Турбины, клапан управления турбиной и турбонаддув в Ford Mondeo

Содержание статьи:

Решил рассказать об одной из проблем Форд Мондео мотора, и так уж сложилось, что многие эксплуатируя машину сталкиваются с проблемой с этим клапаном, а кто- то не сталкивается, что- ж общаясь долгое время с Вольво, я могу сказать что там такие проблемы возникают тоже но реже, сложно сказать что сказывается, как- же понять что клапан вышел из строя, ну во первых если клапан залипает машина дует чуть ли не все 1.3 бара, но при этом едет как обычный атмосферный мотор, ощущаются пинки, то- есть машина после определенных оборотов тупо дохнет причем при этом Вы рискуете поцеловать руль, связано это с резкой потерей буста, ну и конечно съездив на диагностику и получив бумажку вот с такой ошибкой P0234 turbo/super charger overboost condition увидев такую надпись не стоит думать, что у Вас супер буст и Вы выиграли Dodge charger, это и есть смерть клапана либо его залипание по сути одно и тоже, и тут вопрос как быть, в принципе, можно воспользоваться финсами и заказать его по ним:
Клапан упавления турбиной Ford оригинал: 1 371 924
Volvo: 9465528
Volvo: 30670449
Аналог Pierburg: 7.28197.16.0
Где- же эта штука стоит, стоит она на турбе, ну точнее на кронштейне который крепится за турбину, специально для тех кто уже стер пальцы в кровь роясь в гугле, фото:

Турбины и клапан управления турбиной в Ford Mondeo

как- то вот так.

Кстати, добраться до него удобнее всего сняв правое колесо, кстати трубки часто прикипают намертво.

Планируя тюнинг нашего мотора я так- же задумывался об альтернативном клапане, так как наш клапан даже новым не работает эталонно, на сток прошивке это не столь заметно, но стоит прошиться, ощутите что клапан проседает, из многих наблюдений включая наблюдения Вольвоводов, можно заметить что по приборам наддува буст не стабилен стрелка вечно прыгает, нет я не говорю о смене оборотов когда прыжок нормальное явление, наблюдалось что при скажем 3000- 3500 тысяч буст грешил на 0.2- 0.3 бара, а это ощутимые потери, решение было найдено, так как у нас все же не эрэчные моторы с их 1.5 бара на пике, то лучшей альтернативой станет клапан от elevate разработанный именно под наш мотор, выглядит так:

тюнингованый клапан

сток- вариант

Самое интересное, что стоимость клапана ненамного велика если сравнивать с оригиналом, омрачает малину лишь доставка из штатов.

Преимущества клапана перед стоковым таковы:

Быстродействующий клапан регулирует оптимальное давления наддува
Отлично подходит для использования как на стоковых так и настроенных автомобилях
Устанавливается вдали от жаркой части турбины, тут я хотел бы особо акцентировать Ваше внимание так как клапан действительно подвержен температурным воздействиям, и это возможно и является причиной его частого выхода.
Клапан и штуцера металлические- в отличие от штатного где все это пластик, и впоследствии снять трубки большая проблема.
Индивидуально испытывается перед отправкой
В комплекте силиконовый шланг и элементы крепления.

По поводу крепежа на машине действительно его увели с турбины что лично мне кажется большим плюсом, выглядит так это:

установленный клапан

В целом думаю это интересная альтернатива стоку, в скором времени я думаю заменить свой клапан именно на такой аналог, пусть дороже, зато и работа турбины явно изменится.

2. О турбинах в Ford Mondeo подробно

Продолжу рассказывать о технически интересных узлах в доступной форме.

Что такое турбина и для чего она нужна?

Турбина – устройство в автомобиле, которое направлено на увеличение давления во впускном коллекторе автомобиля для того, чтобы обеспечить большее поступление воздуха, а значит и кислорода, в камеру сгорания.
Главное назначение турбины – с ее помощью можно значительно увеличить мощность автомобиля. При увеличении давления во впускном коллекторе на 1 атмосферу в камеру сгорания попадет в два раза больше кислорода, а значит от небольшого турбового двигателя можно ожидать мощности как от атмосферника с объемом в два раза больше…

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбины несложен: горячие выхлопные газы через выпускной коллектор поступают в горячую часть турбины, проходят через крыльчатку горячей части приводя ее и вал, на который она крепится в движение. На этом же вале закреплена крыльчатка самого компрессора в холодной части турбины, эта крыльчатка при вращении создает давление во впускном тракте и впускном коллекторе, что обеспечивает большее поступление воздуха в камеру сгорания.

На картинке ниже показана циркуляция газов:

циркуляция газов.

Устройство турбины
Общие устройство турбины в целом похожи.

основные узлы

Турбина состоит из двух улиток – улитки компрессора, через которую всасывается воздух и нагнетается во впускной коллектор, и улитки горячей части, через которую проходят выхлопные газы вращая колесо турбины и выходят в выхлопной тракт. Из крыльчатки компрессора и крыльчатки горячей части. Из шарикоподшипникового картриджа. Из корпуса, который соединяет обе улитки, держит подшипники, так же в корпусе находится охлаждающий контур.

Вестгейты (Wastegates)

Вестгейт, также, как и блоуофф, является средством управления наддувом, только со стороны выхлопа. Некоторые коммерческие дизельные системы турбонаддува вовсе обходятся без оного (т.н. система свободно плавающего турбонагнетателя). Однако, использование турбонаддува на бензиновых двигателях требует применения этого компонента.

Существуют две разновидности вестгейтов — внутренний и внешний. И тот, и другой обеспечивают обход выхлопных газов мимо колеса турбины. Обход газов колеса, как вы уже понимаете, уменьшает мощность турбокомпрессора, позволяя турбине соответствовать мощности, требуемой для данного уровня наддува. Аналогично блоуоффам, вестгейты используют в своей конструкции силу пружины, для регулировки потока, проходящего в обход турбины.

Внутренние вестгейты встроены в корпус турбины и состоят из клапана "хлопушки", тяги, наконечника, и пневматического привода (актюатора).

Очень важно подсоединить актюатор исключительно к давлению наддува, т.к. механизм не работает с вакуумом и не может относиться к впускному коллектору.

схема работы аккуатора и вестгейта

Устройство турбины на ECOBOOST:

общий вид турбины экобуст

схема турбины экобуст

1. Внутренняя труба
2. Внешняя оболочка
3. Приводной механизм регулятора давления наддува
4. Клапан управления турбонагнетателя
5. Впуск воды
6. Впуск масла
7. Кожух
8. Перепускной клапан
9. Канал регулятора давления наддува
10. Встроенный корпус турбины

Турбина также идет в сборе с коллектором, как единое целое.

Система охлаждения турбин

Не одна современная турбина не обходится без охлаждения как воздуха в нее поступающего, так и самой себя, сама турбина охлаждается маслом и антифризом, есть турбины с чисто масленым охлаждением, но мы будем рассматривать наш вариант а это масло и антифриз, при охлаждении турбины маслом и антифризом повышается эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Но данная систем охлаждения имеет более сложную конструкцию т.к. имеет раздельные масляный контур и контур охлаждающей жидкости. Масло, как и прежде служит для смазки подшипников и для охлаждения, а антифриз, который используется из общей системы охлаждения двигателя, не дает перегреться и закипеть маслу.

При работе турбины воздух под действием компрессора сжимается и, как следствие, очень сильно греется, что приводит к нежелательным последствиям т.к. чем выше температура воздуха, тем меньшее количество кислорода в нем содержится – тем меньше эффективность наддува. С этим явлением призван бороться интеркулер – промежуточный охладитель воздуха. Кстати для наших турбин наиболее актуальны интеркулеры с технологией tube fin так как наши турбины довольно малы, и эта технология значительно снижает потери.

Неисправности турбины:

Загрязненное масло
Загрязненное масло двигателя ведет к повреждению турбокомпрессора в форме сильного коксования в каналах подачи масла, а также некачественной работы фильтров. Загрязнения крупными частицами приводит к появлению глубоких царапин на подшипнике скольжения. Для предотвращения повреждений должно быть гарантировано применение масла и фильтров высокого качества.

Недостаток масла
Длительный процесс не поступления масла (от 8 до 10 сек.. Ведет к тому, что на подшипнике скольжения и опорных шейках ротора турбокомпрессора образуются как следы износа, так и характерные следы перегрева на поверхностях.
Недостаточное количество масла может объясняться следующими причинами:
обрыв маслопроводов;
недостаточный уровень масла в поддоне;
выход из строя масляного насоса;
неисправности системы смазки двигателя;
доступ воздуха в систему смазки.

Твердый посторонний предмет в воздушном всасывающем тракте компрессора.
Повреждение происходит при попадании постороннего предмета в компрессор. Предмет, попавший в компрессор, отскакивает от стенок входа компрессора, приводя к серьезным повреждениям. Соль и песок вызывают сильную эрозию и разрушение крыльчатки.

Мягкий посторонний предмет в воздушном всасывающем тракте компрессора.
Попадание в турбину мягких посторонних предметов, таких как куски бумаги, резины, ткани или ветоши приводят к деформации крыльчатки (загиб, накат. и откалывания от них кусков металла.

Твердый посторонний предмет в выхлопном тракте турбины.
Посторонние предметы, обломки деталей двигателя (клапанов, поршневых колец., что попадают в турбину, приводят к характерному повреждению крыльчатки. Даже небольшие кусочки ржавчины могут вызвать серьезное разрушение вследствие высокой скорости вращения ротора.

Затрудненный доступ масла
Кратковременный, повторяющийся процесс прерывания доступа масла (от 4 до 5 сек.. Ведет к сильному износу на поверхностях подшипников скольжения турбокомпрессора. Это происходит тогда, когда двигатель не смазывается и не прокручивается после следующих операций:
- Замена турбокомпрессора без предварительного заполнения системы смазки;
- Замена масла, фильтра;
- Длительный простой;
- Непрофессиональный запуск двигателя, особенно в холодное время года;
- Пониженное давление масла вследствие неисправности системы смазки;
- Загрязнения масла топливом и частицами герметика;
- Эксплуатация турбокомпрессора с изношенным двигателем.

Перегрев турбокомпрессора
Отказ работы турбокомпрессора вследствие высоких температур отработанных газов или выключение двигателя без достаточного времени для охлаждения турбокомпрессора, что ведет к образованию нагара. Поэтому рекомендуется перед остановкой двигателя дать ему поработать 1- 3 мин. на холостом ходу, для охлаждения турбокомпрессора.
Работа турбокомпрессора при чрезмерной температуре ведет к коксованию масла и коррозии системы подшипников скольжения. Значительные повреждения возникают при этом на валу, его уплотнениях, подшипниках, а также вследствие засорения выпуска масла в крышке. Тяжелые случаи ведут к деформации впускного фланца крышки турбины.
Причинами этого являются:
- Засорение воздушного фильтра;
- Остановка двигателя без работы на холостом ходу в течение 1- 3 мин . перед выключением;
- Низкокачественное масло;
- Большой интервал при замене масла;
- Неплотное соединение подводов воздуха и отводов отработанных газов;
- Неправильно выставлен момент впрыска или зажигания, что приводит к обгоранию колеса турбины;
- Превышение скорости приводит к перегреву посадочных мест подшипников, а также сгоранию масла, на валу образуется нагар;

Нужно отметить что многие современные моторы позволяют глушить мотор сразу, на многих ставят даже принудительное охлаждение турбины после выключения мотора, но в случае с нашими моторами я бы не пожалел одну две минуты времени.

закоксовывание.

закоксовывание и излом металла на крыльчатке

Про турбину 2.5T можно сказать что она не столь сильно отличается от экобустовской, она тоже низко оборотистая с довольно большим ресурсом, при разумной эксплуатации, поэтому выносить ее отдельно не буду.

volvo турбина.

3. Основные виды турбонаддува в Ford Mondeo

Би-турбо (Bi-turbo) и Твин-турбо (twin-turbo)

Вопреки убеждениям некоторых «экспертов» название системы битурбо или твинтурбо не отображают схему работы турбины – параллельную или последовательную (секвентальную).

Например, у автомобиля Mitsubishi 3000 VR-4 система турбонаддува носит название TwinTurbo. В автомобиле стоит двигатель V6 и у него две турбины, каждая из которых использует энергию выхлопных газов из своих трех цилиндров, но задувают они в один общий впускной коллектор. У, например, немецких автомобилей есть схожие по рабочему принципу системы, но называются они не твинтурбо, а БиТурбо.
На автомобиле Toyota Supra с рядной шестеркой установлены две турбины, система турбонаддува называется TwinTurbo, но работают они в особой последовательности, включаясь и выключаясь с помощью специальных перепускных клапанов.

На автомобиле Subaru B4 тоже стоят две турбины, но работают они последовательно: на низких оборотах дует маленькая турбина, а на высоких, когда та не справляется, подключается вторая турбина большего размера.

Давайте теперь по порядку разберем обе системы би-турбо и твинтурбо.

Би-турбо – система турбонаддува, представляющая собой две последовательно включаемых в работу турбин. В системе би-турбо используют две турбины, одну малого размера, а вторую большего размера. Маленькая турбина раскручивается быстрее, но на высоких оборотах двигателя маленькая турбина не может справиться с компрессией воздуха и созданием нужного давления. Тогда подключается большая турбина, добавляющая мощный заряд сжатого воздуха. Следовательно, минимизируется задержка (или турболаг), образуется ровная разгонная динамика. Системы би-турбо весьма недешевое удовольствие и обычно устанавливаются на автомобили высокого класса.

Система би-турбо может быть установлена как на двигатель V6, где каждая турбина будет установлена со своей стороны, но с общим впуском. Либо на рядном моторе, где установка турбины осуществляется по цилиндрам (например, 2 для малой и 2 для большой турбины), так и секвентально, когда на выпускном коллекторе сначала устанавливается большая трубина, а потом маленькая.

би турбо

вид сзади

Твин-турбо – данная система отличается от би-турбо тем, что нацелена не на снижения турбо-лага или выравнивание разгонной динамики, а на увеличение производительности. В системах твин-турбо применяются две одинаковые турбины, соответственно производительность такой системы турбонаддува эффективней, чем системы с одной турбиной. К тому же, если применить 2 небольших турбины, схожих по производительности с одной большой, то можно снизить нежелаемый турболаг. Но это не значит, что никто не использует две больших турбины. Например, в серьезном драге могут использоваться две больших турбины для еще большей производительности. Система твин-турбо может работать как на V-образных моторах, так и на рядных. Последовательность включения турбин может варьироваться, как и на битурбо системах.

А вообще для еще большего веселья никто вам не мешает воткнуть сразу 3 турбины или более. Цель преследуется такая же, как и для твин-турбо.

Бывает три вида систем твин турбо и би-турбо, а именно:

1. Параллельный тип

Параллельная система работает одновременно и параллельно друг другу, и включает в себя два одинаковых турбокомпрессора. Параллельная работа происходит из-за ровного деления потока сгоревших газов между турбокомпрессорами. Из каждого компрессора выходит сжатый воздух и поступает в общий впускной коллектор, и потом распределяется по цилиндрам. Параллельный используется, как правило, на дизельных V-образных двигателях. Из-за параллельной схемы турбонаддува эффективность системы основывается на том, что две маленькие турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая турбина. Турбокомпрессоры работают на всех оборотах двигателях обеспечивая быстрое повышение наддува. И каждая турбина установлена на своём выпускном коллекторе.

твин турбо битурбо параллельная

2. Последовательный

В системе последовательного Twin Turbo постоянно работает первый турбокомпрессор, а второй начинает работать в определённом порядке работы двигателя (повышенная частота оборотов, нагрузка). Последовательный турбокомпрессор включает два одинаковых по характеристикам турбокомпрессора.
Электронная система управления обеспечивает переход между режимами и регулирует поток сгоревших газов ко второму турбокомпрессору за счёт специального клапана.

схема работы

Чтобы достичь максимально высокого выхода мощности, система последовательности Twin Turbo минимизирует последствия турбозадержки. Применяются, как на дизельные двигатели, так и на бензиновые. В 2011 году была представлена система с тремя последовательными турбокомпрессорами компанией BMW и называется она Triple Turbo.
Хотелось бы немного рассказать о системе надува bmw triple turbo на дизеле, а именно как работают там турбины:
Одна из малых турбин начинает работать прямо с холостых, устраняя эффект турбоямы, с ростом оборотов до 1500 в минуту в дело включается большой нагнетатель, вместе с которым достигается пиковая тяга в 740 Нм. На 2700 оборотах в минуту подключается третья турбина, чтобы пиковый крутящий момент не упал вплоть до 3000 об/мин.
Помимо последовательного наддува в автомобилях применяются и более сложные схемы с большим количеством нагнетателей. К примеру, в нашумевшем Бугатти Вейрон, для получения мощности в 1001 лошадиную силу на двигателе стоит 4 турбонагнетателя.

3. Двухступенчатый

В техническом плане система двухступенчатого турбонаддува является самой совершенной.
В системе двухступенчатого турбонаддува используется клапанное регулирование потока сгоревших газов и нагнетаемого воздуха. Эта система состоит из двух турбокомпрессоров разного размера. В последствии установленных в впускном и выпускном трактах.

Перепускной клапан сгоревших газов закрыт при низких оборотах двигателя. Сгоревшие газы через малый турбокомпрессор, имея максимальную отдачу и минимальную инерцию проходят дальше через большой турбокомпрессор. И так как давление отработавших газов не сильное, то, следовательно, и большая турбина практически не вращается. Перепускной клапан наддува закрыт на впуске и воздух поступает последовательно через большой и малый компрессоры.

Общая работа турбокомпрессоров начинает осуществляться при росте оборотов. И постепенно начинает открываться перепускной клапан сгоревших газов. Большая турбина начинает все больше и интенсивно раскручиваться, так как часть отработавших газов идёт прямо через неё.

схема работы

двухступенчатая система

Большой турбокомпрессор на впуске с определённым давлением начинает сжимать воздух, но давление не слишком большое и сжатый воздух дальше поступает в малый турбокомпрессор, где продолжает повышается давление. При этом перепускной клапан остаётся закрыт. Перепускной клапан сгоревших газов открывается полностью при полной нагрузки. Останавливается малая турбина, а большая начинает раскручиваться до максимальной частоты, так как через неё практически полностью проходят сгоревшие газы. Давление наддува достигает своего максимального значения на впуске большого компрессора при этом малый компрессор создаёт помеху для воздуха. И в определённый момент перепускной клапан наддува открывается и сжатый воздух непосредственно напрямую поступает к двигателю.

Благодаря системе двухступенчатых турбокомпрессоров мгновенно достигается номинальный крутящий момент и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя. При этом достигается максимальное увеличение мощности. Таким образом, система поддерживает блестящую работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Так же система объясняет известное противостояние дизельных двигателей между предельной мощностью на высоких оборотах и высоким крутящим моментом на низких оборотах.

примерный принцип работы

И немного о других видах турбин.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией VTG (Variable Geometry Turbine)

Первым VNT (Variable Nozzle Turbine) турбокомпрессором с изменяемой геометрией в 1995 году стал турбокомпрессор для Фольксвагена Multivane с 1,9 литровым двигателем TDI. Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува (на рисунке слева). При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув.
Двигатель с системой VNT, имеет лучший отклик, производит большую мощность и крутящий момент, потребляет меньше топлива и обеспечивает снижение вредных выбросов по сравнению с двигателем, связанным с турбокомпрессором традиционным байпасом. Благодаря короткому времени отклика и плавному ускорению улучшается управляемость машиной и срок ее службы. По сравнению с турбокомпрессором, оборудованным байпасом, турбокомпрессор VNT, более эффективный в более широком диапазоне величин потока, имеет следующие 3 основных преимущества:

1. Более высокая мощность: при определенной скорости двигателя и для заданного давления наддува модели VNT обеспечивают большую разность давлений и снижают температуру газов на выходе из двигателя.
2. Больший крутящий момент: при низких оборотах двигателя модели VNT обеспечивают повышенное давление наддува.
3)Экономия топлива и снижение выброса вредных веществ в атмосферу: контролируемые непосредственно системой управления двигателем, турбокомпрессоры VNT оптимизируют сгорание.

турбина с изменяемой геометрией

a. корпус турбины
b. крыльчатка для отработанных газов
c. корпус турбокомпрессора
e. ось рычага смещения регулируемого кольца
f. регулируемое кольцо
g. оси направляющих лепестков
h. направляющие лепестки

принцип работы

Основной проблемой VNT турбокомпрессора является недостаточная устойчивость конструкции к высоким температурам. По этой причине основным местом применения технологии VNT стали дизельные двигатели. Первой «ласточкой» в применении турбины с изменяемой геометрией на бензиновых двигателях стала компания Porsche.

Twin-Scroll (твинскрол)

Один из вариантов решения проблемы ”турбоямы” - турбина с двумя крыльчатками, называемая Twin-Scroll. Одна из крыльчаток (чуть большего размера) принимает выхлопные газы от одной половины цилиндров двигателя, вторая (чуть меньшего размера) — от второй половины цилиндров. Обе подают газы на одну и ту же турбину, эффективно раскручивая её, как на низких, так и на высоких оборотах.

принцип работы

Есть еще так-же турбо-компрессорные двигатели но о них мы поговорим в другой раз.
Пожалуй на этом Все, как всегда все собрано, допилено, дополнено и частично переведено мной (RastaBeat).
Как всегда оценивать данную статью Вам если она Вам нравится или показалась интересной не поленитесь нажать на кнопочку "мне нравится".