Зачем устанавливать турбину

Так ли страшна турбина? Как правильно ездить с турбомотором и сколько может стоить ремонт

В России панически боятся турбированных моторов, предпочитая менее мощные и эффективные "атмосферники". Разбираемся, как не "убить" турбину раньше срока и во сколько встанет ее обслуживание или замена.

В нашей прошлой публикации мы уже сравнивали турбированный и атмосферный моторы, пытаясь понять, в чем их отличие и какой из них лучше выбрать. Допустим, что вы уже приобрели машину с наддувным двигателем или вот-вот собираетесь ее купить.

Как устроена турбина?

В общем-то, турбокомпрессор устроен просто. Главная деталь — это картридж. Внутри него размещается вал, а с двух противоположных концов к этому валу прикреплены турбинные колеса. Для того чтобы вал нормально вращался и не грелся, к нему под давлением подается моторное масло. Также к картриджу идет и трубка с антифризом для дополнительного охлаждения.

По бокам к корпусу картриджа прикреплены две «улитки» — горячая и холодная, внутри которых вращаются турбинные колеса. В горячую поступают выхлопные газы, раскручивают колесо, а затем «улетают» в выхлопную трубу через боковое отверстие улитки. Турбоколесо в холодной улитке всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и гонит его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора.

Такова общая схема турбины, и мы не будем сейчас вдаваться в тонкости конструкции и различные варианты компоновки. Впрочем, стоит упомянуть новое поколение турбин, где масло подается под более низким давлением, а вал вращается в очень дорогих и сверхпрочных шариковых подшипниках.

Будет ли турбина «есть» масло?

Как мы уже говорили, без масла турбина работать не может. Обычно для герметизации вращающихся валов используют резиновые сальники (как в двигателе и коробке передач), но никакие сальники не смогут выдержать режимы работы турбины. Рабочая температура в ней достигает тысячи градусов, а частота вращения валов — сотен тысяч оборотов в минуту. Это намного более суровые условия, чем в моторе.

Валы и втулки в турбине подогнаны друг к другу с очень высокой точностью, и за счет этого масло не должно сочиться сквозь них, если турбина исправна. Но как только зазоры увеличиваются, масло через «холодную» часть турбины засасывает во впускной коллектор двигателя вместе с нагнетаемым воздухом. В таких случаях говорят, что «турбина гонит масло».

Из-за чего это происходит?

• Естественный износ рабочих поверхностей валов и втулок.
• Пониженное давление масла в двигателе: турбине не хватает смазки, и она сильнее изнашивается.
• Повышенное давление масла в двигателе: масло попросту выдавливает через щели между втулками и валами.
• Повышенное разрежение во впускном коллекторе — масло из турбины туда засасывает. В результате двигатели, где зазоры в цилиндрах близки к идеальным, угар масла из-за неисправной турбины может достигать нескольких литров на сотню километров. Вот этого-то и боятся сторонники безнаддувных моторов.

Каков ресурс турбины?

Здесь все очень индивидуально и зависит от стиля езды. В среднем на бензиновых двигателях ресурс турбины составляет 150 тысяч километров. На дизельных двигателях — 250 тысяч километров. Однако если ездить быстро, перекручивая двигатель и турбину, то ресурс может сократиться и до 100, и до 60 тысяч.

Как понять, что турбина просится в ремонт?

Главный признак скорой кончины турбины — синеватый дым из выхлопной трубы. Его появление означает, что в цилиндрах вместе с топливовоздушной смесью сгорает масло. Весьма вероятно, что во впуск это масло попало именно через турбину. Чтобы провести диагностику, не нужно обладать дипломом автослесаря. Достаточно иметь книжку по устройству автомобиля, где нарисовано расположение узлов под капотом, и немного свободного времени.

• Найдите впускной патрубок, по которому воздух попадает в турбину и открутите его. Засуньте руку в «улитку» турбины и нащупайте вал, на котором закреплена крыльчатка. Покачайте его, и если есть люфт, то через щели наверняка сочится масло.
• Найдите интеркулер и загляните внутрь. Если внутри есть масло, то турбина его «гонит». Чем больше масла, тем выше износ.

Еще иногда на приборной доске турбированных автомобилей есть указатели температуры и давления турбины. Соответственно температура не должна быть повышенной, а давление — пониженным.

Все эти советы обязательно нужно учесть, если вы покупаете турбированную машину с пробегом. Турбина — вещь дорогостоящая, и ее дефект может обернуться для вас, как для будущего владельца, крупными затратами.

Сколько стоит ремонт турбины и что в ней ремонтируется?

Когда турбина выходит из строя, можно пойти тремя путями.

Поменять турбину целиком. Чаще всего это совершенно лишняя затея, потому как масло гонит картридж, а корпуса-«улитки» остаются целыми и менять их не нужно. Замену турбины в сборе любят предлагать официальные дилеры и мультибрендовые сервисы, мастера на которых плохо разбираются в турбинах и ставят задачу получить с клиента максимум денег.

Почем? Cнятие, отсоединение трубок подачи масла и антифриза и установка турбины обратно стоит около 4 000 – 5 000 рублей.

Поменять картридж турбины. Под замену идет исключительно сам рабочий элемент турбокомпрессора — корпус с валом и крыльчатками. Поменять готовый картридж может даже мастер, который не специализируется на турбинах. Задача состоит в том, чтобы открутить несколько гаек крепежа, а потом закрутить их обратно.

Почем? Стоимость картриджа с заменой — около 15 000 – 20 000 рублей.

Отремонтировать картридж. Такая работа под силу исключительно мастерам специализированных автосервисов. Турбину разбирают полностью, моют ультразвуком, выявляют изношенные элементы и меняют их. Корпус картриджа растачивают на токарном станке, а затем всю конструкцию балансируют в два этапа, чтобы на скорости до 150 – 200 тысяч оборотов в минуту не было вибрации. Затем еще в картридж закачивают под давлением масло, чтобы проверить на герметичность.

Почем? Цена ремонта турбины зависит от массы факторов и колеблется от 7 000 до 25 000 рублей. Важно понимать, что если мастера называют серьезную сумму, то зачастую проще купить новую турбину.

ЧТО ТАКОЕ ТУРБИНА И КАК РАБОТАЕТ ТУРБО МОТОР Часть 1.

Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливо-воздушной смеси попадающей в цилиндры. При прочих равных, двигатель большего объема пропустит через себя больше воздуха и, соответственно, выдаст больше мощности, чем двигатель меньшего объема. Если нам требуется что бы маленький двигатель выдавал мощности как большой или мы просто хотим что бы большой выдавал еще больше мощности, нашей основной задачей станет поместить больше воздуха в цилиндры этого двигателя. Естественно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, уеличив продувку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы даже можем оставить количество воздуха прежним, но поднять степень сжатия нашего мотора и перейти на более высокий октан топлива, тем самым подняв КПД системы. Все эти способы действенны и работают в случае когда требуемое увеличение мощности составляет 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность мотора — самым эффективным методом будет использование турбокомпрессора.

Каким же образом турбокомпрессор позволит нам получить больше воздуха в цилиндрах нашего мотора? Давайте взгянем на приведенную ниже диаграмму:

Рассмотрим основные этапы прохождения воздуха в двигателе с турбокомпрессором:

— воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и попадает на вход турбокомпрессора (1)
— внутри турбокомпрессора вошедший воздух сжимается и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, что несколько снижает его плотность.
— Из турбокомпрессора воздух поступает в интеркулер (3) где охлаждается и в основной мере восстанавливает свою температуру, что кроме увеличения плотности воздуха ведет еще и к меньшей склонности к детонации нашей будущей топливо-воздушной смеси.
— После прохождения интеркулера воздух проходит через дросеель, попадает во впускной коллектор (4) и дальше на такте впуска — в цилиндры нашего двигателя.
Объем цилиндра является фиксированной величиной, обусловленной его диаметром и ходом поршня, но так как теперь он заполняется сжатым турбокомпрессором воздухом, количество кислорода зашедшее в цилиндр становится значительно больше чем в случае с атмосферным мотором. Большее количество кислорода позволяет сжечь большее количество топлива за такт, а сгорание большего количества топлива ведет к увеличению мощности выдаваемой двигателем.
— После того как топливо-воздушная смесь сгорела в цилиндре, она на такте выпуска уходит в выпускной коллекторе (5) где этот поток горячего (500С-1100С) газа попадает в турбину (6)
— Проходя через турбину поток выхлопных газов вращает вал турбины на другой стороне которого находится компрессор и тем самым совершает работу по сжатию очередной порции воздуха. При этом происходит падение давления и температуры выхлопного газа, поскольку часть его энергии ушла на обеспечение работу компрессора через вал турбины.

Ниже приведена схема внутреннего устройства турбокомпрессора:

В зависимоти от конкретного мотора и его компоновки под капотом, турбокомпрессор может иметь дополнительные встроенные элементы, такие как Wastegate и Blow-Off. Рассмотрим их подробнее:

Blow-off
Блоуофф (перепускной клапан) это устройство установленное в воздушной системе между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой с целью недопустить выход компрессора на режим surge. В моменты когда дроссель резко закрывается, скорость потока и расход воздуха в системе резко падает, при этом турбина еще некоторое время продолжает вращаться по инерции со скоростью не соответствующей новому упавшему расходу воздуха. Это вызывает циклические скачки давления за компрессором и слышимый характерный звук прорывающегося через компрессор воздуха. Surge со временем приводит к выходу из строя опорных подшипников турбины, в виду значительной наргрузки на них в этих переходных режимах. БлоуОфф использует комбинацию давлений в коллекторе и установленной в нем пружины что бы определить момент закрытия дросселя. В случае резкого закрытия дросселя блоуофф сбрасывает в атмосферу, возникающий в воздушном тракте избыток давления и тем самым спасает турбокомпрессор от повреждения.

Wastegate:
Представляет собой механический клапан устанавленный на турбинной части или на выпускном коллекторе и обеспечивающий контроль за создаваемым турбокомпрессором давлением. Некоторые дизельние моторы используют турбины без вейстгейтов. Тем не менее подавляющее большинство бензиновых моторов обязательно требуют его наличия. Основной задачей вейстгейта является обеспечивать выхлопным газам возможность выхода из системы в обход турбины. Пуская часть газов в обход турбины, мы контролируем количество энергии газов которое уходит через вал на компрессор и тем самым управляем давлением наддува, создаваемое компрессором. Как правило вейстгейт использует давление наддува и давление встроенной пружины что бы контролировать обходной поток выхлопных газов.
Встроенный вейстгейт состоит из заслонки встроенной в турбинный хаузинг (улитку), пневматического актуатора и тяги от актуатора к заслонке.
Внешний гейт представляет собой клапан устанавливаемый на выпускной коллектор до турбины. Преимуществом внешнего гейта является то, что сбрасываемый им обходной поток может быть возвращен в выхлопную систему далеко от выхода из турбины или вообще сброшен в атмосферу на спортивных автомобилях. Все это ведет к улучшению прохождения газов через турбину в виду отсутствия разнонаправленных потоков в компактном объеме турбинного хаузинга.

Водяное и маслянное обеспечение:
Шарикоподшипниковые турбины Garrett требуют значительно меньше масла чем втулочные аналоги. Поэтому установка маслянного рестриктора на входе в турбину крайне рекомендована если давление масла в вашей системе привышает 4 атм. Слив масла должен быть заведен в поддон выше уровня масла. Поскольку слив масла из турбины происходит естественным путем под действием гравитации, крайне важно что бы центральный картридж турбины был ориентирован сливом масла вниз.
Частой причиной выхода из строя турбин является закоксовка маслом в центральном картридже. Быстрая остановка мотора после больших продолжительных нагрузок ведет к теплообмену между турбиной и нагретым выпускным коллектором, что в отсутствии притока свежего масла и поступления холодного воздуха в компрессор ведет к общему перегреву картриджа и закоксовке имеющегося в нем масла.
Для минимизации этого эффекта турбины снабдили водяным охлаждением. Водные шланги обеспечивают эффект сифона снижая температуру в центральном картридже даже после остановки двигателя, когда нет принудительной циркуляции воды. Желательно так же обеспечить минимум неравномерности по вертикали линии подачи воды, а так же несколько развернуть центральный картридж вокруг оси турбины на угол до 25 градусов.

Правильный подбор турбины является ключевым моментом в постройке турбо-мотора и основан на многих вводных данных. Самым основным фактом выбора является требуемая от мотора мощность. Важно также выбирать эту цифру максимально реалистично для вашего мотора. Поскольку мощность мотора зависит от количества топливо-воздушной смеси которая через него проходит за единицу времени, опредлив целевую мощность мы приступим к выбору турбины способной обеспечить необходимый для этой мощности поток воздуха.

Другим крайне важным фактором выбора турбины является скорость ее выхода на наддув и минимальные обороты двигателя на которых это происходит. Меньшая турбина или меньший горячий хаузинг позволяют улучшить эти показатели, но максимальная мощность при этом будет снижена. Тем не менее за счет большего рабочего диапазона работы двигателя и быстрого выход турбины на наддув при открытии дросселя в целом результат может быть значительно лучше, чем при использовании большей турбины с большой пиковой мощностью, но в узком верхнем диапазоне работы мотора.

Втулочные и шарикоподшипниковые турбины.
Втулочные турбины были самыми распространенными в течении долгого времени, тем не менее новые и более эффективные шарикоподшипниковые турбины используются все чаще. Шарикоподшипниковые турбины появились как результат работы Garrett Motorsport во многих гоночных сериях.
Отзывчивость турбины на дроссель очень зависит от конструкции центрального картриджа. Шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают на 15% более быстрый выход на наддув относительно их втулочных аналогов, снижая эффект турбо-ямы и приближая ощущение от турбо-мотора к атмосферному большеобъемнику.
Шарикоподшипниковые турбины так же требуют значительно меньшего потока масла через картридж для смазки пошипников. Это снижает вероятность утечек масла через сальники. Так же такие турбины менее требовательны к качеству масла и менее склонны к закоксовке после глушения двигателя.

Что такое турбодвигатели, и надежны ли они [Пост для новичков]

Простыми словами: почему турбомоторы все чаще встречаются на автомобилях?

По мере того, как правительства самых автомобилизированных стран мира продолжают бороться за экономию топлива и регулирование выбросов, двигатели с турбонаддувом среднего и малого объема становятся все более распространенными.

Считается, что компактные двигатели с турбонаддувом могут сочетать в себе превосходную топливную экономичность при аккуратном использовании в городском потоке (по крайней мере, на бумаге) и при этом иметь высокую пиковую мощность (как минимум на бумаге) на максимальных оборотах. По этой причине автопроизводители повсеместно начали использовать этот тип моторов для того, чтобы их продукция могла соответствовать все более строгим стандартам по экологичности выбросов и, как прежде, давать клиентам тот же уровень мощности, каким он был раньше, а иногда предлагать даже более высокий.

В этой статье мы кратко опишем, как работает двигатель с турбонаддувом (иногда их также называют «двигатели с принудительной индукцией»), и ответим на распространенные вопросы потребителей, которые рассматривают как вариант покупку турбированных среднеобъемников, но ни разу с ними не сталкивались.

Но прежде сделаем небольшое отступление: в наши дни турбированные двигатели можно обнаружить на всех типах транспортных средств, включая спорткары, кроссоверы, внедорожники и даже пикапы, поэтому мы надеемся, что этот пост вооружит вас полезными базовыми знаниями, которые вам понадобятся при выборе нового или подержанного современного автомобиля.

Что такое турбодвигатель, и как работает турбированный мотор?

Если говорить простыми словами, работа турбины заключается в следующем: турбокомпрессор втягивает воздух, сжимает его, а затем подает сжатый воздух во впускной коллектор вашего двигателя. Этот плотный, насыщенный кислородом воздух под давлением затем резко поступает в камеру сгорания в тот момент, когда поршень совершает движение вниз. С большим количеством кислорода, поступающего в двигатель на более высокой скорости, можно сжечь больше топлива за один и тот же временной промежуток. А сжигая больше топлива, вы получаете больше энергии. Мощность растет, автомобиль становится более восприимчивым к нажатию на педаль газа.

Однако это только одна часть процесса наддува. Второй, не менее важный этап инициируется после завершения цикла сгорания. Раскаленные отработавшие газы на большой скорости устремляются по выпускному коллектору, выходят из камеры сгорания через выпускное отверстие. По мере продвижения на определенном отрезке выпускного канала (у разных автомобилей это расстояние разное, но по общему правилу чем оно меньше, тем больше мощности отдается турбине) газы встречаются с лопастями турбонагнетателя и начинают вращать колесо турбины за счет очень большого давления и, конечно же, скорости потока.

Вращающееся колесо компрессора втягивает новую прохладную часть атмосферного воздуха с противоположной стороны турбины при помощи аналогичных лопастей, начиная процесс сначала.

Это не сложный процесс, но новичку его, может быть, будет трудно представить, поэтому взгляните на эту диаграмму:

Все работает на первый взгляд, как часы, но с процессом доставки есть одна небольшая проблема: прохладный атмосферный воздух во время сжатия нагревается, тепло отнимает мощность вашего двигателя.

Инженеры давно решили и эту нестыковку. Сжатый воздух перед подачей во впускной коллектор должен быть охлажден. Для того чтобы сделать это, воздух под давлением на своем пути к впускному коллектору пройдет через теплообменный аппарат, иногда вызываемый «intercooler».

Принцип работы аппарата идентичен тому, что происходит в жидкостном радиаторе, с тем лишь отличием, что воздух охлаждает воздух (самая распространенная схема «воздухо-воздушная»), поскольку, чтобы охладить разогретый сжатый воздух, используется внешний воздушный поток, набегающий на автомобиль по мере того, как вы движетесь вниз по дороге. Также существуют промежуточные охладители наддувочного воздуха, работающие на воде, в таком радиаторе используется холодная вода для охлаждения воздушной массы до нужной температуры.

Плюсы и минусы турбированного двигателя

Теперь, когда новички познакомились с основами работы турбины (ее также называют «улиткой» за визуальное сходство входной части турбины с панцирем моллюска), можно приступать к рассмотрению двух основных преимуществ турбированного двигателя – большая выходная мощность и повышенная топливная эффективность.

Поскольку турбонагнетатель позволяет небольшому двигателю производить больше мощности, разработчики могут использовать силовые агрегаты меньшего объема.

Меньший по объему двигатель, как правило, потребляет меньше топлива, чем более объемный мотор (данный постулат сейчас активно подвергается сомнениям, особенно ввиду множественных скандалов, связанных с занижением экономичности и экологичности), что способствует некоторой экономии топлива на определенных режимах работы агрегата (обычно это неспешная работа мотора на низких оборотах в городских условиях).

Двигатели с турбинами, нагнетая больше обогащенного кислородом воздуха внутрь цилиндров, улучшают сгораемость горючей смеси, уменьшая объем количества выбрасываемых вредных отходов. По этим причинам двигатель с турбонаддувом может быть более эффективным, чем атмосферный двигатель (без установленной турбины) при аккуратном движении.

Однако эффективность и экологичность турбированного двигателя может быстро упасть, если вы начнете агрессивно ездить. Почему это неминуемо произойдет? И здесь все достаточно банально. Для того чтобы двигатель работал правильно и не выходил из строя, он должен достичь надлежащего соотношения топливовоздушной смеси, миксующейся в камере сгорания (как правило, это происходит в камере сгорания). Турбина же будет доставлять больше кислорода в двигатель, особенно при условии полного нажатия на педаль газа: «тапок в пол», поэтому, во-первых, двигатель начнет сжигать больше топлива при таком сценарии.

Работа турбонагнетателей также увеличивает давление в двигателе вашего автомобиля. При работе мотора с высоким давлением вы рискуете столкнуться с «предварительным зажиганием» – так называется несанкционированное воспламенение топлива до того момента, как свечи зажигания должны дать искру и воспламенить его. Для проявления этого явления достаточно мощно ускориться на турбированном автомобиле. Давление внутри цилиндров подскочит, что увеличит шансы на преждевременное зажигание топливовоздушной смеси.

Современные двигатели оснащены датчиком детонации и программным обеспечением, которые помогают предотвратить предварительное воспламенение, обнаруживая его и распыляя дополнительное топливо в камеру, способствуя дальнейшему увеличению расхода топлива.

По этой причине многие современные турбированные двигатели также будут рассчитаны на работу на премиальном бензине. Топливо с более высоким октановым числом имеет меньше шансов к детонации, что делает его идеальным для небольших турбомоторов с высокой степенью сжатия.

Вы можете выяснить, какой бензин подходит для вашего автомобиля, в руководстве пользователя. Но если это современный турбированный двигатель, есть хороший шанс, что он использует 95 или 98 бензины.

В то время как многие современные двигатели довольно надежны, турбированные двигатели поставляются с рядом дополнительных компонентов на пути к самому турбокомпрессору: интеркулера и всех трубопроводов, необходимых для доставки сжатого охлажденного воздуха в двигатель. Это может сделать ремонт двигателя или его обслуживание дороже по сравнению с традиционным атмосферным мотором.

В плане надежности все зависит от транспортного средства. Надежнее всего изучить рейтинги надежности и затраты на ремонт приглянувшегося турбированного автомобиля, поскольку эти цифры варьируются от модели к модели. В целом вам больше не нужно беспокоиться о том, что автомобиль с турбонаддувом ненадежен – технология прошла долгий путь с 1980-х годов.

Напомним плюсы и минусы турбированного двигателя:

За:

Больше мощности и крутящего момента от двигателя меньшего объема;

Больше крутящего момента на низких оборотах;

Может обеспечить лучшую топливную экономичность при движении в спокойном режиме

Против:

Экономия топлива «испарится», если ездить агрессивно;

Может потребоваться дорогое топливо премиум-класса (скорее всего, так и будет);

Увеличится стоимость ремонта и обслуживания

Надежны ли турбированные двигатели?

Как мы кратко коснулись выше, двигатели с турбонаддувом сложнее и имеют больше деталей, чем моторы без турбонаддува. В то время как большинство современных двигателей с турбонаддувом довольно надежны, более сложная конструкция может повысить затраты на ремонт, если у вас возникнут проблемы или произойдет столкновение на дороге. Турбина может также увеличить износ некоторых компонентов из-за повышенной нагрузки, что может сократить жизнь двигателя с течением времени. Плюс не стоит забывать, под какими нагрузками трудится сама турбина. Скорости вращения лопаток гигантские, нагрев большой – выйти из строя на 100-150 тыс. км может легко! Плюс многое зависит от смазочных материалов, качества самой турбины, качества топлива и т. д. А стоимость турбокомпрессоров может «кусаться».

По общепринятому правилу чем проще мотор, тем он надежнее. Атмосферный двигатель без турбины проще, значит, и надежнее.

Как я могу определить отказ турбины?

Ниже приведем подробную табличку наиболее распространенных отказов турбин. Чтобы узнать больше, переходите по ссылке выше.

При увеличении скорости слышен свист турбины. Возможно, поврежден вал турбины. Свист вызван из-за металлического трения.

Утечка масла в турбокомпрессоре. Возможно на валу есть сколы (износ). Масло попадает в выхлопную систему.

Возможно, турбине не хватает воздуха для подачи в двигатель. В результате в камере сгорания неправильная смесь топлива и кислорода. В итоге в процессе сгорания топлива образовывается черный дым. Скорее всего, в автомобиле есть утечка, поступаемого в двигатель, воздуха.

Что такое наддув?

Турбонагнетатель и нагнетатель предназначены для достижения одной и той же цели: увеличить мощность двигателя, нагнетая воздух в двигатель вашего автомобиля.

Турбокомпрессор использует отработанные выхлопные газы для вращения колеса компрессора и подачи сжатого воздуха в двигатель. Нагнетатель, однако, прикреплен к коленчатому валу вашего двигателя ремнем. Ремень вращает два «винтовых ротора» внутри нагнетателя, которые сжимают воздух и подают его в двигатель. Воздух подается в цилиндры через отверстие внизу короба нагнетателя. Вы можете увидеть, как это работает, в gif ниже:

Мы надеемся, что эта статья ответила вам на все основные вопросы, которые у вас могли возникнуть относительно двигателей с турбонаддувом. Приятной езды на хороших автомобилях!

Турбина: как работает, почему ломается и легко ли ремонтируется

Турбина, или, как ее правильно называть – турбокомпрессор, служит для нагнетания воздуха в цилиндры двигателя. Чем больше воздуха попадает в цилиндры, тем больше топлива можно с ним смешать и получить в результате более высокие мощностные характеристики двигателя без увеличения его рабочего объема.

Как устроена турбина

Турбокомпрессор имеет привод от потока выхлопных газов: жесткой связи с какими-либо движущимися частями двигателя у него нет. Это прерогатива, например, компрессора, который приводится непосредственно со шкива коленвала. На первый взгляд «турбина» устроена просто: представьте себе вал, на обои концах которого расположены две крыльчатки. Крыльчатки помещены в герметичные корпуса, «закрученные» на один оборот будто ракушки улитки. Турбинное колесо приводится от потока выхлопных газов: выхлопные газы воздействуют на лопасти турбины, раскручивают его и уходят дальше в выхлопную систему через центральное отверстие улитки. Соединенное валом с турбинным колесом компрессорное (насосное) колесо начинает вращаться с той же скоростью и нагнетать воздух во впускной коллектор. Компрессор всасывает воздух через центральное отверстие, передает его к лопаткам. При этом обеспечивается нагнетание воздуха под заданным давлением. Сжатый воздух направляется дальше во впускную систему двигателя: попадает в цилиндры, проходя через промежуточный охладитель-радиатор (интеркулер). Сжатому воздуху нужно охлаждение, т.к. при сжатии воздух неизбежно нагревается. Подавать нагретый воздух в камеры сгорания бессмысленно: моментально падает КПД двигателя.

Турбокомпрессор оснащен рядом компонентов, обеспечивающих его регулировку, управление и контроль. Часто на дизельных двигателях применяются турбины с «изменяемой геометрией». Геометрия тут действительно меняется, но не турбины как таковой, а ее направляющего аппарата, который представляет собой встроенные в «улитку» турбины планки-лопасти. Эти лопасти, подобно закрылками на крыльях самолета, меняют свое положение относительно насосного колеса. Лопасти приводятся от отдельного актуатора, управляемого соленоидом. Чем ниже скорость работы дизельного двигателя, тем меньше поток и давление выхлопных газов. Следовательно, лопатки принимают большой угол атаки, чтобы сильнее направлять газы на лопасти турбины. С ростом объема выхлопных газов угол атаки лопаток направляющего механизма снижается. Направляющего аппарата у турбин бензиновых двигателей не бывает – в нем нет нужды. Единственные бензиновые турбомоторы с регулируемой геометрией направляющего аппарата турбины применяются на 4- и 6-цилиндровых оппозитных моторах Porsche.

Зато на бензиновых моторах все большее распространение приобретают двухпоточные турбины, в английской терминологии twinscroll. Суть в том, что выпускной коллектор, подводящий выхлопные газы к турбине, «собирает» газы в два раздельных канала. Такое разделение (буквально как в коллекторе типа 4-2-1, также известному как «паук») позволяет снизить противодавление газов в выпускном коллекторе, улучшить его продувку и в итоге немного повысить эффективность двигателя. К тому же и поток газов к турбине в этом случае более равномерный.

Любые автомобильные турбины оснащаются перепускным клапаном (байпас, от англ. bypass – обход). Этот клапан служит для стравливания избытка сжатого компрессором воздуха в момент резкого закрытия дросселя (отпускания педали газа). Если этот воздух не стравливать, он пойдет из впускного коллектора обратно в противоход вращению крыльчатки, в результате чего возможно повреждение элементов ротора компрессора.

Также турбокомпрессоры оснащаются перепускной заслонкой или клапаном на выпуске. Этот клапан называется «уэстгейт» (от англ. wastegate – дословно «ворота растраты», или просто перепускной клапан). Он служит для того, чтобы направлять часть потока выхлопных газов в обход турбины. При этом ограничивается и контролируется скорость вращения ротора турбокомпрессора. Уэстгейт приводится от специального актуатора («вакуумника»), который управляется соленоидом. Обычно соленоид связан и с актуатором, и с впускным коллектором вакуумными трубками.

Важной частью любого турбокомпрессора являются подшипники, на которых удерживается и вращается вал. Подшипники обязательно нуждаются в смазке и охлаждении моторным маслом, которое подводится к ним по специально выделенным каналам. Иногда, в основном на гоночных автомобилях, подшипники турбокомпрессора охлаждаются антифризом (он омывает обоймы, а не сами подшипники).

Турбокомпрессор в целом не считается проблемным и капризным элементом силового агрегата. Эта деталь способна не доставлять проблем весь срок службы двигателя. Если экономить на обслуживании силового агрегата или ездить агрессивно и неаккуратно, снижается срок службы и мотора, и турбины.

Причины поломок турбины

Недостаток смазки и охлаждения

Чаще всего турбина выходит из строя из-за недостатка смазки подшипников, на которые опирается ее вал. Причины, которые привели к масляному голоданию, следует искать вне турбины. Эта поломка приводит к износу подшипников и их перегреву: масло не только смазывает, но и охлаждает. Обычно из-за масляного голодания нормальная рабочая температура подшипников и вала турбины подскакивает с 60-90°С до 400°С (к неотведенному теплу добавляется тепло, выделяемое в подшипниках при трении). При такой температуре остатки масла буквально горят, коксуются и еще сильнее засоряют маслопроводящие каналы и отверстия в подшипниках. Работающие «на сухую» перегретые подшипники быстро изнашиваются, зазор увеличивается до недопустимых размеров. В таких условиях вал турбины может потерять центровку. Это в свою очередь приведет к тому, что роторы турбокомпрессора начнут задевать за корпуса («улитки»). Турбокомпрессор получит серьезные повреждения и либо заклинит, либо разрушатся его внутренние детали.

То, как быстро произойдет поломка турбины и насколько серьезными будут последствия, зависит от характера масляного голодания. Нехватка масла может наступить быстро. Например, в случае обрыва маслопроводящей трубки или резкого уменьшения производительности масляного насоса. Резкое масляное голодание может погубить отремонтированную или новую установленную турбину. Эта неприятность случается при неправильной установке турбокомпрессора, когда в масляных каналах в картридже сохраняется воздушная пробка, которую масло не в состоянии продавить.

Медленное масляное голодание развивается в условиях небольшого недостатка масла из-за, например, снижения производительности масляного насоса, закоксованности масляной магистрали или их перегибов.

Периодическое масляное голодание обычно происходит при резкой остановке турбомотора после серьезных нагрузок. В этом случае прекращается смазка и охлаждение, но в полостях турбины сохраняется высокая температура, при которой масло коксуется и если не забивает масляные каналы, то уменьшает площадь их сечения. В перспективе это может привести к медленному масляному голоданию и связанных с ним поломках.

Загрязненное масло

Нередко моторное масло содержит в себе частицы износа трущихся деталей двигателя. Если фильтр не задерживает абразив, то он неизбежно попадет в масляные каналы турбины (и другие важные детали двигателя). В результате владелец столкнется с поломкой, вызванной износом подшипников, увеличением радиального люфта. В любом случае факты, приводящие к поломке, находятся в двигателе, а не в турбине.

Попадание посторонних предметов

И тут причины неисправности турбины, произошедшие из-за разрушения или повреждения ее лопастей твердыми частицами, лежат за пределами ее корпуса. Чтобы достичь лопастей ротора, обычно это ротор компрессора, посторонние частицы должны попасть во впускную систему двигателя. Как правило мусор прорывается через изношенный воздушный фильтр или через неплотные соединения впускных патрубков. Мелкие частицы вызывают локальные повреждения кромок ротора или их сошлифовывание.

Подпор картерных газов

Картерные газы так или иначе циркулируют в двигателе. Они образуются при прорыве газов из цилиндров через поршневые кольца. Любой двигатель оснащен системой вентиляции этих газов: без нее внутри двигателя (под клапанной крышкой и в картере) образовывалось бы избыточное давление, способное выдавить любые уплотнения двигателя (первыми в этом случае сдаются сальники коленвала или распредвалов). К тому же картерные газы несут в себе частицы сгоревшего топлива, которые обычно отфильтровываются в выхлопной системе.

Одним словом, если система вентиляции картерных газов засоряется или ее производительность снижается по другим причинам, избыточное давление может препятствовать стеканию масла из каналов турбины обратно в двигатель. В этом случае масло будет искать себе другую дорогу. Масло может просачиваться в холодную (компрессорную) часть: отсюда оно попадает в интеркулер, а оттуда – во впускные каналы и, следовательно, в камеры сгорания. Тут оно просто сгорает. В результате можно столкнуться с «жором масла», никак не связанным с состоянием ЦПГ.

Если масло будет уходить в горячую (турбинную) часть, то оно тоже сгорит под действием высоких температур. Правда, сгорание приведет к образованию масляного налета – закоксовыванию – внутри «улитки». Порой приходится сталкиваться с тем, что количество отложений бывает настолько большим, что ротор турбины начинает задевать за него и перестает свободно вращаться.

Также картерные газы могут достичь точек смазки и охлаждения подшипников. В этом случает происходит масляное голодание, закоксовывание маслопроводящих каналов. Все это вновь приводит к выходу турбокомпрессора из строя.

Симптомы неисправности турбины

Любые неисправности в системе наддува воздуха обычно связаны с несвоевременным и некачественным обслуживанием автомобиля либо его эксплуатацией в предельных режимах. Регулярные ТО по технологии производителя машины и применение сертифицированных материалов (масел, фильтров и т.д.) обеспечивают турбокомпрессору надежность и безотказность.

Причины поломок турбокомпрессора обычно кроются не в нем самом, а в двигателе. Если турбина начала подавать тревожные сигналы, то помимо ее ремонта нужно позаботиться о поиске неисправности и ее устранении. Возможно поломку вызвала та или иная подсистема силового агрегата. Если не устранить неисправность, отремонтированный или новый турбокомпрессор, установленный вместо дефектного, быстро выйдет из строя.

Симптомы неисправности турбины можно условно разделить несколько больших частей.

1. Падение мощности двигателя, снижение разгонной динамики. Этот симптом ощущается моментально водителем. Не сложно догадаться, что неисправность следует искать в недостаточном поступлении воздуха в двигатель из-за неисправной системы управления наддувом или его повреждения. Если при этом в моторном отсеке появляется задымление, то следует искать утечку выхлопных газов.

2. Дым из выхлопной трубы подозрительного цвета: сизого (белого, синего) или черного. Дым светлого цвета, валящий из выхлопной трубы при ускорении, является причиной сгорания масла в цилиндрах двигателя. Оно туда может попасть из-за утечек в турбокомпрессоре. Если масло попадает в камеры сгорания, то его следы можно обнаружить в интеркулере и во впускном коллекторе.

Черный цвет выхлопных газов свидетельствует о сгорании в цилиндрах обогащенной топливной смеси. В этом случае следует искать утечки воздуха в «холодной» части турбокомпрессора, включая интеркулер и впускной коллектор.

1. Снижение уровня масла – этот симптом может свидетельствовать как о сгорании масла в цилиндрах, так и о его утечках и сгорании внутри «улитки» турбины.

2. Посторонние шумы при работе турбокомпрессора могут быть вызваны как утечками воздуха или выхлопных газов, так и механическими повреждениями турбины (ее крыльчаток или подшипников).

Ремонт турбины: починка или замена?

Прежде чем решиться на манипуляции с турбиной нужно определить причину неисправности и устранить ее ведь дело может быть вовсе не в турбине. Если же по итогам диагностики была «приговорена» турбина, то и тут не стоит спешить с заменой. Турбокомпрессор – узел, состоящий из ряда компонентов, подлежащих замене и, иногда, ремонту. Можно отдельно поменять любой из роторов, актуатор, клапаны и даже корпус турбины. Также продаются ремкомплекты турбин со всеми необходимыми уплотнениями. Корпус, как правило, разборный: отдельно идут «улитки» турбины и компрессора и центральная часть, называемая «картриджем». В картридж входит центральная часть турбины с подшипниками, сальниками, валом и обоими роторами. Стоимость картриджа варьируется от 200 до 350 рублей. Замена обойдется еще в 200 рублей.

«Базовый» вариант ремонта турбины – это ее замена целиком. Стоимость «б/ушных» турбин на популярные модели автомобилей варьируется от 180 до 500 рублей. Стоимость новых и восстановленных турбин: от 600 до 1500 бел. рублей и выше.

В любом случае, неисправную турбину следует продиагностировать и определить вышедшие из строя детали. «Точечная» замена деталей может продлить жизнь турбокомпрессору и сэкономить деньги.

Зачем автомобилю турбина и каковы ее преимущества?

На мощностные характеристики, которые демонстрирует автомобиль, непосредственно влияет показатель наполнения цилиндров воздушно-топливной смеси. В целях увеличения степени обогащения этой смеси компании-производители оборудуют транспортные средства турбокомпрессорами. Вместе с тем, далеко не каждая модель и модификация той или иной марки автомобиля имеет под капотом турбированный мотор. Это первая причина, по которой владельцы устанавливают турбину на авто. Кроме того, турбонагнетатель имеет свойство со временем изнашиваться. В этом случае нужна замена турбины.

В чем преимущества турбин на автомобиле?

Турбированный силовой агрегат приобретает все большую популярность, и для этого есть множество причин, поскольку перечень преимуществ турбонагнетателя весьма обширен. Привлекательность турбины состоит в следующем:

• значительное увеличение мощности транспортного средства;
• существенное снижение топливного расхода;
• быстрая окупаемость турбины, что зависит от частоты использования автомобиля;
• экономия, поскольку имеющийся в машине двигатель не требуется менять на более мощную версию, что достаточно дорого;
• стабильность функционирования двигателя;
• экологичность — у авто с турбированным двигателем наблюдается меньшая степень токсичности выхлопных газов.

Как правильно выбрать турбину?

Мы подобрали для Вас кое-что ещё интереснее: Что такое турбонаддув?

Турбина и двигатель должны функционировать сбалансировано, и каждый тип мотора требует определенной турбины. Разумеется, лучше всего приобретать оригинальный турбонаддув, в этом случае производитель учитывает все особенности двигателей своих же автомобилей и выпускает турбины под конкретные силовые агрегаты, которые идеально им подходят. Поскольку такие турбины стоят недешево, стоит обратить внимание на неоригинальные модели, но выпускаемые известными изготовителями, имеющими лицензии на такое производство. В этом случае турбины на каждом этапе производства проходят тщательное тестирование.

Каковы критерии выбора?

При выборе турбины следует определиться с тремя основными факторами:

1. как планируется эксплуатировать автомобиль — для гонок или простых повседневных поездок;
2. каковы характеристики мотора — чем меньше рабочий объем двигателя, тем меньшая турбина требуется, и наоборот. Для двигателей с объемом 3 и более литра понадобится сдвоенная или большая турбина;
3. какой тип мотора планируется оснащать ей — от этого зависит материал, из которого она изготовлена. Дизельные и бензиновые агрегаты работают в разном температурном режиме, и турбина должна обладать соответствующей жароустойчивостью.

Не следует переоценивать возможности автомобиля и «вешать» на него силовые нагрузки, к которыми он может не справиться. Чтобы не ошибиться в выборе, лучше проконсультироваться со специалистом.