Надо ли охлаждать турбину после поездки
Нужно ли дать остыть турбомотору на минимальных оборотах перед тем, как его заглушить? Есть рекомендации автопроизводителей, а есть мнения экспертов, и зачастую они диаметрально противоположны.
Почему может перегреться двигатель с наддувом? Источник энергии турбокомпрессора — выхлопные газы: чем выше их температура — тем быстрее крутится ротор. Соответственно максимальный его нагрев происходит при работе двигателя на пиковых нагрузках. Поэтому опасным для мотора может стать поворот с трассы на заправку: слишком быстрый перепад происходит от больших мощностей к полной остановке.
Еще одну вероятность перегрева турбомотора провоцирует езда по бездорожью. Здесь нет максимальных оборотов, но зато отсутствует встречный воздушный поток, работающий на охлаждение. Тот же самый риск возникает при езде в горах с множеством перепадов, а также при движении с прицепом.
Однако проблемы ждут двигатель не во время подобных нагрузок, а потом. После остановки мотора системы жидкостного охлаждения турбокомпрессора также перестают работать. Отсюда возникла рекомендация не глушить мотор сразу, а дать турбине немного остыть.
Рынок предложил новый девайс — турботаймеры. Они дают двигателю после поворота ключа зажигания поработать еще пару минут на низких оборотах, чтобы дать турбине остыть. Затем в электронику некоторых моделей добавили отдельные блоки, работающие по принципу турботаймера.
Есть и другие решения автопроизводителей. К примеру, на модели с турбомотором ставят циркуляционные насосы, которые при необходимости подают к компрессору охлаждающую жидкость даже после остановки двигателя. На современных авто есть также электровентиляторы системы охлаждения.
Впрочем, принципиально от этого ничего не изменилось: турбина лучше реагировать на перегрев не стала. Рекомендации экспертов «За рулем» однозначны: даже современным моделям с турбомоторами стоит дать поработать пару минут на минимальных оборотах перед тем, как заглушить совсем. Да, автопроизводители уверяют, что в обязательном охлаждении турбины многие модели вовсе не нуждаются. Однако принципиальных разработок, продлевающих режим работы турбокомпрессора, не появилось.
Этот агрегат недешевый, поэтому проверять, насколько эффективны охлаждающие «примочки», на своем автомобиле не стоит. Если у вас есть электрический насос, качающий жидкость для охлаждения после остановки двигателя, то тогда этой рекомендацией можно пренебречь. Однако лучше убедиться в его наличии заранее. И опять же никто не мешает перестраховаться даже в этом случае. Пара-тройка минут, как правило, в запасе есть.
Охлаждать турбину или нет: эксперты дали совет
Самая ломучая деталь турбомотора, как известно, — его турбина. Специалисты рассказали, что делают автопроизводители, чтобы продлить ей жизнь, и дали совет касательно охлаждения дорогостоящего элемента.
depositphotos
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?
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.
© depositphotos
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.
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.
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.
Как охлаждается турбина в автомобиле
Возникает много вопросов по поводу необходимости водяного охлаждения «шариковых» турбокомпрессоров. Многие сомневаются в необходимости водяного охлаждения среднего корпуса турбины. В действительности «шариковые» турбины могут выйти из строя, если не организовать их водяное охлаждение или организовать не правильно.
Для чего нужно водяное охлаждение турбины?
Наличие водяного охлаждения удлиняет жизнь турбокомпрессора! Многие турбины разработаны без водяного охлаждения. Они охлаждаются воздухом и смазывающим маслом, которое через них протекает. «Шариковые» турбокомпрессоры Garrett серий Т, GT и GTX изначально разрабатывались с учетом наличия водо/масляного охлаждения. Порты подачи/слива охлаждающей жидкости находятся с обоих сторон среднего корпуса турбокомпрессора и расположены под 90 градусов к портам подачи/слива масла с турбины.
Тепло от сгорания топлива проходит через выпускной коллектор и турбинную «улитку» турбокомпрессора. Часть этого тепла передается лопаткам турбинного вала. Если система охлаждения организована не правильно, это может привести к выходу из строя узла подшипников качения и уплотнительного кольца турбинного вала.
Как работает водяное охлаждение турбокомпрессора ?
Во время работы двигателя охлаждающая жидкость прокачивается через средний корпус турбины за счет давления, создаваемого водяным насосом двигателя. Но даже, когда двигатель выключен, наблюдается движение охлаждающей жидкости сквозь средний корпус благодаря конвекции.
На рисунке показан средний корпус «шариковой» турбины в разрезе. Голубым цветом окрашены поверхности, которые омывает охлаждающая жидкость. Светло-желтым отмечена масляная полость. Водяная полость практически полностью опоясывает узел подшипников качения (отмечен оранжевым). Водяная рубашка имеет два порта входа/входа с обоих сторон среднего корпуса.
Теплопередача является основным источником проблем, связанных с перегревом турбин. Эта разрушительно высокая температура приходит из системы выпуска. Во время интенсивного использования турбины большое количество тепла из двигателя поступает в выпускной коллектор, турбинную «улитку» и на лопатки турбинного вала. Эти детали рассчитаны на то, чтобы работать при высоких температурах благодаря дизайну и выбору материалов. Но часть этого тепла (в соответствии с закона физики) будет проникать в области с менее высокими температурами, а именно в узел с шариковыми подшипниками и в стержень турбинного вала и другие детали, которые с ними контактируют.
Во время работы двигателя большая часть переданного тепла передается смазывающему маслу, предотвращая перегрев уплотнительных колец. Как только двигатель включается, прекращается и поток смазывающего масла. Но вся высокая температура выхлопа остается в выпускном коллекторе и турбинной «улитке». Эта высокая температура посредством теплопроводности переходит в средний корпус турбины, в downpipe и в окружающий воздух подкапотного пространства в виде излучения и конвекции. Но значительная часть тепла всёже перейдет в средний корпус турбины т.к. там наиболее низкая температура. Дополнительная часть температуры перейдет от лопастей турбинного вала в стержень турбинного вала и далее в группу шариковых подшипников. Вследствие этого средний корпус и все детали внутри него нагреты в данной фазе больше, чем при работающем двигателе. Эффект такого перегрева будет усугублен большим А/R турбинной «улитки», которая аккумулирует больше тепла.
Как можно повредить турбину недостаточным охлаждением ?
Теперь понятно, чему противостоит охлаждение турбины и к чему может привести недостаточное ее охлаждение. Узел шариковых подшипников и уплотнительные кольца могут пострадать от перегрева. Узел шариковых подшипников выполнен из жаропрочных материалов, но показатели работоспособности подшипников начинают резко ухудшаться при температуре, превышающей 150 градусов Цельсия. Температура может показаться низкой по сравнению с максимально допустимой температурой выхлопных газов, которая составляет 980 градусов Цельсия. Но средний корпус предохраняют от температуры несколько «линий обороны»: жароотражатель между лопастями турбинного вала и средним корпусом, уменьшающий теплопередачу и контакт между средним корпусом и турбинной «улиткой»; масляное и водяное охлаждение среднего корпуса во время работы двигателя и конвекционное охлаждение водой после остановки двигателя. Водяная рубашка «шариковой» турбины сконструирована чтобы огибать внешнюю обойму узла шариковых подшипников и удерживать температуру в этом узле ниже установленных пределов для предотвращения его поломки. Когда вода для охлаждения не используется или охлаждение организовано не правильно, температура в узле подшипников превышает предельно допустимые значения и привести в увеличению зазора внутри подшипников, задевания турбинного и компрессорного колес за турбинную и компрессорную «улитки» и отказа турбины. Если температура в узле подшипников слишком высокая и при этом скорость вращения турбинного вала выше номинальной, может произойти заклинивание подшипника и катастрофического разрушения турбины. К турбинам, работающим при высоком давлении и высокой скорости вращения турбинного вала предъявляются повышенные требования к установке и устройству линий водяного охлаждения турбины. Параметры экстремального давления наддува меняются от турбины к турбине меняются, но в среднем составляет давление свыше 1,7 бара избытка.
На рисунке представлены последствия повреждения шарикового подшипника из-за высокой скорости вращения и высокой температуры. Каждый из подшипников узла оснащен сепаратором, который удерживает шарики.Повышение температуры выше допустимой может повредить сепараторы и привести к катастрофическому разрушению турбины.
Повышенные температуры рискуют повредить не только узел шариковых подшипников, но и разрушить уплотнительные кольца. Когда масло перегрето, оно окисляется и образуется «кокс» — твердое вещество на основе углерода. Уплотнительное кольцо изготавливается из специальной жаропрочной нержавеющей стали. Оно располагается в углублении турбинного вала и прижимается к седлу среднего корпуса. При образовании кокса данный узел заполняется им, что приводит к местному перегреву и деформации уплотнительного кольца. При остывании происходит пластическая деформация уплотнительного кольца, что приводит в потере работоспособности данным узлом и утечки масла в турбинную часть турбокомпрессора.
Как правильно установить охлаждаемый водой турбокомпрессор?
Вредное воздействие теплопередачи на турбокомпрессор может уменьшить правильной организацией водяного охлаждения. Водяные линии должны быть интегрированы в существующую систему охлаждения двигателя. Для охлаждения турбины наиболее эффективна смесь 50/50 воды и антифриза при температуре 91 градус Цельсия. Чтобы эффективность охлаждения была наибольшей, порты подвода/слива воды в средний корпус турбины располагают в пределах плюс/минус 20 градусов от горизонтали. Более холодная вода из системы охлаждения двигателя должна подводиться к нижнему из двух портов. Более горячая вода после охлаждения турбины выходит из порта, расположенного выше и поступает обратно в систему охлаждения двигателя. Правильная организация линий охлаждения турбины снизу вверх предохраняет от образования воздушных пробок и обеспечивает конвекционный проток воды через средний корпус после остановки двигателя. Тестирование исследовательской лаборатории Garrett показало, что правильная организация системы охлаждения турбины при котором после остановки двигателя организован конвекционный ток воды от верхнего порта к нижнему может снизить температуру внутри среднего корпуса на 50 градусов. Больший угол отклонения расположения водяных портов от горизонтали не желателен т.к. может помешать свободному сливу масла из среднего корпуса турбины.
Для организации магистралей водяного охлаждения могут быть использованы различные патрубки. Необходимо, чтобы они выдерживали максимальную температуру в 121 градус Цельсия и даже немного выше в некоторых случаях. Если используются жесткие металлические водяные магистрали, они должны быть проложены так, чтобы не наступило их разрушение от вибрации. Если турбокомпрессор установлен на двигатель воздушного охлаждения – необходима организация отдельной системы охлаждения со своим радиатором. В установке водяного насоса нет необходимости т.к. жидкость в системе охлаждения будет перемещаться посредством конвекции.
В итоге можно отметить, что применение системы охлаждения турбины – прямое требование завода-изготовителя. Правильная организация и применение системы водяного охлаждения турбины приводит к многократному увеличению срока службы турбины, а не правильная – ее быстрому входу из строя.
Список операций по организации водяного охлаждения турбины:
1. Установите порты водяного охлаждения турбины в пределах 20 градусов от горизонтали.
2. Выберете место соединения системы охлаждения двигателя и турбины. Турбина может быть подсоединена в линию печки.
3. При использовании линии печки необходимо гарантировать, что ток воды через турбину гарантирован при открытом и закрытом кране печки.
4 Важно правильно выбрать водяные магистрали.
5. Присоедините патрубок более холодной воды в нижний порт водяного охлаждения турбины.
6. Присоедините патрубок более горячей воды в верхний порт водяного охлаждения турбины.
7. При использовании жестких металлических магистралей, проследите, чтобы они не пострадали от вибрации.
8. Для герметизации соединения водяных портов используйте медные шайбы.
9. После установки турбины проверьте и внимательно следите за уровнем охлаждающей жидкости.
10. Проконтролируйте отсутствие паровых пробок в системе охлаждения.
Правильное охлаждение турбины ДВС
Опытные водители понимают, что для продления сроков эксплуатации автомобиля, важно его правильно эксплуатировать. Перед выключением турбодвигателя его необходимо охладить, то есть после того, как машина остановлена, мотор должен поработать в холостую. Правильное охлаждение турбины ДВС — это важная составляющая для исправной работы силового агрегата транспортного средства.
Особенности работы
Во время движения автомобиля в атмосферу поступают выхлопные газы, которые несут определенную энергию, получаемую в результате того, что сгорает топливовоздушная смесь. Для их вывода установлена система выхлопа. С помощью принудительного направления потоков отработанных газов на колесо турбины достигается эффективность использования этой энергии (30 кВт). При этом воздух в цилиндре нагнетается, а энергия мощности с выходного вала агрегата не забирается. Турбонагнетатель состоит из турбинного и компрессорного колеса, которые установлены на разных краях одного вала. Работа его выглядит следующим образом:
- ○ Турбинное колесо под действием потока выхлопных газов с температурой выше 750-850℃ начинает активно вращаться;
- ○ Через ось с лопастей турбины на колесо (компрессорное) передается момент вращения;
- ○ В компрессор активно засасывается чистый воздух из атмосферы, а затем происходит его сжатие;
- ○ В рабочие цилиндры мотора направляется весь сжатый воздух.
Система охлаждения турбины: зачем нужна
Для изготовления колеса турбины используют жаропрочную сталь, а компрессорного — специальный алюминиевый сплав. За счет того, что выбраны разные материалы происходит снижение инерционных сил турбины. При этом ось ее крепко зафиксирована и вращение происходит благодаря шариковым или подшипникам скольжения плавающего типа. Смазывание всех подшипников осуществляется с помощью качественного моторного масла, которое поступает из общей системы смазки агрегата. Но смазочный материал выполняет не только эту функцию. Он также отводит излишнее тепло от рабочих поверхностей деталей и узлов, подвергающихся трению.
Вал нагревается от турбинного колеса, а также тепла от выхлопов, трения при высокочастотном вращении. Наличие необходимого количества масла помогает снизить температуру подшипников. Это позволяет продлить срок работы силового агрегата, снизить уровень износа деталей.
Виды охлаждения турбины авто
Различают следующие варианты снижения температуры турбокомпрессора во время его работы:
- ○ Воздушное. В этом случае работают вентиляторы, которые затягивают воздух в отводящие контуры, расположенные по кругу мотора. Воздушное охлаждение для турбины считается классическим вариантом. Оно более надежное, а ремонт системы оптимально доступный по цене. К недостаткам относят высокую шумность, неравномерность обдува;
- ○ Водное. При нормальной работе агрегата вода продвигается через турбокомпрессор за счет давления, которое создается водяным насосом. После поглощения тепла жидкость поднимается через систему охлаждения, втягивая вместе с ней охлажденную воду из турбонагнетателя. Турбина с водяным охлаждением обычно используется на авто, которые имеют высокие температуры выхлопа.
Как правильно глушить мотор?
Во время работы ДВС масло активно подается на все узлы, попутно их охлаждая. В момент, когда водитель резко отключает мотор, то ось просто останавливается, но вал и подшипник сильно прогреваются. При этом остатки масла начинают коксоваться. При следующем запуске двигателе возникает проблема с нормальным доступом свежего масла, что приводит к быстрому износу подшипников. Чтобы этого не происходило, рекомендуют сразу не глушить мотор. Двигатель должен немного поработать на холостых оборотах.
Подобное охлаждение турбины дизельного двигателя позволит за несколько секунд снизить температуру до 100℃, а значит коксование не начнется. Достаточно 2-4 минут работы вхолостую для мотора после интенсивной езды, чтобы предотвратить поломки и износ агрегата.
Найти опытного мастера для диагностики и ремонта своего авто в городе можно на ресурсе Birud, где кроме контактов СТО можно ознакомиться с отзывами о работе специалистов и уровне обслуживания.