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.
Содержание |
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.