Решение задачи по увеличению эффективности двигателя заключается в принудительной вентиляции: речь идет о повышенной подаче свежего воздуха в камеру сгорания двигателя благодаря использованию турбонагнетателя. В сегменте грузовых автомобилей турбонагнетатели стали использоваться уже в 30-х годах прошедшего столетия. А повсеместное использование этой технической инновации в легковых автомобилях началось в 60-х годах. Вначале турбонагнетатели использовались исключительно для увеличения мощности с сохранением объема двигателя, но на сегодняшний день они стали важным средством, помогающим соблюдать все более ужесточающиеся требования по содержанию вредных веществ в выхлопных газах. А еще турбонагнетатель — это ключевая технология, позволяющая уменьшить размеры двигателя с сохранением его мощности.

Принцип работы турбонагнетателя: турбинное колесо, приводимое в движение ОГ, автоматически нагнетает свежий воздух в цилиндр.

Безнаддувный двигатель: техническое решение, которое имеет свои границы
В полностью безнаддувном двигателе поршень, передвигаясь до нижней мертвой точки, создает в цилиндре вакуум. Созданный таким образом вакуум способствует засасыванию свежего воздуха, который необходим для сгорания топлива. Чем больше свежего воздуха находится в цилиндре, тем больше может быть объем подаваемого и сжигаемого топлива. Но из-за увеличения числа оборотов промежуток времени, в течение которого впускные клапаны открыты, снижается до долей секунды, двигателю становится все труднее и труднее засасывать достаточное количество воздуха. Т.е. безнаддувный двигатель сам устанавливает себе ограничение в своей работе по мощности и по числу оборотов.

Двигатель с турбонаддувом: больше воздуха — больше мощности
Несмотря на то, что продолжительность фазы открытия клапанов является такой же короткой, при использовании турбонагнетателя в цилиндр поступает большее количество воздуха. При этом турбонагнетатель играет роль компрессора. Процесс сжатия свежего воздуха осуществляется уже в системе впуска. После разблокировки клапанами пути в цилиндр в него одновременно нагнетается увеличенный объем воздуха и, следовательно, кислорода. Путем подачи большего количества топлива можно увеличить мощность и оптимизировать процесс сгорания.

Рециркуляция ОГ для повышения эффективности
Возникающие в процессе сгорания отработавшие газы выходят в безнаддувном двигателе с большой скоростью через выхлопную трубу в атмосферу. Система турбонаддува использует содержащуюся в отработавших газах (ОГ) энергию: вначале отработавшие газы проходят через турбонагнетатель, где они приводят в движение турбину. Турбина связана с помощью смонтированного на подшипниковых опорах вала непосредственно с рабочим колесом — колесом нагнетателя — на стороне впуска свежего воздуха. Т.е. выходящие ОГ приводят турбинное колесо в движение, и свежий воздух автоматически нагнетается в цилиндр.

Высокий потенциал мощности
С помощью турбонаддува мощность безнаддувного двигателя можно увеличить почти в два раза. Альтернативный вариант заключается в сохранении мощности, но значительном уменьшении объема двигателя, т.е. реализации концепции уменьшения размеров двигателя с сохранением его размеров. В эпоху повсеместной гибридизации и электрификации двигателей компания MAHLE обращает внимание на высокий потенциал двигателя внутреннего сгорания и представляет разработанную демонстрационную модель агрегата на 1,2 л, который, в зависимости от типа наддува, достигает мощности до 147 кВт (200 л.с.).

Задача: привести массы в движение
Колеса на обеих сторонах вала ротора являются массами, которые необходимо привести в движение. Другой массой, которую следует привести в движение (и которая в первый момент оказывает сопротивление), является свежий воздух. До того момента, пока все эти массы не придут в движение, турбинному колесу с приводом от ОГ предстоит выполнить тяжелую работу. Следствием этого является, в зависимости от техники регулирования турбонагнетателя, характеристика срабатывания с более или менее явной задержкой: обстоятельство, известное как «турбояма». Еще одну проблему представляет собой нагревание новой порции воздуха. При сжатии воздух нагревается. А чем выше температура свежего воздуха, тем меньше возможный объем подаваемого топлива. Именно в бензиновых двигателях повышается риск неконтролируемого самовозгорания топлива в условиях нагретого воздуха и возникновения детонации. Этот феномен не только снижает мощность, но и ведет к повреждению двигателя. Использование интеркулера позволяет эффективно противодействовать детонации двигателя. Интеркулер обеспечивает эффективное охлаждение нагретого воздуха.

Турбонагнетатель: агрегат высокой мощности
Турбонагнетатели испытывают не только экстремально высокие температуры (почти 1000 °C в бензиновых и до 800 °C в дизельных двигателях), но и подвергаются коррозионному воздействию со стороны ОГ и выдерживают высокие центробежные силы, которые требуют оптимального размещения и балансировки вала ротора. Тем не менее, колеса современных турбонагнетателей для легковых автомобилей могут всего примерно за 3 секунды выполнить ускорение с 0 до 330000 об./мин под воздействием привода со стороны ОГ, в то время как инерционные массы оказывают сопротивление на стороне впуска свежего воздуха. Поэтому возникающие на валу ротора напряжения очень высоки.

The turbo charger: Reason for failure and its effect.

Повреждения турбонагнетателя — это результат других дефектов
Турбонагнетатели создаются, рассчитываются и изготавливаются так, что их ресурс всегда выше срока службы двигателя. Однако они нередко преждевременно выходят из строя, и турбонагнетатель и интеркулер приходится заменять. При этом их поломка является не причиной, а следствием другого дефекта.

Не заменять турбонагнетатель, не зная причину неисправности!
Если автомобиль не развивает достаточную мощность, отличается высоким расходом масла или повышенным выделением дыма, то подозрение часто падает на турбонагнетатель, но зачастую такое подозрение является необоснованным. Замена турбонагнетателя без проведения точной диагнос-тики неисправности сопряжена с рядом опасностей.

Если, например, происходит замена турбонагнетателя, хотя причиной неисправности является расходомер воздуха или другие детали системы выхлопа ОГ, возникает опасность повреждения нового турбонагнетателя, а в худшем случае и всего двигателя.

Обязательная процедура при замене турбонагнетателя
Заменяя турбонагнетатель, следует контролировать не только работу двигателя, но и в обязательном порядке осуществлять и описанные ниже работы:

- Контроль и очистка выхлопного тракта и системы рециркуляции ОГ

- Замена всех фильтров двигателя (масляный, воздушный и топливный фильтры)

- Замена масла

- Контроль давления масла

- Контроль пропускной способности масла в турбонагнетателе

- Замена монтажного комплекта

- Контроль всасывающего тракта на герметичность  

- При необходимости замена интеркулера

Важно помнить: если выполняется замена турбонагнетателя вследствие его неисправности, следует заменить и интеркулер. Потому что те частицы, которые вызвали разрушение турбонагнетателя (или частицы материала самого турбонагнетателя), осаждаются в интеркулере. Конструкция интеркулера не допус-кает его очистку, и те частицы, которые в нем находятся, при дальнейшей эксплуатации неминуемо попадут во всасывающий тракт, повредят турбонагнетатель, а потом и двигатель.

Brochure turbo charger

MAHLE Original: эксперты информируют о турбонагнетателях
Каждый турбонагнетатель MAHLE Original поставляется с приложением комплексной информации по его ремонту. Ассортимент дополняют точно подходящие монтажные комплекты. В особо ответственных случаях следует заменять и другие детали.

Подспорьем при проведении надежного анализа неисправности турбонагнетателя служит выпущенная MAHLE брошюра с описанием неисправностей, в напечатанном виде вы можете получить ее у дистрибьютора продукции MAHLE Aftermarket, а электронный вариант можно загрузить на сайте www.mahle-aftermarket.com.