Корки Белл - Maximum Boost Турбонаддув (Смазка турбонагнетателя) Глава 4

(3)
0
1779

Задача смазки вала, вращающегося внутри втулки подшипника скольжения, была решена много лет назад. Никаких принципиально новых знаний не потребовалось с появлением турбонагнетателя, даже с учётом того, что при этом появилась пара нюансов, а конкретно - огромная температура в турбине и тепловой удар по маслу при передаче этого тепла в корпус подшипника. Высокая температура ухудшает свойства масла и быстро делает его непригодным для использования. Методы решения этих проблем с давних времён были известны и понятны, но осуществлены были лишь недавно. Предположительно, причины такой задержки - экономические и маркетинговые. Экономическая причина этого кроется в нежелании производителей увеличить цену на величину, необходимую для установки жидкостного охлаждения корпуса подшипника. Маркетинговые причины связаны с нежеланием отделов продаж сообщать потребителю, что он должен менять моторное масло с большей частотой. При том, что большинство потребителей не стало бы неправильно обслуживать дорогостоящую технику. Налицо очередной грустный пример того, как приоритетный упор на рост продаж и требования бухгалтерского учета тормозят нормальное техническое развитие. Хотелось бы закончить рассказ на мажорной ноте, поскольку фактически все серийные автомобили с турбонагнетателем сегодня имеет подшипники с водяным охлаждением и рекомендацию частой замены масла. Но если бы таким состояние дел было в начале серийного производства турбин, в нашем языке отсутствовала бы фраза "коксующиеся подшипники турбонагнетателя". К сожалению, историю не изменить... Каковы причины коксования подшипников?

В нашем случае кокс - это ничто иное, как обугленные остатки масла, накапливающиеся в корпусе подшипника турбонагнетателя до такой степени, что поток масла к подшипнику, в конечном счете, оказывается перекрытым. Серьезным образом сократившийся поток масла убьет турбонагнетатель в кратчайшие сроки.

Существуют четыре причины коксования масла:

  • Масло с недостаточной высокотемпературной стабильностью
  • Масло с расширенным загустителями диапазоном вязкости
  • Увеличенные интервалы замены масла
  • Чрезмерное тепловыделение в корпусе подшипника

Как найти компромисс в этих вопросах и обеспечить подачи чистого, охлажденного масла - предмет обсуждения этой главы.

9787

Корпус подшипники и вал с тяжелыми отложениями из закоксованного масла могут стать причиной отказа.

Коксующийся подшипник результат использования масла с недостаточно высокотемпературной стабильностью и/или замены масла с неудовлетворительной периодичностью.

Если в подшипниках Вашего турбонагнетателя образуются твердые отложения, проверьте Ваше внимание к вопросам обслуживания двигателя перед тем, как проклинать свой турбонагнетатель.

Выбор смазочных материалов

Выбор типа, сорта и марки моторного масла должен быть сделан с определённой предусмотрительностью и даже, возможно, после проведения в некотором роде исследования. Пожалуйста, отбросьте все старые семейные пристрастия к старому проверенному минеральному маслу. Семейные традиции может и несильно изменились за эти годы, но технологии производства моторных масел сделали большой шаг вперед .

Вот что Вам необходимо: во-первых, получите представление о том, что же смазочные материалы делают для вашего двигателя, и какие специальные требования в Вашем случае накладываются на моторное масло. Эти данные сообщат Вам, какое масло будет наилучшим образом отвечать вашим потребностям. Во-вторых, рассмотрите климатические и рабочие условия, в которых должно работать моторное масло. Эта информация сообщит Вам, какая требуется вязкость, и какой уровень качества машинного масла наилучшим образом подходит Вашему двигателю. По возможности лучше избегать масла с расширенным при помощи присадок-загустителей диапазоном вязкости, поскольку эти присадки являются также причиной коксования масла. Таким образом, масло с вязкостью 20W-50 более подходит для турбонагнетателя, чем 10W-50 при одинаковой основе. Полезно, если имеются сведения о моющих и антиокислительных свойствах масла, потому что хорошее по этим двум параметрам масло будет предпочтительным для турбонагнетателя.

Теперь Вы знаете тип и сорт машинного масла, которое является Вашим лучшим выбором. Остается еще один шаг: выбор Вами марки масла. На этом шаге выбор определяется наличием в продаже, ценой и тем, скажет ли Ваш дилер Вам: «Это правильный выбор масла для вашего двигателя». Можно быть относительно уверенным в том, что масло, по всем характеристикам предназначенное для использования в турбодвигателе, да ещё и рекламируемое производителем двигателя, будет хорошим смазочным материалом.

Типы Смазочных материалов

Существуют два варианта: масло на синтетической либо на минеральной основе. Синтетические машинные масла - жидкости (не обязательно выработанные из нефти), в которых базовая основа машинного масла является намного более стойкой, чем в стандартных углеводородных маслах. Конечный продукт представляет собой очень плотную, устойчивую жидкость с однородным молекулярным строением, свойства которой великолепно предсказуемы. Синтетические масла достойно демонстрируют свои качества по снижению потерь на трение, увеличению температурной стабильности, и повышенной основной прочности молекулярного строения. Минеральные машинные масла менее дороги и более склонны к образованию твердых отложений.

Корпус подшипника с жидкостным охлаждением

Корпус подшипника турбонагнетателя с жидкостной рубашкой вокруг подшипника фактически устранил проблему образования масляных отложений. Охлаждающая способность при такой конструкции такова, что масло редко достигает температуры, при которой оно начинает коксоваться. Конечно, все равно масло, применяемое при высокой температуре, рано или поздно теряет свои свойства, так что необходимость в периодической замене масла остается. Интервал замены масла, при этом, становится немного меньшим, нежели у атмосферных двигателей.

Расход масла и требования к давлению в масляной системе

Турбонагнетатель удивительным образом выживает при весьма малых давлении и потоке масла. Широко известен факт, что все выпускаемые сегодня двигатели имеют достаточно избыточную производительность маслонасоса, чтобы обеспечить дополнительно ещё и смазку турбонагнетателя. Если Вы знаете, что какой-то двигатель был недоработан по части системы смазки в своём оригинальном виде, это является, разумеется, хорошим поводом для устранения такого недостатка. Однако сделайте это для пользы двигателя, а не вследствие дополнительной нагрузки на систему смазки из-за турбонагнетателя. Соблюдайте основные нижние пределы давления и расхода масла, предъявляемые изготовителем турбонагнетателя, и Вы не просчитаетесь.

Слишком высокое давление в системе смазки двигателя может создавать проблемы с турбинами. Возможно продавливание масла через совершенно исправные масляные уплотнения, если давление масла в системе превышает 4,5 кг/см2. Проблема давления масла, продавливающего уплотнения, проявляется в частом (а то и в постоянном) дымлении двигателя, поэтому может потребоваться установка ограничителя или обводного масляного канала, чтобы понизить давление масла в турбонагнетателе.

охлаждение турбины

Рубашка жидкое итого охлождения, встроенная в корпус подшипника турбонагнетателя, отводит большую часть тепла, которое передаётся от раскаленных газов к корпусу подшипника. Смазочные материалы в достаточной степени защищены от воздействия высокой температуры, чтобы не образовывать нагара.

 

  Мин. давление (бар) Мин.расход(л\мин)
Холостой ход,горячий 0,3 0,2
Максимальная нагрузка 1,7 2

 

Подходящие параметры системы смазки практически для всех турбин

график температуры

 Сравнение температуры подшипников с жидкостным охлаждением и без такового иллюстрирует величину температуры и ее распределение в подшипниковом узле турбонагнетателя. Корпус подшипника без жидкостного охлождения может быть причиной постоянного ухудшения свойств масла. При интервалах между заменами масла 5000 км старое масло с ухудшившимися свойствами будет вовремя удалено и не приведет к коксованию

Масляные радиаторы

Добавление масляного радиатора к форсированному двигателю часто рассматривается как способ увеличения ресурса двигателя. Хотя обычно это так и есть, не будьте столь поспешны, чтобы бежать сломя голову и покупать огромный масляный радиатор вместо того, чтобы проанализировать и изучить реальные требования вашего двигателя.

давление1

 Снижение давления масла в турбонагнетателе ограничителем. Такой вариант требует, чтобы давление масла, подаваемого к подшипникам турбонагнетателя, было измерено и точно известно.

давление2

 Снижение давления масла в турбонагнетателе при помощи байпасного канала. Это более подходящий вариант, чем ограничитель в питающей масляной линии, но давление в подшипниках должно быть точно известно.

Масло должно работать в определенном температурном диапазоне, при котором обеспечиваются требования к вязкости с точки зрения защиты двигателя от трения, не происходит перегрева масла и обеспечивается нормальная прокачиваемость масла по системе. Эти требования легко выполнимы при грамотном выборе типа масла с подходящей вязкостью, работающем в правильном температурном диапазоне.

Минеральные масла, в отличие от синтетических, не обладают требуемой термостабильностью . Для уличных двигателей и к синтетическим и к минеральным маслам предъявляются заведомо не слишком строгие температурные требования, но синтетические масла могут работать при температурах на 20°С выше, вплоть до 130С против 110°С для минеральных. Поэтому Вам может потребоваться масляный радиатор, если Вы используете минеральные масла, и (в большинстве случаев) нет, если Вы используете синтетические.

Необходимо понимать, что температура масла ниже нижних температурных допусков будет снижать долговечность двигателя так же, как превышение верхних допусков. Установка указателя температуры масла позволит Вам узнать много интересного. Сделайте это перед монтажом дорогого масляного радиатора. Бывают случаи, когда температуры и масла и охлаждающей жидкости достаточно высокие, но ни одна из них не выходит за допустимые пределы. Этот случай идеален для масляного радиатора, который будет отводить достаточно тепла из системы смазки, чтобы понизить и температуру охлаждающей жидкости, в случае хорошего радиатора это снижение может составить 10°С. Система охлаждения масла с термостатом - хорошее решение: масло должно достигнуть некоторой предварительно устанавливаемой температуры прежде, чем термостат отправит его в масляный радиатор. Имейте в виду, что в отличие от систем жидкостного охлаждения, масляная система с термостатом нужна не для того, чтобы быстро достигнуть рабочей температуры масла, а для того чтобы направить в радиатор уже нагретое масло .

0 bffd5 9d1cfc54 XL

Соединения и магистрали масляной системы должны выдерживать высокие температуры и давления, быть стойкими к агрессивной среде и вибрацям. Этот трубопровод подачи масла из армированного шланга обеспечивает все эти условия.

Масляные фильтры

Турбонагнетатель не добавляет никаких специальных требований к фильтрованию масла. Тем не менее, особо ревностные фанаты могут пожелать заботиться о своем форсированном двигателе ещё лучше, чем это обеспечивает штатный масляный фильтр. Для них известными мировыми производителями представлен широкий ассортимент соответствующих изделий.

Подача и отвод масла от турбонагнетателя

Трубопроводы, которые подают масло к турбонагнетателю и отводят его обратно к двигателю - весьма вероятное слабое звено в системе турбонаддува. В этом месте вполне может сломаться копеечная деталь, из-за которой накроется турбонагнетатель за семь сотен долларов, или, что еще хуже, вкладыши и коленчатый вал двигателя. Делайте работу досконально, не сомневайтесь ни минуты, если появится необходимость дополнительных денежных трат для постройки надежной системы смазки турбонагнетателя. Ниже мы рассмотрим минимальные требования к маслоподающим трубопроводам.

Маслопроводы, идущие к турбонагнетателю, должны соответствовать требованиям подавлению и температуре (иметь верхний предел допуска вдвое больший, чем максимально возможная температура масла) и быть маслостойкими. Металлическая оплетка, предохраняющая трубопроводы, крайне желательна с точки зрения стойкости к истиранию, изнашиванию и виброустойчивости. При использовании металлических трубок хотелось бы предупредить о недопустимости касания трубопроводом чего-либо, относительно чего трубопровод сохраняет подвижность, поскольку при этом будет повреждаться эта деталь. Например, трубопровод из нержавеющей стали, трущийся по алюминиевой крышке клапанного механизма, будет пропиливать паз в этой крышке. Необходимо закреплять маслопровод в нескольких местах, чтобы устранить относительные перемещения и увеличить надёжность концевых соединений. Крепление маслопроводов возле концевых стыков устранит возможность усталостного разрушения этих ответственных узлов.

Система слива масла

Трубопровод слива масла должен быть более прямым, нежели нагнетающий трубопровод. Даже положение турбонагнетателя относительно двигателя должно быть выбрано в соответствии с требованиями расположения линии слива масла. Турбонагнетатель следует располагать достаточно высоко, чтобы обеспечивать слив масла в поддон двигателя. Суть проблемы в том, что масляные уплотнения турбонагнетателя не будут работать должным образом, если они полностью купаются в масле, а ведь оно сливается из корпуса подшипника исключительно под действием силы тяжести. Масло, прошедшее через подшипники турбонагнетателя, должно вытекать из них свободно, быстро и без какого либо существенного ограничения. При проектировании системы слива масла должны быть соблюдены несколько основных принципов:

Угол наклона выхода из турбонагнетателя. Почти все турбонагнетатели позволяют вращать корпус подшипника на 360" относительно выхлопного и впускного патрубков. Это даёт возможность расположить отверстие слива масла вертикально вниз, что является идеальным положение, но при необходимости допускается отклонение до 30°.

Размер сливного шланга. По возможности должны применяться трубопроводы с внутренним диаметром не менее 12 мм. Бывает, что это условие невыполнимо, в таких случаях приходится искать компромиссы, и это допустимо, когда благоприятны другие факторы. Например, сужение до 6 мм на том конце трубопровода, через который масло сливается в поддон, может быть не критичным, но вряд ли это можно допускать на том конце трубопровода, который подсоединен к турбонагнетателю. Имейте в виду, что после того, как масло вышло из корпуса подшипника, давления уже нет, а поток масла низкого давления требует намного большего проходного сечения для обеспечения требуемой пропускной способности трубопровода.

Расположение сливного трубопровода. В идеальном случае, шланг слива должен быть направлен вниз и плавно изгибаться на входе в поддон, без петель, сильных изгибов или подъемов. Расположение агрегатов на двигателе редко позволяет достигнуть этого. Здесь необходимы тщательный подход и предусмотрительность. Прокладывайте шланг подальше от излучающего теплоту выхлопного коллектора. Будьте уверены, что он не будет поврежден дорожной грязью, или что он должным образом защищен от этого.

крепление

 Сверху: тяга, крепящая маслопровод к кузову вынуждает маслопровод и стыки нести нагрузки, вызванные перемещением двигателя. Перемещение должно быть поглощено на небольшом расстоянии "А"; поэтому возможны чрезмерные нагрузки и повреждения. Снизу: при использовании тяги, закрепленной на двигателе, стыки не будут испытывать никакой изгибающей нагрузки. Все изгибы маслоп овода происходят на длинной, гибкой части "А", это вызывает довольно слабые напряжения и позволяеп избежать повреждений шланга.

Специальные требования для низко установленных турбин

Порой ситуация диктует установку турбонагнетателя столь низко, что слив масла под действием силы тяжести назад в поддон находится под большим вопросом. Поскольку сила тяжести является первичным способом удаления масла из корпуса подшипника, под турбонагнетателем необходимо размещение поддона или небольшого резервуара специально для сбора масла, которое может потом быть возвращено в поддон двигателя при помощи насоса. Возможно, самое элегантное техническое решение в этих обстоятельствах - откачивающий насос, приводимый в действие давлением масла, которое подаётся к турбонагнетателю.

Дополнения к масляной системе

На рынке имеется немало устройств, задачей которых является обеспечения подачи масла к подшипникам турбонагнетателя при остановленном двигателе. Эти устройства пытаются решать три основных задачи, с точки зрения их проектировщиков:

  • подача смазочного материала к турбонагнетателю до запуска, чтобы восполнить утечку масла через слив за то время, когда двигатель и турбонагнетатель не работали
  • подача смазочного материала к турбонагнетателю после выключения двигателя и остановки его масляного насоса
  • прокачивание достаточного количества масла через турбонагнетатель после выключения двигателя для обеспечения отвода тепла от корпуса подшипника и для снижения риска образования твердых отложений. 

угол ввода масла

Положение отверстий для входа и выхода масла. Они должны всегда располагаться в пределах 300 от вертикали, чтобы обеспечить слив масла из корпуса подшипника в поддон под действием силы тяжести.

трубки

Существуют разнообразяые методы крепления трубопровода слива масла к поддону. Прочность и минимум деталей определяют качество соединения.

 Хотя все эти намерения являются весьма благородными, в этой схеме имеется несколько несуразиц:

• Масло никогда не вытекает из подшипника турбонагнетателя полностью. Далее, турбонагнетатель не вступает в работу сразу после пуска двигателя, да и на холостом ходу он развивает лишь небольшую частоту вращения, сродни Вашему комнатному вентилятору.

• Когда двигатель выключается, в сей же момент прекращается зажигание, прекращается поток горячих газов, требуемых для привода турбонагнетателя, и он останавливается. Вообще, турбонагнетатель остановится прежде, чем прекратится вращение двигателя, а не вращающийся турбонагнетатель не нуждается в смазке.

• Перемещение тепла от турбонагнетателя: эта идея сама по себе неплоха. Но турбонагнетатель, который уже охлажден воздухом, охлажден маслом, и вероятно, имеет жидкостное охлаждение, планируется еще немного охладить несколькими литрами дополнительного масла, прокачиваемого через него. Это нерентабельно. Решите для себя, чем именно дополнительные узлы масляной системы будут полезны для Вас и для Вашего автомобиля. Если эта польза удовлетворяет Вашим потребностям, покупайте их, и удачи Вам.

контур масла

 Масляный поддон необходим для низкоустановленного турбонагнетателя, когда дренаж под действием силы тяжести невозможен. Электрические и механические насосы могут хорошо выполнять такую задачу. Нужно избегать насосов с излишней производительностью, поскольку это приведёт к большому риску возникновения кавитации.

Итоги главы

Что это за болтовни об образованuи. твердых масляных отложений в подшипниках турбонагнетателя? Хотя есть мнение, что за массовое распространение историй о за-коксованных подшипниках турбонагнетателя ответственны журналисты, наиболее вероятной причиной таких случаев является никогда не сменяемое масло. На практике, если владелец дает машине поработать на холостом ходу 30 секунд перед выключением, меняет масло каждые 3000 км и использует высококачественное масло, подобные неисправности системы смазки турбонагнетателя, скорее всего, никогда не случатся. Подшипник с жидкостным охлаждением даёт гарантию, что температура его корпуса никогда не достигнет критического для масла значения. Пожалуйста, не поддавайтесь заблуждению о том, что различные присадки к маслу могут спасти подшипники турбонагнетателя. Рекламируемое качество этих изобретений основано на ошибочной информации. По нашему мнению, они ничего не стоят.

Прочитано 1779 раз

Понравилось?! Не забудь поделиться! ;-)

    

Есть что рассказать? Тогда вам сюда...

--->

Мы в соцсетях