Принцип работы турбины на дизельном двигателе и ее устройство

Что ещё входит в систему турбонаддува

Турбина — сложный агрегат, инженерам потребовалось несколько десятилетий, чтобы довести систему до ума. Только на первый взгляд решение компенсировать потери КПД за счёт выхлопных газов кажется простой. Даже после создания устройства у него долгое время наблюдались определённые проблемы.

Например, не удавалось решить проблему турбоямы — задержки после нажатия на педаль газа и запуском ротора. Решение нашлось в виде использования двух клапанов. Один из них использовался для вывода излишек воздуха, а второй предназначался для выхлопных газов. Кроме того, современные турбины имеют изменённую геометрию лопаток, что серьёзно их отличает от подобных устройств второй воловины XX столетия.

Можно выделить ещё одну проблему, которая заключалась в излишней детонации — с ней тоже успешно справились современные инженеры. Проблема заключалась в том, что температура в рабочих секторах цилиндров резко увеличивалась во время нагнетания воздуха, особенно в последней стадии такта. Решение нашлось в установке интеркулера (промежуточного охладителя воздуха).

Интеркулер — устройство для охлаждения наддувочного воздуха. Он выполняет сразу две функции — препятствует детонации и не даёт уменьшиться плотности воздуха. В результате удалось сохранить работоспособность всей системы.

Также стоит отметить и другие важные составляющие турбины.

Регулировочный клапан. Отвечает за поддержание заданного уровня давления, излишки давления поступают в приёмную трубу.

Перепускной клапан. Используется для вывода излишних воздушных масс обратно во впускные патрубки — это нужно для снижения мощности при её избытке.

Стравливающий клапан. Если дроссель закрывается и нет датчика массового расхода воздуха, клапан будет возвращать излишки воздуха обратно в атмосферу.

Патрубки. Герметичные отрезки трубы. Одни используются для подачи воздуха, вторые для подачи смазочного масла.

Выпускные коллекторы. Должны быть совместимы с турбокомпрессором.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название «турбояма». Сущность явления заключается в следующем:

• Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
• Турбина вращается в соответствующем режиме.
• При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
• После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка — «турбояма». Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от «турбоямы»:

• Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
• Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
• Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
• Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

Что такое турботаймер и для чего он необходим

Турботаймер

Другой стороной инерционности системы с турбокомпрессором является необходимость снижать обороты постепенно. Нельзя резко выключать зажигание после того, как двигатель работал на высоких оборотах. Это обусловлено тем, что подшипники будут продолжать вращение, а поскольку масло не будет подаваться в систему — возникнет повышенное трение. Оно, в свою очередь, спровоцирует быстрый износ вала турбины.

Для решения этой проблемы применяется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается в цепь зажигания. После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который глушит двигатель спустя некоторое время, давая возможность турбине снизить обороты до приемлемых значений.

Система смазки

Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.

На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.

Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.

Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.

Настройки

После монтажа аппаратуру донастраивают на силовом стенде. Обходится автокалибровками нельзя. Пытаться выстроить топливную карту в реальном движении – также не лучшее решение: во-первых, чтобы зафиксировать коррекцию, приходится держать выбранный режим определенное время. В езде по городу это не всегда возможно. Кроме того, топливную карту создают под разнообразные режимы эксплуатации, которые удобно воспроизводить на ходовом стенде. На полигоне таких условий нет. Последнее – после настройки работу мотора тестируют под диагностикой. Речь не о любительском сканере, а о полноценном диагностическом оборудовании для сервисных станций, которое в карман не положишь.

Что ломается в турбине

Повышенный расход масла из-за неисправности турбины — частая поломка турбо-моторов

Чтобы четко понимать, как проверить турбину, необходимо разобраться, что именно в ней ломается. Чаще всего самый слабый элемент этого агрегата – подшипники и сальники. Если система смазки двигателя работает с нарушениями, неисправен клапан вентиляции картерных газов или из-за изношенности поршневых колец слишком велик прорыв продуктов сгорания в картер, то все это негативно влияет на состояние подшипников турбины и снижает их ресурс. Износ шариков и обойм возрастает, что приводит к появлению люфта, шума или заклинивания турбины.

Неисправный PCV-клапан приводит к росту давления масла в двигателе и турбине, из-за чего смазка продавливает сальники. Прошедшее сквозь сальник масло вытекает наружу или попадает в нагнетаемый воздух, из-за чего меняется состав топливовоздушной смеси и мотор начинает терять мощность, а в выхлопе появляется сизый или черный дым.

Когда необходимо проверять турбину

Средний срок службы турбины до ремонта или замены при использовании качественного масла, турботаймера и бережном отношении к мотору составляет 150 тысяч километров. Поэтому желательно проверять этот агрегат во время каждой замены масла. В этом случае вы обнаружите неисправность в начальной стадии, благодаря чему ремонт обойдется дешевле.

Устройство системы турбонаддува

Регулировка давления наддува

Турбонаддув дизельного двигателя повышает его мощность за счет возрастания давления выхлопных газов, являющихся результатом увеличения числа оборотов и интенсивности работы мотора. Этот же процесс повышает давление наддува. Если его не регулировать, то на самых высоких оборотах оно может достичь опасных значений, приводящих к поломкам и механическим повреждениям.

Регулировка давления производится с помощью выпускного предохранительного клапана, а контроль максимально допустимого значения — с помощью мембраны и пружины определенной жесткости.

Суть работы: при достижении предельного значения давления, мембрана, установленная в корпусе компрессора, преодолевает воздействие пружины и открывает регулировочный клапан.

Давление регулируют как на стороне компрессора, так и на стороне турбины:

1. Работающий турбокомпрессор сбрасывает в атмосферу через выпускной клапан излишки забранного воздуха, тем самым снижая давление.
2. В турбине клапан выпускает отработанные газы под воздействием мембраны компрессора, когда давление всасываемого воздуха достигает максимального уровня. Благодаря этому, ротор вращается с установленной скоростью, а компрессор не забирает лишний воздух и не увеличивает давление.

Второй вариант расположения клапана позволяет изготавливать системы меньших габаритов. Кроме того, турбонагнетатель с клапаном в компрессоре подвержен чрезмерному нагреву из-за повышенной температуры выпускаемого воздуха, что негативно сказывается на эффективности его работы.

Поэтому турбонаддув дизельного двигателя чаще оснащают регулировочным клапаном в турбине, а регулировку в компрессоре используют в качестве дополнения.

Зачем в автомобиле нужен интеркулер

Практически любой современный дизельный двигатель оснащается интеркулером. Несмотря на всевозможные разновидности подобных устройств, основное их назначение остаётся неизменным – понижение температуры нагнетаемого воздуха. Как правило, промежуточный охладитель устанавливается непосредственно после турбины. Воздух, проходя через трубки представленного устройства отдаёт большую часть тепла и, будучи охлажденным, поступает в камеру сгорания двигателя.

Охлажденная воздушная смесь обладает большей плотностью. Такая консистенция наиболее оптимальна с точки зрения эффективной работы любого двигателя. Чем больше плотность воздушной смеси, тем значительнее объём поступившего в камеру сгорания воздуха. Такая смесь будет способствовать более высокому давлению внутри цилиндров, что существенно повысит КПД дизельного двигателя.

Сама конструкция интеркулера выполнена таким образом, чтобы проходящий через него воздух не встречал на своём пути каких-либо препятствий. В противном случае, это бы повлекло за собой снижения давления, нагнетаемого турбиной воздуха, что неблагоприятно отразилось бы на эффективной работе мотора.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе и ее устройство

Гениальная идея использования выхлопных газов для разгона ротора позволила создать турбированный дизельный двигатель внутреннего сгорания и увеличить его мощность на 40–50%. Это притом, что во время работы в обычном режиме выброс газов сопровождается снижением коэффициента полезного действия в пределах 30 — 40%.

Принцип работы турбины дизельного двигателя основан на увеличении количества воздуха, смешиваемого с топливом и поступающего в камеру сгорания. За один и тот же период времени и при равных объемах цилиндров, двигатель с турбонаддувом может сжечь большее количество топлива, чем движок, не оснащенный таким устройством. А значит, его мощность и КПД в единицу времени значительно возрастет.

Рассмотрим устройство турбины дизельного двигателя, как работает, и каким образом достигаются такие показатели.

Ремонт турбины дизельного двигателя своими руками

Чтобы сделать ремонт турбины на дизельном двигателе, необходимо иметь все нужные инструменты, детали, а также большой опыт выполнения сложных ремонтных работ. В противном случае рекомендуется отправиться в автосервис.

Если же на вашем авто дизельный двигатель, и вы собираетесь провести ремонт своими руками, но у вас мало опыта, результат может быть неудовлетворительным. Например, внутрь устройства попадет песок, и в итоге турбина окончательно сломается. Поэтому выполнять ремонт самостоятельно можно, только если вы уверены, что справитесь.

Прежде чем приступить к работе, необходимо обзавестись ремкомплектом. Что придется приобрести: вкладыши, сальники, винты, шурупы и шайбы. А также для ремонта потребуются такие инструменты, как торцевые и рожковые ключи, отвертки, кусачки с раздвижными губками, фигурная правка, съемник и киянка. С их помощью вы сможете сделать ремонт турбины на дизельном двигателе самостоятельно.

Если вы собрались сделать ремонт на легковом либо грузовом авто, прежде всего нужно демонтировать турбину. Как это сделать:

• откручиваем болты либо убираем стопоры, с помощью которых крепится корпус компрессора и турбины;
• в случае если турбокомрпессор прикипел, стучим по корпусу киянкой;
• затем демонтируем улитку.

Теперь приступаем к диагностике подшипников картриджа. Не должно быть продольного люфта, допускается небольшой поперечный люфт. Чтобы убрать стопорное кольцо компрессора, воспользуйтесь кусачками с раздвижными губками. В этот момент обратная сторона вала должна быть зафиксирована при помощи фигурной правки. Разбирая механизм, помните о левой резьбе на валу.

Чтобы демонтировать компрессорное колесо, потребуется съемник. Как не допустить его разбалансировку? Необходимо монтировать детали в правильное положение. Поэтому наносим метки на колесо и гайки.

Ремонт турбины на дизельном двигателе будет выполнен правильно, если вы сможете хорошо очистить все элементы и удостовериться, что они не сломаны.

Какие детали могут прийти в негодность? Прежде всего, это втулки, которые быстро изнашиваются, появляется люфт картриджа. Для ремонта втулок придется демонтировать стопорные кольца, а затем убрать болты крепления. Кроме того, заменить нужно вкладыши, которые удерживает стопор. Прежде чем снимать кольца уплотнителя, тщательно удаляем нагар с вала картриджа, а также крыльчатки.

Обнаружили, что вал изношен? Тогда следует заменить вкладыши. Вал обтачивается под ремонтный размер, затем выполняется его балансировка. Заметили, что выработка есть только на вкладышах, устанавливаем новые детали подходящего размера.

Как только ремонт будет завершен, производим сборку механизма, монтируем его обратно. Также следует удостовериться в том, что стопорные кольца установлены на картридж достаточно плотно. В случае если они не сядут в гнезда, турбокомпрессор придет в негодность.

Прежде чем установить обратно вкладыши, втулки и маслосъемные кольца, следует нанести на них смазку. Только так не появятся задиры при запуске механизма. Собирать турбокомпрессор нужно в обратной последовательности. Усилие, с которым следует затягивать гайку крепления, составляет 5 Нм, однако рекомендуется заранее изучить инструкцию по эксплуатации турбины. Затем механизм устанавливается на мотор и крепится при помощи винтов и стопоров.

Обратите внимание! Многие неопытные водители при ремонте турбины на дизельном двигателе допускают частую ошибку. Между корпусом, втулкой и валом картриджа есть специальные зазоры, они заполнены смазкой

Нужны эти зазоры для компенсации демпферного эффекта. Автолюбитель-новичок считает, что это завышенный люфт, поэтому монтирует втулки большего размера, в натяг. Все это приводит к тому, что ротор не может нормально вращаться, втулка быстро приходит в негодность по причине эффекта демпфера и недостаточного количества масла. В итоге вал деформируется.

Кроме того, следует помнить о том, что механизм должен быть отбалансирован на стенде после проведения ремонта турбины на дизельном двигателе. Конечно, можно сделать балансировку своими силами, однако у вас должен быть опыт проведения подобной работы. Если собрать механизм неправильно, турбокомпрессор сломается, а водителю придется потратить крупную сумму на его замену или восстановление. Именно по этой причине специалисты советуют выполнять ремонт турбины на дизельном двигателе на СТО.

Немного о турбокомпрессоре

Турбокомпрессор или его ещё называют «газотурбинный нагнетатель» (Centrifugal compressors или очень популярно называть «Turbocharger») — это осевой или центробежный компрессор, что функционирует вместе с турбиной. Это конструктивный основной элемент в автомобилях с газотурбированными двигателями.

Давление во впускной системе можно повысить при помощи установки турбокомпрессора, использующего энергию отработавших газов. При его использовании масса воздуха, имеющегося в камерах сгорания, увеличивается. Механический нагнетатель не так эффективен, как турбированный компрессор газов, потому что мощность двигателя не используется для привода.

Тем не менее, после установки центробежной турбины некоторые потери мощности неизбежны. Отработавшие газы из цилиндров не находят выхода, так как турбина преграждает их путь наружу. На двигатель приходится большая нагрузка по очистке цилиндров, вследствие того, что в выпускном тракте создаётся огромное давление. На эту задачу тратится некоторая часть мощности двигателя авто. Конечно, эта потеря ничтожна в сравнении с приростом мощности двигателя объёмом в 30–40%.

После установки центробежной турбины, можно столкнуться с ещё одной проблемой, которая в обиходе называется турбояма. Выходная мощность двигателя изменяется с отставанием от смены давления отработавших газов. Главными факторами, из-за которых образуется турбояма, являются силы трения, инерционность и нагрузка турбины.

Что делать, если турбина сломалась

Если обнаружилась неисправность первое, что нужно сделать — провести диагностику. Причём чем раньше, тем лучше. Если вовремя заменить неисправную деталь, удастся избежать более серьёзных проблем

Например — зачастую автовладелец не обращает внимание на лёгкое постукивание думая, что это не имеет значения, в результате через какое-то время приходится покупать новую турбину, хотя изначально можно было обойтись небольшим ремонтом

Следует отметить, что недостаточно знать, как работает турбина на дизеле — нужно идеально разбираться во всех её компонентах. Только обладая соответствующими навыками, опытом и оборудованием получится провести качественный ремонт. Именно поэтому рекомендуем не пытаться самостоятельно отремонтировать агрегат (можно сделать только хуже), а обратиться в компанию «Дизель-Мастер». Специализируемся на ремонте турбин с 1998 года, а потому знаем о них всё.

5 причин обратиться именно к нам:

1. В наличие высокоточное диагностическое оборудование (стенды Bosch и Delphi);
2. В штате — специалисты с большим практическим опытом подобных работ.
3. Быстрый ремонт в течение дня без потери в качестве.
4. Используем только оригинальные комплектующие и ремкомплекты.
5. Предоставляем официальную гарантию на комплектующие и выполненный ремонт.

При первых признаках дефекта — обратитесь к нам. Установим причину неисправности и предложим эффективный, экономичный способ её решения.

Источник

Функция турбины, настройка и ее дефекты

Функция турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличивать выходную мощность и крутящий момент двигателя. Благодаря турбине производители могут уменьшать количество рабочих цилиндров в двигателе без снижения мощности и крутящего момента.

Например, только трехцилиндровый 1,0 литровый турбомотор может выдавать мощность в 90 л.с. Добиться такой же производительности обычный бензиновый трехцилиндровый мотор без дорогостоящих модификаций не сможет ни один автопроизводитель.

Также 1,0 литровый турбированный трехцилиндровый двигатель имеет более низкий расход топлива и небольшой уровень выхлопных газов СО2.

Именно поэтому турбированные моторы стали очень распространенными в малолитражных бензиновых автомобилях за последние несколько лет.

Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.

В большинстве случаев работа современных турбокомпрессоров основана на тех же принципах, которые создал Швейцарский изобретатель Альфред Бучи. То есть большинство турбин в современных автомобилях работают от давления, образующего от выхлопных газах в камере сгорания двигателя.

Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя. Например, подобная турбо технология используется в дизельном 4,0 литровом моторе Audi V8 TDI, который устанавливается на кроссовер SQ7.

Как проверить турбину дизельного двигателя – признаки надвигающихся проблем

Понять, что схема работы турбины дизельного двигателя нарушена, можно по следующим признакам:

• значительно падает мощность двигателя;
• из выхлопной трубы валит сизый дым;
• повышенный расход масла;
• появляется запах горелого масла;
• двигатель работает неравномерно на холостых оборотах.

Конечно же, лучше придерживаться правил эксплуатации и предотвратить возникновение поломок данной детали, так как восстановление и установка турбины на дизельный двигатель – довольно дорогостоящие процедуры. Кроме того, ее поломка может вызвать и нарушение работы всего двигателя. Самостоятельно такие операции сделать почти невозможно, если вы не автослесарь высшего разряда с собственной мастерской.

Таким образом, следует следить за уровнем и качеством масла в системе смазки и, конечно же, своевременно его заменять, использовать только высококачественные составы. Также нельзя резко набирать обороты, особенно на недостаточно прогретом движке, недопустим засор масляных каналов, так как это способствует возникновению перебоев в подаче смазки, и, безусловно, нужно своевременное охлаждение турбины дизельного двигателя.

Мнение эксперта
Руслан Константинов
Эксперт по автомобильной тематике. Окончил ИжГТУ имени М.Т. Калашникова по специальности «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Опыт профессионального ремонта автомобилей более 10 лет.

Потратиться на дорогостоящую компьютерную диагностику всегда можно успеть. Для начала можно попробовать несколько вариантов самостоятельной проверки. Сначала, конечно, нужно внимательно осмотреть турбокомпрессор на наличие механических повреждений и дефектов, затем проверить уровень и качество моторного масла. Внутри турбины не должно находиться никаких посторонних предметов. После осмотра можно оценить цвет выхлопного дыма.

Если топливная смесь будет переобогащенной, т. е. больше топлива, чем воздуха, то в таком случае цвет выхлопа будет черным. К тому же характерная особенность этой проблемы в потери мощности. Происходит это из-за нарушения в работе системы газораспределения. Сизый или белый дым выхлопа свидетельствует о попадании моторного масла в камеры сгорания цилиндров. В это же время расход масла значительно увеличивается.

Далее следует проверить ротор и фильтр турбины. Люфт ротора должен быть незначительным, при этом он не должен задевать стенки корпуса. В противном случае требуется оперативный ремонт.

Если фильтр забит грязью и пылью он не сможет пропускать через себя достаточное количество воздуха. В результате в картридже подшипников и в корпусе турбрнагнетателя создаётся разница в давлении, которая выдавливает масло в компрессор.

Если и фильтр не причина неисправности, дальнейший этап это проверка системы подачи масла, а точнее всех патрубков на наличие трещин и заломов. Для подобной проверки потребуется завести двигатель. Если слышен скрип и свист, значит, есть трещина в патрубке и нужно её устранить. Если есть помощник, то можно передавить патрубок между турбрнагнетателем и впускным коллектором, после чего сильно погазовать. Если трещин нет, патрубок увеличивается в размерах. Для устранения неисправностей, связанных с турбокомпрессором при отсутствии знаний и навыков лучше обратиться к специалистам. В противном случае из-за незначительной неисправности может выйти из строя турбина в целом, что грозит дополнительными финансовыми расходами.

Главная →

Обслуживание и Ремонт → Двигатель →

Для чего турбина дизелю

Конечно, как и любой другой автомобильный мотор, двигатель с турбиной может тоже иногда ломаться. Но как показывает практика, делает он это не чаще, чем атмосферный мотор при условии правильной эксплуатации и своевременного обслуживания. Для того чтобы самостоятельно определить неисправность турбины, необходимо в общих чертах знать устройство турбины дизельного двигателя.

Принцип её работы, как и устройство, не слишком сложны. Наддув предназначен для того, чтобы искусственным путём повысить наполняемость камеры сгорания рабочей смесью солярки и воздуха. В результате, при том же объёме камеры сгорания и при том же расходе топлива, мощность двигателя на порядок возрастает. Конструктивно турбонагнетатель выглядит так.