Работа турбины дизельного двигателя на холостом ходу

Продажа Kia Rio X (X-Line) в Санкт-Петербурге

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Не один десяток лет потребовался инженерам, чтобы создать действительно эффективно работающий турбокомпрессор. Ведь это только в теории всё выглядит гладко: от преобразования энергии отработанных газов можно «вернуть» утерянный процент КПД и значительно увеличить мощность двигателя (например, со ста до ста шестидесяти лошадиных сил). Но на практике подобного почему-то не получалось.

Кроме того, при резком нажатии на акселератор приходилось ждать увеличения оборотов мотора. Оно происходило только через некоторую паузу. Рост давления выхлопных газов, раскрутка турбины и загонку сжатого воздуха происходили не сразу, а постепенно. Данное явление, именуемое «turbolag» («турбояма») никак не удавалось укротить. А справиться с ним получилось, применив два дополнительных клапана: один – для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. А другой клапан – для отработанных газов. Да и в целом, современные турбины с изменяемой геометрией лопаток даже своей формой уже значительно отличаются от классических турбин второй половины ХХ века.

Дизельный турбокомпрессор «Бош»

Другая проблема, которую пришлось решать при развитии технологий дизельных турбин, состояла в избыточной детонации. Детонация эта возникала из-за резкого увеличения температуры в рабочих полостях цилиндров при нагнетании туда дополнительных масс сжатого воздуха, особенно на завершающей стадии такта. Решать данную проблему в системе призван промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер).

Интеркулер – это не что иное, как радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. Кроме снижения детонации, он снижает температуру воздуха ещё и для того, чтоб не снижать его плотность. А это неизбежно во время процесса нагрева от сжатия, и от этого эффективность всей системы в значительной степени падает.

Кроме того, современная система турбонаддува двигателя не обходится без:

• регулировочного клапана (wastegate). Он служит для поддержания оптимального давления в системе, и для его сброса , при необходимости, в приёмную трубу;
• перепускного клапана (bypass-valve). Его предназначение – отвод наддувочного воздуха назад во впускные патрубки до турбины, если нужно снизить мощность и дроссельная заслонка закрывается;
• и/или «стравливающего» клапана (blow-off-valve). Который стравливает наддувочный воздух в атмосферу в том случае, если дроссель закрывается и датчик массового расхода воздуха отсутствует;
• выпускного коллектора, совместимого с турбокомпрессором;
• герметичных патрубков: воздушных для подачи воздуха во впуск, и масляных – для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Историческая справка

Для инженерно-производственного центра «Лада Спорт» была поставлена цель – в ускоренных темпах модернизировать автомобили ВАЗ. Нужно было использовать автоспортивные ресурсы, а также разработать и внедрить в серийное производство спортивные версии гражданских автомобилей Лада. С поставленными задачами подразделение справилось успешно. Начиная с 2013 года, было выпущено более 5000 автомобилей. В сентябре 2015 года началась работа по производству новой «заряженной» версии Лада Калина Спорт с аббревиатурой NFR (Need For Race – «жажда гонки» в переводе с английского). К концу года было выпущено уже 50 экземпляров.

Официальная презентация Лады Калины НФР состоялась во время чемпионата WTCC (World Touring Car Championship), который проводился в Москве. Отмечалось, что это не просто спортивная модификация, а автомобиль совершенно другого направления.

Уже через несколько месяцев российский спорткар был представлен широкой публике на Московском международном автошоу. Сегодня модель серийно не выпускается, только на заказ.

В отличие от версии Калина Спорт, НФР комплектуется:

• подрамником и треугольными рычагами;
• дифференциалом повышенного трения;
• усиленной тормозной системой;
• обновленной панелью приборов Ferrum;
• изменёнными сидениями и рулевым колесом.

Под капотом разместился модифицированный атмосферный двигатель с индексом 21126. Отделка салона эксклюзивная.

Принцип работы турбины дизельного двигателя

То, насколько мотор вашего авто будет мощным и производительным, определяется множеством факторов. Например, рабочим объемом цилиндров, количеством и качеством горючего, а также эффективностью его сгорания.

Чем больше топлива дизель потребляет за единицу времени, тем мощнее мотор. Как сделать так, чтобы топливно-воздушная смесь сгорала быстрее? Следует максимально увеличить запас сжатого воздуха в рабочих камерах.

Запомните главный принцип работы дизельного двигателя: если за единицу времени сгорает большой объем топлива, значит, в силовой агрегат должно поступать много воздуха. Именно с этой целью и используется турбонаддув. С его помощью можно увеличить подачу топливно-воздушной смеси в рабочие камеры.

Как работает турбина? Она под постоянным давлением нагнетает сжатый воздух в цилиндры дизельного двигателя. Это становится возможным за счет того, что энергия отработанных газов преобразуется в полезную. Для этого используются выхлопные газы: они идут напрямую в трубу, а затем наружу, откуда их поток направляется при помощи системы турбокомпрессора.

Благодаря этому колесо турбины дизельного двигателя, другое название которого крыльчатка, раскручивается. На нем есть лопасти, скорость движения которых 100 000–150 000 оборотов в минуту. На валу с колесом турбины также расположены лопасти компрессора, с их помощью происходит нагнетание сжатого воздуха в цилиндры.

После того как энергия отработанных газов будет преобразована, появившаяся сила позволит сделать давление воздуха больше. В результате можно впрыснуть в камеры сгорания больший объем горючего за единицу времени. Благодаря турбине дизельный двигатель становится мощнее, коэффициент полезного действия возрастает.

Система турбонаддува имеет 2 крыльчатки с лопастями, они расположены на одном валу, однако в разных камерах, и герметично отделены друг от друга. Первая крыльчатка приходит в движение за счет того, что на ее лопасти попадает поток отработанных газов. Так как другая крыльчатка связана с первой, она тоже движется и захватывает часть воздуха. Сжатый воздух поступает в цилиндры дизельного мотора.

Как работает турбина на дизельном двигателе

Ротор и ось, на которой он закреплен, вращаются в разных направлениях. Частота вращения довольно велика, поэтому элементы плотно прижимаются друг к другу.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе следующий:

• компрессор обеспечивает поступление воздуха из окружающей среды, который смешивается с дизельным топливом и затем направляется в цилиндры;
• топливно-воздушная смесь загорается, начинают двигаться поршни. По ходу этого процесса образуются газы, поступающие в выпускной коллектор;
• скорость движения газов, оказавшихся в корпусе, значительно возрастает. Вступая во взаимодействие с ротором, они приводят его во вращающееся положение;
• вращение передается компрессорному ротору (за это отвечает вал), который снова втягивает новую порцию воздуха.

Таким образом, принцип работы основывается на взаимосвязи: чем сильнее вращается ротор, тем больше поступает воздуха, но при этом ротор увеличивает скорость вращения, если количество воздуха возрастает.

Статьи по теме

Диагностика топливных форсунок: методы, рекомендации, профилактика поломок

Присадки для дизельного топлива: виды и задачи

Ремонт топливных форсунок: причины неисправности, диагностика, методы решения проблемы

Давление масла в двигателе: норма и признаки неисправности

Порвался ремень генератора: что делать в такой ситуации

Защита картера двигателя: мнения экспертов и автолюбителей

Сколько антифриза в системе охлаждения, и почему так важно знать его уровень

Уровень масла в двигателе: как правильно замерить и что делать при резком колебании

Ремонт дизельного мотора по всем правилам

Как часто надо менять масло в двигателе: рекомендации завода-изготовителя и специалистов

Присадки для бензиновых двигателей: использовать или нет

Присадки для дизельного двигателя: их виды и критерии выбора

Объем масла в двигателе: как выяснить, сколько нужно

Замена масла в двигателе: когда это нужно делать и как

Чистка топливных форсунок для бесперебойной работы двигателя

Особенности ремонта

Как только демонтаж завершен, можно делать ремонт. Для этого под рукой должен быть специальный ремкомплект, где есть все необходимое – вкладыши, метиз, сальники и кольца.

Проверьте качество фиксации номинальных вкладышей. Если они болтаются, то их нужно проточить и провести балансировку вала.

При этом вкладыши желательно хорошо почистить и смазать моторным маслом.

Стопорные кольца, расположившейся внутри турбины, необходимо установить в картридж. При этом проследите, чтобы они оказались на своем месте (в специальных пазах).

После этого можно монтировать вкладыш турбины, предварительно смазав его маслом для двигателя. Фиксация вкладыша производится стопорным кольцом.

Следующий шаг – монтаж компрессорного вкладыша, после чего можно вставлять хорошо смазанную втулку.

Далее надевайте на нее кольцо пластину и хорошенько затяните болтами (без фанатизма).

Установите грязезащитную пластину (крепится с помощью стопорного кольца) и маслосъемное кольцо.

Остается только вернуть на место улитки. Вот и все.

В данной статье указан общий алгоритм работ по разборке и сборе турбины. Безусловно, в зависимости от типа последней, частично данный алгоритм будет изменен, но общих ход работ будет идентичный.

Ну а если выявлена серьезная поломка, то лучше сразу заменить старую турбины на новую.

Принцип работы двигателя с турбонаддувом

Работа системы турбонаддува основана на использовании энергии отработавших газов. Отработавшие газы вращают турбинное колесо, которое через вал ротора вращает компрессорное колесо. Компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в систему. Нагретый при сжатии воздух охлаждается в интеркулере и поступает в цилиндры двигателя.

Несмотря на то, что турбонаддув не имеет жесткой связи с коленчатым валом двигателя, эффективность работы системы во многом зависит от числа оборотов двигателя. Чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем выше энергия отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя.

В силу конструкции, турбонаддув имеет ряд негативных особенностей, среди которых с одной стороны задержка увеличения мощности двигателя при резком нажатии на педаль газа — турбояма, с другой — резкое увеличение давления наддува после преодоления турбоямы — турбоподхват.

Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.

При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители идут еще дальше и устанавливают три последовательных турбокомпрессора — triple-turbo и даже четыре турбокомпрессора — quad-turbo.

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический нагнетатель. С ростом оборотов подхватывает турбокомпрессор, а механический нагнетатель отключается. Примером такой системы является двойной наддув моторов TSI от Volkswagen.

Минусы двигателя с турбонаддувомО плюсах мы поговорили в начале статьи, теперь расскажем про минусы двигателя с турбонаддувом. Обратная сторона повышения мощности мотора при сохранении общих характеристик, то есть форсирования, – более интенсивный износ узлов, как следствие, снижение ресурса силовой установки. Кроме того, турбины требуют применения специальных сортов моторных масел и строгого соблюдения рекомендуемых изготовителем сроков обслуживания. Еще более требователен к вниманию владельца воздушный фильтр.

Еще один явный недостаток системы турбонаддува – она очень чувствительна к износу поршневой группы. Возрастание давления картерных газов ощутимо снижает ресурс турбины. При продолжительной работе в таких условиях наступает «масляное голодание» и поломка турбокомпрессора. Причем повреждение этого агрегата вполне может привести к выходу из строя всего двигателя.

Наличие технически сложного турбонаддува двигателя делает мотор автомобиля более сложным, увеличивая число деталей, а значит, снижая общую надежность. К тому же, ресурс самого турбокомпрессора значительно меньше, чем аналогичный показатель двигателя в целом.

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.

Технические характеристики двигателя Д 240

Популярностью силовая установка обязана простоте и надёжности. Решающую роль сыграли характеристики двигателя Д240, которые на момент выпуска, отвечали ожиданиям пользователей.

Двигатель Д240 технические характеристики:

В таблице указана масса сухого агрегата. Дополнительное навесное оборудование или заправка установки жидкостями, увеличивает вес двигателя Д240 в сборе в сторону больших величин, нежели указаны в таблице.

Конструкция

Принцип работы дизельного двигателя заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма в механическую работу.

Способ приготовления и воспламенения топливной смеси – это то, чем отличается дизельный двигатель от бензинового. В камерах сгорания бензиновых моторов, приготовленная заранее топливно-воздушная смесь воспламеняется с помощью подаваемой свечой зажигания искры.

Особенность дизельного двигателя заключается в том, что смесеобразование происходит непосредственно в камере сгорания. Рабочий такт осуществляется путем впрыскивания под огромным давлением дозированной порции топлива. В конце такта сжатия реакция нагретого воздуха с дизтопливом приводит к воспламенению рабочей смеси.

Двухтактный дизельный двигатель имеет более узкую сферу применения. Использование одноцилиндрового и многоцилиндрового дизелей такого типа имеет ряд конструктивных недостатков:

• неэффективную продувку цилиндров;
• повышенный расход масла при активном использовании;
• залегание поршневых колец в условиях высокотемпературной эксплуатации и прочие.

Двухтактный дизельный двигатель с противоположным размещением поршневой группы имеет высокую первоначальную стоимость и очень сложен в обслуживании. Установка такого агрегата целесообразна лишь на морских судах. В таких условиях, благодаря небольшим габаритам, малой массе и большей мощности при идентичных оборотах и рабочем объеме, двухтактный дизельный двигатель более предпочтителен.

Одноцилиндровый агрегат внутреннего сгорания широко применяется в домашнем хозяйстве в качестве электрогенератора, двигателя для мотоблоков и самоходных шасси.

Такой тип получения энергии налагает определённые условия на устройство дизельного двигателя. Он не нуждается в бензонасосе, свечах, катушке зажигания, высоковольтных проводах и прочих узлах, жизненно необходимых для нормальной работы бензинового ДВС.

В нагнетании и подачи дизтоплива участвуют: топливный насос высокого давления и форсунки. Для облегчения холодного пуска современные моторы используют свечи накала, которые предварительно подогревают воздух в камере сгорания. Во многих автомобилях в баке устанавливается вспомогательный насос. Задача топливного насоса низкого давления в том, чтобы прокачать топливо от бака к топливной аппаратуре.

Конструктивные особенности

При работе горячей турбины воздух, нагнетаемый компрессором в ее корпусе, сильно сжимается, отчего происходит его нагрев. Это вызывает нежелательные последствия, поскольку при высокой температуре в воздухе меньше кислорода. Значит, эффективность наддува также снижается. Для борьбы с подобным явлением начали, используя рекомендации ученых, устанавливать в турбину интеркулер — вспомогательный охладитель воздуха.

Интеркулер для турбины

Конструкторы устройства отмечают, что нагрев воздуха далеко не единственная задача, которую им приходится решать при проектировании турбины. Насущной проблемой также становится ее инерционность — задержка реакции двигателя на открытие в коллекторе дроссельной заслонки.

Турбина максимально эффективна, когда достигаются определенные обороты вращения коленчатого вала. Среди автолюбителей даже распространено мнение, что турбонаддув включается только тогда, когда скорость автомобиля достигает определенного значения. Хотя турбина работает постоянно, а значение числа оборотов, при которых ее действие наиболее эффективно, для каждого двигателя индивидуальное.

Как проверить турбину дизельного двигателя?

Проверка выполняется с использованием спецоборудования, в первую очередь проверяется датчик давления воздуха, который подается в коллектор, поскольку очень часто причина кроется именно в нем. Проверка турбины, как правило, выполняется на СТО. К специальному разъему подключают прибор диагностики и производят считывание информации о работе датчика.

Второе место требующее особого внимания в случае поломки турбины — выход из турбокомпрессора. К этому выходу подключают специальный прибор оснащенный манометром после чего снимают замеры. По результатам измерения делается заключение о состоянии турбины.

Как проверить турбину на дизельном двигателе в домашних условиях?

Если у вас нет времени или желания ехать в сервисный центр для диагностики турбокомпрессора, можно попробовать произвести самостоятельную проверку турбины.

Первым делом необходимо произвести визуальный осмотр

Обратите внимание на цвет дыма, он не должен быть голубым, черным или сизым. Если из выхлопной идет белый дым, можно предположить, что забились воздушные каналы или сливной маслопровод

В таком случае двигатель начнет «есть» масло. Черный дым или копоть могут свидетельствовать об утечке в системе подачи воздуха. Дым сизого цвета может свидетельствовать об утечке масла в турбине, скорее всего оно проникает в камеру(ы) сгорания двигателя. Чтобы проверить так ли это снимите воздушный фильтр и проверьте, нет ли на его поверхности масла.

1. Вторым пунктом проводится проверка турбированного двигателя после предварительного прогрева. Для этой проверки потребуется помощник. Найдите патрубок, ведущий от турбины к впускному коллектору двигателя, затем рукой попытайтесь пережать его. Помощник в это время должен резко нажать на «газ» и подержать педаль в таком положении около 3-х сек. После этого он также резко должен отпустить педаль. Вы тем временем, держась за патрубок, должны ощутить, как он начинает раздуваться от большого воздушного давления. Сделайте несколько таких циклов, резко то нажимая, то отпуская педаль газа. В случае если патрубок не раздувается — с турбиной проблемы, если наоборот — турбина, скорее всего, полностью исправна.

1. Внимательно осмотрите сам турбокомпрессор, на нем не должно быть следов масла, копоти или подтеканий. Отключите патрубок, который соединяет впускной коллектор и турбину, проверьте, нет ли в нем следов масла, он должен быть полностью сухим. Если вы обнаружили масляные следы, скорее всего турбина «умерла».

Апр 19, 2015KoGa

Назначение турбины и ресурс

Работа турбонагнетателя направлена на увеличение потока подаваемого воздуха в камеру сгорания. Это приводит к более полному и быстрому сгоранию топлива, в результате чего на нужных режимах двигатель дает большую отдачу. Конструкторам не приходится увеличивать рабочий объем двигателя, проводит сложную техническую модернизацию. Используют турбонаддув как на дизельных моторах, так и с бензиновыми агрегатами. Большую эффективность при этом демонстрируют как раз дизеля. Это связано с высокой степенью сжатия у агрегата на дизельном топливе и меньшим числом оборотов при работе. В последнее время перспективным называют газотурбинный двигатель, который уже разработан для тракторов, грузовых авто.

С учетом высоких затрат на ремонт, владельцы стремятся как можно дольше сохранить работоспособность турбокомпрессора. Увеличение ресурса напрямую связано с пониманием особенностей работы турбинного нагнетателя. Крыльчатка начинает работу с первых секунд пуска мотора, а останавливается несколькими секундами позже остановки коленчатого вала. При малых оборотах двигателя давление выхлопных газов не позволяет раскручивать турбину. Включение происходит с ростом оборотов, и у движка словно открывается второе дыхание.

Изначально ресурс нагнетателя не уступает аналогичным показателям самого мотора. Преждевременный выход из строя турбины связан с высокими температурными нагрузками, высокой скоростью вращения.

Типы и разновидности турбин

Турбины, устанавливаемые на автомобили, бывают двух типов. Турбокомпрессор с ротором, приводимым в движение при помощи отработанных газов и с постоянным ременным приводом.

Принцип работы турбокомпрессора при помощи отработанных газов

Горячий воздух отработанных газов из выпускного коллектора поступает в улиткообразный корпус турбонагнетателя и закручивается, в постепенно сужающемся, канале, таким образом разгоняясь до предельной скорости.

Попадая на лопатки ротора, поток воздуха раскручивает его. С помощью вала, ротор соединен с крыльчаткой, которая при вращении, забирает воздух из воздушного фильтра и нагнетает его во впускной коллектор.

Поскольку воздух, подаваемый из выпускного коллектора, имеет большую температуру и турбина нагревается, то температура нагнетаемого в цилиндры воздушного потока, тоже увеличивается.

Процесс сжатия горячего воздуха требует больших усилий, чем сжатие холодного, поэтому между турбиной и впускным коллектором воздух охлаждается при помощи интеркулера. По сути это радиатор для охлаждения воздуха, поступающего из турбонагнетателя.

Подача масла в турбину осуществляется из общего контура системы смазки мотора. Поэтому турбину для дизельного двигателя установить не так просто.

Принцип работы турбокомпрессора с постоянным ременным приводом

Устройство турбонагнетателя такого типа принципиально отличается от предыдущего. Разница в том, что в движение его приводит ремень от коленчатого вала и система смазки отсутствует. Что значительно упрощает задачу установки на автомобиль. Но принцип нагнетания воздуха в камеру сгорания остается прежним. За счет приводного ремня, турбина начинает вращаться даже на малых оборотах двигателя, создавая давление в камере сгорания, постепенно раскручиваясь с увеличением оборотов.

Устройство турбины

Турбина имеет в основе ротор (крыльчатку), который закреплен на оси и заключен в специальный корпус. Постоянный контакт всех элементов турбины с раскаленными газами обуславливает необходимость изготовления ротора и корпуса турбины из особых жаропрочных материалов.

Крыльчатка и ось вращаются в противоположных направлениях с высокой частотой, в результате чего осуществляется плотный прижим одного элемента к другому. Поток отработавших газов проникает в выпускной коллектор, после чего оказывается в специальном канале. Данный канал находится в корпусе турбонагнетателя. Корпус имеет своеобразную форму-улитку. После прохождения улитки, отработавшие газы разгоняются и подаются на ротор. Так осуществляется вращение турбины.