autoExpert




autoExpert » СТАТЬИ » Диагностика, техн. ремонта » Турбонагнітач. Майже вічний агрегат (частина І)

Турбонагнітач. Майже вічний агрегат (частина І)

Турбонагнітач – найскладніший і найтендітніший механізм сучасного автомобіля. Цей пристрій потребує великої уваги і догляду за певними правилами, інакше він може стати причиною багатьох технічних проблем, і фінансових втрат для власника автомобіля. Про головні правила експлуатації турбонагнітачів, відмінності їх ремонту і конструкцій – наша серія статей, підготовлених разом з директором київської компанії «ТУРБОБОСС» Віктором Васильовичем Бондарем.

Турбонагнітачі для автомобільних двигунів винайдені понад століття тому, і їх значення для світового автопрому з часом тільки зростає. Разом з тим, в автомобілі це найскладніший для ремонту агрегат, і підступитися до нього наважаться не всі навіть фірмові СТО. Власне, на СТО вони й не ремонтуються. У кращому випадку там їх можуть хіба що замінити. Здавалось би, парадокс: фірмова СТО не може відремонтувати власний агрегат. Але ніякого парадоксу тут немає. Для того, щоб відремонтувати турбонагнітач (не просто замінити його робочу чи корпусну частину, а відремонтувати окремі деталі), треба мати не тільки токарні і шліфувальні верстати, точність яких становить 1-2 мкм, і які коштують дорожче, ніж усе інше обладнання СТО, разом узяте. До верстатів треба ще й висококваліфікованих токарів, а також високоточні вимірювальні прилади, яких просто так вам ніхто не продасть навіть за готові гроші. Само собою, треба мати і відповідні контрольно-випробувальні стенди. Без такого обладнання, і таких фахівців будь-які розмови про ремонт турбонагнітачів – це лірика і теорія, яка нічого спільного з практичною роботою не має. Просто турбонагнітач не автомобільний агрегат, а авіаційний. Він працює на обертах 100-150 тис. за хвилину, і автомобільні ремонтні технології для нього не придатні.

Турбонагнітач. Майже вічний агрегат (частина І)

У Віктора Бондаря є і верстати, і стенди, і найточніші в світі мікрометри. Щодо фахівців, то на підприємстві працюють токарі не нижче шостого розряду – досвідчені кадрові робітники авіазаводу та різноманітних підприємств ВПК. Їх майстерність вимірюється вже не розрядами, а вмінням гарантовано підтримувати верстати в робочому стані, з дотриманням їх точності в заданих параметрах. Точність відновлених ними деталей – вища, ніж у провідних заводів-виробників, а якість балансування турбіни не просто краща, а перевищує за своїми параметрами у 50-100 разів вироби хоч англійських, хоч німецьких, хоч американських компаній. Так що технічні параметри агрегату після ремонту на TurboBoss стають вищими, аніж у провідних європейських виробників. В Україні таких підприємств більше немає. Ось чому до бесіди про турбонагнітачі ми запросили саме Віктора Васильовича. Поза сумнівом, надана ним інформація буде і цікавою, і дуже корисною. Отже, йому й слово.

Розповідає Віктор Бондар:
«Спочатку зупинимося на деяких відмінностях турбонагнітача як агрегату, встановленого на двигуні автомобіля.
По-перше, як вже зазначалося, турбонагнітач – це не зовсім, так би мовити, автомобільний агрегат, швидше – авіаційний. Для його ремонту треба дороге і високоточне обладнання, якого навіть на фірмових сервісах немає. І технології ремонту зовсім не такі, як, наприклад, для двигуна чи ходової частини. Тому бракує і фахівців, які могли б дати власникам автомобілів елементарну пораду щодо профілактики турбонагнітача і запобіганню його несправностей.

По-друге, вони фактично є індикаційним агрегатом: по їх зовнішньому вигляду, стану газоходів, каналів, ротору, підшипників можна діагностувати двигун. Наприклад: через турбіну проходять вихлопні гази, і по стану чавунної частини корпусу ми бачимо, як формується вихлопна суміш – якщо «заливають» форсунки, тобто суміш збагачена, – оплавиться ротор. Якщо нестача повітря – корпус буде закіптюжений. Якщо повітря погано фільтрується – це видно по повітряній (так званій «кавітаційній») корозії компресорного колеса. По валу і підшипниках відразу видно якість експлуатаційних матеріалів – якщо мастило хоч трохи «не те», при таких високих обертах вала воно коксується, і чим воно гірше, тим коксується швидше. За станом турбіни можна також досить точно визначити фактичний пробіг автомобіля. Тому, якщо нам приносять турбонагнітач, а машина в цей час – на сервісі, ми туди телефонуємо, і підкажемо, що треба робити з двигуном чи його системами. Або скажемо про це водієві, тому що претензії по турбонагнітачеві – у першу чергу до нас, а він нормально працює тільки тоді, коли всі системи двигуна функціонують бездоганно, а пальне і мастила відповідають стандарту. До речі, якість сервісу по турбіні теж видно.

Турбонагнітач. Майже вічний агрегат (частина І)

Турбінне колесо із слідами оплавлення через надмірно збагачену паливну суміш

Скільки я знаю таких випадків, коли людина мучиться з ремонтом, врешті-решт купує новий турбонагнітач, а він ламається на другий день! Купує ще один – і той «летить». І тільки після цього такий клієнт починає тебе слухати, і з подивом дізнається, що і машина у нього прекрасна, і сервіс чудовий, і все в порядку, за винятком одного – в двигун треба було заливати трохи густіше, «ремонтне» мастило, тому що машина пройшла кількасот тисяч кілометрів, і тиск мастила став для турбіни замалий, хоч для двигуна в цілому він годиться. Просто турбіна на подібні речі реагує першою. А на сервісі на таку обставину реагують не завжди. Тобто турбонагнітач в подібних питаннях потребує індивідуального підходу.

Слід пам'ятати, що в турбіні майже немає тертя – це механізм, який теоретично, при дотриманні умов експлуатації, може працювати «вічно». Головні чинники, які зменшують цей строк – неякісний сервіс, неякісне мастило, неякісне пальне, і несправний повітряний фільтр. Тим більше, якщо вони діють одночасно, що дуже характерно для України і СНД. А в цьому плані ніякий сервіс нікому нічого не гарантує, і знайти «крайнього» практично неможливо. Але спеціалісту турбіна відразу покаже, хто неправий. Тому ремонт турбін у нас ще довго залишатиметься актуальним питанням.

Турбонагнітач – один із головних агрегатів у плані забезпечення екологічно чистого вихлопу, оскільки більший тиск в циліндрі сприяє якіснішому згорянню пального. Турбонагнітачі постійно удосконалюються. Раніше на двигун ставили тільки один, а тепер, буває, і по два – і послідовного з'єднання, і паралельного. У BMW останніх серій вже ставлять і по три. Це надзвичайно перспективний напрямок розвитку автомобілебудування.

Тому давайте розглянемо питання про те, що таке турбонагнітач як механізм.

Потужність двигуна внутрішнього згоряння істотно залежить від ступеня стиснення робочої суміші. У звичайному ДВЗ (без турбонагнітання) поршень стискає суміш, початковий тиск якої дорівнює атмосферному. Якщо на початку такту стиснення в циліндр нагнітити повітря і підвищити цей тиск, скажімо, на 2 Бар, то ступінь стиснення збільшиться, а потужність двигуна (звичайного, серійного) зросте в 1,5-2 рази! 200 к.с. для звичайного півторалітрового двигуна – це сьогодні норма. Але, чим вище тиск нагнітання, тим вищою буде потужність двигуна. На спортивних машинах тисячею кінських сил нікого не здивуєш, а від півторалітрового двигуна BMW-2000 отримували майже півтори тисячі. Такі навантаження блоки циліндрів і колінвал витримували.

Турбонагнітач. Майже вічний агрегат (частина І)

Компресорне колесо із слідами кавітаційної корозії через погану фільтрацію повітря (повітряний фільтр порваний, або замінювався неохайно)

Для нагнітання до камери згоряння повітря під надлишковим тиском служить турбонагнітач. Винахідником цього цікавого пристрою ще в 1905 р. став швейцарський винахідник Альфред Бюші. Серійно турбонагнітачі почали встановлювати вперше на автомобілях SAAB і Porshe. Принципово турбонагнітачі для вантажних і легкових автомобілів не відрізняються нічим, хіба що розмірами, і ремонтуються, по суті, однаково. Разом з тим, розмаїття конструкцій турбонагнітачів дуже велике.

Нині турбонагнітачі поділяються за класами, типами, виробникам, за системою охолодження (повітряного і рідинного), на некеровані і керовані. Останні, в свою чергу, поділяються залежно від керування потоком нагнітання – на вакуумні, електромеханічні або електронні. З'явилися і турбонагнітачі з додатковим електродвигуном, який допомагає розкручуванню двигуна на низьких обертах (Toyota модельного ряду 2007 р.).

Також турбонагнітачі поділяються залежно від застосовуваних підшипників (ковзання або кочення). Вибір типу підшипників визначається їх перевагами і недоліками, а також вимогами, які пред'являються до турбонагнітача.

Шарикопідшипники мають в 2-3 рази менші механічні втрати на тертя, ніж підшипники ковзання (за винятком «плаваючих»), і забезпечують комфортні умови пуску турбонагнітача, особливо при низьких температурах. Разом з тим, шарикопідшипниковий вузол складний, самі вони дорогі, не такі довговічні, вимагають індивідуальної системи змащення, а також пружних демпферних опор, які зменшують динамічні навантаження.

Турбонагнітач. Майже вічний агрегат (частина І)

Найточніші в світі вимірювальні прилади Mitutoyo

Підшипники ковзання, в свою чергу, поділяються на коливальні, плаваючі, нерухомі і клинові (останні два застосовуються для великих турбонагнітачів). У них набагато простіша конструкція, вони дешевші, і можуть працювати на мастилі, яке циркулює в системі змащення двигуна. Практично не вимагають догляду, досить довговічні, і забезпечують ресурс роботи турбонагнітача часом аж до капітального ремонту двигуна.

В автомобільних турбонагнітачах так званий «плаваючий» підшипник практично витіснив усі інші. Це звичайна бронзова втулка – опора, в якій обертається турбінний вал (ротор). «Плаваючою» вона називається тому, що «спливає» на масляній плівці, і обертається в корпусі турбонагнітача, зі швидкістю приблизно 1/100 швидкості обертання вала (ротор у самій втулці обертається набагато швидше – більше 100 тис. об./хв.). Така конструкція дозволяє гасити мікровібрації, що залишилися після балансування ротора, оскільки підвищення точності балансу цього агрегату – надзвичайно складне завдання, і потребує дуже точного вимірювального обладнання.

Найбільш поширеним на сьогодні видом автомобільних турбонагнітачів є відцентровий повітряний насос, який приводиться в дію вихлопними газами, що розкручують турбінну крильчатку, з'єднану через вал з компресорною (нагнітаючою) крильчаткою в іншій частині корпусу насоса. Тобто на турбінному валу закріплені дві крильчатки: одна розкручується вихлопними газами, а друга нагнітає в циліндри повітря за рахунок енергії вихлопних газів. В принципі, це дуже проста конструкція, але шалені оберти, на яких працює турбіна, ставлять виняткові вимоги до всього агрегату. В цьому й криються всі проблеми.

Існують ще й механічні нагнітачі (компресори), які приводяться в обертання за допомогою ременя від колінвалу двигуна. Суттєва відмінність компресорів від турбонагнітачів полягає в тому, що перші гарантують достатню подачу повітря на низьких обертах двигуна, і забезпечують крутильний момент з мінімальних обертів. А ось на максимальних вони з подачею повітря справляються, на жаль, слабко.

До недоліків механічних компресорів однозначно слід віднести низький ресурс. На Volkswagen Corrado цей пристрій після 110 тис. км пробігу починав підтікати, після 170 тис. припинялося нагнітання повітря, а через 200 тис. км він ламався остаточно.

Турбонагнітач – протилежність механічному нагнітачеві. Він запізнюється в зоні низьких обертів двигуна (до 2000 об/хв.), але добре справляється з подачею на максимальних обертах. Слід зауважити, що сучасні системи управління турбонагнітачем дозволяють мінімізувати цей провал, т.зв. «турбояму» низьких обертів.

Технічних рішень в управлінні подачею повітря є багато. Найпоширеніше з них у турбонагнітачах для дизельних двигунів – система Guenti, винайдена фахівцями фірми Garrett. Це система рухомих лопатей, яка знаходиться в корпусі турбіни. За допомогою вакуумного механізму і регулюючого клапана лопаті повертаються, і змінюють розмір прохідного перетину вихлопних газів в зоні роботи крильчатки турбіни.

Коли автомобіль заводиться, спрацьовує вакуумний пристрій, він приводить в дію клапан, який нахиляє лопаті, і турбіна з мінімальних обертів двигуна починає ефективно працювати. Після того, як вона досягла необхідних обертів, вакуум слабшає, лопаті повертаються в початкове положення, і турбіна продовжує працювати, але без надлишку нагнітання повітря в двигун.

Повітря в турбіну забирається з повітряного фільтру через витратомір. У корпусі компресора повітряний потік розкручується, і під впливом відцентрових сил, що забезпечують необхідний надлишковий тиск, потрапляє у впускний колектор двигуна.

Корпус турбонагнітача складається з трьох частин: чавунної, приєднуваної до вихлопного колектору, і силумінової, що працює в парі з впускним. Обидві частини через прокладки приєднуються до картриджу, в якому і міститься турбіна на підшипниках. Корпусні деталі турбонагнітача утворюють повітряні протоки турбінної і компресорної частин агрегату за межами крильчаток, і значною мірою визначають його к. п. д., який безпосередньо залежить від плавності формованих ними газових струменів – вихлопного і повітряного. Тобто корпусні деталі виготовляються з урахуванням їх аеродинамічних задач.
Тиск, створюваний нагнітачем, регулюється тиском вихлопних газів на турбінну крильчатку. Якщо нагнітач створив необхідний тиск, і продовжує його підвищувати, у вихлопній частині корпусу нагнітача спрацьовує клапан, і частина вихлопних газів скидається у вихлопну трубу, а їх тиск на турбінне колесо відповідно зменшується.

Турбонагнітач. Майже вічний агрегат (частина І)

На такому стенді фахівці TurboBoss балансують турбінні вали у 50-100 разів точніше, ніж будь-який світовий виробник турбонагнітачів

На сучасних автомобілях турбонагнітачем керує електроніка. В «управлінський ланцюжок» турбонагнітача дизельного двигуна входять витратомір повітря, комп'ютер керування двигуном, а також електроклапан, який керує вакуумним клапаном. Бортовий комп'ютер узгоджує роботу паливної системи і турбонагнітача: «наказавши» паливній системі впорснути в циліндри певну кількість пального залежно від натискання водієм на педаль акселератора, комп'ютер миттєво вираховує тиск нагнітання, і регулює його шляхом дозування потоку вихлопних газів, які тиснуть на турбіну. Тобто турбонагнітач працює в, так би мовити, пошуковому режимі, і комп'ютер постійно оптимізує його роботу залежно від положення педалі газу, зміни передачі і т. ін.

Схема управління турбонагнітачем на інжекторних двигунах від вищенаведеної істотно не відрізняється.

Окремо слід зазначити механічні шнекові, або, як їх ще називають, роторні компресори. Вони нагнітають повітря за допомогою двох з'єднаних черв'яків, які працюють спільно на зразок шестерного насоса. Застосовуються вони, наприклад, на 2-літрових двигунах Mercedes і 2,5-літрових Mazda. Їх появу в автомобілебудуванні можна віднести до розряду експериментів заводів-виробників, які шукають нових технологій. Це ж саме стосується і керамічних турбін.

Раніше турбонагнітачі були простіші за конструкцією. У них сапунний клапан сполучався напряму з корпусом компресорної частини, але у сучасних моделях така схема неприйнятна, оскільки для них вона дуже інертна, і не встигає спрацьовувати вчасно.

Модельний ряд турбін дуже широкий. Наприклад, вага турбін, які нам доводилося балансувати, коливалася від 70 грамів (для легковиків), до 5 кг (тепловозні). А бувають і набагато важчі.

У світі щороку виробляється близько 10 млн. турбонагнітачів, та цієї кількості недостатньо для забезпечення потреб автомобільної промисловості. Заводи по виготовленню цих агрегатів у Європі працюють цілодобово, але все одно не можуть задовольнити попит. Тому виникають інші, менш досвідчені і менш відомі компанії, які прагнуть заповнити нішу, хоча виходить це не у всіх.

Основних виробників турбонагнітачів у світі не більше десятка. Взагалі про турбіни перш за все слід знати, хто їх виготовляє, тому що від цього напряму залежить їх якість. Провідні виробники – ККК, Garrett, Holset, Schwitzer, Mitsubishi, IHI, Hitachi. Китайські вироби, до речі, теж добрі, але в тому випадку, якщо виробництво контролюється європейцями або американцями. Окрім дешевої робочої сили, китайці мають ще й ту перевагу, що світові родовища металів, з яких виготовляється турбіна – нікелю, хрому, ванадію, знаходяться переважно в Китаї.

Ми достатньо вивчили ринок, і якщо на TurboBoss приносять якусь турбіну, ми по її зовнішньому вигляду і якості обробки поверхонь деталей зможемо сказати, в якій країні, на якому заводі вона зроблена, і чого від неї чекати».

Підготував Сергій Пархомов, журнал autoExpert №8 2012.



Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 (голосов: 0)


Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Архив

Август 2018 (4)
Июль 2018 (29)
Июнь 2018 (13)
Май 2018 (21)
Апрель 2018 (25)
Март 2018 (26)


Для размещения рекламы обращайтесь в рекламный
отдел по телефону:

+38 (067) 537-82-42