Принцип работы турбонаддува дизельного двигателя

Вам следует знать, что турбонаддув дизельного двигателя представляет собой корпус, вал с крыльчатками, два опорных и один упорный подшипник скольжения, система уплотнений, две улитки, в которых происходит вращение крыльчаток. На всю данную конструкцию навешен пневмопривод, который приводит в работу байпасный (т.е. перепускной) клапан (хотя есть некоторые модели, на которых он отсутствует). Принцип его работы заключается в регулировании оборотов турбины и, соответственно, производительности компрессора. Как только выходящее давление воздуха из компрессора превышает оптимальное, происходит срабатывание пневмопривода, который затем открывает клапан. В результате некоторая часть выхлопных газов выходит в выхлопную систему напрямую, и соответственно происходит снижение оборотов турбины.

 

Что собой представляет турбина — это крыльчатка, которая неразъёмно насажена на вал, приводит во вращение другую такую же крыльчатку — т.е. компрессор. Турбина специально сделана из жаростойкого сплава, компрессор — из алюминия, а вал сделан из обычной среднелегированной стали. Отремонтировать такие детали практически невозможно, единственное, что можно сделать, это только заменить их. Правда есть одно исключение, это изношенный вал, иногда его можно заново перешлифовать, а затем под получившийся размер можете изготовить новые подшипники.

 

Корпус турбонаддува дизельного двигателя выполнен в виде сплошной отливки из чугуна, в которой происходит вращение вала на подшипниках. Вам следует знать, что зачастую изнашиваются постель под подшипники, а также гнездо под уплотнительное кольцо. И, конечно же, исправить данную проблему, можно будет только с помощью расточки под новый размер. Улитка турбины выполнена из чугуна, данная деталь представляет собой довольно-таки сложную форму. Именно за счёт её, формируется газовый поток, который в дальнейшем вращает турбину. А вот улитка компрессора выглядит в виде алюминиевой отливки с механически обработанным под компрессор местом. Вращаясь, компрессор засасывает через центральное отверстие воздух, затем его сжимает и только потом по кольцевому каналу, сразу же подает в двигатель. Вообще на первый взгляд, данная конструкция достаточно проста. Но сложные поверхности, точное литьё, высокая точность изготовления всех деталей могут вам создать много проблем даже при условии, что у вас будет хорошо оборудованная мастерская. Так как далеко не каждый конкретный турбонаддув поддаётся ремонту, иногда лучше взять все имеющиеся детали и создать новый.

 

Так как же всё-таки происходит работа турбины? Говорят, например: «Турбина включилась, и я поехал…» Это неверно, так как турбонаддув дизельного двигателя начинает свою работу уже с первых оборотов двигателя и завершает её уже после остановки двигателя. Как только в цилиндрах двигателя появляются первые вспышки, то выхлопные газы сразу же попадают из коллектора в улитку турбины, за счёт их, начинается вращение вала с крыльчатками. До тех пор пока обороты двигателя не слишком большие, скорость и давление выхлопных газов недостаточны, в результате компрессор, чтобы не создавать во время всасывании излишнего сопротивления, вращается на холостом ходу, таким образом, просто перемешивает воздух. Нажмите на педаль газа. Обороты двигателя начнут расти, на панели загорится зелёная лампочка, на ней будет написано «TURBO» (при условии, что она есть), и вы почувствуете в спину ощутимый толчок.

 

Запомните, если турбина включилась, значит, она просто вышла на рабочие обороты, и заметьте, очень высокие: около 110-115 тысяч оборотов в минуту. На этот раз компрессор не просто месит воздух, а наоборот, сжимая его эффективно, посылает в двигатель. При этом сразу же происходит срабатывание соответствующей сервисной системы в карбюраторе (ТНВД или EFI, неважно), в двигательные цилиндры подаётся больший весовой заряд топливной смеси, затем резко где-то на 50-70% возрастает его мощность, соответственно, увеличивается расход топлива. Турбонаддув вынужден работать далеко не в самых лёгких условиях: высокие окружные скорости (на концах лопаток, скорость, в зависимости от того, какая у вас модель турбонаддува, почти такая же, как у пистолетной пули - 300 м/сек), высокая температура. Подшипники вращаются с предельно допустимой скоростью, для того чтобы её снизить, вам придётся прибегнуть к различным ухищрениям. Как же тогда турбонаддуву удаётся долго и надежно работать в таких условиях?

 

Когда вы заводите двигатель, в дело вступает масляный насос. Масло, находясь под давлением, поступает по системе каналов на подшипники турбонаддува, после чего на масляном клине начинает вращаться вал. Упорный подшипник также получает свою порцию масла. Чем больше будут обороты двигателя, тем больше масла будет поступать на его подшипники и вал турбины. Данные подшипники изготавливают из специальных подобранных материалов. Для них выбираются оптимальные зазоры: если зазоры будут меньшими, то может возникнуть опасность, во время теплового расширения подшипники начинают подклинивать. А если зазоры будут слишком большими - то может произойти срыв масляного клина, в результате вся работа будет происходить в условиях полужидкостного трения, к тому же произойдёт перекос вала, начнётся процесс износа уплотнительного кольца. Так как зазоры в парах подшипник — корпус, вал — подшипник слишком малы, а также соизмеримы с размерами ячеек масляного фильтра, мы вам советуем постоянно держать масло в чистоте, всегда проверяйте состояние масляного фильтра.

 

Знайте, что долговечность подшипников скольжения не зависит от частоты вращения, в отличие от подшипников качения. У правильно работающих и рассчитанных подшипников скольжения коэффициент трения в условиях жидкостной смазки равен 0,001-0,005. Но в случае если имеются неблагоприятные условия работы (высокие окружные скорости, высокая вязкость масла, а также малые зазоры), то коэффициент трения равен 0,1-0,2, что может привести к снижению оборотов турбонаддува дизельного двигателя, а значит, и к снижению его эффективности, в результате повышения теплоотвода произойдёт повышение нагарообразования.

 

Подшипники скольжения надежно работают при температуре не более 150 градусов Цельсия. При более высоких температурах возникает опасность разрыва масляного слоя в результате разжижения масла. Кроме того, при высоких температурах обычные минеральные масла окисляются намного быстрее, тем самым теряют свои смазочные свойства. При полужидкостной смазке непрерывность масляного слоя нарушена, и поверхности вала и подшипника на участках большей или меньшей протяженности соприкасаются своими микронеровностями. При граничной системе смазки поверхности вала и подшипников соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, разделительный масляный слой здесь вообще отсутствует.

 

Пока двигатель вращается, и масляный насос создает давление, исправный турбонаддув работает нормально. Но рано или поздно вы решите заглушить двигатель, он остановится, также остановится и масляный насос, давление масла в системе сразу, же упадет до нуля, а вал с крыльчатками, который имеет приличный вес и вращается с достаточно большой скоростью, не сможет мгновенно остановиться. Но масляного клина уже нет. Возникает полужидкостная смазка, переходящая в граничную. К вашему сведению в тяжело нагруженных подшипниках может возникнуть перегрев, расплавление, схватывание, а также заедание подшипника. Плюс грязное масло, и в результате произойдёт интенсивное изнашивание.

 

А допустимый износ подшипников составляет всего лишь 0,03-0,06 мм в зависимости от того, какая у вас модель турбонаддува. Поэтому делайте выводы сами. Потому что это одна из самых больших проблем, которые могут возникать во время работы турбонаддува. Для того, чтобы она не стала основной, во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое несложно выбрать среди большого числа существующих хороших масел. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув — не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр.

 

И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы турбонаддува. Как мы уже отмечали, в жизни турбонаддува есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей турбонаддува, а, следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю и турбонаддуву прогреться. Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут.

 

В процессе работы крыльчатка турбины и вал сильно нагреваются. Масло, поступающее для смазки подшипников, нагнетается с большой интенсивностью и успевает снять нагрев с вала, не успев перегреться само. При резкой остановке двигателя прокачка масла прекращается, раскаленная крыльчатка турбины отдает большую часть тепла валу, и масляная пленка, покрывающая детали, разогревается до температуры горения. Идет интенсивное нагарообразование в районе уплотнительного кольца и несколько меньшее — в районе подшипников и на внутренних поверхностях корпуса турбонаддува. Спасает только то, что масло, предназначенное для таких двигателей, изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но и оно имеет свои пределы. Владельцам автомобилей Nissan следует помнить, что в этих автомобилях турбонаддув работает в более напряжённом тепловом режиме, чем, например, у автомобилей Toyota. Значительно облегчает жизнь и продлевает срок службы турбонаддува турботаймер. Он установлен не на всех автомобилях, но эта функция есть во многих охранных сигнализациях.