Чем опасны турбированные двигатели

Как работают турбины

Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного роста его веса

Когда говорят о гоночных или спортивных машинах, часто всплывает тема турбонаддува. Турбины неизменно сопровождают современные дизеля. Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного роста его веса. Это большое преимущество привело к популярности турбин!

Давайте разберемся, как турбина увеличивает мощность, выживая при этом в экстремальных условиях работы. Мы познакомимся с вестгейтами, керамическими лопастями турбин и подшипниками, которые помогают турбинам делать работу еще лучше. Турбины – системы принудительного нагнетания воздуха. Они сжимают воздух. Сжатый воздух дает преимущество по мощности: в двигатель поступает больше воздуха, а это значит, что больше топлива может быть добавлено. Следовательно, каждое сгорание смеси в цилиндре дает больше мощности. Турбированный двигатель в общем случае всегда мощнее аналогичного по объему атмосферного. Двигатель меньшей массы может выдавать больше мощности при наличии наддува.

Чтобы создать давление воздуха, турбина использует поток выхлопных газов из двигателя для раскручивания своей крыльчатки, которая в свою очередь раскручивает воздушный насос. Турбина вращается с частотой до 150,000 об/мин – это в 30 раз быстрее среднего двигателя. Так как турбина работает с выхлопными газами, ей приходится выдерживать большие термические нагрузки.
Чтобы снять больше мощности с двигателя, необходимо увеличить количество топливно-воздушной смеси, которая сгорает в цилиндрах. Один из способов – добавить количество цилиндров или увеличить их объем. Часто эти изменения очень дороги. Турбина дешевле добавляет мощность, и именно поэтому она так популярна на вторичном рынке.

Расположение турбины в машине

Турбина позволяет сгорать большему количеству топлива, увеличивая количество топлива и воздуха в цилиндрах. Типичная прибавка к давлению от турбины – 0.3 – 0.5 бар. Поскольку атмосферное давление на уровне моря 1 бар, легко подсчитать, что в камеры сгорания попадает на 50 % больше воздуха, следовательно увеличение мощности должно доходить до 50%. В действительности, эффект получается 30- 40 %.

Одна из причин этой неэффективности – сила, раскручивающая турбину, не приходит извне. Наличие турбины увеличивает сопротивление выхлопа. Это означает, что на отводе отработавших газов двигатель вынужден преодолевать возросшее обратное сопротивление, что уменьшает отдачу с цилиндров, в которых в этот момент происходит сгорание.

Турбина и ее внешние компоненты

Турбина крепится на выхлопном коллекторе двигателя. Выхлопные газы двигателя раскручивают турбину. Турбина покоится на одном валу с компрессором, который располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор накачивает воздух в цилиндры.

Внутри турбины

Выхлопной газ из цилиндров проходит через лопатки крыльчатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее крутится турбина.

С другой стороны вала турбины устанавливают компрессор центробежного типа – он засасывает воздух в центре крыльчатки и разбрасывает его от центра из-за вращающегося вала.

Слишком много давления?
Воздух закачивается в цилиндры под давление и дальше сжимается поршнями. В этом кроится опасность – детонация. Детонация происходит из-за резкого увеличения температуры воздуха, при котором топливная смесь сгорает до воспламенения свечи. Поэтому турбированные машины обычно ездят на высокооктановом топливе, чтобы не доводить дело до детонации. Если давление наддува очень высоко, компрессию двигателя можно снизать, чтобы не переходить в детонацию.

Чтобы работать на скоростях до 150,000 об/мин, вал турбины требует серьезной защиты. Большинство подшипников взрываются при таких скоростях, поэтому турбины часто используют жидкие подшипники. Этот тип подшипников создает вокруг вала постоянный тонкий слой масла, которое постоянно накачивается насосом. Это служит двум целям: охлаждение и снижение трения.
В следующей главе рассмотрим компромиссы, на которые вынуждены идти инженеры при проектировании турбонаддува..

Турбодвигатели: чего все боятся и как избежать проблем

Автопроизводители в последние годы все активнее переходят на турбированные двигатели: с одной стороны давят экологи, которые постоянно ужесточают нормы по выбросам, а с другой — конкуренты. Современный автомобиль должен быть не только мощным и быстрым, но еще и экономичным, чего атмосферные двигатели предложить уже не в состоянии.

В России переход на турбированные моторы многими автомобилистами воспринимается болезненно: такие двигатели более требовательны к качеству топлива, их нужно чаще обслуживать и, в конце концов, они сложнее и дороже в ремонте. Особенно это касается малообъемных двигателей с высоким КПД — современные технологии позволяют снять с мотора объемом 1,4-1,5 л до 200 лошадиных сил. У наддувного агрегата, безусловно, есть масса преимуществ, но важно помнить о нюансах его эксплуатации, чтобы избежать проблем.

Турбина под капотом уже давно не повод автоматически считать малообъемный мотор ненадежным. Часто наддувные двигатели выхаживают без серьезного ремонта такой же ресурс, что и атмосферники. Проблема — в феномене Low Speed Pre Ignition (LSPI), то есть преждевременном воспламенении смеси в цилиндре. Эффект изучают на разных уровнях более 15 лет — по сути это главный «ограничитель» удельной мощности современных моторов с турбиной.

Чаще всего проблема касается двигателей с непосредственным впрыском топлива, причем она может возникать не только на высоких оборотах, когда мотор фактически работает на пределе, но и в обычных условиях эксплуатации. Инженеры определили три этапа LSPI: предварительное зажигание в цилиндре, последующее распространение пламени и индуцированный суперстук в несгоревшей топливно-воздушной смеси. Все это приводит к повышенным нагрузкам на блок цилиндров и, как следствие, ведет к преждевременному выходу из строя. Чаще всего ломаются поршни — а это долгий и дорогостоящий ремонт.

Советы вроде «не крутите мотор до отсечки» и «переключайтесь на низких оборотах» явно не панацея от LSPI. Эта проблема может возникнуть даже у самых аккуратных и неторопливых автомобилистов: не редки случаи, когда поршни ломались даже на трассе при движении с равномерной скоростью. Над решением феномена преждевременного воспламенения смеси в цилиндре работают инженеры ведущих автопроизводителей по всему миру. Преуспел в этом направлении и концерн General Motors, специалисты которого пришли к выводу, что необходимо экспериментировать в том числе с моторным маслом: именно правильно подобранное масло сможет снизить вероятность возникновения LSPI. В результате после многочисленных тестов GM начал использовать в своих моторах новый стандарт масла Dexos1 — GEN2.

Сразу после разработки новой спецификации специалисты компании Motul изменили формулу моторного масла из флагманской линейки продуктов 8100 ECO-lite 5W30 в соответствии с новыми требованиями. Кроме того что масло Motul помогает снизить риск возникновения LSPI, оно еще уменьшает расход топлива и снижает уровень токсичности отработанных газов, что тоже очень важно. Моторное масло Motul ECO-lite 5W30 подходит для всех турбированных бензиновых двигателей.

Убираем стук поршня и шатуна

Симптомы стука ДВС

• При работе двигателя вы обнаружили похожий на частые удары звук, который вы не слышали раньше.
• Стук меняется в зависимости от того на холостых оборотах работает двигатель или под нагрузкой.
• Звук меняется в зависимости от температуры двигателя – стук «на холодную» отличается от стука в прогретом двигателе.

Что делать? Можно ли разобраться в проблеме самостоятельно? Как определить стук поршня ли это, или «шумят» другие узлы?

Диагноз

Стук поршней в двигателе может происходить по разным причинам. Попробуйте определить характер стука по перечисленным ниже признакам и посмотрите, что можно сделать:

• Случай первый – стук при перекладке поршня. В этом случае звук доносится из области верхней части блока двигателя.Стук глухой, лучше всего слышен на холостых оборотах при горячем двигателе. Решение.
• Случай второй – стук поршневого пальца по шатуну. Резкий короткий стук из области блока двигателя. Решение.
• Случай третий – шатунный стук. Звук ударов низкий, доносится из нижней части блока двигателя. Лучше всего слышен, когда автомобиль на подъемнике или на эстакаде. Решение.

Что надо исправить?

«Перекладка поршня» — это момент, когда поршень перестает двигаться вверх и начинает двигаться вниз. В этот момент его скорость в продольном направлении цилиндра становиться нулевой, а боковая нагрузка значительной. В нормальном случае перекладка происходит мягко, поршень упирается в масляную пленку, его не перекашивает. Стучать поршень начинает в следующих ситуациях:

• Значительная выработка цилиндра в верхней части. Появляется зазор, который не уплотняется масляной пленкой, и при перемене направления поршень в этом зазоре смещается в боковом направлении и перекашивается, ударяясь о стенку цилиндра.

• Произошла выработка в поршне гнезд крепления поршневого пальца. При этом поршень начинает смещаться относительно пальца и задевает стенки цилиндра.

• Искривление штока поршня. В этом случае поршень движется не строго по оси цилиндра, теряется симметричность механизма. Дополнительным признаком искривления штока является повышенная вибрация при работе двигателя, его ощутимо трясет.

С помощью чего это исправить?

В последнем из описанных случаев поможет только ремонт с заменой поршневой группы.

В случае если проблемой является стук поршня в цилиндре или выработка посадочных гнезд поршневого пальца — поможет применение триботехнического состава серии «Актив», который добавляется в моторное масло. Состав вычищает поверхности трения, а затем под его воздействием на них образуется защитный металлический слой.

• Слой восстанавливает геометрию цилиндра, оптимизирует зазоры и предотвращает качание и перекосы поршня.

• Слой восстанавливает форму посадочных гнезд, предотвращая люфт поршневого пальца.

У Вас машина с нефорсированным бензиновым двигателем до 1,6 л?

У Вас машина с двигателем более 1,6 л?

Важно! Трибосостав окажет воздействие и восстановит изношенные поверхности. Однако он не способен восстановить детали при механических повреждениях.

Состав безопасен для вашего автомобиля. Он химически нейтрален и не меняет свойств моторного масла.
Состав работает в двигателях любых конструкций, поскольку активируется в зонах трения металлических деталей.
Активные частицы состава в десятки раз мельче ячеек масляных фильтров и не способны его забить.
Состав восстанавливает изношенные поверхности, что позволяет деталям работать в рамках заводских допусков даже после замены масла и удаления состава из двигателя.

Бонус! Триботехнический состав оптимизирует зазоры трения. Это выравнивает и поднимает компрессию, снижает потери энергии, и в конечном счете приводит к снижению расхода топлива. Автомобиль вернет вам стоимость состава через 15-18 000 километров пробега.

Что надо исправить?

В случае выработки, износа втулки шатуна, она получает возможность смещаться относительно поршневого пальца, когда шатун идет вверх, в самой высокой точке поршня, между втулкой и пальцем образуется зазор. При начале движения шатуна вниз этот зазор сокращается, и втулка бьет по поршневому пальцу.

С помощью чего это можно исправить?

На ранних этапах решить эту проблему можно с помощью триботехнического состава серии «Актив», который добавляется в моторное масло. Состав вычищает поверхности трения, а затем под его воздействием на них образуется защитный металлический слой. Этот слой способен компенсировать возросшие зазоры, смягчить контакты втулки и пальца и существенно замедлить последующий износ.

У вас машина с бензиновым двигателем?

У вас машина с дизельным двигателем?

При значительной выработке, а значит при более громком и выраженном звуке ударов, необходимо произвести ремонт поршневой.

Что надо исправить?

Шатунный стук возникает по двум причинам:

• Износ вкладышей коленчатого вала. В этом случае появляется зазор и поршень начинает двигаться не синхронно с коленвалом, ударяясь об него при перемене направления движения.

• Недостаточное давление масла в системе. Это может произойти из-за загрязнения масляных каналов, фильтра или износа масляного насоса. В этом случае масло не образует сплошной пленки между вкладышем и коленвалом и позволяет им двигаться относительно друг друга.

С помощью чего это можно исправить?

В случае, если износ вкладышей не является критическим, на них нет повреждений поверхности, поможет триботехнический состав «Актив Плюс». Состав производит очистку всех агрегатов, которые смазываются моторным маслом, в частности он очищает шейки коленвала и детали масляного насоса. Затем под действием состава на поверхностях трения образуется защитный металлический слой, который восстанавливает форму деталей и способен прочнее удерживать более плотную пленку масла.

Гидроудар двигателя — что это такое? Последствия и решение вопроса

Гидроудар двигателя — это воздействие влаги на поршень мотора при попадании воды из атмосферы в воздушный фильтр. Поскольку жидкость в отличие от воздуха практически не сжимается, то создается эффект удара цилиндра о прослойку воды при движении в крайнюю верхнюю точку к головке блока. Влага может попасть при движении автомобиля по глубокой луже.

Последствия гидроудара двигателя: чем это грозит

Последствия гидроудара зависят от того, когда именно произошло попадание воды. Если автомобиль оставался неподвижным, а двигатель работал на холостом ходу, то мотор может просто заглохнуть. При попадании влаги в рабочий объем цилиндра во время движения последствия окажутся более серьезными — деформации и разрушения вкладышей, поршневых колец, шатунов и коленвала.

Во время движения автомобиля после разрушения деталей, например, колец, шатунов и обратного хода поршня может произойти его заклинивание или пробой. Особенно опасен гидроудар в дизельном двигателе, поскольку компрессия в нем намного больше и, следовательно, разрушение деталей цилиндропоршневой группы произойдет быстрее, чем в случае с бензиновым мотором. В отдельных случаях двигатель после гидроудара восстановлению не подлежит. Также при гидроударе повреждаются детали кривошипно-шатунного механизма и другие детали моторной группы.

Характер повреждений напрямую зависит от скорости движения автомобиля и объема воды, попадающей в рабочий объем цилиндра. Чем выше скорость, тем больше вероятность серьезных повреждений силового агрегата.

Что делать при гидроударе двигателя

Если при езде по глубокой луже мотор заглох, то нельзя пытаться завести двигатель от стартера. Необходимо выключить зажигание, открыть капот и снять кожух воздушный фильтр. Дальнейшие действия зависит от того, есть ли вода в воздушном фильтре. Если присутствует влага, то следует:

• Снять свечи зажигания.
• Попробовать прокрутить коленвал вручную.

Если коленвал проворачивается с трудом или возникает стук при его повороте, то самостоятельно избавиться от последствий гидроудара уже не получится — необходимо вызвать эвакуатор для транспортировки автомобиля до автосервиса.

Повреждения коленвала

Обычно при гидроударе коленчатый вал не повреждается. Его деформация возникает, как правило, из-за разрушения поршня и шатунов. Заклинивание колевала больше характерно при перегреве и деформациях шатунов, что при гидроударе не происходит. Определить точную причину заклинивания коленчатого вала мастер смогут при проведении визуальной диагностики деталей моторной группы.

Ремонт при гидроударе

В случае гидроудара двигателя производится частичная разборка двигателя и диагностика деталей кривошипно-шатунного механизма. Может потребоваться шлифовка, восстановление или замена отдельных деталей. При попадании влаги в воздушный фильтр на большой скорости движения автомобиля, попытке завести мотор через стартер может потребоваться и капитальный ремонт двигателя.

Не всегда можно сразу определить факт гидроудара, поскольку нередко серьезные проблемы появляются не сразу. Двигатель удается завести, но водитель не обращает внимание на посторонние шумы и стуки со стороны мотора. Стуки могут свидетельствовать о механических повреждениях деталей кривошипно-шатунного механизма. Дальнейшая эксплуатация транспортного средства, как правило, приводит к серьезным деформациям деталей мотора. Поэтому необходимо как можно раньше обратиться в специализированный автосервис для проведения диагностики двигателя.

Гидроудар дизельного двигателя

Более серьезные последствия возникают при гидроударе дизельного двигателя. На месте попытаться удалить влагу из дизеля не получится, поэтому потребуется только буксировка или эвакуация транспортного средства с последующей разборкой мотора и оценкой степени и характера повреждений. Нельзя допускать простоя авто после гидроудара, поскольку вода достаточно быстро приведет к коррозии.

Предупреждение гидроударов двигателя

Один из вариантов защиты мотора является установка шноркелей. Это оправдано для внедорожников, на которых часто приходится преодолевать препятствия с глубоким уровнем воды. И, конечно, не стоит допускать погружения автомобиля в воду на уровне воздухозаборников, так как это однозначно приведет к гидроудару, переборке мотора и его капитальному ремонту. Если же гидроудар произошел, то нужно заглушить двигатель, выключить зажигание и отбуксировать автомобиль в СТО. Мастера проведут диагностику и выполнят необходимые восстановительные работы. Помните, что гидроудар проще предупредить или устранить его последствия сразу же, чем потом выполнять капитальный ремонт двигателя.