Превратности наддува

В чем заключается основное отличие между обычными и турбированными силовыми агрегатами? Как нетрудно догадаться, в наличии системы наддува, предназначенной для повышения мощности, которой, как и денег, всегда нехватает.

Нет, разумеется, существуют иные способы увеличения мощности. Простейший путь — увеличение диаметра цилиндра, хода поршня либо числа самих цилиндров — неизбежно влечет ухудшение габаритных и весовых характеристик конструкции. Можно поднять отдачу мотора, увеличив обороты коленчатого вала. Но тут появляется проблема: современные бензиновые двигатели и без того форсированы по оборотам, и их дальнейшее увеличение ведет к росту механических нагрузок, ограничивающих ресурс деталей силового агрегата. Дизели такой форсировке не очень-то поддаются в силу особенностей смесеобразования. Можно, наконец, добавить клапанов газораспределения, облегчив мотору «дыхание», однако, поскольку для сгорания топлива требуется строго определенное количество воздуха, а «вдох» двигателя ограничен геометрическими параметрами цилиндров, то и этот способ повышения мощности лишь полумера.

Альтернативы нет

Словом, альтернативы наддуву нет. Что и подметил еще в 1905 году швейцарец Альфред Бючи, который и заложил теоретические основы наддува. Впрочем, справедливости ради необходимо сказать, что теория, как это обычно случается, шла вслед за практикой. За три года до «откровений» Бючи небезызвестный Луи Рено уже получил патент на механический нагнетатель. Правда, швейцарцу надо отдать должное — он первым озаботился тем, что отработавшие газы, покидая цилиндры двигателя, уносят с собой немалое количество энергии, и предложил использовать ее во благо — для привода нагнетающего устройства. Именно системы газотурбинного наддува получили преимущественное распространение на автомобильных двигателях.

А поскольку «маздовские» Comprex, компрессорные Mercedes, Volkswagen со спиральными нагнетателями и другие машины с механическим наддувом встречаются на нашей территории редко, то есть смысл подробно остановиться только на устройстве, принципе работы, специфике эксплуатации и обслуживания двигателей с турбонаддувом.

Как это работает

Центральным звеном в системе газотурбинного наддува является турбокомпрессор. Само название этого агрегата указывает, что состоит он из турбины и компрессора, между которыми находится подшипниковый узел. Через этот узел проходит вал, на противоположных сторонах которого закреплены имеющие лопасти колеса — турбинное и компрессорное. Отработавшие газы устремляются из цилиндров через выхлопной коллектор в турбинную часть, бьют по лопаткам колеса турбины и раскручивают его, что, в свою очередь, заставляет вращаться колесо компрессора. Компрессор засасывает и сжимает свежий воздух, а затем по впускному тракту гонит его в цилиндры. Давление воздуха увеличивается на 30-50%, а иногда и выше, благодаря чему достигается конечная цель наддува — подать в двигатель большее количество горючей смеси. Турбонаддув обеспечивает прирост мощности на 20-50%, а за счет использования энергии выхлопа на 5-20% снижает удельный расход топлива, поэтому по эффективности с этой системой не может соперничать ни один другой способ увеличения отдачи силового агрегата.

Что их губит

Эффективность высока, но надежность турбонаддува далека от идеала. Все дело в условиях, при которых турбокомпрессор работает. Через его турбинную часть проходят выхлопные газы с температурами свыше 650 градусов. Отсюда высокие термические нагрузки на детали турбокомпрессора. Это вынуждает изготавливать колесо турбины из жаропрочных сплавов, оснащать некоторые модели турбокомпрессоров жидкостным охлаждением, однако от перегрева главный узел системы не защищен. А причин, способствующих повышению температуры выхлопных газов сверх нормы, немало. Самые распространенные — неправильно отрегулированное зажигание в бензиновых двигателях или угол опережения впрыска в дизелях, «льющие» форсунки, топливо, не соответствующее рекомендуемому. В результате появляются трещины на корпусе, обгорает и коробится крыльчатка турбины, а также тарелка перепускного клапана, которым турбокомпрессор оснащается, дабы предотвратить чрезмерное повышение частоты вращения ротора в режиме максимальной мощности двигателя.

Другой блок вопросов, связанных с высокими температурами, относится к моторному маслу, которое подается в подшипниковый узел для смазки и, кстати, охлаждения турбокомпрессора. Масло коксуется, а продукты его термического разложения откладываются на уплотнительных кольцах, изолирующих внутреннюю полость подшипникового узла от корпусов турбины и компрессора, отчего уплотнения перестают работать как должно. В результате масло из подшипникового узла проникает как в турбину, так и в компрессор. Опять же, вследствие термических нагрузок масло быстро теряет свойства, следовательно, создаются предпосылки износа, а надо знать, что ротор турбокомпрессора вращается со скоростью свыше 100 тысяч об./мин, поэтому его подшипники более чем какие-либо другие трущиеся детали двигателя нуждаются в эффективной смазке.

Угар масла по причине, не связанной с турбокомпрессором, например из-за износа поршневых колец или маслосъемных колпачков клапанов, тоже не сулит ничего хорошего. Твердые частички нагара стачивают лопатки турбинного колеса, а если турбокомпрессор оснащен направляющим аппаратом с изменяемой геометрией, то сажа, отлагающая на нем, со временем ведет к потере подвижности направляющих лопастей и поворотного механизма.

Абразивный износ лопаток компрессорного колеса указывает на то, что несвоевременно и неправильно обслуживается воздухоочиститель двигателя либо вследствие ослабления затяжки крепежа впускного коллектора, появления на нем трещин и других повреждений нарушилась герметичность впускного тракта. К слову, случается, что масло проникает в компрессорную часть из-за создаваемого здесь разрежения, что тоже является следствием сильного засорения воздушного фильтра.

Что взять за правило

Как видим, нарисовалась не очень-то благостная картинка. Однако при грамотной эксплуатации турбокомпрессор способен если и не пережить двигатель, то вполне исправно отработать на нем не одну сотню тысяч километров пробега. Требуется лишь помнить о том, что для турбонаддува губительно, и своевременно предпринимать соответствующие контрмеры. Поскольку косвенно долговечность турбокомпрессора зависит от двигателя, его системы питания и зажигания, надо почаще диагностировать, не дожидаясь, когда неполадки и нарушения регулировки заявят о себе видимыми признаками. Начал двигатель «есть» масло — необходимо, не откладывая дело в долгий ящик, разобраться, почему, и неисправность устранить.

Что касается качества заправляемого в мотор масла, то оно не должно быть ниже уровня, указанного в заводской инструкции. И менять масло и масляный фильтр нужно чаще, не равняясь в этом деле на атмосферные двигатели. К воздушному фильтру это также относится, особенно если турбодвигатель эксплуатируется в условиях повышенной запыленности.

Резкие разгоны — удел хорошо прогретого двигателя, а вот холодному мотору с наддувом спортивная езда противопоказана. Вязкое масло плохо поступает к подшипникам турбины, и они могут оказаться в условиях полусухого трения. На «голодном пайке» подшипники оказываются также после остановки двигателя — насос масло уже не качает, но колеса турбокомпрессора по инерции еще продолжают вращаться с большой скоростью. Поэтому глушить мотор немедленно не следует, пусть он немного поработает на минимальных оборотах холостого хода — и турбина слегка остынет, и частота вращения ее ротора снизиться, что до минимума сократит время до полной остановки крыльчаток. Необходимо следить за течами по маслопроводу турбины и при их появлении устранять, дабы не допустить опять-таки масляного «голодания» в подшипниках.

Насколько разорительна поломка?

Признаки поломки — посторонние стуки и шум, падение мощности, черный или сизый дым из выхлопной трубы, появление подтеков масла на патрубках, увеличение расхода моторного масла. Лучше всего заменить неисправный турбокомпрессор на новый, однако такой способ ремонта является самым дорогостоящим. Поскольку покупка нового агрегата способна облегчить кошелек на 500-1000 американских «рублей» в зависимости от конструкции и модели, то в экономической целесообразности такой операции поневоле засомневаешься. «Бэушный» компрессор потянет на 200-400 у.е., однако покупать имеет смысл только агрегат, побывавший в восстановительном ремонте, все остальное, особенно подозрительно недорогое — «кот в мешке». Переборка с заменой вышедших из строя деталей обойдется дешевле — 150-450 у.е. в зависимости от сложности работы и числа заменяемых комплектующих. Но надо учитывать, что наилучшие результаты дает полная переборка, при которой в дальнейшую работу идут только корпусы турбины, компрессора и подшипникового узла, а вот «начинка» полностью отправляется в утиль. Взамен же устанавливается качественный «оригинал». Чем больше старых деталей остается в турбокомпрессоре, тем ниже становится вероятность положительного результата.

Можно ли самостоятельно отремонтировать турбонаддув? Можно, но работать он будет недолго. Связано это с тем, что вращающиеся с высокой частотой детали турбокомпрессора нуждаются в особо точной балансировке, выполнить которую в кустарных условиях не представляется возможным. Даже небольшой дисбаланс при тех оборотах, с которыми крутятся крыльчатки, создает разрушительные нагрузки со всеми вытекающими последствиями. Поэтому, несмотря на всю кажущуюся простоту устройства, ремонтировать турбокомпрессор необходимо в специализированной мастерской.

Сергей ВОЛКОВ

Автобизнес — Weekly

Метки: Comprex Альфред Бючи компрессор нагнетатель Наддув турбонаддув

Похожие

Яндекс.Метрика