0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что охлаждает турбину в двигателе

Турбонаддув – принцип работы

Устройство турбины автомобиля не сложное, она состоит из:

  • Улитки компрессора, которая всасывает воздух, а затем нагнетает его в коллектор впуска;
  • Улитки, расположенной в горячей части – здесь выхлопные газы заставляют вращать турбину, после чего выбрасываются в систему отработанных газов на выход;
  • Крыльчатки компрессора, а также ее аналога в горячей части;
  • Шарикоподшипникового картриджа;
  • Корпуса, соединяющего улитки, имеющего систему охлаждения и системы подшипников.

Охлаждение шариковых турбин

Шариковые турбины. Охлаждение

Многие автомобилисты сомневаются в необходимости водяного охлаждения среднего корпуса турбины и по этому поводу возникают множество вопросов. Практика показала, что шариковые турбины могут выйти из строя при отсутствии водяного охлаждения либо при его неверной организации.

Для чего необходимо водяное охлаждение турбины?

Во-первых, наличие водяного охлаждения удлиняет жизнь турбокомпрессора! Многие турбины разработаны без водяного охлаждения. Они охлаждаются воздухом и смазывающим маслом, которое через них протекает. Шариковые турбокомпрессоры Garrett серий Т, GT и GTX изначально разрабатывались с учетом наличия водо/масляного охлаждения. Порты подачи/слива охлаждающей жидкости находятся с обеих сторон среднего корпуса турбокомпрессора и расположены под 90 градусов к портам подачи/слива масла с турбины.

Тепло от сгорания топлива проходит через выпускной коллектор и турбинную «улитку» турбокомпрессора. Часть этого тепла передается лопаткам турбинного вала. Если система охлаждения организована неверно, то это может привести к выходу из строя узла подшипников качения и уплотнительного кольца турбинного вала.

Как работает водяное охлаждение турбокомпрессора?

Водяной насос двигателя создает давление, за счет которого охлаждающая жидкость прокачивается через средний корпус турбины. Но даже тогда, когда двигатель выключен, движение охлаждающей жидкости сквозь средний корпус не прекращается благодаря конвекции.

Теплопередача является основным источником проблем, связанных с перегревом турбин. Эта разрушительно высокая температура приходит из системы выпуска. Во время интенсивного использования турбины большое количество тепла из двигателя поступает в выпускной коллектор, турбинную «улитку» и на лопатки турбинного вала. Эти детали рассчитаны на то, чтобы работать при высоких температурах. Однако часть этого тепла (в соответствии с законами физики) будет проникать в области с менее высокими температурами, а именно в узел с шариковыми подшипниками и в стержень турбинного вала и другие детали, которые с ними контактируют.

При работе двигателя большая часть тепла передается смазывающему маслу, предотвращая перегрев уплотнительных колец. Как только двигатель включается, прекращается и поток смазывающего масла. Но вся высокая температура выхлопа остается в выпускном коллекторе и турбинной «улитке». Эта высокая температура посредством теплопроводности переходит в средний корпус турбины, в downpipe и в окружающий воздух подкапотного пространства в виде излучения и конвекции. Однако значительная часть тепла всё же перейдет в средний корпус турбины, так как там наиболее низкая температура. Дополнительная часть температуры перейдет от лопастей турбинного вала в стержень турбинного вала и далее в группу шариковых подшипников. Вследствие этого средний корпус и все детали внутри него нагреты в данной фазе больше, чем при работающем двигателе. Эффект такого перегрева будет усугублен большим А/R турбинной «улитки», которая аккумулирует больше тепла.

Последствия недостаточного охлаждения турбины

Узел шариковых подшипников и уплотнительные кольца могут пострадать от перегрева. Узел шариковых подшипников выполнен из жаропрочных материалов, но показатели работоспособности подшипников начинают резко ухудшаться при температуре, превышающей 150 градусов Цельсия. Температура может показаться низкой по сравнению с максимально допустимой температурой выхлопных газов, которая составляет 980 градусов Цельсия. Но средний корпус предохраняют от температуры несколько «линий обороны»: жароотражатель между лопастями турбинного вала и средним корпусом, уменьшающий теплопередачу и контакт между средним корпусом и турбинной «улиткой»; масляное и водяное охлаждение среднего корпуса во время работы двигателя и конвекционное охлаждение водой после остановки двигателя. Водяная рубашка шариковой турбины сконструирована так, чтобы огибать внешнюю обойму узла шариковых подшипников и удерживать температуру в этом узле ниже установленных пределов для предотвращения его поломки. Когда вода для охлаждения не используется или охлаждение организовано неверно, то температура в узле подшипников превышает предельно допустимые значения и приводит к увеличению зазора внутри подшипников, задевания турбинного и компрессорного колес за турбинную и компрессорную «улитки» и отказа турбины. Если температура в узле подшипников слишком высокая и при этом скорость вращения турбинного вала выше номинальной, может произойти заклинивание подшипника и катастрофического разрушения турбины. К турбинам, работающим при высоком давлении и высокой скорости вращения турбинного вала, предъявляются повышенные требования к установке и устройству линий водяного охлаждения турбины. Параметры экстремального давления наддува меняются от турбины к турбине, но в среднем составляет давление свыше 1,7 бара избытка.

Читать еще:  Двигатель ваз 16 клапанов маленькое давление

Так, каждый из подшипников узла оснащен сепаратором, который удерживает шарики. Повышение температуры выше допустимой может повредить сепараторы и привести к катастрофическому разрушению турбины.

Высокие температуры способны повредить не только узел шариковых подшипников, но и разрушить уплотнительные кольца. Когда масло перегрето, оно окисляется и образуется кокс — твердое вещество на основе углерода. Уплотнительное кольцо изготавливается из специальной жаропрочной нержавеющей стали. Оно располагается в углублении турбинного вала и прижимается к седлу среднего корпуса. При образовании кокса данный узел заполняется им, что приводит к местному перегреву и деформации уплотнительного кольца. При остывании происходит пластическая деформация уплотнительного кольца и, как следствие, потеря работоспособности данным узлом и утечка масла в турбинную часть турбокомпрессора.

Список операций для организации водяного охлаждения турбины:

1. Установите порты водяного охлаждения турбины в пределах 20 градусов от горизонтали.

2. Выберете место соединения системы охлаждения двигателя и турбины. Турбина может быть подсоединена в линию печки.

3. Важно правильно выбрать водяные магистрали.

4. Присоедините патрубок более холодной воды в нижний порт водяного охлаждения турбины.

5. Присоедините патрубок более горячей воды в верхний порт водяного охлаждения турбины.

6. При использовании жестких металлических магистралей, проследите, чтобы они не пострадали от вибрации.

7. Для герметизации соединения водяных портов используйте медные шайбы.

8. После установки турбины проверьте и внимательно следите за уровнем охлаждающей жидкости.

9. Проконтролируйте отсутствие паровых пробок в системе охлаждения.

Своевременная смена фильтра

Очень важно следить за состоянием воздушного фильтра, который отсеивает посторонние предметы, пыль и грязь, засасываемые через воздухозаборники во время езды. Иногда при открывании крышки можно обнаружить в фильтре песок, осеннюю листву, засохшие почки, насекомых и даже куски мелких веточек. Если фильтр давно не менялся и внутрь системы наддува попадает мусор, то мотору может быть причинен серьезный ущерб. Мусор может попадать в наддув и из-за неквалифицированного ремонта системы впуска. В итоге следы от ударов остаются на крыльчатке компрессора. Повреждения вызывают дисбаланс ротора, что может привести к полному разрушению турбокомпрессора. Поэтому необходимо менять воздушный фильтр строго раз в год. Ну а в условиях степного климата с частыми пылевыми загрязнениями — два раза в год.

Читать еще:  Что такое двигатель гудини

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.

Внешний вид автомобильной турбины

Часто автомобильные турбины называют «улитками». И в самом деле, внешний вид турбины напоминает моллюска. Но, в отличие от медлительной улитки, турбина способна внутри себя отработать мощную энергию для высокой производительности авто. Если рассматривать современную турбину с компрессором, но данный агрегат состоит из двух «улиток», одна проводит отработанные газы, а вторая прокачивает воздух в цилиндры. Но в комплексе система называется «турбонаддув», и состоит из множества деталей.

Автомобильная турбина в разрезе

Основным компонентом турбины с нагнетателем, который выполняет главную функцию, является крыльчатка с лопатками. Она вращается на высокой скорости до 200 000 оборотов в минуту, и действует как компрессор, закачивая поток воздуха в камеру турбины. Далее воздух сжимается, и уменьшается его объем. Но по законам физики, сжатый воздух способен нагреваться. И тут инженеры продумали отличное решение – использовали принцип промежуточного охлаждения воздуха.

Так появилась деталь под названием «интеркулер». Он стал теплообменником, охлаждающим воздух благодаря хладагенту. Интеркулер также увеличивает мощность мотора до 20%, и предотвращает детонацию выхлопного газа.

Если ли разница между турбиной в дизельном и бензиновом двигателе? Её практически нет. Главное отличие – это степень наддува. В дизельных двигателях необходимо большое давление, и по этой причине в них более мощные нагнетатели воздуха. Бензиновые двигатели оснащены нагнетателями меньшей мощности, поскольку высокое давление в камере сгорания способно привести к детонации.

Читать еще:  Где лучше заказывать контрактные двигатели

Минусы турбин

Минусы у этого агрегата также существенны:

1) Это более частая замена масла, потому как подшипники очень требовательны к качеству смазки (все же там просто огромные обороты).

2) Ресурс не такой большой, обычно ходят по 150 000 километров.

3) Дорогостоящий ремонт, если менять на немецком автомобиле, то это примерно от 70 000 рублей.

4) Топливо – с турбиной нужно заправляться высокооктановыми бензинами, не ниже 95, что «бьет» по кошельку.

5) Охлаждение турбины – старые варианты таких устройств, нужно было правильно охлаждать. Иначе если вы просто заглушите машину, то от перепада температур, крыльчатку просто может «покоробить», далее ремонт. Поэтому, придумали турботаймеры, они не дают двигателю сразу заглохнуть, а несколько минут работают на низких оборотах – охлаждая крыльчатку.

Вот такой вот агрегат эта турбина, из сегодняшней статьи вы поняли – как она работает, теперь вы «подкованы».

НА этом заканчиваю, думаю было интересно.

(16 голосов, средний: 5,00 из 5)

Установка турбины

Можно ли поставить турбину на автомобиль, зависит от конкретной модели авто. В некоторых случаях проще приобрести новую машину, чем подбирать запчасти. Если же вы решили это сделать, то найдите хорошего мастера, потому что самостоятельно справиться с установкой довольно сложно.

Процесс переоборудования начинается с того, что все детали в автомобиле, связанный со впуском и выпуском воздуха, снимают. Новый турбоколлектор соединяют с турбиной, которую разворачивают так, чтобы работа с присоединением патрубков была максимально упрощена.

Подшипники турбины, которая вращается с большой скоростью, постоянно нуждаются в смазке. Трубку подачи масла подключают к месту в двигателе, где масло идет под давлением.

Для подключения можно также использовать тройник датчика давления масла. Другой конец трубки подсоединяют к верхней части картриджа турбины. Сливаться масло будет уже под низким давлением в поддон через специальный сосок. Система охлаждения будет подключаться с другой стороны от водяной помпы.

Поскольку в двигатель будет поступать больше воздуха, ему потребуется больше топлива. Чтобы увеличить его подачу, устанавливают более производительные форсунки. Не помешает также установка нового топливного насоса, соответствующего форсункам. Но делать ли это, решают в каждом конкретном случае.

Избыточное давление воздуха в двигателе будет контролировать электроника. К ней подключают датчики температуры охлаждающей жидкости и воздуха. Контроллер должен быть откалиброван так, чтобы топливо впрыскивалось ровно в необходимый момент времени, связанный с состоянием двигателя.

Отдельно проводят электронную настройку, чтобы автомобиль мог нормально ездить и по городу, и по скоростной трассе.

Прошивкой мотора должен заниматься специалист с большим опытом за плечами. В противном случае, сбив заводские настройки, можно привести двигатель в нерабочее состояние, и затем тратить деньги на его ремонт.

Если на автомобиль будет установлен компрессор, то настройка пройдет значительно проще. Не потребуется такое количество дополнительных деталей. Он сможет работать на низких и на высоких оборотах.

В целом процесс переоборудования довольно трудоемкий и требует навыков. Соответственно и цена вопроса будет высокой. Нужно ли вам это, решайте сами. Зато при успешном монтаже турбины динамические характеристики автомобиля значительно улучшаются.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector