Кое что о турбинах

PRO ТУРБИНУ…

Турбина — устройство в автомобиле, которое направлено на увеличение давления во впускном коллекторе автомобиля для того, чтобы обеспечить большее поступление воздуха, а значит и кислорода, в камеру сгорания.
Главное назначение турбины – с ее помощью можно значительно увеличить мощность автомобиля. При увеличении давления во впускном коллекторе на 1 атмосферу в камеру сгорания попадет в два раза больше кислорода, а значит от небольшого турбового двигателя можно ожидать мощности как от атмосферника с объемом в два раза больше — грубая теоретическая арифметика не лишенная смысла…

Принцип работы турбокомпрессора
Принцип работы турбины несложен: горячие выхлопные газы через выпускной коллектор поступают в горячую часть турбины, проходят через крыльчатку горячей части приводя ее и вал на который она крепится в движение. На этом же вале закреплена крыльчатка самого компрессора в холодной части турбины, эта крыльчатка при вращении создает давление во впускном тракте и впускном коллекторе, что обеспечивает большее поступление воздуха в камеру сгорания.

Устройство турбины
Турбина состоит из двух улиток — улитки компрессора, через которую всасывается воздух и нагнетается во впускной коллектор, и улитки горячей части, через которую проходят выхлопные газы вращая колесо турбины и выходят в выхлопной тракт. Из крыльчатки компрессора и крыльчатки горячей части. Из шарикоподшипникового картриджа. Из корпуса, который соединяет обе улитки, держит подшипники, так же в корпусе находится охлаждающий контур.
В процессе работы турбина подвергается очень большим термодинамическим нагрузкам. В горячую часть турбины попадают выхлопные газы очень большой температуры 800-9000 °С, поэтому корпус турбины изготавливают из чугуна особого состава и особого способа отливки.
Частота вращения вала турбины достигает 200 000 об/мин и более, поэтому изготовление деталей требует большой точности, подгонки и балансировки. Помимо этого в турбине высокие требования к используемым смазочным материалам. В некоторых турбинах система смазки служит так е системой охлаждения подшипниковой части турбины.

Система охлаждения турбин
Система охлаждения турбин двигателя служит для улучшения теплоотдачи частей и механизмов турбокомпрессора.
Существует два самых распространенных способа охлаждения деталей турбокомпрессора — охлаждение маслом, которое используется для смазки подшипников и комплексное охлаждение маслом и антифризом из общей системы охлаждения автомобилем.

Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков.
Охлаждение маслом.
Преимущества:

Более простая конструкция
Меньшая стоимость изготовления самой турбины
Недостатки:

Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с комплексной системой
Более требовательна к качеству масла и к его более частой смене
Более требовательна к контролю за температурным режимом масла
Изначально, большинство серийных двигателей с турбонаддувом оснащались тубинами с масляным охлаждением. При прохождении через шарикоподшипниковую часть масло сильно нагревалось. Тогда, когда температура выходила за пределы нормального рабочего температурного диапазона, масло начинало закипать, коксоваться забивая каналы и ограничивая доступ смазки и охлаждения к подшипникам. Это приводило к быстрому износу, заклиниванию и дорогостоящему ремонту. Причин у неполадки могло быть несколько — некачественной масло или не рекомендованное для данного типа двигателей, превышение рекомендованы сроков замены масла, неисправности в системе смазки двигателя и пр.

Комплексное охлаждение маслом и антифризом
Преимущества:

Большая эффективность охлаждения
Недостатки:

Более сложная конструкция самого турбокомпрессора, как следствие большая стоимость
При охлаждении турбины маслом и антифризом повышается эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Но данная систем охлаждения имеет более сложную конструкцию т.к. имеет раздельные масляный контур и контур охлаждающей жидкости. Масло как и прежде служит для смазки подшипников и для охлаждения, а антифриз, который используется из общей системы охлаждения двигателя, не дает перегреться и закипеть маслу. Как следствие увеличивается стоимость самой конструкции.

При работе турбины воздух под действием компрессора сжимается и, как следствие, очень сильно греется, что приводит к нежелательным последствиям т.к. чем выше температура воздуха, тем меньшее количество кислорода в нем содержится — тем меньше эффективность наддува. С этим явлением призван бороться интеркулер — промежуточный охладитель воздуха.

Нагрев воздуха не единственная проблема, с которой пытаются справиться конструкторы при проектировании турбодвигателя. Насущной проблемой является инерционность турбины (лаг турбины, турбояма) — задержка в реакции мотора на открытие дроссельной заслонки. Турбина выходит на пик своих возможностей при определенных оборотах двигателя, отсюда и появилось мнение, что турбина включается при определенных оборотах. Турбина в большинстве случаев, работает всегда, а значение оборотов при которых ее эффективность максимальная у каждого двигателя и у каждой турбины разные. В погоне за решением этой проблемы появились системы их двух турбин (твин-турбо, twin-turbo, би-турбо, biturbo), твин-скрол (twin-scroll) турбины, турбины с изменяемой геометрией сопла и изменяемым углом наклона крыльчатки (VGT), изменяются материалы частей чтобы повысить прочность и увеличить вес (керамические лопатки крыльчатки) и пр.

Twin-turbo (твин-турбо) — система при которой используются две одинаковые турбины. Задача данной системы повысить объем или давление поступающего воздуха. Используется когда необходима максимальная мощность на высоких оборотах, например в драг-рейсинге. Такая система реализована на легендарном японском автомобиле Nissan Skyline Gt-R с
Утечка масла из турбокомпрессора: причины и способы устранени:

Масло под давлением через напорную магистраль подается в корпус турбокомпрессора. Проходя через подшипники с большой скоростью, масло смешивается с воздухом. На выходе из подшипников масло, смешанное с воздухом, представляет собой уже некую пену, которая под действием силы тяжести сначала стекает вниз корпуса турбокомпрессора, а затем по сливной магистрали в масляный поддон двигателя. Если на ее пути окажется какое-либо препятствие, то она начнет собираться в корпусе турбокомпрессора. Когда уровень масляной пены превысит уровень уплотнений, масло начнет поступать в корпусы турбинного и компрессорного колес через промежуток в уплотнительном кольце.

Уплотнения

Наиболее частой ошибкой в представлениях о турбокомпрессоре является представление о назначении уплотнений со сторон турбинного и компрессорного колес. Основным назначением этих уплотнений является предотвращение попадания газов под высоким давлением в корпус турбокомпрессора и далее в картер двигателя. Тот факт, что эти уплотнения не дают маслу попадать в корпуса турбинного и компрессорного колес, вторичен. Турбокомпрессора некоторых моделей производятся даже без уплотнения со стороны турбинного колеса. Почти во всех случаях утечка масла из турбокомпрессора не является следствием нарушения уплотнений, хотя существуют и исключения из этого правила.

Масло во впуске/выпуске компрессора

Причиной некоторых «утечек» является воздушный фильтр. В воздушном фильтре(мокрого типа) с уже загрязненным маслом или недостаточной емкости воздух, проходящий через него с большой скоростью, может захватывать капли масла и нести их в корпус компрессора. Такаю «утечку» можно наблюдать только на выходе из компрессора, а чтобы ее устранить необходимо заменить либо масло в фильтре, либо заменить фильтр на другой.

Масло на выходе из компрессора

Воздушный фильтр сухого типа после продолжительной работы забивается частицами пыли, его сопротивление увеличивается и следовательно увеличивается падение давления на нем. Появляется небольшой вакуум на входе в компрессор. Этот вакуум никак не влияет на утечку масла, если двигатель работает при средних или больших нагрузках, потому что за компрессорным колесом существует избыточное давление. При работе двигателя на холостых оборотах или при малых нагрузках вакуум образуется не только на входе в компрессор, но на выходе из него. Если такое состояния продлится некоторое время, то масло начнет высасываться из корпуса турбокомпрессора и попадать во впускной коллектор двигателя. Решение такой проблемы довольно простое. Можно либо установить датчик между воздушным фильтром и турбокомпрессором, который будет показывать когда необходимо заменить фильтр, либо проводить замену фильтра в соответствии с требованиями производителя авто.

Масло на выходе из турбины

Обычно утечка масла на выходе из турбины свидетельствует о проблемах в дренажной системе. Что-то заставляет подниматься масляную пену выше уровня уплотнений. Необходимо убедиться в том, что сливная гидролиния находится в вертикальном положении(максимально допускается 35градусное отклонение от вертикального положения), и что она не имеет загибов, в которых может собираться масло. Также необходимо убедиться в том, что сливная гидролиния присоединяется к двигателю в таком месте, которое не создает дополнительного сопротивления течению масла и находится выше уровня масла в картере.

Необходимые действия:
1 Промывка интеркуллера
2 Выбивание катализатора
3 Снятие поддона и масляного насоса и их очистка
4 Новое масло и фильтр
5 Новый воздушны фильтр
6 Очистка егр и коллекторов
7 Очистка трубок подачи и слива масла.
8 Правильный техпроцесс установки турбины