Турбокомпрессор

Турбокомпрессор работает под воздействием потока горячих отработавших газов, вращающих его ротор с частотой 150–230 тысяч об/мин. В этих условиях даже небольшое нарушение работы приводит к его повреждению.

Об­щие све­де­ния

Мощ­ность, раз­ви­ва­е­мая пор­ш­не­вым дви­га­те­лем вну­т­рен­не­го сго­ра­ния, за­ви­сит от на­пол­не­ния ци­лин­д­ров го­рю­чей сме­сью. С уве­ли­че­ни­ем ча­с­то­ты вра­ще­ния ко­лен­ча­то­го ва­ла мощ­ность до­сти­га­ет мак­си­маль­ной ве­ли­чи­ны¹, а за­тем на­чи­на­ет па­дать. Это свя­за­но с тем, что с рос­том ско­ро­сти воз­душ­но­го по­то­ка на­пол­не­ние умень­ша­ет­ся из-за уве­ли­че­ния со­про­тив­ле­ния впу­ск­но­го тру­бо­про­во­да. Для улуч­ше­ния мощ­но­ст­ных ха­рак­те­ри­с­тик мо­то­ров ис­поль­зу­ют над­дув.
Над­дув — на­гне­та­ние воз­ду­ха в ци­лин­д­ры дви­га­те­ля для уве­ли­че­ния их на­пол­не­ния го­рю­чей сме­сью. Из­бы­точ­ное дав­ле­ние вы­ше ат­мо­сфер­но­го по­лу­ча­ют с по­мо­щью раз­лич­ных на­гне­та­те­лей (ком­прес­со­ров), что поз­во­ля­ет по­вы­сить мощ­ность мо­то­ра² при тех же га­ба­ри­тах и мас­се. Ком­прес­со­ры с ме­ха­ни­че­с­ким при­во­дом от ко­лен­ча­то­го ва­ла дви­га­те­ля тре­бу­ют до­пол­ни­тель­ных за­трат топ­ли­ва и име­ют ог­ра­ни­чен­ное при­ме­не­ние.
Тур­бо­ком­прес­со­ры при­во­дят­ся в дей­ст­вие не­ис­поль­зу­е­мой энер­ги­ей от­ра­бо­тав­ших га­зов. Они по­лу­чи­ли в на­сто­я­щее вре­мя на­и­боль­шее рас­про­ст­ра­не­ние, так как не тре­бу­ют до­пол­ни­тель­но­го рас­хо­да топ­ли­ва в от­ли­чие от ком­прес­со­ров с ме­ха­ни­че­с­ким при­во­дом. Тур­бо­ком­прес­со­ры, как пра­ви­ло, снаб­жа­ют­ся ох­ла­ди­те­лем.
Ох­ла­ди­тель над­ду­воч­но­го воз­ду­ха ус­та­нав­ли­ва­ет­ся на вы­хо­де из тур­бо­ком­прес­со­ра для умень­ше­ния тем­пе­ра­ту­ры го­рю­чей сме­си и уве­ли­че­ния ее плот­но­с­ти. При этом по­вы­ша­ет­ся на­пол­не­ние ци­лин­д­ров, сни­жа­ет­ся теп­ло­вая на­груз­ка на де­та­ли дви­га­те­ля и умень­ша­ет­ся со­дер­жа­ние окис­лов азо­та в от­ра­бо­тав­ших га­зах³.

Ус­т­рой­ст­во тур­бо­ком­прес­со­ра вклю­ча­ет в се­бя три ос­нов­ные ча­с­ти — кор­пус тур­би­ны, кор­пус под­шип­ни­ков с ро­то­ром в сбо­ре и кор­пус ком­прес­со­ра.

Турбокомпрессор
1 — Корпус подшипников;
2 — Турбинное колесо;
3 — Перепускной клапан;
4 — Корпус турбины;
5 — Масляные каналы;
6 — Вал ротора;
7 — подшипник скольжения;
8 — компрессорное колесо;
9 — корпус компрессора;
10 — пневмопривод перепускного клапана

• Кор­пу­са тур­би­ны и ком­прес­со­ра в оби­хо­де на­зы­ва­ют “улит­ки”. Тур­бин­ный кор­пус свя­зан с вы­пу­ск­ным, а ком­прес­сор­ный — с впу­ск­ным тру­бо­про­во­да­ми.
  
• В кор­пу­се под­шип­ни­ков ус­та­нов­лен ро­тор в сбо­ре, пред­став­ля­ю­щий со­бой вал, на ко­то­ром же­ст­ко за­креп­ле­ны тур­бин­ное и ком­прес­сор­ное ко­ле­са с ло­па­с­тя­ми. Ро­тор вра­ща­ет­ся на под­шип­ни­ках сколь­же­ния. Они сма­зы­ва­ют­ся и ох­лаж­да­ют­ся мо­тор­ным мас­лом, по­сту­па­ю­щим из си­с­те­мы смаз­ки дви­га­те­ля. Для сни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры кор­пу­са в нем мо­гут быть пре­ду­с­мо­т­ре­ны ка­на­лы по­да­чи ох­лаж­да­ю­щей жид­ко­с­ти.

Ог­ра­ни­че­ние дав­ле­ния над­ду­ва осу­ще­ств­ля­ют с це­лью за­щи­тить дви­га­тель от пе­ре­груз­ки.
Пе­ре­пу­ск­ной кла­пан, уп­рав­ля­е­мый пнев­ма­ти­че­с­ким при­во­дом, при оп­ре­де­лен­ной ве­ли­чи­не дав­ле­ния над­ду­ва на­прав­ля­ет часть от­ра­бо­тав­ших га­зов в об­ход тур­би­ны.

По­во­рот­ные ло­пат­ки, ус­та­нов­лен­ные в кор­пу­се тур­би­ны не­ко­то­рых ком­прес­со­ров, поз­во­ля­ют из­ме­нять ее про­ход­ное се­че­ние и со­от­вет­ст­вен­но дав­ле­ние над­ду­ва.

Турбокомпрессор с изменяемым проходным сечением корпуса турбины:
1 — турбинное колесо
2 — поворотные лопатки

Ра­бо­та тур­бо­ком­прес­со­ра про­ис­хо­дит под воз­дей­ст­ви­ем по­то­ка от­ра­бо­тав­ших га­зов, вра­ща­ю­щих тур­бин­ное ко­ле­со и вал ро­то­ра. Ус­та­нов­лен­ное на том же ва­лу ком­прес­сор­ное ко­ле­со на­гне­та­ет воз­дух во впу­ск­ной тру­бо­про­вод. На не­ко­то­рых ре­жи­мах ра­бо­ты мо­то­ра про­яв­ля­ют се­бя осо­бен­но­с­ти тур­бо­над­ду­ва.

Тур­бо­яма

"Тур­бо­яма” (тур­бо­лаг)” — за­держ­ка уве­ли­че­ния обо­ро­тов и мощ­но­с­ти дви­га­те­ля при рез­ком на­жа­тии на пе­даль ак­се­ле­ра­то­ра (“га­за”). Эф­фект свя­зан с инер­ци­он­но­с­тью си­с­те­мы — тре­бу­ет­ся вре­мя, что­бы ус­ко­рив­ший­ся по­ток вы­хлоп­ных га­зов рас­кру­тил тур­би­ну. Ос­нов­ной спо­соб ус­т­ра­не­ния — сни­же­ние раз­ме­ров и мас­сы вра­ща­ю­щих­ся де­та­лей для об­лег­че­ния их бы­ст­ро­го рас­кру­чи­ва­ния. Од­на­ко это ве­дет к сни­же­нию про­из­во­ди­тель­но­сти тур­бо­ком­прес­со­ра и для со­хра­не­ния не­об­хо­ди­мо­го да­в­ле­ния над­ду­ва при­хо­дит­ся уве­ли­чи­вать ча­с­то­ту вра­ще­ния ро­то­ра или при­ме­нять кор­пус тур­би­ны с из­ме­ня­е­мым про­ход­ным се­че­ни­ем.

Тур­бо­под­хват

“Тур­бо­под­хват” воз­ни­ка­ет при уве­ли­че­нии обо­ро­тов и ско­ро­сти дви­же­ния вы­хлоп­ных га­зов по­сле пре­одо­ле­ния “тур­бо­ямы”. Вслед­ст­вие это­го рез­ко уве­ли­чи­ва­ет­ся дав­ле­ние над­ду­ва, со­зда­ва­е­мо­го тур­бо­ком­прес­со­ром и, со­от­вет­ст­вен­но, мощ­ность дви­га­те­ля. Что­бы ис­клю­чить пе­ре­груз­ку де­та­лей кри­во­шип­но-ша­тун­но­го ме­ха­низ­ма и де­то­на­цию4 (в бен­зи­но­вых дви­га­те­лях), не­об­хо­ди­мо та­кое же рез­кое ог­ра­ни­че­ние дав­ле­ния над­ду­ва.
На­и­бо­лее эф­фек­тив­ный спо­соб ус­т­ра­не­ния этих не­до­стат­ков — ос­на­ще­ние со­вре­мен­ных тур­бо­ком­прес­со­ров эле­к­трон­ной си­с­те­мой уп­рав­ле­ния.

Ре­ко­мен­да­ции

Экс­плу­а­ти­руя ав­то­мо­биль с тур­бо­ком­прес­со­ром, же­ла­тель­но ори­ен­ти­ро­вать­ся на сле­ду­ю­щие пра­ви­ла.

• Нель­зя глу­шить дви­га­тель на по­вы­шен­ных обо­ро­тах, сна­ча­ла сле­ду­ет пе­рей­ти на хо­ло­с­той ход на 3–5 ми­нут, и толь­ко по­сле это­го ос­та­но­вить мо­тор.
  
• Пе­ред тем как тро­нуть­ся с ме­с­та, обя­за­тель­но дать дви­га­те­лю по­ра­бо­тать на хо­ло­с­том хо­ду ми­ни­мум 30 се­кунд.
  
• Не­об­хо­ди­мо свое­вре­мен­но ме­нять мо­тор­ное мас­ло, мас­ля­ный и воз­душ­ный филь­т­ры, ис­поль­зуя толь­ко ре­ко­мен­до­ван­ные ав­то­за­во­дом для дан­но­го дви­га­те­ля с тур­бо­над­ду­вом. У ав­то­мо­би­лей с про­бе­гом свы­ше 150 тыс. км та­кая за­ме­на ре­ко­мен­ду­ет­ся че­рез 5–7 тыс.км.
  
• Сле­ду­ет пе­ри­о­ди­че­с­ки про­во­дить ди­а­гно­с­ти­ку дви­га­те­ля. При этом спе­ци­а­ли­с­ты осо­бое вни­ма­ние об­ра­ща­ют на ре­гу­ли­ров­ку топ­лив­ной ап­па­ра­ту­ры, си­с­те­мы за­жи­га­ния в бен­зи­но­вых мо­то­рах и ис­прав­ность вен­ти­ля­ции кар­те­ра.
  

¹ Двигатель развивает максимальную мощность при определенной частоте вращения, именуемой “обороты максимальной мощности”.
² В отличие от “наддувных”, двигатели без наддува иногда называют “атмосферные”.
³ Некоторые из окислов азота являются токсичными и даже канцерогенными.