Со времени изобретения системы турбонаддува (далее – СТН) в его конструкции не возникло принципиальных изменений, хотя имеются некоторые вариации в типоразмерах и реализации тех или иных узлов. Познакомимся с работой и устройством СТН на примере наиболее распространенной модели турбонаддува Toyota СТ-20.

Определение “турбина”, часто используемое в качестве указания на то, что автомобиль оборудован СТН, не совсем корректно, поскольку собственно турбина является лишь одной из составных частей агрегата турбонаддува. СТН конструктивно включает в себя корпус, 1 упорный и 2 опорных подшипника, систему уплотнений, а также 2 улитки, в которых вращается вал с крыльчатками. Плюс пневмопривод, который управляет перепускным клапаном (правда, он применяется не во всех СТН). Назначение этого клапана – изменять обороты турбины и, как следствие, варьировать мощность компрессора. Если выходное давление газов из компрессора превышает оптимальное, пневмопривод открывает клапан, и часть газов напрямую сбрасывается в выхлопную систему. В результате обороты турбины резко уменьшаются.

Турбина – это крыльчатка, прочно насаженная на вал, в свою очередь приводящий в движение крыльчатку компрессора. Лопасти турбины изготовлены из специального жаростойкого композитного материала, компрессор – из алюминиевого сплава, а вал – из среднелегированной стали. Сразу же отметим, что эти детали неремонтопригодны, они во подлежат только замене. Исключением является разве что вал, который, если степень износа шеек превышает допустимую, можно перешлифовать и оснастить новыми подшипниками.

Корпус системы турбонаддува является составным и включает в себя центральную часть, корпус улитки турбины и корпус улитки компрессора. Центральная часть – это сплошная чугунная отливка, в которой вращается вал. Износу подвержены гнезда для подшипников и уплотнительного кольца. Износ исправляется расточкой гнезд под новый размер. Чугунная улитка турбины имеет сложную форму, формирующую турбулентный газовый поток, приводящий в движение турбину. Улитка компрессора – алюминиевая отливка с посадочным местом под компрессор. В процессе вращения компрессор сквозь центральный патрубок захватывает воздух, резко сжимает его и по кольцевому каналу нагнетает в двигатель. Принцип кажется вроде бы простым. Но эффективная работа СТН невозможна без высокой точности изготовления всех деталей со сложными поверхностями. Высокоточное литье создает немало проблем даже для хорошо оснащенной мастерской и опытных специалистов. Далеко не каждая деталь турбонаддува ремонтопригодна, иногда дешевле заменить вышедшие из строя узлы на новые.

Схема работы турбокомпрессора

Как на практике проявляется работа СТН? Многие предполагают, что турбонаддув, включаясь, обеспечивает резкий прирост тяги. Это мнение совершенно не соответствует реальному положению дел, поскольку СТН начинает работать одновременно с двигателем, а заканчивает вращаться после остановки двигателя. Первые же порции выхлопных газов из коллектора двигателя попадают в турбину и раскручивают вал с крыльчатками. На малых оборотах двигателя давление выхлопных газов вращает компрессор на холостом ходу, не создавая сопротивления всасыванию воздуха, а просто его перемешивая.

Когда обороты двигателя возрастают, на панели вспыхивает индикатор “TURBO” (при его наличии), и ощущается мягкий толчок в спину, свидетельствующий о резком наборе оборотов турбины устройства. Это означает, что СТН, включившись, вышел на рабочий режим порядка 110-115 тыс.об/мин. СТН эффективно накачивает воздух в двигатель. Одновременно в двигатель пропорционально подается большее количество топлива, что приводит к росту мощности на 50-70 %.

Детали турбонаддува функционируют в экстремальных условиях высокой температуры и большого количества оборотов (линейная скорость на краях лопаток – как у пистолетной пули, т.е. порядка 300 м/сек). Обороты подшипников также на грани допустимых. Чтобы обеспечить надежную и долговременную эксплуатацию СТН, принимаются дополнительные меры.

Параллельно с пуском двигателя масляный насос по системе каналов подает масло под давлением на подшипники СТН, вал вращается фактически на масляном слое. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее смазываются имеющиеся в СТН подшипники и вал турбины. Подшипники СТН изготавливаются из специальных материалов, в них обеспечены оптимальные зазоры. Меньшие зазоры могут привести к подклиниванию подшипников скольжения, большие – к срыву масляного покрова и работе на полужидкостном трении. Возникает риск перекоса вала и интенсивного износа в уплотнительном кольце. Оптимальность зазоров в парах подшипник – корпус, вал – подшипник заставляет заботиться о чистоте масла и масляного фильтра с особой тщательностью.

На долговечность эксплуатации подшипников скольжения не влияет, как в подшипниках качения, частота вращения. Коэффициент трения у корректно рассчитанных и работающих в оптимальных условиях масляной смазки подшипников скольжения составляет 0.001-0.005. Вместе с тем, при неоптимальных условиях эксплуатации из-за высокой вязкости масла, высоких окружных скоростей, малых зазоров коэффициент трения может увеличиться и достичь 0.1-0.2, что приводит к падению оборотов СТН, и, как следствие, к уменьшению его эффективности. Возрастание нагарообразования ухудшает условия теплоотвода, что является критичным для подшипников скольжения, которые хорошо работают при нагреве не выше 150 градусов С. Дальнейшее увеличение температуры работы подшипника скольжения приводит к увеличению риска разрыва масляного слоя вследствие разжижения масла и, как следствие, к заклиниванию трущихся пар. Кроме этого, высокие температуры эксплуатации обычных минеральных масел приводят к их быстрому окислению и потере ими смазочных свойств.

Купить турбокомпрессор

Получить купон на бесплатную диагностику турбины

Полезное по теме: ремонт турбокомпрессора   турбокомпрессоры   диагностика турбины   garrett   турбины schwitzer   holset