Что такое турбина простым языком

Дело в том, чтобы увеличить мощность двигателя, нужно, помимо всего остального, больше воздуха подать в камеры сгорания. На «атмосферниках» это делается увеличением объёма силового агрегата.

В них поршень самостоятельно всасывает большой объём воздуха в камеру сгорания. Происходит это за счет разряжения, создаваемого над поршнем. Поэтому они называются «атмосферники» – внутрь воздух подается при атмосферном давлении.

Чтобы не увеличивать объём мотора, но повысить его мощность, были придуманы нагнетатели. Они сжимали воздух и под избыточным давлением подавали его в камеру сгорания. То есть, вдували воздух. Отсюда и название «турбонаддув» – надувают моторы воздухом.

Существует два вида нагнетателя:

1. Турбонагнетатель, она же турбина. Был разработан в Европе и применятся в европейских машинах.
2. Компрессор. Его придумали в США, там его и устанавливали до конца 20 века.

Существенных различий между этими двумя типами нагнетателей достаточно. Поэтому, если интересно – разберем подробно в следующий раз.

Она состоит:

1. Из корпуса
2. Внутренней части – картриджа.
3. Перепускного клапана, он же «калитка». Им управляет актуатор турбины, он же Вестгейт.

В свою очередь корпус можно условно разделить на две части: горячая и холодная части. Так как турбина работает за счет энергии выхлопных газов, а они горячие, то ту часть, через которую они проходят и называют «горячей». Холодная – через неё всасывается уличный воздух, там же он сжимается до определенного давления.

Картридж турбины

Он состоит из двух крыльчаток, насаженных на противоположные стороны одного штока. Крыльчатки это и есть лопасти турбонагнетателя, которые вращаются и выполняют полезную работу.

На оси штока находится подшипник. Он позволяет беспрепятственно вращаться крыльчаткам и удерживает их в фиксированном радиальном и осевом положении, не допуская люфта. Именно люфт относительно корпуса является самой распространенной неисправностью турбины.

К этому подшипнику подводиться моторное масло для его смазки. В некоторых типах турбин оно используется для его охлаждения. Современные виды турбонагнетателей оснащены жидкостной системой охлаждения. Через патрубки подводиться тосол или антифриз из системы охлаждения двигателя.

Актуатор

Это отдельный узел, установленный на корпусе турбонагнетателя. Он состоит из нескольких частей:

1. Пневмоклапана, внутри находится мембрана, соединенная со штангой.
2. Тяги вестгейта.
3. Перепускного клапана, он же «калитка».

Пневмоклапан актуатора регулирует степень открытия перепускного клапана. При изменении разряжения в пневмоклапане, мембрана изгибается и тянет за собой штангу. Она поворачивает тягу, за которую закреплена «калитка». Открываясь, она снижает уровень наддува.

Читайте также: Какие виды актуаторов турбин бывают и как они работают

Если она использует энергию выхлопных газов, то логично её искать недалеко от выпускного коллектора. Поэтому, от двигателя двигаемся по трубам выпуска и находим узел с двумя улитками. Одна из которых соединена с выпуском, вторая с впуском.

То есть, выхлопные газы проходят через одну улитку и уходят в выхлопную трубу. А воздух от воздушного фильтра проходит через вторую улитку и идет к интеркулеру – дополнительному радиатору спереди автомобиля.

На разных машинах она может находиться впереди или сзади двигателя. В зависимости от того, в какую сторону выведен выпускной коллектор. В некоторых моделях авто, турбокомпрессор сделан единым узлом с выпуском.

Отработанные газы из двигателя попадают в горячую часть турбонагнетателя. Проходя через лопасти крыльчатки, они её раскручивают. После этого, выхлопные газы уходят в выхлопную систему и в атмосферу. Чем выше скорость газов, тем выше скорость вращения лопаток турбоколеса.

Так как оно жестко соединена осью с лопастями холодной части, они начинают вращаться с такой же скоростью. Чем выше их скорость, тем больше воздуха всасывается с улицы. Воздух сжимается и с избыточным давлением поступает через интеркулер во впускной коллектор.

Значит, чем сильнее вы нажимаете на педаль газа, тем выше обороты двигателя, и выше обороты турбины. А значит, больше давление воздуха на впуске.

Видео, принцип работы турбины в машине простыми словами:

Поэтому, на низких оборотах мотора, турбина почти не работает. Если резко нажать на газ, то возникает эффект «турбоямы» – это краткосрочное явление, во время которого раскручивается турбонагнетатель и выходит на свою номинальную производительность. В это время наблюдается небольшой провал в тяге, мотор рычит, но не едет.

На определенных режимах работы силового агрегата, нужно уменьшить степень наддува. Для этого в работу вступает клапан вестгейта. Он приоткрывается, часть выхлопных газов проходят мимо лопастей турбины прямо в выпускную систему. Обороты снижаются, и снижается производительность турбокомпрессора. Значит, уменьшается количество всасываемого воздуха и его давление на впуске.

Этот клапан называют еще байпасом. Потому что газы проходят байпасом, мимо крыльчатки турбины.

Во время работы турбины подшипник нагревается от температуры выхлопных газов. В старых типах для его охлаждения используют моторное масло, которое подается из системы смазки двигателя. В современных турбокомпрессорах применяется охлаждающая жидкость из системы охлаждения силового агрегата.

Поэтому, снижение давления масла в системе или уменьшение его количества сокращает срок службы подшипника, а значит и турбины. Неполадки в системе охлаждения двигателя также ведет к перегреву подшипника и его разрушению. Из-за этого появляется люфт на оси лопаток.

Как следствие:

1. Через разрушенный подшипник масло попадает во впускной коллектор.
2. Лопатки турбины, разрушаясь, могут цепляться за стенки улитки. Их может заклинить.
3. Уменьшается производительность и степень наддува. Появляется ошибка «недодув» или низкая производительность турбокомпрессора.
4. Закисание клапана актуатора приводит к передуву или недодуву турбины, в зависимости от того, в каком состоянии он заклинил. Если в открытом положение – недодув, если в закрытом – передув.

Всё это приведет к замене дорогостоящего агрегата. Хотя его уже научились ремонтировать. В продаже появились отдельные компоненты турбонагнетателя, которые можно менять по отдельности.

Тягу перепускного клапана нужно периодически расхаживать и смазывать жаростойкой смазкой. Это продлит срок службы калитки вестгейта. В запущенных случаях ломается шток, здесь только полная замена актуатора.

Это мы рассматривали сингл-скролл турбины классического типа. Теперь вкратце поговорим о других видах турбонагнетателях в автомобиле. В чём их преимущество и зачем заморачивались инженеры.

Твинскрольные

Это турбины для машин, которые имеют в горячей части два отдельных канала для подачи отработанных газов от двигателя. Кроме этого, они имеют разный угол наклона лопаток по длине крыльчатки, омываемой выхлопными газами.

При определенных режимах работы мотора, часть выхлопа попадает через первый канал на лопатки с одним изгибом. В других режимах, газы проходят через второй канал на лопатки с большим углом изгиба.

Таким образом повышается эффективность турбина на разных режимах работы двигателя. Такой конструкцией производители хотели избавиться от эффекта турбоямы, вместо установки битурбо систем на один мотор.

С изменяемой геометрией

Это турбокомпрессор, у которого изменяется геометрия горячей части. В простых агрегатах устанавливается одна заслонка на входе в улитку. В современных автомобильных турбонагнетателях внутри улитки ставят несколько заслонок вокруг крыльчатки. Их поворот направляет поток газов на лопасти турбоколеса.

Изменение сечения горячей части турбины увеличивает её производительность на низких оборотах двигателя. Это снижает эффект турбоямы или турболага. Механизмом изменения геометрии, то есть, этими заслонками, управляет ЭБУ двигателя.

1. Следить за чистотой и состоянием масла в двигателе. Это напрямую влияет на «долговечность» турбонагнетателя.
2. Современные виды турбины, кроме масла, требовательны к чистоте системы охлаждения мотора. Перегрев подшипника турбины приведет к его разрушению.
3. После поездки, даже непродолжительной, рекомендуется не глушить сразу двигатель. Нужно 1-2 минуты дать ему «потарахтеть» на холостых оборотах, чтобы остыл турбокомпрессор.
4. Периодически расхаживать и смазывать жаропрочной смазкой тягу вестгейта. Особенно это актуально для подержанных Гольф 7 и автомобилей концерна VAG. Если она закиснет, то может обломать шток актуатора. Из-за этого снизится давление турбонаддува мотора.