Температура турбины дизельного двигателя выхлопных газов
Температура выхлопных газов дизельного двигателя на выходе глушителя
Каждые пять лет в Европе принимают новые экологические нормы. Как назло, наибольшие ужесточения касаются тех выбросов, которые более характерны для дизеля, — речь об оксидах азота и твердых частицах. От Евро‑3 до Евро‑6 допустимый уровень понизили соответственно в восемь и десять раз.
Даже при нормальном сгорании дизельного топлива неизбежно образование твердых частиц — сажи. А режимов неполного сгорания предостаточно, причем в каждом выбросы сажи повышаются многократно. Пресловутые оксиды азота образуются в камере сгорания при высокой температуре и большом избытке воздуха в топливовоздушной смеси, на котором, собственно, и работает дизельный двигатель. Из-за этого же избытка воздуха привычный нейтрализатор не способен их обезвреживать.
Для начала инженерам пришлось внедрить систему рециркуляции отработавших газов (EGR), которая направляет часть их обратно на впуск. Многие думают, что это нужно просто для дожигания выхлопных газов. Отчасти так, но основная задача — снизить количество кислорода в свежей топливо‑ воздушной смеси и сбить температуру сгорания в цилиндре. Иногда системой рециркуляции снабжают и бензиновые двигатели. У дизеля она состоит из управляющего клапана, охладителя потока газов и впускного запорного клапана.
Управляющий клапан EGR установлен на стороне выпуска и отводит отработавшие газы (ОГ) обратно на впуск. Его работой заведует модуль управления двигателем. Также в клапан встроен датчик положения. Предусмотрена функция самоочистки: при выключении двигателя клапан несколько раз открывается и закрывается. При выходе из строя системы EGR он остается закрытым. Однако нередки случаи, когда отложения сажи и коррозия со временем приводят к залипанию клапана в открытом положении. Дизельный мотор и так не отличается внутренней чистотой, вдобавок постоянно на впуск будет возвращаться полная порция ОГ, что снизит ресурс элементов двигателя и его мощность.
Охладитель EGR работает как интеркулер в системах наддува. Охлажденные газы имеют бóльшую плотность, а значит, влекут больший расход. Дополнительно они еще сильнее сбивают температуру сгорания в цилиндре. В некоторых режимах двигателя такая интенсивная рециркуляция во вред: она ведет к неполному сгоранию топлива — например, при пуске и в режиме прогрева. Чтобы избежать этого, в систему встроен клапан, который направляет газы в обход охладителя и дополнительно предохраняет его от осаждения конденсата из-за слишком низкой температуры.
Впускной запорный клапан — не что иное, как дроссельная заслонка, которая стоит во впускном тракте перед каналом подачи отработавших газов. При необходимости она закрывается почти наполовину, уменьшая поперечное сечение впускного трубопровода. За счет этого во впускном коллекторе создается разрежение и растет интенсивность рециркуляции ОГ. По факту для работы самогó двигателя она не используется, за исключением момента его более мягкой остановки, когда заслонка полностью закрывается и прекращает подачу воздуха. У дизеля — качественное регулирование топливовоздушной смеси, то есть меняются только параметры впрыска топлива. При отказе заслонка полностью открывается. Функция само‑ очистки срабатывает после выключения двигателя, когда дроссель несколько раз полностью открывается и закрывается.
О неисправности системы рециркуляции отработавших газов сигнализирует лампа Сheck. Диагностику проводят в основном с помощью компьютера. Хорошее самочувствие системы да и самого мотора продлят периодические поездки за город без пробок, дабы немного очистить их от нагара, а также применение рекомендованного моторного масла и заправка на проверенных АЗС. Продукты сгорания сомнительной солярки и дешевого масла бумерангом вернутся в двигатель.
Достоинства и недостатки дизельного мотора
Теперь же следует сказать пару слов обо всех плюсах и минусах подобных конструкций. Начнем с положительных сторон. Моторы данного типа работают практически на любом горючем, поэтому к качеству последнего не предъявляются какие-либо серьезные требования, более того, с увеличением его массы и содержания атомов углерода повышается и теплотворная способность движка, а, следовательно, и его эффективность. Его КПД иногда переваливает за отметку 50%.
Автомобили с такими моторами более «отзывчивые», а все благодаря высокому значению вращающего момента на низких оборотах. Поэтому такой агрегат приветствуется на моделях спортивных машин, где нельзя не газовать от души. Кстати, именно этот фактор поспособствовал широкому распространению данного типа мотора на большие грузовые авто. Да и количество СО в составе выхлопных газов дизельных моторов значительно ниже, чем у бензиновых, что также является несомненным преимуществом. Кроме того, они намного экономичнее, да и раньше топливо стоило значительно ниже бензина, хотя на сегодняшний день их цены практически сравнялись.
Трубочист
Дальше экологи начали сильно прижимать двигателистов насчет выбросов сажи. Для этого окислительный нейтрализатор, который борется с выбросами СО и СН, дополнили дизельным сажевым фильтром (DPF). Чаще их объединяют в одном корпусе, но встречаются и раздельные конструкции.
Фильтр DPF напоминает обычный нейтрализатор. Разница в том, что он именно накапливает в себе частицы сажи и производит их дожигание — регенерацию. Для процесса нужна температура около 600 градусов. При обычных условиях температура отработавших газов дизеля — от 150 до 300 ºС, а воздействием на управление двигателя ее можно поднять только до пятисот. Проблему решают двумя путями. Следуя первым, каналы фильтра покрывают платиной. Этот каталитический слой снижает температуру сгорания сажи до нужных 500º и ускоряет сам процесс. Второй путь — использовать в качестве катализатора присадку к топливу, для которой предусмотрен небольшой дополнительный бак.
После регенерации остаются зольные остатки, которые заполняют фильтр. Образуются они из моторного масла и топлива, преобразовать их во что-либо невозможно. Полезный объем фильтра уменьшается, сокращаются интервалы регенерации. Фильтр, забитый окончательно, заменяют.
Фильтр с каталитическим слоем дополнен датчиком разности давлений, датчиками температуры отработавших газов и лямбда-зондом. Датчик давления определяет разницу давлений ОГ до и после фильтра DPF. По разности давлений определяется количество накопленной сажи: чем она больше, тем сильнее забит фильтр. По этому же параметру оценивается состояние самого фильтра. Слишком сильный перепад давлений «мозг» двигателя расценивает как засорение фильтра, зажигает лампу Check и переходит в аварийный режим работы. Аналогично он поведет себя и в случае слишком низкого перепада, приписав его повреждению фильтра. Также сигнал датчика служит для контроля процесса регенерации.
В зависимости от сложности системы используют от двух до трех датчиков температуры ОГ, размещенных на корпусе фильтра. Передний датчик на входе в окислительный нейтрализатор определяет, достигнута ли его рабочая температура. Средний — на входе фильтра DPF — сигнализирует о температуре, необходимой для регенерации. Задний (в более простых системах не используют) ставят на выходе для контроля температуры выхлопных газов в процессе. По показаниям рассчитывается количество сгоревшей сажи.
Лямбда-зонд находится за сажевым фильтром, его показания нужны для более точного определения количества сгоревшей сажи.
Система с топливной присадкой устроена и работает по похожему принципу. В ней нет лямбда-зонда и только один датчик температуры ОГ. В зависимости от уровня топлива из дополнительной емкости (примерно на пару литров) в основной бак впрыскивается присадка. При работе двигателя она, осаждаясь на частицах сажи в фильтре DPF и его каналах, выступает как катализатор. За регенерацию отвечает блок управления двигателем. Когда уровень накопления сажи превышает 60%, «мозг» начинает искать подходящие условия движения. Обычно это скорость от 40 км/ч при оборотах свыше 2000. В таких условиях различными способами (как правило, это дополнительный впрыск и закрытие управляющего клапана EGR) температура ОГ повышается до 500º. Запущенный процесс контролируется датчиками давления и температуры, так как разогрев свыше 1000º может повредить фильтр DPF.
В идеальных условиях полная регенерация занимает 15 минут. (Не паникуйте, если вдруг из выхлопной трубы пойдет белый дым, а потом так же неожиданно исчезнет: это своеобразный побочный эффект.) Характерных интервалов ее проведения нет, так как каждый автомобиль эксплуатируют по-своему.
Однако в реальных условиях всё сложнее. Постоянная езда в пробках на короткие расстояния препятствует нормальной регенерации. Она может стартовать неоднократно и ни разу не завершиться. Рано или поздно система начинает просить помощи.
При достижении накоплений сажи в 80% загорается сигнальная лампа DPF. В этом случае еще есть надежда на автоматическое протекание процесса, если поездить продолжительное время вне пробок. При 100‑процентной заполненности лампа начинает постоянно мигать. В блоке управления двигателя сохраняется ошибка, и он переходит в аварийный режим с ограничением впрыска топлива. В этом случае следует ехать в сервис, где проведут регенерацию вручную с помощью диагностического компьютера. Но если пропустить и это предупреждение… Когда накопления сажи достигнут 140%, загорается Check — двигатель еще сильнее придушен, однако принудительную регенерацию все еще можно выполнить. При 200% фильтр уже не спасти. А ведь его цена доходит до 100 000 рублей…
Без компьютера диагностику системы не произвести. Для ее нормальной работы требуется качественное топливо с низким содержанием серы и периодическая езда вне пробок. Любые металлосодержащие присадки приводят к повышенному образованию золы в сажевом фильтре и сокращению интервалов регенерации.
Тройной тулуп
При дополнительной подаче топлива в процессе регенерации оно попадает в моторное масло, вызывая его разжижение. Поэтому на масляном щупе дизельного двигателя иногда можно увидеть три метки: две привычные (минимум и максимум) и еще метка максимального уровня разжижения.
Модуль управления двигателем способен сам рассчитывать уровень разжижения по продолжительности и интервалам регенерации. По достижении определенного порога на щитке появляется та или иная индикация.
Полностью полагаться на электронику не стоит, нужно периодически контролировать уровень по щупу. Даже не достигнув предела разжижения, масло заметно теряет свои эффективные свойства, а продукты его сгорания дополнительно забивают сажевый фильтр. Не ждите до последнего и замените масло пораньше. При наличии DPF нужно использовать масло с пониженной зольностью, иначе интервалы регенерации с повышением расхода будут сокращаться, а масло, следовательно, станет еще быстрее терять плотность.
Особенности дизельного двигателя
Итак, прежде чем затрагивать какие-либо конкретные параметры, следует определиться, что же, вообще, представляет собой дизельный двигатель. История данного типа моторов начинается в далеком 1824 году, когда известный французский физик выдвинул теорию о том, что можно произвести нагрев тела до необходимой температуры путем изменения его объема. Другими словами, осуществив стремительное сжатие.
Однако практическое применение этот принцип нашел спустя несколько десятилетий, и в 1897 году был выпущен первый в мире дизель-мотор, его разработчиком является немецкий инженер Рудольф Дизель. Таким образом, принцип работы подобного двигателя заключается в самовоспламенении распыленного топлива, взаимодействующего с разогретым в процессе сжатия воздухом. Сфера применения такого мотора довольно обширна, начиная со стандартных автомобилей, грузовиков, сельскохозяйственной техники и заканчивая танками и судостроением.
Дорога в ад
Очередное предписание снизить выбросы оксидов азота заставило инженеров еще больше усложнить дизельный мотор. А ведь некоторые уже дошли до предела возможностей ограничивать их образование в цилиндре двигателя. Знакомьтесь: система селективной каталитической нейтрализации (SCR). Увидеть ее можно не только на грузовиках, но и, к примеру, на дизельном кроссовере «Мазда СХ‑7», предназначенном для европейского рынка. В выхлопную систему добавили еще один нейтрализатор-преобразователь и бак с присадкой — карбамидом (мочевиной). Этот раствор AdBlue впрыскивается в нейтрализатор и превращает оксиды азота в безвредные вещества.
Преобразователь состоит из двух частей: цеолитного нейтрализатора и нейтрализатора проскальзывания. Цеолит — это каталитическое покрытие, благодаря которому происходит реакция между карбамидом и оксидами азота. При этом выделяется аммиак, он и нейтрализует оксиды. Иногда непрореагировавший аммиак проходит дальше. Для его обезвреживания служит вторая часть — нейтрализатор проскальзывания. Смеситель перед преобразователем SCR обеспечивает почти равномерное распределение карбамида в потоке ОГ и помогает его испарению.
Датчик NОx (оксидов азота) контролирует очистку ОГ. Работает он аналогично кислородному датчику. Причем подключен к отдельному модулю управления и представляет с ним единый блок.
В бак для AdBlue объемом 15 литров встроены насос и подогреватель. Сам раствор безвреден, но начинает замерзать уже при —11º. По регламенту его надо пополнять и иногда обновлять. Форсунка стоит перед нейтрализатором SCR и впрыскивает карбамид на смеситель. Управляет работой системы отдельный модуль. Индикация SCR в основном связана с малым количеством жидкости. При неисправности она дополняется «чеком». В некоторых случаях возможна блокировка пуска двигателя.
Как и в других системах, диагностика возложена на компьютер. Система очень требовательна к качеству топлива, потому-то бóльшая часть проблем именно из-за него.
Итак, вывод. Следите за лампочками на щитке, не экономьте на топливе и маслах, время от времени выводите машину на загородную прогулку и не ленитесь проверять уровень масла — тогда ваша совместная жизнь продлится дольше.
Температура выхлопных газов бензинового двигателя в коллекторе
Рукомойник?
В большинство топливных фильтров дизелей встроен датчик уровня воды. Она попадает в топливо различными путями и ведет к коррозии элементов топливной аппаратуры. Плотность воды выше плотности солярки, поэтому она скапливается в нижней части фильтра. Поплавковый датчик известит о ее переполнении. Для слива предусмотрены болт или крышка.
В некоторые фильтры встраивают подогреватель. С легкой парафинизацией солярки в мороз он справится, но только если топливо изначально зимнее.
Иногда на корпусе фильтра встретите ручной насос для прокачки системы, глотнувшей воздуха.
Универсальный фен
Большинство дизельных двигателей наддувные. Турбины в них довольно хитрые: их изменяемую геометрию каждый производитель видит по-своему.
Одни встраивают в корпус направляющие лопатки, которые могут менять проходное сечение канала ОГ перед колесом турбины. За счет этого получается постоянное давление наддува в широком диапазоне оборотов. Другие пошли еще дальше, встроив в один большой корпус две турбины — высокого и низкого давления.
В дизельном двигателе турбина термически меньше нагружена, чем в бензиновом. Но бензиновые правила продления жизни этого узла работают и здесь. Не глушите мотор сразу после остановки. Если перед этим была езда с высокой нагрузкой или вовсю шла регенерация, то температура ОГ может быть очень высокой. Можно, кстати, поставить турботаймер, поручив заботу ему.
Подсвечник
Для облегчения старта в холодную погоду служит предпусковой подогрев. Специальные свечи за пару секунд нагревают камеру сгорания до 1000º. Благодаря этому облегчается испарение топлива и возгорание смеси. Но, к сожалению, неисправность даже одной из них может поставить крест на удачном пуске.
В настоящее время свечи работают в трех режимах: привычный предпусковой подогрев, сопровождающий и режим регенерации DPF. Сопровождающий режим используется на холодном моторе и длится около четырех минут. Нужен он в основном для снижения вредных выбросов. В режиме регенерации свечи могут дополнительно увеличивать температуру ОГ. Продлить их жизнь не в нашей власти, а потому лишь посоветуем не торопиться сразу пускать мотор: лучше выждать несколько секунд после того, как погаснет их индикация на щитке.
Рабочая температура двигателя зимой – как стартовать правильно?
Наверняка не только владельцы транспортных средств, на которых стоит дизельный мотор, знают, что автомобиль следует прогреть несколько минут перед началом движения, особенно это актуально в холодное время года. Итак, рассмотрим особенности данного процесса. Первыми подвергаются нагреву поршни и только потом уже блок цилиндров. Поэтому температурные расширения этих деталей отличаются, а не разогревшееся до нужной температуры масло имеет густую консистенцию и не поступает в необходимом количестве. Таким образом, если начать газовать на недостаточно прогретом авто, то это негативно скажется на резиновой прокладке, расположенной между вышеуказанными деталями и элементами двигателя.
Хитрая масленка
Индикация высокого разжижения масла зависит уже от конкретного автомобиля. Это может быть лампа DPF, привычная масленка или конкретное текстовое предупреждение. На некоторых машинах встречаются отдельные датчики высокого и низкого уровня масла. Когда индикация уже появилась, двигатель может перейти в аварийный режим работы с ограничением мощности.
После каждой замены масла следует с помощью компьютера сообщить об этом «мозгу» двигателя, выполнив перенастройку расчета разжижения
Температура отработавших газов дизел Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»
Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Барский И. А., Лобан М. В., Шаталов И. К.
Предложены уравнения для расчета на ЭВМ температур газа перед и за турбиной турбокомпрессора дизеля с газотурбинным наддувом.
Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Барский И. А., Лобан М. В., Шаталов И. К.
Diesel exhausts gases temperature
Equation for computer calculation diesel exhausts gases temperature on the inlet and outlet of turbocharger is given.
Текст научной работы на тему «Температура отработавших газов дизел»
ТЕПЛОТЕХНИКА И ТУРБОМАШИНЫ
ТЕМПЕРАТУРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЕЙ
Барский И.А., Лобан М.В., Шаталов И.К.
Кафедра теплотехники и турбомашин Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
Предложены уравнения для расчета на ЭВМ температур газа перед и за турбиной турбокомпрессора дизеля с газотурбинным наддувом.
Выхлопными газами будем называть газы в выхлопном коллекторе дизеля (перед турбиной турбокомпрессора), температура которых ТТ. Отработавшие газы - это газы выходящие из турбины турбокомпрессора, температура которых Тт. Связь между этими температурами дает уравнение
где ят - степень понижения давления в турбине, т]т - КПД турбины, к = Ср/Су - показатель адиабаты газа.
Заметим, что обычно температура Тт 50-100°С ниже, чем Гг, причем эта разница тем больше, чем выше лт Определению Тг посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых - Н.Р. Брилинга, В.А. Ваншейдта, Д.А. Портнова, Эйхельберга, В.В. Уварова, Феенберга и др. Большинство исследователей пришло к выводу, что наиболее надежный способ определения температуры выхлопных газов - это метод теплового баланса.
Для определения энтальпии выхлопных газов С.И. Погодин предложил формулу [1]:
- индикаторный КПД дизеля;
Ос = аср - суммарный коэффициент избытка воздуха;
<р - коэффициент продувки;
10 - количество воздуха необходимое для сгорания 1 кг топлива.
Коэффициент \|/£ характеризует суммарные потери тепла за цикл, включающие потери от недогорания топлива и потери тепла в воду и масло, кроме потерь, связанных с теплом, перешедшим в воду и масло от трения. Обычно на номинальном режиме \|/ю = 0,15-0,20. Здесь и ниже параметры номинального режима обозначены индексом “0”.
Большое количество экспериментальных кривых для определения \|/Е в зависимости от коэффициента избытка воздуха а, давления наддува рк и частоты вращения дизеля п приведено в различных работах. Используя эти, а также некоторые другие эксперименты, мы предложили аналитические зависимости для определения щ и г|„ что позволяет произвести расчеты с помощью ЭВМ.
Коэффициент \|/£ можно представить в виде:
где Тк - температура воздуха во впускном коллекторе;
ср - средняя теплоемкость газа, (3^ - теплотворность топлива;
Члены в правой части выражения (3) можно найти из уравнений:
где рк - абсолютное давление наддува в МПа, п = — .
Величины на номинальном режиме определяют из (4) при расчетных величинах коэффициента избытка воздуха и давления наддува.
Уравнение для средней от 0 до Тг температуры газа имеет вид:
Подставив (5) в (2), получим
Определив энтальпию из уравнения (2), находят Т, из выражения (6).
Рис. 1 .Зависимость температуры выхлопных и отработавших газов от мощности дизеля 12ЧН 18/20 при работе по винтовой характеристике
Индикаторный КПД дизеля можно найти из уравнения, предложенного А.И. Толстовым.
ija = 1,432 = const, приа > 4; (8)
Найдя из (6) Тг, по уравнению (1) вычисляют температуру Гт, необходимую для определения тепла, которое можно получить в теплообменнике за счет утилизации тепла отработавших газов дизеля.
На рис. 1 приведена зависимость температуры выхлопных и отработавших газов в зависимости от мощности дизеля 12ЧН 18/20 (М-756Б), работающего по кривой винта Ne =
Nton Точками на графиках обозначены экспериментальные точки. Видно хорошее совпадение расчета с экспериментом.
1. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия.
- М.: Машгиз, 1963, - 640 с.
2. Погодин С И. Приведение мощности дизеля к стандартным условиям. - М. Машиностроение, 1973, -140 с.
DIESEL EXHAUSTS GASES TEMPERATURE
I.A. Barsky, M.V. Loban, I.K. Shatalov
Department of Heat Engineering and Turbomashinery Peoples’ Friendship University of Russia Mikluk.ho-Mak.laya St., 6,117198, Moscow, Russia
Equation for computer calculation diesel exhausts gases temperature on the inlet and outlet of turbocharger is given.
Охлаждать турбину или нет: эксперты дали совет
Глушить или не глушить турбомотор сразу после остановки? Этим вопросом задаётся каждый владелец авто с наддувным движком. Прояснили ситуацию авторитетные эксперты "За рулём".
О том, что глушить турбированный движок сразу после остановки нельзя, вы наверняка слышали или читали. Для турбины важно поработать некоторое время на холостом ходу – это позволяет остудить её компоненты. Вот только справедливо ли данное утверждение сегодня, в 2020 году?
По теме
Для начала нужно вспомнить, как устроена турбина. Вращают крыльчатку раскалённые выхлопные газы. Чем больше газов, температуры и давления, тем интенсивнее вращается ротор. Крыльчатка нагревается не только газами, но и трением в подшипниках. Во время движения турбина раскаляется довольно сильно, но самое страшное для неё происходит после остановки мотора – на заглушенном движке охлаждение этого элемента резко ухудшается. Не подаётся ни воздух, ни масло, которое также отводит часть тепла. В результате тепло идёт в подшипниковый узел, где под воздействием высокой температуры начинает коксоваться масло. Всё это приводит к разрушению уплотнений и появлению задиров.
Даже при наличии системы жидкостного охлаждения турбины она точно так же перегревается после остановки мотора: жидкость перестаёт циркулировать по системе. Как раз по этой причине и появилась рекомендация не глушить турбомотор сразу после остановки, а минуту-другую дать крыльчатке покрутиться в щадящем режиме. При этом масло и охлаждающая жидкость продолжают циркулировать и отводить тепло. Турбокомпрессор хотя бы немного, но остывает. А значит, его жизнь чуточку продлевается.
Склонность турбин к перегреву привела к появлению турботаймеров и циркуляционных насосов. Электронные примочки быстро нашли применение в продвинутых охранных системах – они сами, без участия водителя, охлаждали мотор на минимальных оборотах. При этом штатные, заводские турботаймеры, всегда устанавливались лишь на особо "злые" движки. В основном же автовладельцы заботились об их установке сами.
По теме
Что же изменилось на движках с турбиной сегодня? Конструкции новых моторов принципиальных отличий от своих более старых собратьев не имеют. Но проблему перегрева турбин многие производители хитроумно решили. Так, Porsche, Volkswagen, Skoda и Jaguar, к примеру, устанавливают на свои агрегаты электрические циркуляционные насосы. После остановки ДВС эти системы в случае необходимости какое-то время подают к турбокомпрессору охлаждающую жидкость. На большинстве современных авто реализован и специальный алгоритм работы электровентиляторов – когда движок уже выключен, вентилятор продолжает некоторое время охлаждать радиатор. При наличии таких помощников необходимость в турботаймере просто отпадает.
И всё же, в большинстве случаев о турбине по-прежнему должен думать сам автовладелец: в инструкциях прямым текстом говорится, что после эксплуатации автомобиля в режимах, близких к предельно допустимым, рекомендуется перед выключением мотора дать ему поработать без нагрузки в течение нескольких минут. Иными словами, турбины всё так же страдают от перегрева.
Свою теорию специалисты подтверждают одним любопытным фактом: в 2019 году из 25 самых продаваемых у нас моделей турбокомпрессорами оснащались только пять. Дополнительный электрический насос, охлаждающий турбокомпрессор, и вовсе применяется на трёх моделях - Skoda Kodiaq, Skoda Octavia A7 и VW Tiguan.
По теме
За последние пару десятилетий наддувные моторы (по крайней мере, представленные в нашей стране) по сути своей принципиально не изменились: в плане сохранности и ресурса турбины они ничем не отличаются от своих предков. Вся забота о важном компоненте точно так же перекладывается производителем на автовладельца.
Если ваш мотор не оснащён электрическим насосом, прокачивающим антифриз после остановки, стоит позаботиться об установке турбо-таймера или выполнять его функции самостоятельно – по-старинке охлаждать турбину работой мотора на холостом ходу.
Об охлаждении турбины. Предлагается для ФАК
Один из очень часто задаваемых в интернет-форумах вопрос: надо ли охлаждать «турбину» (на самом деле ТУРБОКОМПРЕССОР) работой на холостом ходу после интенсивного движения?
Для ответа на этот вопрос необходимо пояснить устройство и условия работы турбокомпрессора. Турбокомпрессор представляет собой два колеса с лопатками, жестко сидящие на общей оси. Каждое колесо заключено в корпус, именуемый улиткой. Турбинное колесо приводится во вращение выхлопными газами. С выхлопными газами в атмосферу бесполезно выбрасывается 55-65 процентов энергии образовавшейся при сгорании топлива. Часть энергии выхлопных газов можно с пользой использовать, направив их на турбинное колесо. Далее с этой энергией можно поступить по-разному - например, с помощью специальной передачи присовокупить ее к энергии коленчатого вала или использовать ее для привода полезных агрегатов. Второй вариант осуществлен в турбокомпрессоре. В нем энергия выхлопных газов используется для привода компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры.
Зная тепловой баланс и тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания легко оценить - двигатель мощностью 100 кВт и КПД 40% выбрасывает в атмосферу выхлопные газы их которых, в идеальном случае, можно извлечь до 90 кВт (остальная энергия рассеивается по другим направлениям). Идеала в природе не существует, у каждого извлекающего энергию агрегата
есть свой КПД. Выхлопные газы перед турбинным колесом дизельного двигателя имеют температуру 800-900 градусов Цельсия (у бензиновых еще выше) и обладают очень высокой скоростью. При существующих КПД турбина, расположенная в выпускном тракте 100 киловаттного дизеля, развивает мощность 15-35 кВт. Эта мощность без остатка используется для привода центробежного компрессора, подающего воздух в цилиндры двигателя. Несмотря на малые габариты, центробежный компрессор обладает огромной производительностью и потребляет очень большую мощность.
Двухлитровый дизель только на холостом ходу пропускает через себя 800 литров воздуха в минуту, а на полной мощности 4 кубометра!! И эти цифры выражают объемы при атмосферном давлении!! На самом деле, компрессор создает избыточное давление 0,3-1,0 атм. Это значит, что приведенные цифры количества нагнетаемого воздуха на самом деле в 1.5-2 раза больше.
Во время работы двигателя с полной нагрузкой турбинное колесо вращается с частотой до 150 тысяч оборотов в минуту (иногда и больше) и нагревается до 800-900 градусов. Энергия выхлопных газов срабатывается на турбинном колесе, и после колеса температура газов резко снижается (до 400-500 градусов и ниже). На холостом ходу температура выхлопных газов дизельного двигателя едва ли достигает 100 градусов, скорость их также невелика, поэтому турбинное колесо получает очень мало энергии. Этой энергии недостаточно для работы компрессора , ее хватает только лишь для того, чтобы вращать компрессор настолько, чтобы он не оказывал большого сопротивления впуску воздуха в цилиндры.
Турбинное колесо изготавливается из жаропрочной стали, а компрессорное колесо (для снижения момента инерции) из алюминиевого сплава. Масса ротора ТКР в двигателях с рабочим объемом 1,5-2 литра составляет около 300 граммов. Вал вращается в специальных плавающих подшипниках скольжения или иногда в высокоточных шариковых подшипниках. Подшипники смазываются специально подводимым из системы смазки мотора маслом. Как и в любом узле трения, масло выполняет двойную функцию – разделяет трущиеся поверхности и отводит тепло из зоны трения.
А с теплом в подшипниковых узлах турбокомпрессора дело обстоит особо напряженно. Мало того, что при вращении вала с частотой полторы сотни тысяч оборотов в минуту в узлах трения выделяется масса теплоты, так еще и сам вал нагревается от выхлопных газов до очень высокой температуры. Пока двигатель работает, поток масла успешно отводит теплоту от вала ротора и температура подшипников не повышается до опасных значений. В случае остановки двигателя сразу же после большой нагрузки ротор довольно быстро останавливается (обычно на несколько секунд позже, чем сам двигатель), одновременно ослабевает и прекращается подвод масла к подшипникам и вал (а вместе с ним и подшипники) начинают интенсивно разогреваться от раскаленного турбинного колеса. Температура поднимается настолько, что масло, оставшееся в зазорах подшипников начинает коксоваться. При следующем запуске двигателя лак и нагар, образовавшийся при коксовании масла, перемалывается подшипниками и смывается смазочным маслом, однако каждый пуск в таком случае является весьма «травматичным» для подшипниковых узлов ТКР.
Рациональным и очень необременительным способом снизить «травматичность» запусков двигателя является охлаждение двигателя перед остановкой работой на холостом ходу. Как сказано выше, температура выхлопных газов дизельного двигателя на холостом ходу составляет примерно 100 градусов Цельсия. Количество выхлопных газов довольно велико. У двухлитрового дизеля на ХХ выбрасывается не менее 1,2 кубометра выхлопных газов в минуту. Если после интенсивной езды дать двигателю поработать на холостом ходу 1-3 минуты, то турбинное колесо (а с ним и вал) очень интенсивно охладится и температура подшипниковых узлов не достигнет температуры коксования масла. В таком случае следующий запуск двигателя уже не будет сопровождаться повышенным износом от образовавшегося в зазорах кокса, что в свою очередь благотворно отразится на ресурсе турбокомпрессора.
Бытующее мнение о том, что подшипники и вал турбокомпрессора изнашиваются оттого, что ротор очень долго вращается в подшипниках после остановки двигателя без подвода смазки глубоко ошибочно. Как сказано выше, на роторе расположено компрессорное колесо. Оно нагнетает воздух в цилиндры. При неподвижном двигателе компрессор нагнетает воздух в тупик , иными словами, перемалывает воздух внутри себя. Это оказывает очень сильное тормозящее воздействие на ротор. Кроме того, турбинное колесо, не получающее энергии от выхлопных газов, оказывается в положении схожем с компрессорным колесом – тоже перемалывает воздух. Таким образом, тормозящий момент, приложенный к ротору после остановки двигателя, усиливается. Масса ротора невелика, поэтому остановка ротора происходит весьма быстро.
ну прям, как по Шекспиру. добавляю. выражаю огромную благодарность alex diesel-ю за его усердие, что человек не ленится набирать толковые ответы и не "ГОНИТ" лишнего.
По поводу "глушить или не глушить" это зависит только от вас, дорогие соконфетяне, а точнее "от полноты Вашего кошелька и наличия свободного времени, для посещения сервиса или ковыряния у себя в гараже". Инструкция-мануал пишут не дураки. Я не призываю придерживаться ее безприкословно, это как воинский устав - из всего надо выделять "полезные зерна" и выбирать правильное направление движения к заданной цели".
У нас же цель одна - как можно больше продлить срок службы своего "железного коня".
ИМХО: Буду краток. Почему не стоит глушить сразу - чтобы сбалансировать температурный режим и давление масла, ОЖ, выхлопных газов. Это позволит избежать таких вещей как: выброс ОЖ, выдавливание масла из-под прокладок и сальников, залегание колец и образование кокса в зазорах.
собственно, оттуда всё и пошло >Инструкция-мануал пишут не дураки.
+++ а кто же? Мало того, похоже инструкцию пишут для дураков. Причём так, чтобы не вызвать приступ какой-нибудь психической болезни.
Я не призываю придерживаться ее безприкословно, это как воинский устав - из всего надо выделять "полезные зерна" и выбирать правильное направление движения к заданной цели".
+++ Вы читали инструкцию к свежим авто?
Почитаешь - волосы дыбом! Не греть, голушить сразу, про красную зону тахометра ни слова(тахометр есть :)) ). Короче, приезжайте на ТО и там всё посчитают :))
, голушить сразу,
** Перевираете. Для чего? В некоторых мануалах говорится о выжидании, пока двигатель не выйдет на режим х.х. Согласитесь, не одно и то же.
про красную зону тахометра ни слова(тахометр есть :)) ).
** А чего про него говорить. Может я Вам глаза открою о том, что на свежих авто даже красной зоны то не всегда есть. Есть электронный ограничитель. Так что выше всё равно не получится. Есть так же приписка, что не рекомендуется долго ехать на таких-то оборотах.
Короче, приезжайте на ТО и там всё посчитают :))
** можете не ехать, а всё своими руками.:)
Да и ритм жизни сейчас не такой, чтобы 10 минуть сидеть и дополнительно отравлять атмосферу.
+++ ну да.
И цена на топливо тоже не сладкая.
+++ не почувствуете.
Ну и ещё важный момент, упущенный Вами толи по незнанию, то ли по злому умыслу. Всё же конструкция, а точнее система смазки, современных (если пугает это слово, то свежих) двигателей, устроена лучшим образом, да плюс ко всему и сами масла уже практически сразу после пуска лучше защищают.
+++ реклама? Тут больше определяется типом масла. Супер-пупер масла на ТО обычно не льют :((
>
> , голушить сразу,
> ** Перевираете. Для чего? В некоторых мануалах говорится о выжидании, пока двигатель не выйдет на режим х.х. Согласитесь, не одно и то же.
+++ издеваться будем? Сколько времени у Вас двигатель выходит на х.х.? Секунду, две?
>
> про красную зону тахометра ни слова(тахометр есть :)) ).
> ** А чего про него говорить. Может я Вам глаза открою о том, что на свежих авто даже красной зоны то не всегда есть.
+++ это они унифицировали его с бензинкой :)))
Есть электронный ограничитель.
+++ не спасает, он как правило, срабатывает далеко в красной зоне.
Так что выше всё равно не получится. Есть так же приписка, что не рекомендуется долго ехать на таких-то оборотах.
+++ часто и этого нет.
>
> Короче, приезжайте на ТО и там всё посчитают :))
> ** можете не ехать, а всё своими руками.:)
+++ они позаботились, чтобы своими руками у Вас получилось только сломать что-то. Опять же - новый поход:))
> > Есть электронный ограничитель.
> > +++ не спасает, он как правило, срабатывает далеко в красной зоне.
> ** ** Ну у меня он срабатывает до недопустимых оборотов. И на бензинке ФФ тоже так было. Самой красной зоны нет, есть максимальные обороты в характеристике к авто. Вот выше этих оборотов никак не получается. И это лучше, чем когда есть красная зона, а некоторые за неё выходят.:)
+++ они выходят всегда и на всех моторах. Огласите циферку оборотов отсечки на вашем движке.
> >
> > Так что выше всё равно не получится. Есть так же приписка, что не рекомендуется долго ехать на таких-то оборотах.
> > +++ часто и этого нет.
> ** ** Мало кто читает мануалы. Да и долго на максимальных оборотах всё равно не поездиешь, не получится.
+++ на наших дорогах - да, на автобане - без проблем.
> > > >
> > > > Так что выше всё равно не получится. Есть так же приписка, что не рекомендуется долго ехать на таких-то оборотах.
> > > > +++ часто и этого нет.
> > > ** ** Мало кто читает мануалы. Да и долго на максимальных оборотах всё равно не поездиешь, не получится.
> > +++ на наших дорогах - да, на автобане - без проблем.
> ** // ** Вы хоть раз ездили с постоянной нагрузкой на автобане, на оборотах близко или на максимальных? Зачем выдумываете. У меня на шестой передаче даже при 180 км/ч ещё далеко до максимума. На пятой передачи 180км/ч не пробовал держать. А как у Вас это получается, поделитесь?
+++ максимальная скорость достигается на 5-ой передаче. На максимальной скорости нагрузка больше некуда, собственно потому она и максимальная. Никак не можете убить движок?
> > ** // ** Вы хоть раз ездили с постоянной нагрузкой на автобане, на оборотах близко или на максимальных? Зачем выдумываете. У меня на шестой передаче даже при 180 км/ч ещё далеко до максимума. На пятой передачи 180км/ч не пробовал держать. А как у Вас это получается, поделитесь?
> +++ максимальная скорость достигается на 5-ой передаче. На максимальной скорости нагрузка больше некуда, собственно потому она и максимальная. Никак не можете убить движок?
********* Что не означает, что обороты будут максимальными, да и на максимальной скорости долго не проедешь.
Все очень правильно замечено Вами.
ИМХО С некоторых пор автопроизводители изменили свою тактику. Раньше они боролись за качество и рынок сбыта и за имя, но это стало не выгодно - люди покупали машины и ездили на них очень долго с минимальными поломками. Заводы стали страдать - тачки производят а их покупаю мало. НЕВЫГОДНО. В инструкциях писали более подробно, с рекомендациями - сервисы начали страдать без работы.
Поэтому тактика поменялась:
1. ВЫ - увидели, пришли, купили, сели, поехали, "Если что - обращайтесь в сервис - ВАС ОБСЛУЖАТ"
2. Книжку напишем с прицелом на "экологов", чтоб все говорили "О это отличный автомобиль, и производитель заботится об окружающей среде (зер гуд)".
3. Далее - "О! сколько лет авто? пять лет?" ну тогда в утиль, и покупайте следующую модель - она намного лучше" . и по новой- пункт №1
резюме Наша потребительская тактика в корне различается с современной тактикой производителя. А с экологией у нас успешно борятся КамАЗы, нам при всём желании их не перекоптить.
Порой, это не получается сделать быстро и борьба с верой юзеров в прогрессивные технологии выращивает двухстраничные ветки в конфе.
** Если это обо мне, то даже не буду реагировать.:) Просто и ёмко - не покупайте новых авто, они не несут ничего нового.;-)
Самое забавное - не понятно, излечили или нет?
** Здесь больница?:)
> Через пару-тройку месяцев ждём нового приступа. :)))
ну вот, понеслась по новой > > Наша потребительская тактика в корне различается с современной тактикой производителя.
> ** Просто производитель перестроился под большинство, а Вы ещё никак.
+++ тут две стороны медали, у них концепция 5 лет и на помойку. Не говорите, что это Вас не касается. Это скажется на стоимости б.у. авто. Как Вы отнесётесь к тому, что Ваша машина будет через 3 года 10% от превоначальной стоимости?
> А с экологией у нас успешно борятся КамАЗы, нам при всём желании их не перекоптить.
> ** А Вы считаете, что раз вклад вашего авто в ухудшение экологии меньше камазовского, то можно спокойно дымить? И даже наверно прибавить до камазовского, так как слишком мало дымит?:)
+++ Делаю всё, что могу: заправляю Евор4, слежу за авто, НО грею по возможности минут 5, стоит турботаймер на 3 минуты. При исчезновении КамАЗв с дорог обязуюсь перестать греть и сниму турботаймер :)))
>
> Порой, это не получается сделать быстро и борьба с верой юзеров в прогрессивные технологии выращивает двухстраничные ветки в конфе.
> ** Если это обо мне, то даже не буду реагировать.:)
+++ если бы, Вы вообще - ангел, обычно, когда аргументы кончаются народ начинает ругаться.
Просто и ёмко - не покупайте новых авто, они не несут ничего нового.;-)
+++ Купил, чую не то, что надо. Даже на двери наклейка "береги турбину, друг". Отодрать что ли?
>
> Самое забавное - не понятно, излечили или нет?
> ** Здесь больница?:)
+++ определённо ДА! :)) Главврач - alex_diesel. Средняя температура по больнице неуклонно понижается.
>
> Не говорите, что это Вас не касается. Это скажется на стоимости б.у. авто. Как Вы отнесётесь к тому, что Ваша машина будет через 3 года 10% от превоначальной стоимости?
> ** ** Через 3 года 10% от стоимости нового, это разве что разбитую.:) :(
+++ ну-ну. Сколько она по-вашему будет стоить, если производитель позаботился о нерентабельности авто старше 5 лет от роду? Она как раз и приравняется к разбитой так как не сейчас так завтра потребует вложений близких к своей стоимости.
> >
=> > > ** А Вы считаете, что раз вклад вашего авто в ухудшение экологии меньше камазовского, то можно спокойно дымить? И даже наверно прибавить до камазовского, так как слишком мало дымит?:)
> > +++ Делаю всё, что могу: заправляю Евор4, слежу за авто, НО грею по возможности минут 5, стоит турботаймер на 3 минуты. При исчезновении КамАЗв с дорог обязуюсь перестать греть и сниму турботаймер :)))
> ** ** А я практически не грею сейчас. При отрицательных температурах 1-2 минуты, пока отряхаю снег и т.п. Глушу по мануалу в городе и 1-2 минуты на трассе(не по мануалу).:)
+++ хитрец! Всех обманул!
Вы вроде в Москве. Я не в Москве, но недавно ездил в Питер. 90% фур иномарки. Так что снимайте турботаймер.;-)
+++ вчера 350км отмотал по подмосковью - всласть наглотался сажи. Не сниму! :))
++++ главное - Прогазовкой добиваются увеличение циркуляции ОЖ и ее охлаждение, при условии если вентилятор механический.
Прогазовка еще полезна, если у Вас насос механический.
Температура выхлопных газов без нагрузки мала, а расход - при газовке соответствующий.
> Снимите входной патрубок на компрессоре турбины, и Вас удивит, что при глушении двигателя турбина встает колом за доли секунды!
> Константин.
> Снимите входной патрубок на компрессоре турбины, и Вас удивит, что при глушении двигателя турбина встает колом за доли секунды!
> Константин.
Так ли страшна турбина? Как правильно ездить с турбомотором и сколько может стоить ремонт
В нашей прошлой публикации мы уже сравнивали турбированный и атмосферный моторы, пытаясь понять, в чем их отличие и какой из них лучше выбрать. Допустим, что вы уже приобрели машину с наддувным двигателем или вот-вот собираетесь ее купить.
Как устроена турбина?
В общем-то, турбокомпрессор устроен просто. Главная деталь — это картридж. Внутри него размещается вал, а с двух противоположных концов к этому валу прикреплены турбинные колеса. Для того чтобы вал нормально вращался и не грелся, к нему под давлением подается моторное масло. Также к картриджу идет и трубка с антифризом для дополнительного охлаждения.
По бокам к корпусу картриджа прикреплены две "улитки" — горячая и холодная, внутри которых вращаются турбинные колеса. В горячую поступают выхлопные газы, раскручивают колесо, а затем "улетают" в выхлопную трубу через боковое отверстие улитки. Турбоколесо в холодной улитке всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и гонит его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора.
Такова общая схема турбины, и мы не будем сейчас вдаваться в тонкости конструкции и различные варианты компоновки. Впрочем, стоит упомянуть новое поколение турбин, где масло подается под более низким давлением, а вал вращается в очень дорогих и сверхпрочных шариковых подшипниках.
Будет ли турбина "есть" масло?
Как мы уже говорили, без масла турбина работать не может. Обычно для герметизации вращающихся валов используют резиновые сальники (как в двигателе и коробке передач), но никакие сальники не смогут выдержать режимы работы турбины. Рабочая температура в ней достигает тысячи градусов, а частота вращения валов — сотен тысяч оборотов в минуту. Это намного более суровые условия, чем в моторе.
Валы и втулки в турбине подогнаны друг к другу с очень высокой точностью, и за счет этого масло не должно сочиться сквозь них, если турбина исправна. Но как только зазоры увеличиваются, масло через "холодную" часть турбины засасывает во впускной коллектор двигателя вместе с нагнетаемым воздухом. В таких случаях говорят, что "турбина гонит масло".
Из-за чего это происходит?
- Естественный износ рабочих поверхностей валов и втулок.
- Пониженное давление масла в двигателе: турбине не хватает смазки, и она сильнее изнашивается.
- Повышенное давление масла в двигателе: масло попросту выдавливает через щели между втулками и валами.
- Повышенное разрежение во впускном коллекторе — масло из турбины туда засасывает. В результате двигатели, где зазоры в цилиндрах близки к идеальным, угар масла из-за неисправной турбины может достигать нескольких литров на сотню километров. Вот этого-то и боятся сторонники безнаддувных моторов.
Каков ресурс турбины?
Здесь все очень индивидуально и зависит от стиля езды. В среднем на бензиновых двигателях ресурс турбины составляет 150 тысяч километров. На дизельных двигателях — 250 тысяч километров. Однако если ездить быстро, перекручивая двигатель и турбину, то ресурс может сократиться и до 100, и до 60 тысяч.
Как понять, что турбина просится в ремонт?
Главный признак скорой кончины турбины — синеватый дым из выхлопной трубы. Его появление означает, что в цилиндрах вместе с топливовоздушной смесью сгорает масло. Весьма вероятно, что во впуск это масло попало именно через турбину. Чтобы провести диагностику, не нужно обладать дипломом автослесаря. Достаточно иметь книжку по устройству автомобиля, где нарисовано расположение узлов под капотом, и немного свободного времени.
- Найдите впускной патрубок, по которому воздух попадает в турбину и открутите его. Засуньте руку в "улитку" турбины и нащупайте вал, на котором закреплена крыльчатка. Покачайте его, и если есть люфт, то через щели наверняка сочится масло.
- Найдите интеркулер и загляните внутрь. Если внутри есть масло, то турбина его "гонит". Чем больше масла, тем выше износ.
Еще иногда на приборной доске турбированных автомобилей есть указатели температуры и давления турбины. Соответственно температура не должна быть повышенной, а давление — пониженным.
Все эти советы обязательно нужно учесть, если вы покупаете турбированную машину с пробегом. Турбина — вещь дорогостоящая, и ее дефект может обернуться для вас, как для будущего владельца, крупными затратами.
Сколько стоит ремонт турбины и что в ней ремонтируется?
Когда турбина выходит из строя, можно пойти тремя путями.
Поменять турбину целиком. Чаще всего это совершенно лишняя затея, потому как масло гонит картридж, а корпуса-"улитки" остаются целыми и менять их не нужно. Замену турбины в сборе любят предлагать официальные дилеры и мультибрендовые сервисы, мастера на которых плохо разбираются в турбинах и ставят задачу получить с клиента максимум денег.
Почем? Cнятие, отсоединение трубок подачи масла и антифриза и установка турбины обратно стоит около 4 000 – 5 000 рублей.
Поменять картридж турбины. Под замену идет исключительно сам рабочий элемент турбокомпрессора — корпус с валом и крыльчатками. Поменять готовый картридж может даже мастер, который не специализируется на турбинах. Задача состоит в том, чтобы открутить несколько гаек крепежа, а потом закрутить их обратно.
Почем? Стоимость картриджа с заменой — около 15 000 – 20 000 рублей.
Отремонтировать картридж. Такая работа под силу исключительно мастерам специализированных автосервисов. Турбину разбирают полностью, моют ультразвуком, выявляют изношенные элементы и меняют их. Корпус картриджа растачивают на токарном станке, а затем всю конструкцию балансируют в два этапа, чтобы на скорости до 150 – 200 тысяч оборотов в минуту не было вибрации. Затем еще в картридж закачивают под давлением масло, чтобы проверить на герметичность.
Почем? Цена ремонта турбины зависит от массы факторов и колеблется от 7 000 до 25 000 рублей. Важно понимать, что если мастера называют серьезную сумму, то зачастую проще купить новую турбину.
Читайте также: