зачем охлаждать турбину в машине

Охлаждение турбины дизельного двигателя

Обладатели турбомоторов часто задаются вопросом касательно необходимости охлаждения турбины перед тем, как заглушить мотор. Подобное охлаждение предполагает несколько минут работы ДВС на холостом ходу. Для получения точного ответа необходимо выяснить, в каких условиях работает турбокомпрессор двигателя. Отработавшие газы несут в себе большое количество полезной энергии, которая получена в результате сгорания топлива в цилиндрах. Перенаправление потока выхлопа на турбинное колесо позволяет реализовать эффективный привод для компрессора. Так удается получить нагнетание воздуха под давлением без отбора мощности у ДВС, что принципиально отличает турбокомпрессор от механического нагнетателя.

Турбонагнетатель является осью, на концах которой присутствуют колеса с лопатками. Выделяют турбинное и компрессорное колесо. Указанные колеса находятся в специальных корпусах. Нагнетатель ставится в выпускном тракте, так как турбинное колесо вращается от контакта с отработавшими газами. Такое вращение позволяет компрессорному колесу вращаться параллельно, засасывать и сжимать воздух для подачи в цилиндры двигателя.

Условия работы турбины

Температура выхлопных газов дизельного двигателя на выходе перед турбиной составляет в среднем 750-850 градусов по Цельсию. Бензиновые агрегаты имеют еще более разогретый выхлоп. Такие раскаленные газы движутся с большой скоростью и встречаются с турбинным колесом.

Турбокомпрессор отличается высокой производительностью и потребляет достаточно много энергии отработавших газов (в среднем около 25-30 кВт и более). Турбодизель с рабочим объемом 2.0 литра в режиме холостого хода потребляет около 800 литров воздуха за 60 секунд. В режиме максимальной мощности данный показатель доходит до 4 м3. Если учесть, что турбокомпрессор также нагнетает избыток давления до 1 атмосферы, тогда общий объем нагнетаемого устройством воздуха намного больше.

В режиме холостого хода отработавшие газы дизеля имеют температуру около 100 градусов по Цельсию и движутся с небольшой скоростью. Для эффективного вращения колеса турбины и параллельного вращения компрессорного колеса этой энергии достаточно только для того, чтобы турбокомпрессор не препятствовал проходу через него воздуха в объеме, который необходим для поддержания стабильной работы ДВС на холостых оборотах.

Охлаждение и смазка турбокомпрессора

Колесо турбины выполнено из специальной жаропрочной стали, компрессорное колесо изготавливают из сплавов алюминия. Разные материалы применяются для снижения инерционности турбины. Вал турбины (ось, стержень) закреплен и вращается в плавающих подшипниках скольжения. Также в некоторых турбокомпрессорах могут использоваться шариковые подшипники.

Для смазки подшипников турбокомпрессора реализован подвод моторного масла из системы смазки двигателя. Кроме снижения потерь на трение и препятствования износу трущихся элементов смазка турбины также выполняет важную функцию по отводу тепла из области трения.

В трущихся элементах турбины выделяется большое количество тепла. Сама ось нагнетателя нагревается от контакта с разогретым турбинным колесом, нагрев еще более усиливается в результате высокой частоты вращения и возникающего трения. Во время работы ДВС масло активно подается к подшипникам, охлаждая их. Если мотор сразу заглушить после серьезных нагрузок на двигатель, тогда нагретая ось остановится практически сразу после остановки двигателя. Подача масла к подшипникам сразу прекращается, а сам вал и подшипники усиленно нагреваются от раскаленного колеса турбины. Сильный нагрев приводит к тому, что масло в турбине начинает закоксовываться.

В момент последующего пуска турбомотора закоксовавшееся масло и отложения препятствуют нормальному доступу свежей смазки в первые секунды после запуска. Вполне очевидно, что присутствует сильный износ подшипников турбины. Для решения этой проблемы рекомендуется не сразу глушить мотор после езды, а дать силовому агрегату поработать на холостых оборотах от 2-х до 5-и минут. Температура выхлопа на холостом ходу упадет до 100 градусов Цельсия, интенсивность вращения турбины снизится. Этого времени будет достаточно для того, чтобы колесо турбины и ось успели охладиться до такой температуры, когда коксования масла не произойдет после остановки ДВС. Отсутствие кокса значительно продлевает ресурс турбины дизельного или бензинового двигателя.

Водитель останавливает машину, вынимает ключ из замка зажигания и может сразу покинуть автомобиль. Двигатель продолжает работать еще несколько минут, после чего будет заглушен автоматически. Единственным неудобством можно считать то, что приходится постоянно пользоваться стояночным тормозом и следить за его исправностью, так как сразу поставить автомобиль на передачу при наличии МКПП нельзя.

Почему масло попадает в интеркулер. Локализация и устранение возможных неисправностей своими руками. Как самому промыть и очистить инетркулер от масла.

От чего зависит срок службы турбонагнетателя дизельного ДВС. Особенности и рекомендации касательно эксплуатации и ремонта турбин с изменяемой геометрией.

Когда и почему возникает необходимость настроить актуатор турбокомпрессора. Принцип работы устройства, особенности и доступные способы настройки вестгейта.

Устройство турбокомпрессора, главные элементы конструкции, выбор турбины. Преимущества и недостатки бензиновых и дизельных двигателей с турбонаддувом.

Выбор механического нагнетателя или турбокомпрессора. Конструкция, основные преимущества и недостатки решений, установка на атмосферный тюнинговый мотор.

Возможность установки турбокомпрессора на двигатель с карбюратором. Основные преимущества и недостатки турбонаддува на карбюраторном авто.

Источник

Надо ли охлаждать турбину после поездки

Еще одну вероятность перегрева турбомотора провоцирует езда по бездорожью. Здесь нет максимальных оборотов, но зато отсутствует встречный воздушный поток, работающий на охлаждение. Тот же самый риск возникает при езде в горах с множеством перепадов, а также при движении с прицепом.

Однако проблемы ждут двигатель не во время подобных нагрузок, а потом. После остановки мотора системы жидкостного охлаждения турбокомпрессора также перестают работать. Отсюда возникла рекомендация не глушить мотор сразу, а дать турбине немного остыть.

Есть и другие решения автопроизводителей. К примеру, на модели с турбомотором ставят циркуляционные насосы, которые при необходимости подают к компрессору охлаждающую жидкость даже после остановки двигателя. На современных авто есть также электровентиляторы системы охлаждения.

Впрочем, принципиально от этого ничего не изменилось: турбина лучше реагировать на перегрев не стала. Рекомендации экспертов «За рулем» однозначны: даже современным моделям с турбомоторами стоит дать поработать пару минут на минимальных оборотах перед тем, как заглушить совсем. Да, автопроизводители уверяют, что в обязательном охлаждении турбины многие модели вовсе не нуждаются. Однако принципиальных разработок, продлевающих режим работы турбокомпрессора, не появилось.

Этот агрегат недешевый, поэтому проверять, насколько эффективны охлаждающие «примочки», на своем автомобиле не стоит. Если у вас есть электрический насос, качающий жидкость для охлаждения после остановки двигателя, то тогда этой рекомендацией можно пренебречь. Однако лучше убедиться в его наличии заранее. И опять же никто не мешает перестраховаться даже в этом случае. Пара-тройка минут, как правило, в запасе есть.

Источник

Нужно ли охлаждать турбомотор после поездки? Отвечают специалисты автокомпаний

4R.ru опросил технических экспертов различных марок и нашел ответ на вечный вопрос о турбинах

Фото: 4R.ru, компании-производители

Вы только что прохватили по трассе с ветерком или в свободном потоке в городе, ловко играя оборотами турбомотора и наслаждаясь подхватом и сочным звучанием двигателя. Стоит ли постоять на парковке пару минут и дать турбине остыть? Или все это пенсионерские мифы? Разбираем четкие рекомендации производителей.

Спойлер: практически все производители рекомендуют охлаждать турбомотор после интенсивной динамичной езды, хотя далеко не все прописывают это в мануалах. Но есть важные нюансы, о них – читайте ниже.

Турбину необходимо охлаждать

Прежде всего, о главном правиле – турбированный двигатель действительно нуждается в том, чтобы поработать на холостых оборотах после динамичной поездки.

«Инструкция по эксплуатации запрещает глушить ДВС сразу после интенсивного движения, для того чтобы избежать эффекта закипания моторного масла в подшипниках турбины, которое смазывает и охлаждает эти подшипники. Закипевшее масло оставляет отложения на подшипниках, которые со временем выводят их из строя. Моторное масло закипает примерно при температуре 250 градусов, турбина же при работе разогревается гораздо сильнее, при работающем двигателе масло циркулирует и охлаждает ее. На холостых оборотах турбина не работает, поэтому её температура быстро опускается ниже температуры кипения масла», сообщил 4R.ru технический специалист российского представительства Mitsubishi Motors.

После динамичной поездки, во время которой турбина интенсивно крутилась, рекомендуется дать двигателю поработать на холостых оборотах.

Вторит японскому мастеру Дмитрий Парбуков, шеф-тренер сети автосалонов Audi («Ауди Центр Таганка», «Ауди Центр Варшавка» и «Ауди Центр Восток»): «При этом работает масляный насос, происходит циркуляция масла, которая способствует отводу тепла и смазке вращающейся по инерции турбине. Также во время работы двигателя помпа системы охлаждения прогоняет охлаждающую жидкость через турбонагнетатель, отводя тепло, которого там немало: температура отработавших газов составляет несколько сот градусов».

Что будет, если глушить турбомотор сразу

Если сразу после динамичной поездки заглушить наддувный двигатель, это может привести к негативным последствиям.

«Если пренебречь данными рекомендациями, то турбонагнетатель какое-то время будет вращаться по инерции без смазки и охлаждения. Более того, оставшееся в турбине масло будет «закоксовываться» и забивать проходное сечение системы смазки турбины, что приведёт к выходу её из строя», пояснил Дмитрий Патрубков из Audi.

Когда можно не охлаждать турбину

Однако строгие рекомендации действуют только в том случае, если вы действительно дали мотору интенсивную нагрузку – с динамичными разгонами и торможениями или езду при постоянно высоких оборотах. И заехали на парковку прямо с трассы.

«В условиях ежедневных поездок на работу и домой смысла в дополнительном охлаждении нет, она успевает остыть за то время, пока вы маневрируете на автомобиле во дворе дома или у офиса и паркуете его»

Поход зависит также от конструктивных особенностей самого автомобиля.

«На многих двигателях современных автомобилей установлен дополнительный электрический насос системы охлаждения, который позволяет плавно снизить температуру турбонагнетателя после остановки двигателя, в результате масло в турбонагнетателе не подвергается термической нагрузке, сохраняя свойства. В результате ресурс данного узла увеличивается. Поэтому потребность в работе на холостом ходу зависит от конкретного автомобиля», дополнили в Audi.

Руководитель отдела продукции Geely Motors Максим Иванов объяснил так: «В целом современные турбированные двигатели можно глушить сразу после поездки, так как технологии (т. е. конструкции турбокомпрессоров) и составы моторных масел за последние 40 лет сделали большой скачок вперед. Конечно, если двигатель в течение длительного времени работал на высоких оборотах, перед полной остановкой будет лучше дать ему поработать на холостом ходу минуту-другую. Но, как правило, после такого типа нагрузок, например, при движении по трассе на высокой скорости и при высоких оборотах ДВС, никто мгновенно не останавливается и не глушит двигатель».

А той пары минут, которая уходит на поиск места для парковки и непосредственно на саму парковку, вполне достаточно для охлаждения подшипникового узла и вала турбокомпрессора. Если же вы двигались в обычном городском режиме – то никакие дополнительные манипуляции не требуются.

Как правильно поступить после интенсивной поездки

Если же вы очень быстро припарковались, то пары минут работы на холостом ходу будет достаточно, чтобы «успокоить» турбину и свои переживания.

«Если вы двигаетесь по трассе с высокой скоростью и заезжаете, например, на заправку, мы рекомендуем дать автомобилю некоторое время (около одной-двух минут) поработать на холостых оборотах, прежде чем его глушить», говорят в Mitsubishi.

Источник

Пять ошибок водителей, которые быстро убивают турбомотор

Наиболее часто турбину в современных моторах приговаривает масляное голодание, которое происходит по разным причинам.

В среднем же, если турбодвижок среднестатистической легковушки относительно новый, он будет потреблять около 80 грамм масла на 100 литров топлива. Что же касается изношенных турбоагрегатов, там моторный «жор» может доходить и до 2 л на 100 литров топлива. Что происходит при таком раскладе с турбиной? При масляном голодании начинается повышенный износ ее деталей и снижается теплоотвод. В результате «улитка» ломается и, как правило, это является негарантийным случаем, поскольку владелец не следил за уровнем масла.

Не секрет, что турбодвижки очень не любят, когда их глушат сразу после долгой и активной езды по трассе или бездорожью. В процессе такого «драйва» крыльчатка турбины может раскручиваться до 10000-15000 оборотов в минуту. Когда же раскаленный узел перестает смазываться маслом, это провоцирует поломки из-за неравномерного температурного расширения.

Есть такая категория водителей, которые сдувают пылинки со своих «железных коней» и в частности не дают мотору работать под серьезной нагрузкой и практикуют движение накатом, например, подкатываясь к светофорам на «нейтрали». Как это ни парадоксально, но такая манера пагубно влияет на турбоагрегаты.

К примеру, некоторые турбомоторы компании Subaru не терпят низкого давления масла в двигателе. Дело в том, что лубрикант начинает хуже циркулировать по системе смазки, а если водитель вдруг становится «тихоходом» после активной езды, возможно также и пригорание масла. Самое интересное, что владелец убежден, что, двигаясь на машине со скоростью черепахи, он дает турбодвигателю отдохнуть.

В противном случае, если холодный мотор раскрутить до красной зоны тахометра, турбина начнет быстро и сильно разогреваться, и из-за резкого перепада температур могут произойти деформации металлических элементов конструкции. При этом смазка все еще густая, и турбина работает в условиях серьезного масляного дефицита. Узел в результате работает почти «на сухую» и гарантированно выйдет из строя раньше времени.

Что будет, если поить машины с высокотехнологичными турбинами низкооктановым бензином?

Ничего хорошего. Если в мануале и на крышке топливного бака указано «не ниже 95 го бензина», то, заправляясь топливом АИ-92, вы повышаете вероятность детонации, иными словами, взрывоподобного горения смеси в цилиндрах.

Последнее явление чревато, как известно, механическим разрушением поршневой группы и износом вкладышей. Турбина же увеличивает массу сгораемой топливной смеси внутри цилиндров.

Источник

Turbo для чайников

Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большее количество смеси воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.

Правильно собранный турбо мотор выдаёт до 900 л/с с литра объёма, при наддуве 5,5 атмосфер. Такие моторы применялись на Формуле-1 во времена турбо-эры с 1977 по 1988 г, с мотора объёмом 1,5 литра снимали от 700 до 1400 л/с (на фото).

Подобные моторы сейчас применяются в драг рейсинге класса «top fuel» в США, с мотора объёмом 8,2 литра снимается 7000 л/с.
От куда же берутся эти лошадиные силы? Ведь обычный мотор внутреннего сгорания имеет около 60 л/с с литра.
Обычный мотор расчитан на езду в городских условиях, с крутящим моментом на низких оборотах. Такая компоновка имеет свои ограничения в максимальной мощности и скорости. Цилиндры двигателя имеют огромный потенциал для увеличения мощности без увеличения объёма двигателя.

На сколько можно повысить мощность двигателя с помощью турбины? При увеличении наддува на 1 атмосферу, мощность увеличивается примерно на 100%. То есть если двигатель имел изначально 100 л/с, то при давлении турбонаддува 3 атмосферы (3 бар), его мощность возрастёт на 300 л/с. Естественно двигатель должен быть подготовлен к такой нагрузке: резко возрастает тепловой режим работы мотора — повышается температура клапанов, поршней, масла, охлаждающей жидкости, выпускной системы. Эти элементы должны быть доработаны к условиям возросшей температуры. Возрастает нагрузка на поршни, шатуны, коленвал, блок двигателя, сцепление, трансмиссию. Эти элементы автомобиля должны быть подобраны в соответствии с возросшей мощностью.

Клапан вестгейт (Wastegate).

Обходной клапан вестгейт служит для защиты подшипника турбины и двигателя от разрушения. Поток выхлопных газов старается раскрутить крыльчатку до бесконечности, тем самым нагнетая всё больше и больше воздуха в двигатель. Соответственно воздух увеличивает количество рабочей смеси, увеличивая поток выхлопных газов. Турбина раскручивается ещё быстрее. Получается замкнутый цикл.
Если этот цикл не остановить, турбина набирает обороты гораздо больше максимальных 100000-150000 об/мин, выдавая большое давление наддува. Если двигатель не расчитан на такое давление, произойдёт детонация, и скорый выход из строя поршней. Так же высокие обороты турбины вызывают помпаж (Surge), это когда воздух уже идёт не в двигатель, а обратно на вход компрессора, с соответствующим звуком.

Обходной клапан бывает двух видов: встроенный и внешний. Встроенный (актуатор) крепится прямо на турбине, и имеет заслонку, которая отводит часть выхлопных газов, при достижении определённого давления, в обход турбины, в глушитель. У него ограниченные возможности, он не может отводить слишком большой поток выхлопных газов.
Внешний клапан выполняет те же функции, но крепится на выпускном коллекторе. При достиженнии заданного давления компрессора, открывается, и начинает стравливать выхлопные газы с выпускного коллектора, в обход турбины — в глушитель, не позволяя раскручиваться турбине больше положенного.

Клапан блоу-оф (Blow-Off).

Его так же называют — байпасс, перепускной клапан (Bypass valve). Блоу-офф сбрасывает воздух на улицу (с соответствующим звуком), а байпасс обратно на вход турбины, как правило применяется с ДМРВ. В отличии от вестгейта этот клапан открывается не от давления турбокомпрессора, а от вакуума, который создаётся во впуске при закрытии дроссельной заслонки. Клапан блоу-офф ставится на впускной патрубок, между компрессором и дросселем. А вакуум берётся там же, где и на тормоза: во впускном коллекторе.

Представьте ситуацию: вы разгоняете двигатель, турбина набирает максимальные обороты, давление воздуха во впуске 2,5 атмосферы, поток воздуха на большой скорости поступает в двигатель, и… вы бросаете газ, что бы переключить скорость. Дроссельная заслонка закрывается, но турбина крутится на тех же оборотах. Упс… кажется это был пневмоудар (помпаж). Лопаткам компрессора в этот момент не позавидуешь. Как правило частый помпаж гнёт вал компрессора, лопатки, изнашивает упорный подшипник.
Вы переключили скорость, а лопатки турбины уже уменьшили своё вращение, и нужно опять их раскручивать, а это потеря времени.
Для того, что бы при закрытии дросселя, воздух нашёл себе путь, и существует клапан блоу-оф. Вакуум образуемый при закрытии дроссельной заслонки мгновенно открывает перепускной клапан, и поток воздуха безпрепятственно выходит на улицу, или на вход турбокомпрессора. Крыльчатка турбины при этом не теряет своих оборотов, и готова раскручиваться вновь, на новой передаче.

Интеркулер ( промежуточный охладитель воздуха ) является неотъемлемой частью двигателя с турбонаддувом. Он работает примерно как радиатор в автомобиле, только охлаждает не тосол, а воздух, нагретый турбиной. Турбокомпрессор имеет две части — горячую и холодную. Горячая часть раскручивается выхлопными газами, и сильно нагревается. Холодная часть закачивает атмосферный воздух в мотор, при этом тоже сильно нагревается от горячей части.
Горячий воздух сильно расширен, и в нём меньше молекул кислорода, так нужного двигателю. Поэтому воздух нужно охладить, иначе весь эффект от турбонаддува не будет иметь смысла. Чем холоднее воздух, поступающий в двигатель, тем больше его мощность.
Размер интеркулера тоже нельзя увеличивать бесконечно, чем больше интеркулер, тем больше турбопровал, то есть накачанный воздух пропадает в недрах слишком большого интеркулера при прибавке «газа». Но на мощных моторах он должен быть достаточно большим, иначе маленький интеркулер будет тормозить поток воздуха от большого турбокомпрессора. К примеру на моторе мощностью 1000 л/с входное и выходное отверстие интеркулера должно быть не менее 100 мм.
Интеркулер немного отличается по своему устройству от радиатора для тосола. В его каналах существуют дополнительные перегородки, для того чтобы воздух отдавал тепло как можно быстрее. Так же он выдерживает большое давление и температуру, и выполнен целиком из металла ( алюминия ) для большей прочности.

На двигателях с турбонаддувом сильно возрастает тепловой режим работы двигателя. Количество сгоревшей рабочей смеси за единицу времени увеличивается пропорционально давлению наддува, соответственно тепло переходит не только в мощность двигателя, но и передаётся его частям. Сильно нагреваются поршни, цилиндры, выпускная система и турбина.
При температуре 260`С минеральные компоненты в масле могут закоксоваться, и отложиться в масляных каналах и подшипнике турбокомпрессора. Так же масло при большом нагреве становится очень жидким и теряет смазывающие свойства. Синтетическое масло менее подвержено воздействию нагрева, почти не теряет вязкость и не коксуется, поэтому предпочтительней для двигателей.
Что бы не допустить перегрева масла, для этого служит масляный радиатор. Он подсоединяется к специальному переходнику под масляным фильтром. Большинство турбин не имеют канал для охлаждающей жидкости (тосола), и поэтому единственный способ охладить подшипник турбины — смазка холодным маслом.

Источник