Двигатель Volkswagen AFN 1,9 л/110 л. с

Двигатель Volkswagen AFN 1,9 л/110 л. с.

В середине 90-х годов прошлого века руководство VAG разработало серию TDI – турбодизель с ТНВД прямого впрыска. В первой версии AHU стоит турбина с перепускным клапаном 75, который управляет открытием байпаса, регулируя объемы наддува.

Двигатель AFN – это модернизация серии TDI:

• клапан 75 изменяет длину улитки турбины, то есть геометрию впуска;
• на малых оборотах это позволяет избавиться от турбоямы;
• при резком увеличении мощности сохраняется плавное управление наддувом.

Важной особенностью является тот факт, что в 1999 году концерн VAG поменял обозначение моторов, AFN был переименован в AVG на целый год. Каждая версия этой серии обладала ресурсом от 400000 км пробега.

Об истории изобретения и внедрения турбонаддува

Итак, идея «пустить в дело» энергию отработанных выхлопных газов появилась уже вскоре после изобретения и успешных опытов применения двигателей внутреннего сгорания. Немецкие инженеры и первопроходцы автомобиле- и тракторостроения, во главе с Дизелем и Даймлером, провели первые опыты по повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива с помощью нагнетания сжатого воздуха от выхлопов.

Готдиб Даймлер выпускал вот такие автомобили, а уже задумывался о внедрении системы турбонаддува

Но первым, кто построил первый эффективно работающий турбокомпрессор, стали не они, а другой инженер – Альфред Бюхи. В 1911 году он получил патент на своё изобретение. Первые турбины были таковы, что использовать их было возможно и целесообразно только на крупных двигателях (например, судовых).

Далее турбокомпрессоры начали использоваться в авиационной промышленности. Начиная с 30-х годов ХХ века, в Соединённых Штатах регулярно запускались в «серию» военные самолёты (как истребители, так и бомбардировщики), бензиновые двигатели которых были оснащены турбонагнетателями. А первая в истории грузовая автомашина с турбированным дизельным мотором была сделана в 1938 году.

В 60-е годы корпорация «Дженерал Моторс» выпустила первые легковые «Шевроле» и «Олдсмобили» с бензиновыми карбюраторными двигателями, оснащёнными турбонаддувом. Надежность тех турбин была невелика, и они быстро исчезли с рынка.

Oldsmobile Jetfire 1962 года – первый серийный автомобиль с турбонаддувом

Мода на турбированные моторы вернулась на рубеже 70-х/80-х, когда турбонаддув начали широко использовать в создании спортивных и гоночных автомобилей. Приставка «турбо» стала чрезвычайно популярной и превратилась в своеобразный лейбл. В голливудских фильмах тех лет супергерои нажимали на панелях своих суперкаров «магические» кнопки «турбо», и машина уносилась вдаль. В реальной же действительности турбокомпрессоры тех лет ощутимо «тормозили», выдавая существенную задержку реакции. И, кстати, не только не способствовали экономии топлива, а наоборот, увеличивали его расход.

Труженик советских полей – трактор К-701 «Кировец» с турбонаддувом

Первые действительно успешные попытки внедрения турбонаддува в производство автомобильных двигателей серийного производства осуществили в начале 80-х годов «SAAB» и «Mercedes». Этим передовым опытом не замедлили воспользоваться и другие мировые машиностроительные компании.

Почему в итоге турбины получили распространение именно на дизельных, а не бензиновых двигателях? Потому что дизельные моторы имеют гораздо большую степень сжатия воздуха, а их выхлопные газы – более низкую температуру. Соответственно, требования к жаропрочности турбины гораздо меньше, а её стоимость и эффективность использования – гораздо больше.

Особенности и преимущества двигателя TDI

После вхождения Audi в состав WAG, концерн Volkswagen занял первые позиции в списке производителей дизельных двигателей. Инновационные инженерные решения и наработанные технологии производства обеспечили моторам TDI:

— низкий уровень шума при работе;
— высокий показатель крутящего момента;
— небольшой расход топлива;
— снижение токсичности отработавших газов;

Сегодня дизельный двигатель TDI сравнительно с аналогами имеет ряд преимуществ, среди которых отдельно выделяют топливную экономичность и КПД. Одним из основных плюсов заслуженно считается более высокое давление впрыска сравнительно с производительностью других систем. Давление впрыска в моторах TDI находится на отметке 2050 бар, тогда как аналоги выдают всего 1350 бар.
В TDI инжектор объединен с насосом, что позволяет реализовать максимальный контроль над всеми процессами топливного впрыска. Такое решение обеспечивает двигателю TDI высокий крутящий момент, а также эластичную работу данного дизеля на разных режимах. Благодаря данной системе топливоподачи сам процесс сгорания дизтоплива в моторах ТДИ более равномерный и происходит «деликатно», то есть с минимальными ударными нагрузками. По этой причине существенно снизился уровень шума во время работы дизеля, а также упало содержание оксида азота в отработавших газах. Другими словами, дизельный TDI двигатель является мощным, тихим, наименее вредным для окружающей среды и самым экономичным мотором среди доступных на рынке дизельных силовых агрегатов.

Как проверить снятую турбину?

Особенности диагностики снятой турбины:

1. Наличие трещин в коллекторе горячей крыльчатки можно определить после разбора агрегата.
2. На ощупь можно определить выработку подшипниковых элементов скольжения, а также втулок вала. Для этого агрегат надо пошевелить в разные стороны, но данный метод диагностики неточен, поскольку люфт может иметься на новом устройстве. Точно определить этот нюанс сможет только опытный специалист, рядовому автомобилисту это сделать проблематично.
3. Обращается внимание на продольные и осевые люфты. В идеале люфт должен быть не более 1-2 мм. Если он больше, агрегат подлежит ремонту.
4. Вращение элементов турбины должно быть плавным, заедания не допускаются.
5. Если демонтированный агрегат сухой, то люфт будет большим. Когда устройство наполнится моторной жидкостью, смазка создаст давление, поэтому зазор должен быть практически незаметен. Если агрегат в смазочной жидкости, то турбина подлежит замене.
6. Выполняется диагностика внутренних поверхностей турбины. Если на стенках имеются повреждения, это говорит о том, что поверхности царапаются крыльчаткой.
7. Наиболее точный результат позволит дать диагностика геометрии агрегата с помощью специального стенда.

VLADIMIR PROKUDIN подробно рассказал о диагностике турбокомпрессора в гаражных условиях без геометрии.

Устройство системы турбонаддува

На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

• Воздухозаборник;
• Воздушный фильтр;
• Перепускной клапан – регулирует подачу отработавших газов;
• Дроссельная заслонка – регулирует подачу воздуха на впуске;
• Турбокомпрессор – повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
• Интеркулер – охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
• Датчики давления – фиксирует давление наддува в системе;
• Впускной коллектор – распределяет воздух по цилиндрам;
• Соединительные патрубки – необходимы для крепления элементов системы между собой.

Турбокомпрессор C12-92-02 двигателя ЗМЗ-5143, устройство, работа и особенности эксплуатации.

Турбокомпрессор C12-92-02 производства CZ Strakonice состоит из картриджа, корпуса турбины, корпуса компрессора и механизма регулирования расхода отработавших газов через турбину. Его основные характеристики :

— Диапазон рабочего числа оборотов : 80 000 — 180 000 об/мин
— Максимальная степень сжатия компрессора : 2.4
— Максимальная подача воздуха : 0.13 кгс
— Максимально допустимая температура выхлопных газов : 700 градусов
— Максимальное сопротивление впускного тракта перед компрессором : 4-7 кПа
— Максимальное сопротивление выпускного трубопровода за турбиной : 12 кПа
— Рабочее давление масла : 200-600 кПа

Картридж турбокомпрессора C12-92-02.

Включает в себя:

— Ротор.
— Корпус подшипников.
— Подшипники скольжения.

Уплотнения колеса компрессора и колеса турбины — лабиринтовые, предназначены для предотвращения попадания сжатого воздуха и отработавших газов в корпус подшипников.

Ротор включает в себя колесо турбины, приваренное к торцу вала. На противоположном конце которого с помощью гайки закреплено колесо компрессора. Ротор свободно вращается на двух радиальных подшипниках скольжения, расположенных на валу.

Для компенсации осевой нагрузки, действующей на ротор на переходных режимах работы двигателя, установлен упорный подшипник скольжения со стороны колеса компрессора. Корпус подшипников выполнен в виде оребренной детали из чугуна. К корпусу подшипников с помощью пластин крепятся корпус турбины и корпус компрессора.

Корпус турбины турбокомпрессора C12-92-02.

Выполнен из чугуна с повышенным содержанием никеля в виде улитки с фланцами входного и выходного каналов для отработавших газов. Внутри корпуса турбины со стороны фланца выходного канала расположено колесо турбины и клапан перепуска части отработавших газов, минуя турбину.

Корпус компрессора турбокомпрессора C12-92-02.

Выполнен из алюминиевого сплава в виде улитки с осевым и тангенциальным патрубками. Внутри корпуса компрессора расположено колесо компрессора. В улитку ввернут угловой штуцер, на котором закреплена резиновая трубка пневмокамеры.

Механизм регулирования турбокомпрессора C12-92-02.

Включает в себя пневмокамеру в сборе со штоком (актуатор), резиновую трубку и стопорное кольцо. Пневмокамера соединена резиновой трубкой со штуцером, установленном в улитке компрессора и закреплена на кронштейне, который установлен на корпусе компрессора. Шток пневмокамеры зафиксирован с помощью стопорного кольца на рычаге перепускного клапана, расположенного в корпусе турбины.

Расположение турбокомпрессора C12-92-02 на двигателе ЗМЗ-5143.10.

Турбокомпрессор расположен на левой стороне двигателя по ходу движения автомобиля. Фланец входного канала корпуса турбины крепится к выпускному коллектору двигателя с помощью четырех гаек и шпилек, изготовленных из жаропрочной стали. К фланцу выходного канала корпуса турбины крепится чугунный патрубок трубы приемной глушителя.

К верхнему фланцу корпуса подшипников с помощью полого болта крепится трубка нагнетательная для подвода смазочного масла из блока цилиндров. В нижнем фланце корпуса подшипников ввернут штуцер, на котором закрепляется шланг для слива смазочного масла в масляный картер двигателя.

На осевом патрубке корпуса компрессора закреплен угловой патрубок. Соединенный резиновым шлангом с воздушным фильтром автомобиля. Тангенциальный патрубок корпуса компрессора соединен с нагнетательным патрубком. Далее расположены воздуховод, ресивер и впускная труба. К штуцеру ресивера крепится трубка компенсатора давления наддува топливного насоса высокого давления.

Работа турбокомпрессора C12-92-02 дизельного двигателя ЗМЗ-5143.10.

Двигатель ЗМЗ-5143.10 с турбокомпрессором образуют единый силовой агрегат. Отрегулированный по энергетическим, экономическим и экологическим параметрам.

При работе двигателя без нагрузки на минимальных оборотах холостого хода.

Воздух в двигатель поступает за счет разрежения, создаваемого цилиндро-поршневой группой. При этом колесо и корпус компрессора оказывают дополнительное сопротивление воздушному потоку.

При работе двигателя под нагрузкой.

Отработавшие газы из выпускного коллектора поступают в улитку корпуса турбины. В каналах между лопатками колеса турбины отработавшие газы расширяются. Затрачивая часть энергии на вращение ротора и нагрев турбокомпрессора. При этом их скорость увеличивается, а температура и давление падают. Из корпуса турбины отработавшие газы поступают в систему выхлопа автомобиля.

За счет вращения колеса компрессора в осевом патрубке корпуса компрессора создается разрежение. Окружающий воздух под действием атмосферного давления через воздушный фильтр поступает в каналы между лопатками колеса компрессора и далее, в улитку корпуса компрессора, в которых происходит процесс сжатия воздуха. При этом его скорость уменьшается, а температура и давление увеличиваются. Сжатый воздух нагнетается в систему воздухоснабжения двигателя.

При увеличении избыточного давления в ресивере топливный насос высокого давления с помощью компенсатора давления наддува обеспечивает увеличение подачи топлива. С помощью механизма регулирования поддерживается требуемое давление наддува, путем перепуска части отработавших газов, минуя колесо турбины турбокомпрессора.

На работающем двигателе смазочное масло под давлением из блока цилиндров по трубке нагнетательной поступает в корпус подшипников турбокомпрессора для смазки подшипников скольжения. Из корпуса подшипников масло стекает по шлангу в масляный картер двигателя.

Особенности эксплуатации и обслуживания турбокомпрессора C12-92-02.

Во время эксплуатации запрещается самостоятельно изменять длину штока в механизме регулирования турбокомпрессора. Зафиксированную изготовителем с помощью гайки. При увеличении длины тяги уменьшается давление наддува и мощность. Ухудшаются экономические и экологические показатели двигателя. При уменьшении длины тяги возрастает давление наддува при больших цикловых подачах топлива. Это приводит к возрастанию давления сгорания в цилиндрах и поломке двигателя.

После запуска холодного двигателя ЗМЗ-5143 в любое время года, до начала движения автомобиля, необходимо дать ему поработать как минимум пять минут на минимальных оборотах холостого хода. В этом случае обеспечивается равномерный прогрев колеса и корпуса турбины.

Для исключения закоксовывания смазочного масла из-за перегрева в радиальных подшипниках скольжения турбокомпрессора при остановке автомобиля после длительной работы двигателя на больших нагрузках необходимо дать ему поработать около 3-5 минут на минимальных оборотах холостого хода. Смазочное масло выполняет дополнительную функцию – охлаждение подшипников скольжения.

Работа дизельного двигателя ЗМЗ-5143 более десяти минут на минимальных оборотах холостого хода не рекомендуется. Так как за счет разрежения, создаваемого цилиндро-поршневой группой, давление воздуха внутри корпуса компрессора устанавливается ниже атмосферного. Часть смазочного масла из корпуса подшипников через лабиринтовое уплотнение колеса компрессора поступает в систему впуска двигателя, вызывая его повышенное дымление.

Поскольку турбокомпрессор C12-92-02 является самонастраивающейся системой, то нарушения в его работе могут вызвать только:

— Механические неисправности и повреждения.
— Засорение газовых и масляных магистралей.
— Залив в двигатель масла не предусмотренного заводом изготовителем.
— Избыточное давление в картере двигателя.

Проведение планового технического обслуживания, своевременная замена фильтрующих элементов, использование соответствующего моторного масла и качественного топлива существенно снизят вероятность отказа этого дорогостоящего устройства.

Резюме

Для того, чтобы эксплуатировать турбину, ее нужно сначала правильно отрегулировать для правильной подачи мощности мотору по специальным эксплуатационным книгам. Если машина новая, то на ней все регулировки уже были проведены. Следует отметить, что это устройство тоже имеет свои недостатки при эксплуатации, которые будут весьма существенны, если машина и до этого потребляла много топлива. Несмотря на все это, устройство для нагнетания выхлопных газов все же устанавливают на машины, как производители, так и владельцы.