В настоящее время решения, используемые в производстве двигателей, позволяют эксплуатировать их максимальную мощность при оптимальном объёме потребления топлива. Одним из способов увеличения мощности двигателя является турбокомпрессор. Этот наиболее общий механизм очень эффективен, но он требует особой защиты и эксплуатации.

Турбокомпрессоры некоторое время были связаны только со спортивными автомобилями. А что сегодня? Почти каждая семья может похвастаться дизельным турбо. Поскольку принцип работы турбокомпрессоров основан на повышении мощности двигателя за счёт увеличения количества воздуха и топлива, это устройство устанавливает даже на небольшие городские автомобили. Но, учитывая его универсальность, многие водители забывают, что эта деталь требует особого внимания. Жёсткое обращение приведёт к тому, что ремонт турбокомпрессора рано или поздно станет неизбежным.

В чём суть

История турбокомпрессора почти так же стара, как и история двигателя внутреннего сгорания. Ещё в конце XIX века Готтлиб Даймлер и Рудольф Дизель исследовали увеличение выходной мощности и снижение расхода топлива своих двигателей при предварительно сжатом воздухе для горения. Для стандартных автомобилей турбокомпрессоры были собраны только в 70-е годы.

Турбокомпрессор является составной частью двигателя, который стал результатом многих лет работы по поиску компромисса между увеличением мощности двигателя, уменьшением его веса и уменьшением расхода топлива. Его конструкция увеличивает давление поступающего воздуха к двигателю, используя энергию выхлопных газов, что позволяет расширить характеристики турбокомпрессоров.

Видео о работе турбокомпрессора:

При повышении сжатия воздуха, то есть при количестве газа, расположенного в том же качестве, его температура повышается. Чем выше температура, тем ниже плотность, что означает меньшее количество кислорода, который подаётся в цилиндр. Чтобы сделать процесс сгорания ещё более эффективным, используется интеркулер.

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора прост. Сама деталь состоит из двух основных частей — турбины и компрессора, которые соединены общим валом. В результате, если ротор с одной стороны приводится в движение, то ротор с другой стороны также начинает двигаться с той же скоростью. Один из роторов находится в выхлопной системе и приводится в действие энергией выхлопных газов, выходящих из двигателя.

Второй ротор расположен во впускном трубопроводе. Под воздействием вращения вала, благодаря специально профилированным лопаткам, давление воздуха в двигателе становится выше атмосферного. В результате двигатель работает более эффективно. Это происходит, потому что мощность экстракции зависит от дозы топлива, сжигаемого в данный момент времени. Тем не менее, чтобы сжигание было эффективным, необходимо обеспечивать нужное количество кислорода.

Условия работы турбокомпрессора

Почему же тогда такое замечательное решение не используется на всех автомобилях? Оказывается, что изобретение является простым в теории, на практике же включает в себя много проблем.

Работа турбокомпрессора происходит в чрезвычайно сложных условиях. Турбина приводится в действие выхлопными газами, температура которых может превышать 1000 °C и которые ускоряют коррозионный процесс. Ротор расположен в потоке выхлопных газов под действием очень высокой температуры. Кроме того, вал турбины вращается со скоростью до 200 тыс. об/мин. Создать устройство, которое может справиться с такой нагрузкой, является реальной проблемой для инженеров. Кроме того, двигатель также должен быть адаптирован к таким условиям.

Ещё одной проблемой являются характеристики турбокомпрессоров, связанные с неравномерностью происходящих процессов. В первых таких механизмах это явление было основано на том, что между добавлением газа и фактической реакцией двигателя проходил длительный промежуток. Нужно время, чтобы воздух был доставлен в двигатель при правильном давлении. Когда это происходит, автомобиль начинать рваться вперёд. Поэтому водители, которые ищут впечатлений на новых автомобилях, будут разочарованы. Такие структуры на сегодняшний день сошли на нет в производстве, вместо них в турбокомпрессорах установили предохранительные клапаны, которые регулируют напор наддува, что обеспечивает равномерное давление на протяжении всего времени.

Нежелательные режимы работы турбокомпрессора

Хотя строение турбокомпрессора относительно простое, само устройство представляет собой очень точно собранный механизм. При покупке и эксплуатации автомобиля с турбонаддувом старайтесь придерживаться некоторых простых правил.

Во-первых, никогда не используйте всю мощь двигателя сразу после его запуска. Турбокомпрессор даёт увеличение мощности, но поскольку в холодном состоянии все элементы плохо смазаны, подшипники коленчатого вала не выдерживают перегрузки. Будучи обеспокоенным по поводу безопасности своего кармана, лучше дать двигателю немного времени, чтобы разогреться до рабочей температуры (помните, что масло нагревается медленнее, чем жидкость в системе охлаждения).

Во-вторых, нужно иметь в виду, что роторы смазываются маслом двигателя, которое течёт из трубопровода, когда двигатель работает. Вкратце: сразу после запуска двигателя компрессор работает «всухую», что значительно сокращает срок его службы.

Моторное масло также играет важную роль. Оно охлаждает турбокомпрессор, который вращается со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту и производит много тепла. Таким образом, никогда не выключайте двигатель сразу после остановки. Для охлаждения турбины нужно всего лишь несколько десятков секунд.

Чтобы не снизить ресурс работы турбодвигателя, следует:

1. Не использовать максимальную мощность двигателя.
2. Скорректировать работу турбокомпрессора при холодном двигателе.
3. Избегать резкого изменения режимов работы.
4. Воздерживаться от эксплуатации неисправного турбокомпрессора.

Максимальная мощность турбокомпрессора и её влияние на ресурс работы механизма

Работа турбокомпрессора, при котором используется его максимальная мощность, крайне нежелательна. При таком режиме, когда механизм использует все свои резервы, отметки подачи топлива и оборотов двигателя достигают своего максимума.

При полной отдаче в работе двигателя увеличивается износ агрегатов, обгорают лопатки колёс турбины, разрушаются колёса, появляются трещины выпускного коллектора, обгорает и разрушается механизм регулируемого соплового аппарата, которые есть у дизельных двигателей.

Поскольку работа турбокомпрессора происходит во враждебном окружении, агрессивная езда очень укорачивает срок его эксплуатации.

Режим работы при холодном двигателе

Как известно, после длительной стоянки моторное масло в поддоне остывает, возрастает его вязкость. Вместе с этим уменьшается его способность проходить по узким каналам для смазки всех деталей механизма.

При пуске двигателя нового поколения эту проблему решает система управления, которая самостоятельно определяет частоту вращения вала, увеличивая обороты по мере прогрева. Если такую последовательность нарушить, возрастёт вероятность масляного голодания подшипникового узла турбокомпрессора.

Резкая смена режимов работы

Принцип работы турбокомпрессора будет нарушен, если резко изменить его режим. Учитывая тот факт, что при стабильной частоте вращения коленчатого вала двигателя частота вращения ротора турбокомпрессора может меняться, а расход масла пропорционален этой частоте, то смена режима максимальной мощности до режима резкого снижения частоты вращения также приведёт к масляному голоданию подшипникового узла.

Неисправности турбокомпрессора, влияющие на его ресурс работы

В связи с всё более широким использованием турбокомпрессоров на вновь изготовленных автомобилях нужно обратить внимание на условия, в которых выполняется работа турбокомпрессора. Он предназначен для безупречной работы вместе с двигателем на протяжении всей жизни обоих механизмов.

Небольшие неисправности турбокомпрессора вряд ли приведут к серьёзным последствиям, но, если такие неполадки вовремя не устранить, по мере их накопления будут возрастать радиальные и осевые зазоры ротора. Естественно, такой процесс занимает длительное время, поэтому владельцы автомобиля не сразу могут заметить такие повреждения. Люфты ротора нарушают нормальную работу уплотнителей, что непременно приведёт к увеличению количества потребления масла. При этом ни динамика, ни расход топлива не изменятся. Если проблему не решить на первоначальном этапе, то в конечном счёте эта поломка приведёт к разрушению ротора, что повлечёт за собой дорогостоящий ремонт турбокомпрессора.

Видео об устройстве турбокомпрессора и его неисправностях:

Вот некоторые основные шаги в соответствии с инструкциями для поддержания работы турбокомпрессора в хорошем состоянии. Эти меры должны включать:

1. Периодическая замена масла.
2. Техническое обслуживание системы фильтрации масла.
3. Контроль давления масла.
4. Система фильтрации обслуживания воздуха (воздушный фильтр, провода).

В случае неисправности турбокомпрессора 90% повреждений происходит из-за следующих причин.

Повреждения, вызванные посторонними материалами

Повреждения, вызванные инородным материалом, попадающим в организм выхлопа или приёма, хорошо видны на турбине и колёсах компрессора. Ремонт турбокомпрессора или его замена всегда подразумевают проверку проходимости и чистоту впускных и выпускных систем двигателя. Никогда не пытайтесь выпрямить лопасти.

Повреждения турбокомпрессора, вызванные грязным маслом

Глубокие царапины на подшипниках обычно вызваны загрязнённым маслом. Для предотвращения такого рода неисправности турбокомпрессора масло и фильтры должны быть хорошего качества и заменены во время каждого ремонта детали. Кроме того, масло и фильтры нужно регулярно менять в зависимости от производителя. Такое повреждение может быть вызвано:

• повреждённым масляным фильтром или фильтром плохого качества;
• износом двигателя;
• неисправностью перепускного клапана масляного фильтра;
• низким качеством моторного масла.

Царапины поверхности вала и подшипников могут быть вызваны плохим маслом или его недостатком

Перебои в поставке масла

Перебои в поставке масла в повторных коротких временных интервалах вызывают полировку и сжигание опорных поверхностей. Причиной могут быть:

• замена масла и масляного фильтра;
• длительный период простоя автомобиля;
• нарушения запуска двигателя после замены или ремонта турбокомпрессора;
• низкое давление масла из-за плохого функционирования системы смазки;
• загрязнения масла топливом или гликолем.

Нехватка давления масла

Острая нехватка давления масла в течение длительного периода (более 810 с) в дополнение к полировке и сжиганию опорных поверхностей приводит в системе подшипников турбокомпрессора к показаниям симптомов обесцвечивания выше нормы. Дефицит давления является наиболее опасной формой перерывов в поставках масла, и причиной могут быть:

• согнутые или забитые трубы смазки турбокомпрессора;
• неисправность масляного насоса;
• низкий уровень масла в картере;
• потеря смазки из-за слишком длительной эксплуатации автомобиля на склонной поверхности.

Нехватка давления масла может привести к износу подшипников

Перегрев

Накопление углерода после сжигания масла вызвано чрезмерной температурой выхлопных газов или слишком быстрым выключением двигателя после работы. Рекомендуется оставлять двигатель в работе на 2–3 мин на холостом ходу (время, необходимое для охлаждения турбокомпрессора). Переход высокой температуры от корпуса турбокомпрессора в центральный орган может привести к коррозии подшипников. Основные неисправности турбокомпрессора происходят в кольцевых канавках, а также на турбинном валу. Накопление угля вызывает трение и, следовательно, приводит к изгибам и трещинам. Причинами могут стать:

• заблокированный воздушный фильтр;
• слишком быстрая остановка двигателя после работы;
• низкое качество моторного масла;
• перегрев воздуха и выхлопных газов;
• неисправные форсунки;
• плохо приспособленные тела турбины;
• неисправность системы смазки и турбокомпрессора;
• неисправность системы слива масла.

Прочность турбокомпрессора зависит прежде всего от его правильной работы. После запуска двигателя не используйте его на всю мощность. Сразу после остановки оставьте автомобиль с включённым двигателем хотя бы на пару секунд. Точно так же это относится и к техническому обслуживанию турбокомпрессора, его расходных материалов. Ведь маленькие повреждения приводят к тому, что неисправности турбокомпрессора становятся неизбежными, а его ремонт или замена дорого нам обходятся. У вас есть свои секреты, как продлить ресурс работы турбокомпрессора?