◉ POISK ACADEMIAАВТОМОБИЛЬ ИЗНУТРИ
ИНТЕРАКТИВНЫЙ АТЛАС

Впуск

В учебной атмосферной бензиновой схеме воздух идёт через фильтр, дроссель и коллектор. Турбонаддув — дополнительный вариант, он есть не на каждом двигателе.

Впуск: устройство и принцип работы

Доставляет очищенный воздух к цилиндрам.

Очистить

Воздух проходит фильтр.

Отмерить

Дроссель и система управления регулируют наполнение.

Впустить

При открытом клапане воздух поступает в цилиндр.

Как турбина загоняет в двигатель больше воздуха

Мощность ограничена тем, сколько воздуха поместится в цилиндр: на каждый килограмм воздуха можно сжечь около 68 г бензина. Турбина повышает давление и плотность воздуха, поэтому 1,4 л работают как 2 л.

  • Чистый и сосчитанный воздух. Фильтр задерживает пыль, ДМРВ измеряет массу воздуха горячей плёнкой. Без этого числа блок не знает, сколько топлива впрыснуть.
  • Выхлоп крутит компрессор. Турбинное колесо берёт энергию горячих газов, которая иначе ушла бы в трубу. Компрессор на том же валу сжимает воздух до 2–2,4 бар абсолютных.
  • Вестгейт ограничивает наддув. Когда давление дошло до уставки, заслонка в корпусе турбины выпускает часть газов мимо колеса. Иначе наддув рос бы с оборотами до опасного.
  • Охладить и дозировать. Интеркулер снимает тепло сжатия, плотность растёт. Дроссель по команде педали и блока решает, сколько воздуха пустить в ресивер и цилиндры.
Детали в модели «Впуск и турбонаддув»
  • Воздушный фильтр в корпусе. Гофрированная бумага площадью около 0,5 м² задерживает пыль крупнее 5–10 мкм. Чистый фильтр отнимает 15–25 мбар на полной мощности.
  • Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ). Плёночный нагреватель в обводном канале держится на 120–180 °C горячее воздуха. Чем больше масса воздуха, тем больше тока нужно, чтобы удержать температуру: от 10 кг/ч на холостом ходу до 500 кг/ч.
  • Турбокомпрессор. Турбинное колесо в потоке выхлопа 800–950 °C крутит через вал компрессорное колесо до 200 тыс. об/мин. Компрессор сжимает воздух до 2,4 бар абсолютных.
  • Перепускной клапан (вестгейт) с актуатором. Заслонка Ø25 мм в корпусе турбины открывает обходной канал, когда давление наддува доходит до уставки. Часть выхлопа идёт мимо колеса, и турбина больше не разгоняется.
  • Интеркулер. Радиатор «воздух–воздух»: 10 плоских трубок с рёбрами между ними. Охлаждает сжатый воздух со 100–130 °C до 35–50 °C, плотность заряда растёт на 20–25 %.
  • Патрубки наддува. Армированные резиновые и силиконовые шланги Ø50–60 мм держат до 2,5 бар и температуру до 150 °C, на концах хомуты.
  • Электронный дроссельный узел. Заслонка Ø60 мм поворачивается мотором через редуктор 11:1 по команде блока управления, два датчика сообщают её угол. В покое пружины держат её приоткрытой на 6–7°.
  • Впускной коллектор (ресивер и трубы). Пластиковый ресивер 3 л распределяет воздух по четырём трубам Ø36 мм длиной около 250 мм к впускным каналам головки.
  • Датчик давления во впуске (ДАД). Мембранный датчик измеряет абсолютное давление в ресивере от 0,2 до 2,5 бар. По нему блок управления держит наддув и проверяет расход воздуха.
Показ по шагам
  1. Холостой ход. Заслонка приоткрыта на 7–8°, в коллекторе разрежение около 0,7 бар. Турбина почти не работает, расход воздуха около 10 кг/ч.
  2. Фильтр и ДМРВ. Воздух проходит через бумажный фильтр снизу вверх и обтекает горячую плёнку датчика. По току нагрева блок узнаёт массу воздуха и считает топливо.
  3. Турбина раскручивается. Нажали газ: выхлоп разгоняет турбинное колесо, компрессор на том же валу сжимает воздух. Сжатие нагревает его до 100 °C и выше — частицы светлеют от синего к жёлто-белому.
  4. Вестгейт держит давление. Давление дошло до уставки, актуатор приоткрывает заслонку, часть выхлопа идёт мимо колеса. Наддув больше не растёт.
  5. Интеркулер. Горячий сжатый воздух проходит по плоским трубкам и отдаёт тепло встречному потоку. На выходе он почти на 70 °C холоднее и заметно плотнее.
  6. Дроссель и коллектор. Заслонка открыта полностью, ресивер раздаёт воздух по четырём трубам. Датчик давления в ресивере подтверждает наддув.
Что ломается и как это проявляется
  • Забит воздушный фильтр. Признаки: внизу машина едет как обычно, а ближе к отсечке мощность «упирается», турбина воет громче, расход топлива чуть растёт. Что проверить: фильтр на просвет и по пробегу (обычно 15–30 тыс. км, в пыли чаще), корпус и уплотнение крышки. Фильтр просто меняют, продувать бумагу бесполезно.
  • Загрязнён ДМРВ. Признаки: провалы и подёргивания при разгоне, холостой ход плавает, иногда глохнет при сбросе газа. Сканер показывает коррекцию топлива +20 % и ошибку «бедная смесь». Что проверить: показания ДМРВ на холостом ходу (около 2,5–3 г/с, то есть 9–11 кг/ч для 1,4 л) и на полном газе, коррекции топлива. Датчик промывают специальным очистителем, не трогая плёнку, или меняют. Проверить, нет ли подсоса воздуха после датчика.
  • Утечка в патрубке интеркулера. Признаки: под нагрузкой слышен свист или шипение, машина едет заметно слабее, наддув не доходит до нормы, может загореться лампа двигателя. Что проверить: осмотреть патрубки и хомуты на масляные следы и трещины, опрессовать тракт наддува воздухом 1–1,5 бар с мыльным раствором. Сравнить давление наддува со требуемым в данных сканера.
  • Заклинил вестгейт. Признаки: при разгоне машина резко подхватывает, затем дёргается и теряет тягу, загорается лампа, ошибка «превышение давления наддува», двигатель уходит в аварийный режим. Что проверить: ход штока актуатора при подаче разрежения или давления (заслонка должна открываться без заеданий), люфт оси заслонки, шланг и клапан управления вестгейтом. Ось чистят и разрабатывают; при большом люфте меняют турбину.
  • Износ подшипников турбины. Признаки: вой или свист, нарастающий с оборотами, сизый дым из выхлопной трубы при разгоне и после холостого хода, уходит масло, в патрубках интеркулера масляная плёнка. Что проверить: люфт вала: осевой почти нулевой, радиальный — в пределах нормы производителя (обычно десятые доли миллиметра); колёса не должны касаться корпусов, следы касания на корпусе компрессора — признак износа. Причины износа: редкая замена масла, остановка горячего двигателя сразу после нагрузки, засорённая маслоподводящая трубка.
  • Нагар в дроссельном узле. Признаки: на холостом ходу обороты плавают и проседают, двигатель может заглохнуть при сбросе газа или включении кондиционера. Что проверить: осмотреть заслонку и стенки на чёрный налёт, очистить дроссель специальным очистителем (не двигая заслонку руками на включённом зажигании), выполнить адаптацию дросселя сканером. Проверить систему вентиляции картера.
Упрощения модели
  • Интеркулер «воздух–воздух» показан рядом с двигателем; в машине он стоит за бампером перед радиатором, и патрубки к нему длиннее.
  • Давление и температура посчитаны по простым формулам сжатия, без карты компрессора. Задержка раскрутки турбины условная, около 0,5–1,5 с.
  • Вестгейт показан с актуатором давления: пружина держит заслонку закрытой, пока наддув не дойдёт до уставки, поэтому на частичной нагрузке он закрыт. У многих современных двигателей им управляет электромотор и на частичной нагрузке часто держит открытым; такая стратегия здесь не показана.
  • Двигатель — силуэт без внутренних деталей, выпускной коллектор упрощён до общей трубы. Колёса турбины вращаются в тысячи раз медленнее настоящих.
  • Турбокомпрессор — та же 3D-модель, что в лаборатории «Турбокомпрессор», уменьшенная до колеса компрессора 45 мм; подшипники, масло и вестгейт подробно разобраны там. Нагар на оси заслонки при неисправности вестгейта — условная метка, а не точная форма отложений.

Связанные узлы и детали

Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.

Обучение: как устроен автомобиль — курс с заданиями в 3D