Почему после остановки надо охлаждать турбину

Взято с auto.ru

Надо ли охлаждать турбокомпрессор двигателя после езды, для чего это нужно и как это делать.

Один из очень часто задаваемых в интернет-форумах вопрос: надо ли охлаждать «турбину» (на самом деле ТУРБОКОМПРЕССОР) работой на холостом ходу после интенсивного движения?

Для ответа на этот вопрос необходимо пояснить устройство и условия работы турбокомпрессора. Турбокомпрессор представляет собой два колеса с лопатками, жестко сидящие на общей оси. Каждое колесо заключено в корпус, именуемый улиткой. Турбинное колесо приводится во вращение выхлопными газами. С выхлопными газами в атмосферу бесполезно выбрасывается 55-65 процентов энергии образовавшейся при сгорании топлива. Часть энергии выхлопных газов можно с пользой использовать, направив их на турбинное колесо. Далее с этой энергией можно поступить по-разному - например, с помощью специальной передачи присовокупить ее к энергии коленчатого вала или использовать ее для привода полезных агрегатов. Второй вариант осуществлен в турбокомпрессоре. В нем энергия выхлопных газов используется для привода компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры.
Зная тепловой баланс и тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания легко оценить - двигатель мощностью 100 кВт и КПД 40% выбрасывает в атмосферу выхлопные газы их которых, в идеальном случае, можно извлечь до 90 кВт (остальная энергия рассеивается по другим направлениям). Идеала в природе не существует, у каждого извлекающего энергию агрегата
есть свой КПД. Выхлопные газы перед турбинным колесом дизельного двигателя имеют температуру 800-900 градусов Цельсия (у бензиновых еще выше) и обладают очень высокой скоростью. При существующих КПД турбина, расположенная в выпускном тракте 100 киловаттного дизеля, развивает мощность 15-35 кВт. Эта мощность без остатка используется для привода центробежного компрессора, подающего воздух в цилиндры двигателя. Несмотря на малые габариты, центробежный компрессор обладает огромной производительностью и потребляет очень большую мощность.
Двухлитровый дизель только на холостом ходу пропускает через себя 800 литров воздуха в минуту, а на полной мощности 4 кубометра!! И эти цифры выражают объемы при атмосферном давлении!! На самом деле, компрессор создает избыточное давление 0,3-1,0 атм. Это значит, что приведенные цифры количества нагнетаемого воздуха на самом деле в 1.5-2 раза больше.
Во время работы двигателя с полной нагрузкой турбинное колесо вращается с частотой до 150 тысяч оборотов в минуту (иногда и больше) и нагревается до 800-900 градусов. Энергия выхлопных газов срабатывается на турбинном колесе, и после колеса температура газов резко снижается (до 400-500 градусов и ниже). На холостом ходу температура выхлопных газов дизельного двигателя едва ли достигает 100 градусов, скорость их также невелика, поэтому турбинное колесо получает очень мало энергии. Этой энергии недостаточно для работы компрессора , ее хватает только лишь для того, чтобы вращать компрессор настолько, чтобы он не оказывал большого сопротивления впуску воздуха в цилиндры.
Турбинное колесо изготавливается из жаропрочной стали, а компрессорное колесо (для снижения момента инерции) из алюминиевого сплава. Масса ротора ТКР в двигателях с рабочим объемом 1,5-2 литра составляет около 300 граммов. Вал вращается в специальных плавающих подшипниках скольжения или иногда в высокоточных шариковых подшипниках. Подшипники смазываются специально подводимым из системы смазки мотора маслом. Как и в любом узле трения, масло выполняет двойную функцию – разделяет трущиеся поверхности и отводит тепло из зоны трения.
А с теплом в подшипниковых узлах турбокомпрессора дело обстоит особо напряженно. Мало того, что при вращении вала с частотой полторы сотни тысяч оборотов в минуту в узлах трения выделяется масса теплоты, так еще и сам вал нагревается от выхлопных газов до очень высокой температуры. Пока двигатель работает, поток масла успешно отводит теплоту от вала ротора и температура подшипников не повышается до опасных значений. В случае остановки двигателя сразу же после большой нагрузки ротор довольно быстро останавливается (обычно на несколько секунд позже, чем сам двигатель), одновременно ослабевает и прекращается подвод масла к подшипникам и вал (а вместе с ним и подшипники) начинают интенсивно разогреваться от раскаленного турбинного колеса. Температура поднимается настолько, что масло, оставшееся в зазорах подшипников начинает коксоваться. При следующем запуске двигателя лак и нагар, образовавшийся при коксовании масла, перемалывается подшипниками и смывается смазочным маслом, однако каждый пуск в таком случае является весьма «травматичным» для подшипниковых узлов ТКР.
Рациональным и очень необременительным способом снизить «травматичность» запусков двигателя является охлаждение двигателя перед остановкой работой на холостом ходу. Как сказано выше, температура выхлопных газов дизельного двигателя на холостом ходу составляет примерно 100 градусов Цельсия. Количество выхлопных газов довольно велико. У двухлитрового дизеля на ХХ выбрасывается не менее 1,2 кубометра выхлопных газов в минуту. Если после интенсивной езды дать двигателю поработать на холостом ходу 1-3 минуты, то турбинное колесо (а с ним и вал) очень интенсивно охладится и температура подшипниковых узлов не достигнет температуры коксования масла. В таком случае следующий запуск двигателя уже не будет сопровождаться повышенным износом от образовавшегося в зазорах кокса, что в свою очередь благотворно отразится на ресурсе турбокомпрессора.
Бытующее мнение о том, что подшипники и вал турбокомпрессора изнашиваются оттого, что ротор очень долго вращается в подшипниках после остановки двигателя без подвода смазки глубоко ошибочно. Как сказано выше, на роторе расположено компрессорное колесо. Оно нагнетает воздух в цилиндры. При неподвижном двигателе компрессор нагнетает воздух в тупик , иными словами, перемалывает воздух внутри себя. Это оказывает очень сильное тормозящее воздействие на ротор. Кроме того, турбинное колесо, не получающее энергии от выхлопных газов, оказывается в положении схожем с компрессорным колесом – тоже перемалывает воздух. Таким образом, тормозящий момент, приложенный к ротору после остановки двигателя, усиливается. Масса ротора невелика, поэтому остановка ротора происходит весьма быстро.

 

Я думаю, что не только равнозначно, но возможно и предпочтительно.

 

Надо учитывать, что в статье речь идёт главным образом об остановке после езды на максимальной скорости, при предельных нагрузках | оборотах. По сути - это больше актуально в Германии, чем у нас. Обычная езда по городу вряд ли вызывает подобный эффект.