Охолодження турбіни дизельного двигуна
Власники турбомоторів часто задаються питанням щодо необхідності охолодження турбіни перед тим, як заглушити двигун. Подібне охолодження передбачає кілька хвилин роботи ДВЗ на холостому ході. Для отримання точної відповіді необхідно з'ясувати, за яких умов працює турбокомпресор двигуна. Гази, що відпрацювали, несуть у собі велику кількість корисної енергії, яка отримана в результаті згоряння палива в циліндрах. Перенаправлення потоку вихлопу на турбінне колесо дає змогу реалізувати ефективний привід для компресора. Так вдається отримати нагнітання повітря під тиском без відбору потужності у ДВЗ, що принципово відрізняє турбокомпресор від механічного нагнітача.
Турбонагнітач є віссю, на кінцях якого є колеса з лопатками. Виділяють турбінне та компресорне колесо. Зазначені колеса знаходяться у спеціальних корпусах. Нагнітач ставиться у випускному тракті, так як турбінне колесо обертається від контакту з газами, що відпрацювали. Таке обертання дозволяє компресорному колесу обертатися паралельно, засмоктувати та стискати повітря для подачі в циліндри двигуна.
Умови роботи турбіни
Температура вихлопних газів дизельного двигуна на виході перед турбіною становить у середньому 750-850 градусів за Цельсієм. Бензинові агрегати мають ще більш розігрітий вихлоп. Такі розпечені гази рухаються з великою швидкістю та зустрічаються з турбінним колесом.
Турбокомпресор відрізняється високою продуктивністю і споживає досить багато енергії газів, що відпрацювали (в середньому близько 25-30 кВт і більше). Турбодизель із робочим об'ємом 2.0 літра в режимі холостого ходу споживає близько 800 літрів повітря за 60 секунд. У режимі максимальної потужності цей показник сягає 4 м3. Якщо врахувати, що турбокомпресор також нагнітає надлишок тиску до 1 атмосфери, тоді загальний об'єм повітря, що нагнітається пристроєм, набагато більше.
Під час роботи ДВЗ на пікових навантаженнях турбінне колесо розкручується до 150 тис. об/хв і більше, нагрівання колеса досягає 800-900 градусів за Цельсієм. Після взаємодії з турбінним колесом температура вихлопу помітно знижується до середньої позначки 400-500 градусів.
У режимі холостого ходу гази дизеля, що відпрацювали, мають температуру близько 100 градусів за Цельсієм і рухаються з невеликою швидкістю. Для ефективного обертання колеса турбіни і паралельного обертання компресорного колеса цієї енергії достатньо лише для того, щоб турбокомпресор не перешкоджав проходу через нього повітря в об'ємі, який необхідний для підтримки стабільної роботи ДВЗ на холостих оборотах.
Охолодження та змащення турбокомпресора
Колесо турбіни виконане із спеціальної жароміцної сталі, компресорне колесо виготовляють із сплавів алюмінію. Різні матеріали застосовуються для зниження інерційності турбіни. Вал турбіни (вісь, стрижень) закріплений і обертається у плаваючих підшипниках ковзання. Також у деяких турбокомпресорах можуть використовуватися кулькові підшипники.
Для змащення підшипників турбокомпресора реалізовано підведення моторного масла із системи змащення двигуна. Крім зниження втрат на тертя і перешкоджання зносу тертьових елементів мастило турбіни також виконує важливу функцію з відведення тепла з області тертя.
У елементах турбіни, що труться, виділяється велика кількість тепла. Сама вісь нагнітача нагрівається від контакту з розігрітим турбінним колесом, нагрівання ще більше посилюється в результаті високої частоти обертання і тертя. Під час роботи ДВЗ масло активно подається до підшипників, охолоджуючи їх. Якщо двигун відразу заглушити після серйозних навантажень на двигун, тоді нагріта вісь зупиниться практично відразу після зупинки двигуна. Подача масла до підшипників одразу припиняється, а сам вал та підшипники посилено нагріваються від розпеченого колеса турбіни. Сильний нагрів призводить до того, що масло в турбіні починає закоксовуватися.
У момент наступного пуску турбомотора масло, що закоксувалося, і відкладення перешкоджають нормальному доступу свіжого мастила в перші секунди після запуску. Цілком очевидно, що є сильне зношування підшипників турбіни. Для вирішення цієї проблеми рекомендується не відразу глушити двигун після їзди, а дати силовому агрегату попрацювати на холостих оборотах від 2-х до 5-и хвилин. Температура вихлопу на холостому ходу впаде до 100 градусів Цельсія, інтенсивність обертання турбіни знизиться. Цього часу буде достатньо для того, щоб колесо турбіни та вісь встигли охолонути до такої температури, коли коксування масла не станеться після зупинки ДВЗ. Відсутність коксу значно продовжує ресурс турбіни дизельного чи бензинового двигуна.
Для ефективного охолодження турбіни після зупинки двигуна та мінімізації ризиків перегріву використовується автоматичний електронний пристрій під назвою турботаймер. Принцип роботи цього рішення полегшує процедуру охолодження.
Водій зупиняє машину, виймає ключ із замку запалювання та може одразу залишити автомобіль. Двигун продовжує працювати ще кілька хвилин, після чого буде заглушено автоматично. Єдиною незручністю можна вважати те, що доводиться постійно користуватися гальмом стоянки і стежити за його справністю, так як відразу поставити автомобіль на передачу за наявності МКПП не можна.
Джерело: krutimotor.ru