Турбокомпресор двигуна: види, будову та принцип роботи

Турбокомпресор (турбіна) — механізм, який застосовується в автомобілях для примусового нагнітання повітря в циліндри двигуна внутрішнього згоряння. При цьому привід турбіни здійснюється виключно за рахунок дії відпрацьованих газів (вихлопу). Застосування турбокомпресора дозволяє істотно збільшити потужність двигуна (приблизно на 40%), зберігаючи компактними його габаритні розміри і низький рівень витрати палива.

Конструкція і принцип роботи турбіни

пристрій турбокомпресора

Класичний турбокомпресор складається з наступних елементів:

  1. Корпус. Виконується з жароміцних матеріалів (стали). Він має форму равлика з двома різноспрямованими патрубками, оснащеними фланцями для кріплення в системі турбонаддува.
  2. Турбінне колесо. Перетворює енергію відпрацьованих газів в обертання валу, на якому воно жорстко зафіксовано. Виготовляється з жароміцних матеріалів (залізо-нікелевий сплав).
  3. Компресорне колесо. Сприймає обертання від турбінного колеса і нагнітає повітря в циліндри двигуна. Колесо компресора найчастіше виготовляють з алюмінію, що знижує втрати енергії. Температурний режим на цій ділянці близький до нормальних умов, і застосування жароміцних матеріалів не потрібно.
  4. Вал турбіни (вісь) — з’єднує турбінне і компресорне колеса.
  5. Підшипники ковзання, або шарикопідшипники. Необхідні для кріплення вала в корпусі. У конструкції може бути передбачений один або два підшипника. Мастило останніх здійснюється загальною системою змащення двигуна.
  6. Пропускний клапан — призначений для управління потоком відпрацьованих газів, що впливає на колесо турбіни. Це дозволяє управляти потужністю наддуву. Клапан оснащений пневматичним приводом. Його положення регулюється ЕБУ двигуна, які отримують відповідний сигнал від датчика швидкості.

Принцип роботи турбокомпресора

Основний принцип роботи турбіни на бензиновому і дизельному двигунах полягає в наступному:

  • Відпрацьовані гази направляються в корпус турбокомпресора, де впливають на лопатки турбінного колеса.
  • Колесо турбіни починає обертатися і розганятися. Швидкість обертання турбіни при високих оборотах може досягати до 250 000 оборотів в хвилину.
  • Пройшовши через колесо турбіни, відпрацьовані гази відводяться в систему випуску.
  • Компресорне колесо синхронно обертається (оскільки знаходиться на одному валу з турбінним) і направляє потік стисненого повітря в інтеркулер і далі у впускний колектор двигуна.

Особливості експлуатації турбін

У порівнянні з механічним нагнітачем, що працює від приводу колінчастого вала, достоїнствами турбіни є те, що вона не забирає потужність у двигуна, а використовує енергію побічних продуктів його роботи. Вона дешевше у виготовленні і економічніше в експлуатації.

Хоча технічно пристрій турбіни дизельного двигуна практично не відрізняється від систем для бензинових моторів, на дизелі вона зустрічається частіше. Основна особливість полягає в режимах роботи. Так для дизеля можуть застосовуватися менш жароміцні матеріали, оскільки температура відпрацьованих газів в середньому становить від 700 ° С в дизельних двигунах і від 1000 ° С в бензинових моторах. Це означає, що встановлювати дизельну турбіну на бензиновий двигун не можна.

З іншого боку, для цих систем характерні і різні рівні тиску наддуву. При цьому варто враховувати, що продуктивність турбіни залежить від її геометричних розмірів. Тиск нагнітається в циліндри повітря складається з двох частин: 1 атмосфера тиску навколишнього середовища плюс надмірне, створюване турбокомпресором. Воно може варіюватися від 0,4 до 2,2 і більше атмосфер. Якщо врахувати, що принцип роботи турбіни на дизельному двигуні передбачає надходження більшого обсягу вихлопних газів, конструкція для бензинового мотора також не може встановлюватися на дизелях.

Види і термін служби турбокомпресорів

Основним недоліком роботи турбіни є що виникає на малих обертах двигуна ефект «турбоями». Він являє собою тимчасову затримку відгуку системи на зміну обертів двигуна. Для усунення цього недоліку розроблені різні види турбокомпресорів:

  • Система twin-scroll, або роздільний турбокомпресор. Конструкція має два канали, які поділяють камеру турбіни і, відповідно, потік відпрацьованих газів. Це забезпечує більш швидке реагування, максимальну продуктивність турбіни, а також запобігає перекриття випускних к
    аналів.
  • Турбіна зі змінюваною геометрією (зі змінним соплом). Така конструкція частіше використовується на дизелі. Вона передбачає зміну перетину входу в колесо турбіни за рахунок рухливості її лопатей. Зміна кута повороту дозволяє регулювати потік відпрацьованих газів, завдяки чому відбувається узгодження швидкості відпрацьованих газів і робочих оборотів двигуна. На бензиновому двигуні турбіна із змінною геометрією часто встановлюється на спортивних автомобілях.

До мінусів турбокомпресорів можна віднести і невеликий термін служби турбіни. Для бензинових двигунів він в середньому складає 150 000 кілометрів пробігу машини. У свою чергу, ресурс турбіни дизельного двигуна дещо більше і в середньому досягає 250 000 км. При постійній їзді на високих оборотах, а також при неправильному підборі масла терміни експлуатації можуть скоротитися в два або навіть в три рази.

Залежно від того, як працює турбіна, на бензиновому або дизельному двигуні, можна судити про її справності. Сигналом про необхідність перевірки вузла є поява синього або чорного диму, зниження потужності двигуна, а також поява свисту і скреготу. Для профілактики несправностей необхідно вчасно міняти масло, повітряні фільтри і регулярно проходити техобслуговування.