Двигатель вырабатывает энергию за счет сжигания топлива в цилиндрах для выполнения работы. Поскольку количество подаваемого топлива ограничено объемом воздуха, поступающего в цилиндры, выходная мощность двигателя, соответственно, также ограничена. Если рабочие характеристики двигателя уже находятся в оптимальном состоянии, увеличение выходной мощности может быть достигнуто только путем сжатия большего количества воздуха в цилиндрах для увеличения количества топлива, тем самым повышая способность двигателя выполнять работу.

Система турбонаддува — одна из наиболее распространенных систем принудительной индукции в двигателях с компрессором.

Если за тот же промежуток времени больший объем воздушно-топливной смеси может быть принудительно сжат внутри цилиндра (камеры сгорания) для сгорания (двигатель малого объема может «втянуть» тот же объем воздуха, что и двигатель большого объема, тем самым увеличивая объемный КПД), он может генерировать большую мощность, чем атмосферный двигатель при той же частоте вращения. Принцип аналогичен направлению электрического вентилятора в цилиндр, принудительно закачивая в него воздух для увеличения объема и, следовательно, достижения большей мощности. Разница заключается в источнике энергии: вместо электродвигателя вентилятор приводится в движение выхлопными газами, выбрасываемыми из двигателя.

Как правило, двигатели с таким принудительным наддувом обеспечивают увеличение мощности как минимум на 30-40%. Именно этот замечательный эффект объясняет высокую ценность турбокомпрессоров. Более того, обеспечение оптимальной эффективности сгорания и существенного увеличения мощности являются основными преимуществами, которые система турбонаддува предлагает автомобилю.

Итак, как же именно работает турбокомпрессор?

Сначала выхлопные газы, выходящие из двигателя, приводят в движение турбинное рабочее колесо на выпускном конце (правая сторона на схеме выше), заставляя его вращаться. Это вращение, в свою очередь, приводит в движение соединенное с ним компрессорное рабочее колесо на противоположной стороне (левая сторона). Затем компрессорное рабочее колесо принудительно забирает воздух через входное отверстие. Этот воздух сжимается вращающимися лопатками, прежде чем попасть в постепенно сужающиеся каналы сжатия для вторичного сжатия. Температура этого сжатого воздуха превышает температуру всасываемого воздуха, что требует охлаждения с помощью промежуточного охладителя перед впрыском в камеры сгорания. Этот циклический процесс составляет принцип работы турбокомпрессора.

Функция дроссельной заслонки

В системе впуска двигателя есть два основных компонента: во-первых, воздушный фильтр, отвечающий за фильтрацию примесей из воздуха; и, во-вторых, впускной коллектор, который направляет воздух в цилиндры. Внутри впускного коллектора находится важный компонент, известный как дроссельная заслонка.

Основная функция дроссельной заслонки — регулирование объема воздушно-топливной смеси, поступающей в цилиндры. Во время движения глубина нажатия на педаль акселератора напрямую влияет на открытие дроссельной заслонки. Чем глубже нажата педаль, тем шире открывается дроссельная заслонка, обеспечивая больший приток воздушно-топливной смеси и, следовательно, увеличивая частоту вращения двигателя.

Традиционные системы управления дроссельной заслонкой с тросовым приводом используют стальной трос, соединенный одним концом с педалью акселератора, а другим — с дроссельной заслонкой, с передаточным отношением 1:1. Этот метод обеспечивает неидеальную точность управления. В отличие от них, современные электронные системы управления дроссельной заслонкой используют датчики положения для передачи данных, таких как сила и амплитуда нажатия педали акселератора, в блок управления для анализа. Этот процесс интерпретирует намерение водителя, после чего ЭБУ вычисляет фактическое необходимое открытие дроссельной заслонки и выдает команды для управления двигателем дроссельной заслонки, обеспечивая тем самым точное управление дроссельной заслонкой.

Длина впускного коллектора является переменной?

Встроенный в впускной коллектор регулирующий клапан может разделять его на две секции, открываясь и закрываясь, тем самым изменяя его эффективную длину. Эта регулировка длины впускного коллектора в первую очередь служит для повышения эффективности впуска двигателя при различных скоростях вращения, что улучшает характеристики мощности во всем диапазоне оборотов.

Почему выпускной коллектор имеет такую странную форму?

Выхлопная система автомобиля в основном состоит из выпускного коллектора, трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, глушителя и выхлопных труб. Ее основная функция заключается в отводе продуктов сгорания из цилиндров в атмосферу.

Выпускные коллекторы, которые мы часто видим, имеют довольно необычную форму. Такая конструкция служит для минимизации помех между выхлопными газами из разных цилиндров или возникновения обратного потока, тем самым предотвращая любое негативное влияние на мощность двигателя.

Как турбокомпрессор повышает давление?

Турбонаддув обычно обозначается аббревиатурой Turbo или T. Если на задней части автомобиля видна маркировка типа 1.4T или 2.0T, это означает, что двигатель оснащен турбонаддувом.

Турбокомпрессор состоит в основном из двух компонентов: турбины и компрессора, соединенных приводным валом. Вход турбины соединен с выпускным коллектором двигателя, а ее выход — с выхлопной трубой. Вход компрессора соединен с впускным коллектором, а его выход — с впускным коллектором. Выхлопные газы, выходящие из двигателя, ударяются о турбину, заставляя ее вращаться с высокой скоростью. Это, в свою очередь, приводит в движение соосный компрессор, который быстро вращается, принудительно подавая сжатый воздух в цилиндры.

Турбонаддув в основном использует энергию выхлопных газов двигателя для привода компрессора, тем самым повышая давление всасываемого воздуха. Этот процесс практически не потребляет мощность двигателя, обеспечивая отличное устойчивое ускорение. Однако на низких оборотах турбокомпрессор не может включиться мгновенно, что приводит к некоторой задержке.

А что насчет механического наддува?

Механический наддув в основном заключается в использовании мощности коленчатого вала для привода механического воздушного компрессора, тем самым сжимающего воздух. Однако этот процесс влечет за собой определенные потери мощности двигателя во время работы.

Поскольку механический нагнетатель приводится в движение непосредственно коленчатым валом, он начинает работу всякий раз, когда двигатель работает. Следовательно, двигатель развивает впечатляющий крутящий момент даже на низких оборотах. Однако при работе на высоких оборотах механический нагнетатель приводит к значительным потерям мощности, что снижает прирост мощности.

Как работает двигатель с двойным турбонаддувом?

Двигатель с двойным наддувом, как следует из названия, — это двигатель, оснащенный двумя нагнетателями. Если двигатель использует два турбокомпрессора, он называется двигателем с двойным турбонаддувом.

Для устранения турболага в системах, работающих на выхлопных газах, две одинаковые турбины соединяются параллельно на выпускном коллекторе. На низких оборотах двигателя уменьшенный поток выхлопных газов может приводить турбины в движение на высоких оборотах, создавая достаточное давление наддува и тем самым минимизируя турболаг.

Как уже отмечалось, турбокомпрессоры демонстрируют задержку на низких оборотах двигателя, но обеспечивают существенное давление наддува на высоких оборотах, значительно увеличивая мощность двигателя без существенного его расхода. В отличие от них, механические нагнетатели приводятся в движение непосредственно вращением двигателя, что устраняет задержку турбокомпрессора, но приводит к некоторой потере мощности и обеспечивает более низкий уровень наддува. Сочетание этих двух систем позволяет их преимуществам дополнять друг друга.

Как и в случае с 1,4-литровым двигателем TSI, устанавливаемым на Volkswagen Golf GT, конструкторы объединили турбокомпрессор и компрессор. Компрессор установлен на впускной системе двигателя, а турбокомпрессор — на выпускной. Такое расположение обеспечивает эффективную подачу наддува во всем диапазоне оборотов двигателя, от низких до высоких.

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора довольно прост. Проще говоря, он использует выхлопные газы, выбрасываемые двигателем, для привода турбины. Эта турбина, в свою очередь, вращает вентилятор, соединенный с тем же валом, непрерывно подавая свежий воздух в цилиндры двигателя. В результате в цилиндры поступает больше воздуха за единицу времени, что повышает эффективность двигателя.

Турбокомпрессоры являются высокотемпературными компонентами, поскольку газы, приводящие их в действие, поступают непосредственно из выхлопных газов, выходящих из цилиндров, и достигают температуры от 900°C до 1000°C. При полной нагрузке частота вращения турбины может достигать 180 000–200 000 оборотов в минуту. Работа при таких экстремальных температурах и частотах вращения требует исключительно эффективной и стабильной смазки. Кроме того, функционирование в условиях высоких температур и высокого давления требует, чтобы все компоненты турбокомпрессора и смазочные материалы обладали превосходной термостойкостью и герметичностью. Следовательно, техническое обслуживание должно быть сосредоточено на следующих аспектах:

1. Выбор моторного масла

Многие автовладельцы оказываются в затруднительном положении при выборе моторного масла для замены. Повреждения турбокомпрессоров обычно возникают из-за износа сальников между агрегатом и впускным коллектором, что приводит к значительному расходу масла. Профессиональные исследования показывают, что значительная часть отказов сальников происходит из-за того, что автовладельцы не меняют моторное масло в соответствии с рекомендованными интервалами или используют некачественное масло. Это препятствует надлежащей смазке и отводу тепла от плавающего главного вала турбокомпрессора, что приводит к износу сальника при высоких температурах и, как следствие, к утечке масла.

Поэтому рекомендуется использовать в двигателях с турбонаддувом высококачественное моторное масло, обладающее превосходной термостойкостью и стойкостью к окислению, а также обеспечивающее соответствующее сокращение интервала замены масла.

2. Следите за тем, чтобы турбина оставалась чистой.

Зазор между валом турбокомпрессора и его подшипниковой втулкой чрезвычайно мал. Следовательно, если используется загрязненное моторное масло или если в систему попадают примеси из-за загрязненного масляного фильтра, это приведет к чрезмерному износу турбокомпрессора. Кроме того, если всасываемый воздух содержит значительное количество примесей, эти частицы пыли, попадающие в высокоскоростное рабочее колесо турбины, будут сталкиваться с ним. Это приводит к нестабильной работе турбины и ускоренному износу подшипниковых втулок и уплотнений. Поэтому автомобили, оснащенные турбокомпрессорами, должны уделять особое внимание своевременной замене как масляного, так и воздушного фильтров для поддержания чистоты турбокомпрессора.

3. Холодный запуск следует проводить постепенно; дайте двигателю поработать на холостом ходу некоторое время после прогрева, прежде чем выключать его.

На начальных этапах холодного запуска моторное масло обычно имеет низкую температуру и повышенную вязкость, что приводит к недостаточной смазке. Достижение нормальной рабочей температуры требует постепенного процесса и времени. Принудительная работа турбокомпрессора на полной нагрузке в течение первых нескольких минут приведет к увеличению износа и, следовательно, сократит срок его службы.

Правильный подход таков: в течение первых нескольких минут движения поддерживайте низкую скорость, чтобы масло достигло оптимального состояния, прежде чем увеличивать обороты двигателя. Это особенно важно в северные зимние месяцы, когда необходимо дать автомобилю прогреться после холодного запуска, прежде чем продолжать движение. Это выгодно как автомобилю, так и водителю.

При парковке, поскольку турбокомпрессор работает при чрезвычайно высоких температурах, рекомендуется дать двигателю немного поработать на холостом ходу перед выключением. На этом этапе масляная и охлаждающая системы двигателя остаются активными, что позволяет температуре турбокомпрессора постепенно снижаться. Следует отметить, что после выключения двигателя турбокомпрессор будет продолжать вращаться за счет инерции и по-прежнему нуждается в смазке маслом. Если резко выключить двигатель, вся система двигателя перестанет работать, резко прекратится как охлаждение турбокомпрессора, так и подача масла. В этом случае он будет полагаться исключительно на естественное охлаждение, что может значительно сократить срок службы турбокомпрессора.

4. Регулярные проверки важны

Подобно регулярным медицинским осмотрам, эта полезная привычка помогает нам своевременно выявлять неисправности турбокомпрессора и предотвращать проблемы до их возникновения. Например: осмотрите внешнюю поверхность турбокомпрессора на наличие поврежденных уплотнительных колец; проверьте соединения маслозаливной и маслоотводящей труб на предмет ослабления или утечек; осмотрите выпускной патрубок на наличие остатков масла; убедитесь, что стенки впускного канала компрессора не содержат масла; и прислушайтесь к необычным шумам или аномальным вибрациям. Если во время обычной эксплуатации будут обнаружены какие-либо из этих неисправностей, необходимо незамедлительно обратиться к специалисту для предотвращения более серьезных повреждений компонентов.