Какое давление наддува турбины дизельного двигателя: Избыточное давление. Всё про наддув

Содержание

Технологические особенности наддува двигателя. Наддув турбонагнетателя

Для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания используется технология наддува воздуха. Данная схема распространена на силовых агрегатах дизельного типа, где подача осуществляется под избыточным давлением. В результате общая масса обогащенной смеси увеличивается, что приводит к росту мощности силового агрегата.

Технологические особенности наддува

В наддуве воздуха в двигатель особая роль отводится специальным нагнетателям. Технология отлично подходит для дизельных агрегатов, так как в момент впускного тракта сжатие распространяется только на воздушную массу. Качественный наддув достигается за счет комплексной регулировки. Большой крутящий момент возможен при помощи равномерного наддува и снижения сжатия.

Наиболее распространенными нагнетателями являются:

  • турбированный. Отбор мощности осуществляется от газодинамической цепи между двигателем и нагнетателем.
  • механический. Отбор мощности проводится непосредственно от коленвала ДВС.

Важным показателем, характеризующий степень наполнения дизеля при помощи наддува является коэффициент наполнения. Данный показатель является результатом соотношения количества заключенной воздушной массы в цилиндре к рабочему объему силового агрегата. Как правило, К находится в диапазоне 0,849-2,999 единиц.

Основные виды наддува

Динамический

Динамический наддув достигается за счет применения эффекта непосредственно во впускном тракте. Равномерное распределение воздушных масс по всем цилиндрам возможно, благодаря конструкционным особенностям впускной системы. Современные ДВС дизельного типа оснащены специальными нагнетателями. При этом инженеры делают механизм впускного тракта максимально коротким. В результате это влияет на качество динамики и управление рециркуляционными процессами ОГ.

Турбированный

Работа турбонагнетателя от выхлопных газов имеет наиболее широкое применение. Данная технология позволяет увеличить крутящий момент и общую мощность. Компрессор ставится на легковые и грузовые транспортные средства, сохраняя высокий уровень КПД. Особенность технологической схемы является возможность выхода на высокий крутящий момент при низких частотах коленвала. Она отлично подходит, когда давление наддува регулируется при помощи электроники.

Принцип действия турбонагнетателя

Конструкция турбонагнетателя представлена несколькими устройствами газодинамического типа. Функциональное значение газовой турбины сводится к восприятию энергии потока ОГ. Компрессорная часть надежно закреплена соединительным валом с турбиной, что позволяет качественно сжимать входящие воздушные потоки.

Принцип действия наддува воздуха в дизельном двигателе следующий:

  • Раскручивание вала начинается с поступления горячего ОГ непосредственно на турбину. Частота вращения при этом составляет 200 тыс. оборотов в минуту.
  • Перемещение ОГ к оси, а затем к выпускному тракту.
  • Радиальный компрессор приходит в действие, благодаря валу.

Использование аксиальных турбин технически аргументированно для силовых агрегатов большого объема. Устройства отличаются высокой эффективностью в работе. Существует несколько принципов наддува. При постоянном давлении наблюдается снижение расхода топлива. Такая схема применяется на мощных дизельных генераторах и стационарных установках. Турбины с разделенным потоком оснащены двумя внешними клапанами. Для быстрого выхода на рабочий режим нагнетатель устанавливается ближе к выпускному клапану.

Конструкция нагнетателей

Регулировка давления наддува позволяет не перегружать функционирование ДВС. Данное действие выполняется при помощи различных нагнетателей (с изменяемой геометрией, с перепуском ОГ и дросселированные). Использование перепускного клапана позволяет снижать уровень сжатия и нагнетать поток в турбину. Конструкция нагнетателя имеет ряд технических особенностей. Так, при выходе из строя блока управления, специальный перепуск открывается в автоматическом режиме. Это позволяет исключить поломку дизеля при высоких нагрузках.

Порядок измерения давления

Замер давления на компрессоре проводится при помощи монометра и шланги с переходниками. При этом результаты фиксируются под нагрузкой двигателя. Порядок выполнения работ следующий:

  • определение максимально допустимого давления в инструкции к ДВС;
  • монтаж одного конца шланги к выпускному коллектору. Второй выводится аккуратно в салон;
  • присоединение манометра к отверстию;
  • прогреваем двигатель авто;
  • разгоняем транспортное средство по ровной дороге до 3000 оборотов;
  • контролируя движение педалью газа, следим за показанием манометра.

Если зафиксированный показатель на дизеле недостаточный, проводится комплексная проверка турбокомпрессора на предмет технической исправности.

 

 

 Вернутся к списку «Статьи и новости»

Принцип работы турбокомпрессора для дизельного двигателя

Для точного определения неисправностей, связанных с турбокомпрессором, необходимо знание принципа его работы. Нижеприведеннная информация относится к турбокомпрессорам массовых дизельных двигателей, поскольку они достаточно просты.

Турбокомпрессор — это компрессор, или воздушный насос, который приводится от турбины. Турбина вращается за счет использования энергии потока отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах от 1000 до 130.000 об/мин (это значит, что лопатки турбины разгоняются почти до линейной скорости звука). Турбина непосредственно соединяется с компрессором жесткой осью. Компрессор засасывает через воздушный фильтр свежий воздух, сжимает его и затем под давлением подает во впускной коллектор двигателя. Чем больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, а это повышает мощность двигателя.

Теоретически существует равновесие мощностей между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Чем большую энергию имеют отработавшие газы, тем быстрее будет вращаться турбина. Как следствие, компрессор тоже будет вращаться быстрее.


Турбокомпрессор Garrett в разобранном виде

Турбина

Турбина состоит из корпуса и ротора. Отработавшие газы из выпускного коллектора двигателя попадают в приемный патрубок турбокомпрессора. Проходя по постепенно сужающемуся внутреннему каналу корпуса турбины, они ускоряются, а пройдя этот имеющий форму улитки корпус, направляются к ротору турбины и приводят ее во вращение.

Скорость вращения турбины определяется размером и формой канала в ее корпусе. Это напоминает поливочный шланг: чем больше вы перекрываете пальцем выходное отверстие, тем дальше бьет струя воды. Размеры турбины и ее корпуса зависят от конкретного двигателя.

Корпусы турбин значительно различаются в зависимости от сферы применения. Корпус турбины двигателя грузовика может быть разделен на два параллельных канала, поэтому на ротор воздействуют два потока отработавших газов. При таком типе корпуса становится возможным использование импульсного движения потока газов и достижение резонансных явлений. Отсюда и обязательность разделения выпускных каналов для каждого цилиндра.

В корпусе турбины, имеющем двойной канал, каждый поток распределяется по всей поверхности ротора турбины. Другая конструкция корпуса с двумя каналами позволяет использовать импульсы давления (поток распределяется симметрично с каждой стороны ротора).

В случае системы с постоянным давлением используется только энергия поступательного движения отработавших газов. При этом могут применяться только корпусы турбины с одним каналом. Этот вариант используется в корпусах с водяным охлаждением, которые применяются на судовых двигателях.

В турбокомпрессоры с большим объемом часто устанавливают дополнительное кольцо с направляющими лопатками. Оно облегчает создание постоянного потока отработавших газов на роторе турбины и делает возможным регулирование потока внутри ее корпуса.

Корпус турбины отливается из сплава с высокой термостойкостью. Ротор турбины также изготавливается из высококачественных материалов, имеющих высокую температурную стойкость. Ту часть, через которую входят отработавшие газы, называют впуском, а идущую к выхлопной трубе — выпуском.

На оси жестко крепится ротор турбины. Материал оси отличается от материала, используемого для ротора турбины. Сборка этого соединения осуществляется следующим способом. Ось и ротор, вращающиеся в противоположных направлениях на очень большой скорости, прижимают друг к другу. Выделяющееся при трении тепло сплавляет их друг с другом, образуя неразъемное соединение.

Ось в месте соединения пустотелая. Эта пустота затрудняет передачу тепла от ротора турбины к ее оси. На оси со стороны турбины имеется углубление, в котором располагается уплотнительное кольцо. Рабочая поверхность радиальных подшипников упрочняется и полируется.

Выступающий бортик, на который будет запрессовано кольцо, обрабатывается с высокой точностью. На более тонкий конец оси устанавливается ротор компрессора; там имеется резьба, на которую навинчивается предохранительная гайка для закрепления ротора. После того, как ось изготовлена, она должна быть отбалансирована с максимально возможной точностью прежде чем она будет установлена в корпус.

Компрессор

Компрессор состоит из корпуса и ротора. Размеры компрессора определяются количеством воздуха, требуемого для двигателя, и скоростью вращения турбины. Ротор компрессора жестко закреплен на оси турбины и, следовательно, вращается с той же скоростью, что и ротор турбины.

Лопатки ротора компрессора, изготавливаемые из алюминия, имеют такую форму, что воздух засасывается через центр ротора. Всасываемый таким образом воздух направляется к периферии ротора и при помощи лопаток отбрасывается на стенку корпуса компрессора. Благодаря этому воздух сжимается и через впускной коллектор попадает в двигатель. Корпус компрессора также изготовлен из алюминия.

Корпус оси

Смазка турбокомпрессора производится от системы смазки двигателя. Корпус оси образует центральную часть турбокомпрессора, расположенную между турбиной и компрессором. Ось вращается в подшипниках скольжения. Моторное масло по каналам проходит между корпусом и подшипниками, а также между подшипниками и осью. В большинстве турбокомпрессоров радиальные подшипники вращаются со скоростью, равной половине скорости оси.

В настоящее время появились конструкции, в которых подшипник неподвижен, а ось вращается в масляной ванне. Масло не только служит для смазки оси, но и охлаждает ее, подшипники и корпус.

Для уплотнения с двух сторон турбокомпрессора устанавливаются маслоотражательные прокладки. С двух сторон устанавливаются также уплотнительные кольца.

Но, несмотря на то, что эти кольца помогают избежать утечек масла, они в действительности не являются уплотнительными прокладками. Их нужно рассматривать как элемент, затрудняющий утечку воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом оси. В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе оси. Часть газов из турбины и часть воздуха, сжатого в компрессоре, попадают в корпус оси и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.


На рисунке показан путь, по которому проходит масло внутри корпуса оси турбокомпрессора Garrett T04B

Все масляные уплотнения динамического типа, т.е. работают на принципе разности давлений:

1. Разница в диаметрах оси из-за действия центробежных сил образует разность давлений, что затрудняет просачивание масла к турбине.

2. Со стороны турбины уплотнительные кольца расположены в выточках (как в корпусе оси так и на самой оси). Этот же принцип установки колец применен и со стороны компрессора.

Уплотнительные кольца являются элементом, играющим главную роль в обеспечении герметичности. Кроме того, они передают тепло с оси на корпус.

3. Уплотнительное кольцо вращается с той же скоростью, что и ось. Благодаря имеющимся в нем трем отверстиям создается противодавление маслу.

4. Внутренняя форма корпуса оси на уровне кольца герметичности весьма своеобразна с целью предотвращения просачивания масла к компрессору.

5. Давление в компрессоре и турбине вытесняет масло в корпус оси.

Когда обороты двигателя низкие или он работает без нагрузки, давление в корпусе оси больше, чем в компрессоре. В компрессоре воздух отжимается от центра на периферию и сжимается. Этот же эффект мы можем наблюдать при быстром размешивании кофе в чашке: кофе будет отброшен на стенки чашки. Воздух в компрессоре завихряется и отбрасывается на стенки компрессора, после чего этот сжатый воздух поступает в двигатель. Поэтому становится ясно, почему в случае слабого наддува в двигателе с турбокомпрессором (т.е. когда давление турбокомпрессора близко к нулю) за ротором компрессора образуется небольшое разрежение.

Естественно, при работе компрессора могут иметь место утечки масла из корпуса оси в компрессор. Скорость вращения оси турбокомпрессора может быть настолько высокой, что избежать утечек масла, используя обычные манжеты (устанавливаемые, к примеру, в коробке передач), невозможно.

Поэтому в корпус оси устанавливают несколько уплотнительных колец, используя разные методы для наиболее качественного уплотнения мест возможной утечки масла.

Вот некоторые из них:

Механический сливной маслопровод турбокомпрессора Garrett. В этом компрессоре главную роль при уплотнении играет уплотнительное кольцо. Когда двигатель работает на малых оборотах либо без нагрузки, за ротором компрессора образуется область пониженного давления (разрежения). Масло и газы, которые находятся в корпусе оси, устремляются между задней пластиной и уплотнительным кольцом к компрессору. Когда эта смесь проходит через отверстия кольца, масло, более тяжелое, чем газы, отбрасывается к наружной стороне кольца, но остается в корпусе оси, в то время как газы продолжают свое движение в компрессоре.

Таким образом, уплотнительное кольцо, которое вращается на большой скорости вместе с осью турбокомпрессора, действует как центробежный сепаратор масла.

Пластина для отвода масла. Большинство производителей турбокомпрессоров в той или иной форме используют эту схему. Это неподвижная пластина, расположенная поперечно со стороны компрессора.

Масло, идущее от уплотнительных колец, стекает по внутренней стороне пластины вниз, то есть к отверстию для слива масла. Верхняя часть этой пластины имеет такую форму, что она постоянно находится выше нормального уровня масла в корпусе оси. В случае возможного образования разрежения в компрессоре газы засасываются легче, чем более тяжелое масло.

Со стороны турбины проблема отвода масла не так важна, если принять во внимание, что в нормальных условиях давление в турбине всегда выше, чем в корпусе оси. При некоторых условиях эксплуатации может иметь место падение давления в турбине; в таком случае требуется установка пластины для отвода масла со стороны турбины.

Любая конструкция корпуса оси подразумевает также необходимость максимального снижения теплообмена между турбиной с уплотнительными кольцами и компрессором. С этой целью со стороны турбины устанавливается термоизоляционная прокладка, а в корпусе оси имеется множество элементов для теплообмена. Например, в турбокомпрессорах (Garrett для дизельных двигателей с марта 1989 года используется корпус оси, имеющий ребра охлаждения.

Регулировка давления наддува

Мощность дизельного двигателя ограничена максимальным числом оборотов, равным приблизительно 5000 об/мин. Ее можно поднять, только увеличив рабочий объем двигателя или степень сжатия.

По соображениям ограничения массы и размеров автомобиля его оснащают как можно меньшим двигателем, который будет работать с максимальными оборотами, чтобы обеспечить требуемую мощность.

Дизельный двигатель работает в широком диапазоне чисел оборотов. Соответствие мощности турбины и нерегулируемого компрессора турбокомпрессора означает соответствие создаваемого последним давления энергии отработавших газов. Увеличивая мощность двигателя (например, нажимая на педаль акселератора), мы увеличиваем как количество отработавших газов, так и давление наддува. Недостатком этой конструкции будет создание слишком высокого давления на максимальных оборотах. Повреждения двигателя избегают, ограничивая давление.

Принцип работы регулятора давления.
Давление наддува в компрессоре воздействует на мембрану, которая прижимается пружиной. Когда сила сжатой пружины преодолевается, открывается регулировочный клапан, уменьшая поток отработавших газов через турбину и удерживая таким образом давление наддува ниже определенного предела, при превышении которого двигатель был бы поврежден. В турбокомпрессорах для дизельных двигателей этот клапан почти всегда встроен в корпус турбины. Этим достигается компактность конструкции и точность работы.

На рисунке представлен в разрезе регулировочный клапан фирмы Garrett.


1 — корпус турбины; 2 — клапан; 3 — уплотнение; 4 — направляющая пружины; 5 — пружины; 6 — клапан; 7 — контргайка; 8 — крышка с отводом воздуховода; 9 — вентиляционный канал

Верхняя часть стержня клапана полая. Эта полость заканчивается на середине стержня боковым отверстием. Обычно давление во впускном трубопроводе над мембраной выше давления в корпусе. Вот почему более холодный воздух из компрессора циркулирует по полости в стержне к точке крепления стержня в корпусе турбины и затем по вентиляционному воздуховоду к корпусу турбины. Крышка Мембраны зажата на корпусе клапана таким образом, что на практике никакая регулировка усилия пружины невозможна. Если предохранительный клапан не работает как надо, корпус турбины вместе с клапаном должен быть заменен полностью.

Работа предохранительного клапана фирмы KKK.
Этот клапан также может быть встроен в выхлопную трубу, как отдельно от корпуса турбины, так и в ней. Чтобы максимально уменьшить передачу тепла, встраивают множество теплоизоляционных элементов. Кроме этого, корпус клапана имеет ребра охлаждения, которые поглощают тепло и рассеивают его в окружающий воздух.

Давление наддува можно также регулировать со стороны компрессора. При определенном давлении регулировочный клапан открывается и выпускает часть воздуха в атмосферу или во впускной трубопровод перед компрессором. Эта система, правда, имеет два недостатка. Во-первых, выпускаемый воздух имеет повышенную температуру, поэтому термодинамические преимущества турбокомпрессора уменьшаются. Во-вторых, если давление регулируется только компрессором, требуется слишком большая турбина, чтобы в любой момент времени обеспечить нужную производительность компрессора. Это вызывает увеличение времени реакции на нажатие педали акселератора, поскольку турбокомпрессор срабатывает с запаздыванием.

На практике клапан у компрессора используется как дополнительная защита от повышения давления совместно с регулятором давления наддува.

Корпус оси

С уменьшением размеров турбины и компрессора общая величина современных турбокомпрессоров также уменьшается. При этом турбина располагается все ближе к компрессору.

Передача тепла от турбины к компрессору по оси и корпусу оси неблагоприятно сказывается на надежности и долговечности корпуса, а также ухудшает теплоотдачу турбокомпрессора: воздух должен быть как можно более холодным, поскольку холодный (более плотный) воздух содержит больше кислорода, чем горячий.

В ходе развития турбокомпрессоров для автомобильных дизельных двигателей конструкторы постоянно искали новые возможности воспрепятствования передаче тепла. При изготовлении корпуса оси стали встраивать большее количество термокомпенсационных элементов, увеличили количество содержащегося в корпусе масла.

Так, фирма Garrett изготовила «морщинистый» корпус оси, разработанный специально для автомобильных двигателей. Этот корпус устанавливается на турбокомпрессоре TЗ той же фирмы. Благодаря особой форме корпуса достигнуто снижение температуры на его внутренней поверхности, при этом пиковые температуры снижены:

а) усилением вентиляции вокруг основания турбины, что значительно улучшает циркуляцию масла и отвод тепла;

б) увеличением размеров металлических деталей, чтобы ускорить поглощение тепла;

в) использованием охлаждающих ребер для улучшения отвода тепла от основания турбины.

 

Двигатель

Эксплуатация и принцип работы турбины на дизельном двигателе

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.

Конструктивные элементы системы

Для осуществления возложенных функций, система турбонаддува состоит из двух основных частей:

  1. Компрессор;
  2. Турбина.

Компрессор служит для нагнетания атмосферного воздуха в систему подачи топлива. Он состоит из корпуса и расположенной в нем крыльчатки, которая, вращаясь, всасывает воздух. Чем выше ее скорость вращения, тем больше объем принятого воздуха. Увеличению скорости способствует работа турбины.

Она также состоит из корпуса с крыльчаткой (ротором), которая приводится в движение выхлопными газами. В корпусе газы проходят через специальный канал, имеющий форму улитки, что позволяет им увеличить скорость.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

  • Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
  • Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
  • Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
  • Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

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.

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.

Недостатки турбокомпрессоров

Принцип работы турбины на дизельном двигателе создает и негативные факторы:

  • Повышенный расход горючего. Возможность сжечь большее количество солярки за счет увеличенного объема подачи воздуха, вместе с мощностью повышает и «прожорливость» машины. Уменьшить аппетит до разумных пределов позволяет правильная регулировка системы.
  • Положительные стороны наддува приводят к многократному повышению температуры во время такта сжатия, что может вызвать детонацию в двигателе. Решается эта проблема установкой охладителей, регуляторов и прочих элементов.

Правила эксплуатации

Чтобы в полной мере использовать ресурс турбины дизельного мотора и продлить ее срок службы, необходимо выполнять ряд условий:

  • Регулярно менять масло в системе, чтобы не допустить попадания абразива в маслопровод и его засорения.
  • Применять только качественное масло, имеющее сертификат, той марки, которая соответствует указанной в паспортных данных двигателя.
  • Прогревать мотор перед началом движения и не давать холодному двигателю высоких нагрузок.
  • Никогда резко не отключать движок, а после остановки автомобиля давать ему возможность поработать несколько секунд на холостых оборотах.

Диагностика систем турбонаддува

Необходимость проведения комплексной диагностики системы турбонаддува автомобиля возникает, как правило, по одной из четырех причин (или по нескольким сразу):

  1. Повышенный расход моторного масла
  2. Недостаточное давление наддува («машина не едет»)
  3. Избыточное давление наддува (автомобиль переходит в аварийный режим)
  4. Посторонние звуки в области турбокомпрессора (вой, свист, визг в различных режимах)

ЧАСТЬ 1. РАСХОД МОТОРНОГО МАСЛА.

Расход моторного масла начинает превышать все допустимые нормы приличия, попросту говоря, двигатель начинает «жрать» масло. При этом работа двигателя сопровождается добротным сизым выхлопом, иногда такая работа заканчивается уходом двигателя «в разнос» со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Первая мысль при увеличении расхода масла возникает о неисправности турбины. Но на самом деле так оказывается далеко не всегда. Диагностика силового агрегата в такой ситуации сводится к определению всех возможных причин расхода масла и поэтапному их исключению по принципу «от простого к сложному».

В первую очередь проверяется уровень моторного масла в картере двигателя. Слишком высокий уровень приводит к «подпиранию» масла в среднем корпусе турбокомпрессора и, как следствие, к его интенсивному выбросу в корпус турбины и корпус компрессора (см. Рис. 1)

Рис. 1

Далее следует проверить давление картерных газов. Для обеспечения нормальной работы турбокомпрессора (в плане утечек масла) в картере турбированного двигателя должно быть разряжение. При наличии избыточного давления в картере турбина (даже трижды исправная) будет «выкидывать» масло. Если в картере избыточное давление – следует искать причину его происхождения. Первая, наиболее простая причина – неисправность системы вентиляции картера (PCV- positive crankcase ventilation). Неисправность может заключаться в том, патрубок системы вентиляции картера может быть сильно закоксован, перегнут или переломан, в нем может образоваться из конденсата лед (зимой), может быть «забит» смолянистыми отложениями масляный сепаратор системы вентиляции картера, и т.д.

Рис. 2

На рис. 2 представлена принудительная система вентиляции картера закрытого типа. Система вентиляции картера у разных производителей и на разных двигателях может иметь различную конструкцию. Вместе с тем можно выделить следующие общие конструктивные элементы данной системы:

— Маслоотделитель (или масляный сепаратор) – Рис. 2, поз. 1

— Клапан вентиляции картера — Рис. 2, поз. 2

— Воздушные патрубки

— Канал отвода отсепарированного масла

Маслоотделитель предотвращает попадание паров масла в камеру сгорания двигателя, тем самым уменьшает образование сажи. Различают лабиринтный и центробежный способы отделения масла от газов. Современные двигатели оборудованы маслоотделителем комбинированного действия. В лабиринтном маслоотделителе (другое наименование успокоитель) замедляется движение картерных газов, за счет чего крупные капли масла оседают на стенках и стекают в картер двигателя.

Центробежный маслоотделитель производит дальнейшее отделение масла от картерных газов. Картерные газы, проходя через маслоотделитель, приходят во вращательное движение. Частицы масла под действием центробежной силы оседают на стенках маслоотделителя и стекают в картер двигателя.

Для предотвращения турбулентности картерных газов после центробежного маслоотделителя применяется выходной успокоитель лабиринтного типа. В нем происходит окончательное отделение масла от газов.

Следует отметить: если маслоотделитель (маслоотделители) системы вентиляции картера по каким-либо причинам не будут справляться с отделением масла от газов (например чрезмерное загрязнение смолянистыми отложениями), значительное количество масла может в этой ситуации попадать по патрубку системы вентиляции картера в воздухоподающую магистраль турбокомпрессора (Рис. 2, поз. 4). Далее в промежуточный охладитель воздуха (интеркулер, Рис. 2, поз. 3) и далее во впускной коллектор и камеры сгорания.

Вторая причина образования избыточного картерного давления более глобальная. Если система вентиляции картера в полном порядке, но не справляется с потоком картерных газов – значит, неисправна поршневая группа двигателя (см. Рис. 3).

Рис 3.

Причем замер компрессии в такой ситуации может не дать корректных результатов – компрессия может быть хорошей за счет «масляного уплотнения». Косвенным подтверждением неисправности поршневой группы также является (как правило) наличие значительного количества масла в воздухозаборном патрубке турбокомпрессора, начиная с места подключения патрубка системы вентиляции картера (сапуна). Такая неисправность «лечится» либо заменой поршневых колец, если они по какой-то причине «залегли» (например от перегрева), а блок цилиндров (или гильзы) и поршня в хорошем состоянии, либо полным капитальным ремонтом двигателя или его заменой.

Если в картере присутствует разряжение и система вентиляции картера работает нормально – переходим к следующему этапу. От турбокомпрессора отсоединяется воздухозаборный патрубок. Проверяются люфты ротора (Рис. 4).

Рис. 4

На различные типы турбокомпрессоров даются разные допуска осевого и радиального люфтов. Разумеется, на автомобиле никто не будет устанавливать индикаторную головку и измерять люфты с точностью до сотки. Достаточно, что бы более-менее опытный механик взялся пальцами за вал турбокомпрессора (Рис. 5, поз. 8) и пошевелил его в осевом и радиальном направлениях. Если «усреднить» допуска на различные типы турбокомпрессоров: осевой до 0,15 мм, радиальный до 1,00 мм. Проще говоря, осевой люфт не ощущается пальцами, а радиальный в пределах миллиметра – в этом случае большая вероятность, что турбина в порядке (в плане утечки масла). Это касается класса турбин легкового автотранспорта и микроавтобусов, естественно, на турбины грузового многолитражного транспорта допуска побольше.

Рис. 5

1 – Корпус компрессора

2 – Вал

3 – Корпус турбины

4 – Колесо турбины

5 – Динамические уплотнения

6 – Радиальный подшипник

7 – Корпус подшипников

8 – Колесо компрессора

Далее следует проверить состояние воздушного фильтра. Заблокированный загрязнениями воздушный фильтр (попросту говоря «забитый») приводит к тому, что возникает излишнее сопротивление в воздухозаборной магистрали. При работе турбокомпрессора за счет динамических сил за вращающимся на огромной скорости компрессорным колесом (Рис. 5, поз. 8) создается некоторое разрежение (между колесом компрессора и уплотнительной шайбой корпуса подшипников). Если возникает излишнее сопротивление забору воздуха, это разрежение многократно увеличивается, масло просто «высасывается» из корпуса подшипников турбокомпрессора, выбрасывается в промежуточный охладитель воздуха (интеркулер, Рис. 2, поз. 3) и далее во впускной коллектор и камеры сгорания.

Попутно следует проверить герметичность воздуховодов и корпуса воздушного фильтра. Не следует забывать, что попадание в рабочую зону компрессора постороннего предмета, даже незначительного, при работе турбокомпрессора на высоких оборотах, приведет к повреждению колеса компрессора (Рис. 5, поз. 8) и, в конечном итоге, к выходу турбокомпрессора из строя.

Следующий шаг – проверка состояния маслосливной магистрали турбокомпрессора. Демонтируется маслосливная трубка (Рис. 6) и осматривается.

Рис. 6

Маслосливная магистраль не должна иметь перегибов, переломов, вмятин и прочих повреждений. Внутри магистрали не должно быть смолянистых отложений, остатков герметика, кусков старых прокладок и прочих загрязнений. Всякое уменьшение проходного сечения маслосливной магистрали приводит к снижению ее пропускной способности. Масло из турбокомпрессора сливается самотеком (без давления), поэтому уменьшение проходного сечения магистрали может привести к «подпору» масла в корпусе подшипников, тем самым значительно ухудшая (или вовсе блокируя) работу динамических уплотнений турбокомпрессора.

Основные масляные уплотнения турбокомпрессора являются уплотнениями динамического типа, работающие на основе использования центробежных сил для предотвращения утечек масла из корпуса подшипников. Рассмотрим динамическое уплотнение со стороны турбины (см. Рис. 7).

Рис. 7

На валу со стороны турбинного колеса выполняются две канавки. Канавка, расположенная ближе к турбинному колесу, предназначена для установки в нее уплотнительного кольца. Вторая канавка и разница диаметров D и d (где D – максимальный диаметр канавки, d – минимальный диаметр канавки) выполняют роль динамического масляного уплотнения. Отработанное масло под действием центробежных сил разбрызгивается внутри корпуса подшипников и далее стекает через маслосливное отверстие турбокомпрессора.

Аналогично работает динамическое масляное уплотнение со стороны компрессора, роль которого выполняет разница диаметров наружной упорной втулки.

Итак, основным условием нормальной работы турбокомпрессора (в плане отсутствия утечек масла) является нормальная работа его динамических уплотнений. Динамические уплотнения, в свою очередь, могут нормально работать только в воздушном пространстве, то есть только тогда, когда внутренняя полость корпуса подшипников свободна от моторного масла. Если корпус подшипников по каким-либо причинам заполняется («подпирается») маслом или нарушается баланс давлений внутри корпуса подшипников и извне его, динамические уплотнения практически перестают работать, происходит утечка масла через уплотнительные кольца в корпус компрессора и в корпус турбины.

Далее переходим к осмотру выхлопной системы. Бачки глушителя, резонатора, соединительные трубы, бачки каталитического нейтрализатора (катализатора) и сажевого фильтра, гофрированные сектора и другие элементы системы выпуска отработавших газов не должны иметь глубоких вмятин, перегибов и прочих повреждений, которые могут значительно ухудшать пропускную способность выхлопной системы в целом. Если таковые элементы имеются – они подлежат безоговорочной замене.

Катализатор отсоединяется и проводится его осмотр. Основным элементом каталитического нейтрализатора является блок-носитель, который служит основанием для катализаторов. Блок-носитель изготавливается из специальной огнеупорной керамики. Конструктивно блок-носитель состоит из множества продольных сот-ячеек, которые значительно увеличивают площадь соприкосновения с отработавшими газами. На поверхность сот-ячеек тонким слоем наносятся вещества-катализаторы. В качестве таких веществ используются платина, палладий и родий. Катализаторы ускоряют протекание химических реакций в нейтрализаторе. Условием эффективной работы каталитического нейтрализатора является температура 300°С. При такой температуре задерживается порядка 90% вредных веществ.

300°С – приличная температура, посему существует большая вероятность того, что несгоревшее моторное масло, по тем или иным причинам попавшее в выхлопную систему, быстро закоксуется на поверхности сот катализатора. Таким образом, выхлопная система может быть блокирована полностью или частично. Излишнее сопротивление в выхлопной системе вызывает увеличение давления в корпусе турбины (в «горячей» улитке турбокомпрессора), что вызовет прорыв выхлопных газов в средний корпус турбокомпрессора и увеличение давления внутри его, что, в свою очередь, вызовет выброс масла со стороны компрессора (в «холодную» улитку).

В большинстве автомобилей катализатор спроектирован так, что при его демонтаже с автомобиля можно увидеть состояние сот-ячеек. Идеальный вариант осмотра катализатора – это когда весь блок-носитель виден на просвет.

Что касается сажевого фильтра. На легковых автомобилях с дизельным двигателем в составе выпускной системы с 2000 года применяется сажевый фильтр. С введением норм Евро-5 в январе 2011 года применение сажевого фильтра на легковых автомобилях с дизельным двигателем является обязательным. Дизельный сажевый фильтр (в английском варианте Diesel Particulare Filter, DPF, в французском варианте Filtre a Particules, FAP, в немецком варианте RubPartikelFilter, RPF) предназначен для снижения выброса сажевых частиц в атмосферу с отработавшими газами. Применения фильтра позволяет добиться снижения частиц сажи в отработавших газах до 99,9 %. В выпускной системе сажевый фильтр располагается за каталитическим нейтрализатором. В ряде конструкций сажевый фильтр объединен с каталитическим нейтрализатором окислительного типа и располагается сразу за выпускным коллектором там, где температура отработавших газов максимальна. Он называется сажевый фильтр с каталитическим покрытием. Скопившиеся при фильтрации частицы сажи создают препятствие для отработавших газов, что приводит к увеличению сопротивления выхлопной системы в целом, соответственно к выбросу масла из турбокомпрессора в «холодную» улитку и снижению мощности двигателя. Поэтому периодически требуется очистка фильтра от накопившейся сажи или регенерация. Различают пассивную и активную регенерацию сажевого фильтра. В современных фильтрах используется, как правило, и пассивная и активная регенерация.

Насколько эффективна процедура «промывки» сажевого фильтра? Если система работает правильно, ничего не нарушено и вся проблема только в забитом фильтре (или первопричина устранена), можно снять и промыть фильтр. Но нужно понимать: смываются только частицы сажи. Чем больше количества регенераций, тем больше оседает продуктов самой топливной присадки — она кристаллизуется и становится одним целым с фильтром. Чем больше пробег автомобиля, тем меньше становятся соты и тем быстрее они забиваются сажей, требуя очередной регенерации. Удаление фильтра заводом-изготовителем не предусмотрено. Но теоретически это вполне реально. Причем реально сделать это физически, не прибегая к программным методам. Но такой метод антинаучен и применим не на всех авто. Если в автомобиле установлена какая-то система, нужно, чтобы она работала, даже если придется потратить какое-то время и деньги на то, чтобы ее восстановить.

В конечном итоге, когда будет выполнен весь комплекс вышеперечисленных диагностических мероприятий, причина повышенного расхода масла будет определена (например, в случае наличия повышенных люфтов ротора турбокомпрессора, неисправность сливной магистрали, неисправность системы вентиляции и т.д.), либо зона поиска неисправности будет локализована (например, двигатель). Но, следует понимать, что делать вывод о неисправности двигателя только на основе косвенных данных и внешнего осмотра для диагноста было бы опрометчиво. В этом случае обычно идут по пути наименьшего сопротивления. Прежде чем принимать решение о ремонте или замене двигателя, следует стопроцентно убедиться в исправности турбины, то есть искать истину методом исключения. Для этого турбокомпрессор полностью демонтируется с двигателя и устанавливается на стенд.

Технологический стенд СМТ-48TWIN позволяет создать для турбокомпрессора условия, максимально приближенные к условиям работы его на двигателе. Разогретое до 50-55°С синтетическое моторное масло подается в корпус подшипников под давлением 5,0-5,2 атм. Ротор раскручивается до 4-8 тысяч об/мин (самые критические для турбокомпрессора обороты в плане утечки масла), технологический прогон длится 15-20 минут. Кроме того, контролируется проток масла через корпус подшипников (т.е. объем масла за единицу времени). Только после такой проверки турбокомпрессора можно делать вывод о его исправности (или неисправности) в плане утечки масла, и, соответственно, принимать окончательное решение.

ЧАСТЬ 2. НЕДОСТАТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ НАДДУВА.

Решение проблемы «машина не едет» должно начинаться с компьютерной диагностики автомобиля. Прочитав ошибки ЭБУ (если таковые будут иметь место) можно определиться с зоной поиска неисправности, а если повезет – сразу найти и устранить неисправность (например, заменить управляющий электромагнитный клапан, или сервопривод, или клапан EGR, и т.д.). Если степень Вашего везения ниже максимума, устранение ошибок ЭБУ не дало результата – поиски следует продолжить.

В первую очередь следует проверить состояние и работоспособность механической управляющей системы турбокомпрессора (системы VGT (VNT), VST, нормально открытый байпасный клапан (системы WGT)). Давайте по порядку.

Различают три основных типа турбокомпрессоров, или газотурбонагнетателей, если быть точным в терминологии:

1. Газотурбонагнетатели с перепуском отработавших газов (с клапаном перепуска части отработавших газов, минуя турбину), или турбокомпрессоры с системами WGT. Схематично такая система (с нормально открытым байпасным клапаном) изображена на Рис. 8 и Рис.9.

Рис. 8

1 – управляющий электромагнитный вакуумный клапан

2 – вакуумный насос

3 — исполнительный вакуумный механизм перепускного клапана

4 — корпус турбины (горячая улитка)

5 — перепускной (байпасный) клапан

6 — канал подачи отработавших газов к турбине (выпускной коллектор)

7 — канал подачи сжатого воздуха во впускной тракт двигателя

8 — колесо турбины

9 — колесо компрессора

Рис. 9

К достоинствам этого типа турбокомпрессоров относятся:

— простота и надежность регулирования давления наддува с помощью клапана перепуска части отработавших газов, минуя турбину;

— поддержание максимального давления наддува на заданном уровне в диапазоне частот вращения коленчатого вала от 2000 до 4500 мин-1.

К недостаткам турбокомпрессоров WGТ относятся:

— необходимость перепуска высокоэнтальпийных отработавших газов в атмосферу, минуя турбину для поддержания рk.max на заданном уровне, после режима максимального крутящего момента дизеля, что приводит к ухудшению экономичности и увеличению эмиссии вредных веществ с отработавшими газами;

— наличие выраженного «турбопровала» (turbolag) на переходных режимах работы дизеля.

2. Турбокомпрессоры с регулируемым сопловым аппаратом (РСА), или турбокомпрессоры с изменяемой геометрией турбины. Турбокомпрессоры имеют два общепринятых названия, которые используются разными производителями:

— VGT, Variable Geometry Turbocharger (дословно – турбокомпрессор с изменяемой геометрией), применяет BorgWarner;

— VNT, Variable Nozzle Turbine (дословно – турбина с переменным соплом), применяет Garrett.

В отличие от турбокомпрессора с перепуском отработавших газов, турбонагнетатель с изменяемой геометрией может регулировать направление и величину потока отработавших газов, чем достигается оптимальная частота вращения турбины и соответственно производительность компрессора. На Рис. 10 представлена схема соплового аппарата.

Рис. 10

1 – направляющие лопатки

2 – управляющее кольцо

3 – шток управляющего вакуумного (пневмо-) клапана (актуатора)

4 – управляющий рычаг

5 – колесо турбины

Направляющие лопатки предназначены для изменения скорости и направления потока отработавших газов за счет изменения величины сечения канала. Они поворачиваются на определенный угол вокруг свой оси.

Поворот лопаток производится с помощью механизма управления. Механизм состоит из кольца и рычага. Срабатывание механизма управления обеспечивает вакуумный привод, воздействующий через тягу на рычаг управления. Работа вакуумного привода регулируется клапаном ограничения давления наддува, подключенным к системе управления двигателем. Клапан ограничения давления наддува срабатывает в зависимости от величины давления наддува, измеряемой двумя датчиками: датчиком давления наддува и датчиком температуры воздуха на впуске.

При низких оборотах двигателя энергия отработавших газов невелика. Для эффективного ее использования направляющие лопатки находятся в закрытом положении, при котором площадь канала отработавших газов наименьшая. За счет малой площади сечения поток отработавших газов усиливается и заставляет турбину вращаться быстрее. Соответственно быстрее вращается компрессорное колесо, а производительность турбокомпрессора увеличивается.

При резком увеличении оборотов двигателя, вследствие инерционности системы, энергии отработавших газов становиться недостаточно. Поэтому для прохождения «турбоямы» лопатки поворачиваются с некоторой задержкой, чем достигается оптимальное давление наддува.

На высоких оборотах двигателя энергия отработавших газов максимальная. Для предотвращения избыточного давления наддува лопатки поворачиваются на максимальный угол, обеспечивая наибольшую площадь поперечного сечения канала.

Рис. 11

К достоинствам турбокомпрессоров с регулируемым сопловым аппаратом, по сравнению с турбокомпрессорами WGT, относятся:

— отсутствие перепуска высокоэнтальпийных отработавших газов в атмосферу, минуя турбину, что приводит к повышению экономичности и снижению эмиссии вредных веществ с отработавшими газами;

— практически полное отсутствие «турбопровала» (turbolag) на переходных режимах работы дизеля;

— повышение максимального давления наддува (рk.max) до 2,5 Бар при одновременном повышении топливной экономичности дизеля;

— возможность гибкого управления давлением наддува на любых режимах работы двигателя.

К недостаткам турбокомпрессоров с регулируемым сопловым аппаратом, по сравнению с турбокомпрессорами WGT, относятся:

— более сложное (соответственно, менее надежное и менее долговечное) конструктивное исполнение;

— необходимость электронного управления с обратной связью.

Применение турбокомпрессоров с регулируемым сопловым аппаратом (РСА) на дизелях позволяет повысить уровень крутящих моментов по внешней скоростной характеристике (ВСХ) при низких частотах вращения коленчатого вала, что приводит к повышению динамических качеств автомобиля, снижению эксплуатационного расхода топлива и количества эмиссий вредных веществ с отработавшими газами (см. Рис. 12).

Рис. 12

Схема турбокомпрессора с поворотными лопатками соплового аппарата турбины приведена на Рис. 13.

Рис. 13

1 — канал подачи отработавших газов;

2 — колесо турбины;

3 — поворотная лопатка соплового аппарата турбины;

4 — шланг подачи разрежения;

5 — кольцо для поворота лопаток соплового аппарата турбины;

6 — отверстие для подачи смазочного масла;

7 — подача воздуха к компрессорной ступени;

8 — подача сжатого воздуха к двигателю.

Система VNT (Variable Nozzle Turbine) фирмы Garrett выглядит так:

Рис. 14

3. Турбокомпрессоры с дросселированием турбины.

В двигателях легковых автомобилей небольшой мощности нашли применение турбины с дросселированием турбины, или турбины с золотниковым регулированием (VST — Variable Schieber Turbine). Турбина VST работает аналогично турбине с неизменной геометрией, с той разницей, что первоначально открывается один из двух каналов золотника. При достижении максимально допустимого давления наддува золотник, непрерывно перемещаясь в осевом направлении, открывает второй канал. Каналы выполнены так, чтобы наибольшая часть потока отработавших газов направлялась к турбине. Оставшаяся часть отработавших газов, за счет дальнейшего перемещения регулирующего золотника, направляется в обход крыльчатки турбины внутри турбонагнетателя. Устройство турбинной ступени турбокомпрессора с VST приведено на Рис. 15.

Рис. 15

1 — колесо турбины;

2 — подводной канал отработавших газов малого сечения;

3 — подводной канал отработавших газов большого сечения;

4 — регулирующий золотник;

5 — перепускной канал;

6 — привод управления золотником.

Принцип работы турбокомпрессора с VST заключается в открытии подводного канала отработавших газов большого сечения 3 регулирующим золотником 4, который увеличивает суммарное проходное сечение улитки корпуса турбины и, соответственно, снижает скорость потока отработавших газов через колесо турбины.

При низких частотах вращения коленчатого вала или малых нагрузках поток отработавших газов попадает на колесо турбины только через подводной канал отработавших газов малого сечения 2. Это повышает скорость течения отработавших газов и обеспечивает высокое давление наддува. При достижении заданного давления наддува, регулирующий золотник 4 приоткрывает подводной канал отработавших газов большого сечения 3. Скорость течения отработавших газов уменьшается, что приводит к стабилизации давления наддува. Конструкция регулирующего золотника 4 позволяет при необходимости перепускать часть отработавших газов, минуя колесо турбины, через перепускной канал 5.

Система VST (Variable Schieber Turbine) фирмы Garrett выглядит так:

Рис. 16

Вернемся к диагностике. Работоспособность управляющей системы турбокомпрессоров VNT и WGT (с нормально открытым байпасным клапаном) проверяется визуально на работающем на холостом ходу двигателе. Отсоединяется вакуумный шланг от исполнительного вакуумного клапана (актуатора) (см. поз. 4 Рис. 13, поз. 3 Рис. 8). Шток клапана должен резко и одним движением уйти в противоположную сторону от актуатора (т.е. шток удлиняется). Затем надо надеть шланг обратно и наблюдать. Шток должен плавно, без заеданий, пойти в сторону актуатора (т.е. шток укорачивается) одним движением.

Если такого движения не наблюдается – следует проверить наличие вакуума в управляющей магистрали. Если вакуум отсутствует – найти утечку не составит большого труда. Если вакуум присутствует, но движения штока не происходит – тут два варианта: либо неисправен актуатор (т.е. негерметична мембрана актуатора), либо заклинила система VNT (т.е. «геометрия») или заклинил в открытом положении байпасный клапан (в случае WGT). Поменять нерабочий актуатор на многих автомобилях можно не снимая турбину, хотя тут следует оговориться: такую процедуру должен выполнять достаточно квалифицированный специалист, который сможет после замены актуатора отрегулировать длину его штока. В противном случае параметры наддува будут отличаться от штатных. В идеале, конечно, регулировки турбины (длина штока актуатора и положение упорного винта системы VNT) должны производиться на специальном технологическом стенде, то есть демонтаж турбины все-таки потребуется. Хуже, если заклинила «геометрия». В этом случае турбокомпрессор приходится демонтировать с двигателя и, как минимум, проводить профилактические работы с системой VNT. Из практики известно, что попытки разработать, расшевелить, реанимировать систему VNT, не снимая турбокомпрессор с двигателя, в лучшем случае дают какой-то краткосрочный эффект, в худшем случае результат получается плачевный. Система VNT полностью разбирается, корпус турбины (горячая улитка) и все элементы системы очищаются в пескоструйной камере, после чего поворотные лопатки соплового аппарата шлифуются (см. Рис. 13, поз. 3).

Нужно оговориться: вышеописанная процедура имеет смысл и приносит положительный результат только в том случае, если не повреждены (т.е. нет следов механического воздействия и деформации) поворотные лопатки соплового аппарата и лопасти колеса турбины (см. Рис. 10, поз. 5). Если повреждения имеются – диагностика заканчивается и начинается ремонт турбокомпрессора.

Следует проверить управляющий электромагнитный клапан, отвечающий за подачу вакуума к актуатору турбокомпрессора (см. Рис. 8, поз. 1). Дело в том, что даже если обмотка соленоида целая (т.е. электронный блок управления не видит здесь ошибки), это еще не говорит об абсолютной исправности клапана. Помимо разрыва электрической цепи , возможны еще два варианта неисправности этого клапана: либо не перекрывается полностью канал вакуума, либо не перекрывается полностью канал сообщения с атмосферой (т.е. клапан «подсасывает»). В результате – некорректное управление актуатором, и, как следствие, либо недодув, либо передув. К некорректной работе актуатора также может привести сильное загрязнение фильтра сброса вакуума на электромагнитном клапане. Задержка сброса вакуума с актуатора за счет загрязнения фильтра приводит к «передуву» турбокомпрессора в пиковых режимах.

Далее перейдем с системе рециркуляции отработавших газов. Система рециркуляции отработавших газов (EGR – Exhaust Gas Recirculation) предназначена для снижения в отработавших газах оксидов азота за счет возврата части газов во впускной коллектор.

Оксиды азота образуются в двигателе под действием высокой температуры. Чем выше температура в камерах сгорания, тем больше образуется оксидов азота. Возврат части отработавших газов во впускной коллектор позволяет снизить температуру сгорания топливно-воздушной смеси, и, тем самым, уменьшить образование оксидов азота. При этом соотношение компонентов в топливно-воздушной смеси остается неизменным, а мощностные характеристики двигателя изменяются незначительно.

Система рециркуляции отработавших газов применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. На бензиновых двигателях внутреннего сгорания, оборудованных турбонаддувом, система рециркуляции отработавших газов, как правило, не применяется.

На разных конструкциях двигателей система рециркуляции отработавших газов имеет различное устройство. Вместе с тем, можно выделить общие конструктивные элементы данной системы:

— клапан рециркуляции;

— управляющий клапан;

— воздушные патрубки.

Клапан рециркуляции непосредственно осуществляет перепускание отработавших газов из выпускной системы во впускной коллектор. Работа клапана основана на разряжении, возникающем во впускном коллекторе. За счет разряжения вакуумный преобразователь перемещает вал клапана. Величина открытия клапана определяет объем отработавших газов, поданных к впускному коллектору.

Управляющий клапан (другое наименование – активатор) регулирует величину разряжения, подающегося на клапан рециркуляции. Управляющий клапан представляет собой электромагнитный клапан. Работа клапана осуществляется по команде электронного блока управления в зависимости от режимов работы двигателя.

Рис. 17

A. Поток воздуха

B .Поток отработавших газов

1. Дроссельная заслонка

2. Клапан рециркуляции отработавших газов

3. Поступающие по системе рециркуляции отработавшие газы

4. Воздух или топливо-воздушная смесь

5. Впускной клапан

Принцип действия системы рециркуляции отработавших газов.

На основании электрического сигнала от электронного блока управления открывается электромагнитный клапан. Разряжение из впускного коллектора подается на вакуумный преобразователь. Клапан рециркуляции открывается на определенную величину, и часть отработавших газов направляется во впускной коллектор. Система рециркуляции отработавших газов не работает на холостом ходу, при холодном двигателе, а также при полностью открытой дроссельной заслонке.

На современных двигателях рециркуляция отработавших газов производится под контролем системы управления двигателем. Конструктивно такая система рециркуляции включает дроссельный клапан с электроприводом. Срабатывание системы происходит по команде блока управления двигателем на основании показаний входных датчиков. По сигналу включается электродвигатель и открывает дроссельную заслонку. Положение дроссельной заслонки контролируется потенциометрическим датчиком. Сигнал от датчика используется для определения величины перепускаемых газов. На отдельных двигателях в системе рециркуляции отработавших газов применяется охлаждение газов. Охлаждение отработавших газов дополнительно снижает температуру сгорания и, тем самым, уменьшает образование оксидов азота. Охлаждение производится путем прохождения охлаждающей жидкости через клапан рециркуляции. Реже в системе рециркуляции отработавших газов используется специальный радиатор, включенный в систему охлаждения.

Рис. 18

Сбой по каким-либо причинам в работе системы рециркуляции отработавших газов (в частности клапана EGR, в большинстве случаев) приводит к интенсивному выбросу из выхлопной системы черного дыма и значительной потере мощности двигателя. Такое явление обусловлено тем, что исполнительный механизм клапана EGR при отказе системы рециркуляции отработавших газов «зависает», как правило, в открытом или полуоткрытом состоянии. Фактически при этом для отработавших газов образуется обводной канал, по которому значительная часть этих газов, минуя турбину, попадают во впускной коллектор (см. Рис. 18). Турбокомпрессору не хватает потока отработавших газов для нормального функционирования, не происходит полноценного наполнения камер сгорания воздухом, плюс к этому двигатель «душится» чрезмерным потоком отработавших газов, поступающим во впускной коллектор.

Рис. 19

В большинстве случаев «зависание» клапана EGR происходит из-за образования обильного слоя смолянистых отложений (кокса) в корпусе исполнительного механизма клапана EGR (см. Рис. 19). Образование таких отложений происходит по многим причинам, это отдельный разговор.

Далее в черном списке неисправностей, приводящих к потере мощности силового агрегата, идет неисправность системы выпуска отработавших газов (выхлопная система). В первую очередь следует осмотреть выхлопную систему. Бачки глушителя, резонатора, соединительные трубы, бачки каталитического нейтрализатора (катализатора) и сажевого фильтра, гофрированные сектора и другие элементы системы выпуска отработавших газов не должны иметь глубоких вмятин, перегибов и прочих повреждений, которые могут значительно ухудшать пропускную способность выхлопной системы в целом. Если таковые элементы имеются – они подлежат безоговорочной замене. Перейдем непосредственно к катализатору.

Признаки неисправности катализатора.

О том, что катализатор скоро выйдет (или уже вышел) из строя, свидетельствует снижение мощности мотора: ухудшается разгонная динамика, снижается максимальная скорость, со временем затрудняется пуск двигателя. Закоксовывание катализатора на ранней стадии можно и не заметить. Просто водителю для компенсации потери мощности приходится интенсивнее нажимать на педаль газа. В этой стадии выхлоп иногда приобретает резкий ядовитый запах сероводорода, что как раз и свидетельствует о проблемах с катализатором, в котором нарушаются химические процессы разложения отработавших газов.

Катализаторы выходят из строя в основном по двум причинам: либо когда, из-за нарушений правил эксплуатации, происходит оплавление керамической сердцевины или соты забиваются сажей и коксом (Рис. 20), либо когда вследствие длительной эксплуатации в нем разрушаются каталитический слой или сама керамика.

Рис. 20

Ситуация с «забитым» катализатором напоминает змею, которая ест свой хвост: создается препятствие нормальному движению выхлопных газов, как следствие — двигатель «задыхается», и турбина не в состоянии продавить эту пробку. Выхлопные газы проходят с затруднениями (как следствие — мала скорость прохождения газов через горячую улитку), колесо турбины не раскручивается — мало воздуха — мало топлива подается в цилиндры — нет выхлопных газов.

Срок службы катализатора при правильной эксплуатации (использование качественных нефтепродуктов) составляет 60-150 тыс. км пробега автомобиля, после чего рекомендуется его замена, что вполне естественно. Катализатор фильтрует выхлопные газы, а фильтры, как известно, надо менять. Однако его работоспособность во многом зависит от исправной работы систем зажигания и питания, а также от качества топлива. Внутренние детали катализатора могут быть сделаны из керамики или металла. Керамические катализаторы более дешевые и поэтому более распространены. Однако керамический катализатор довольно хрупок и боится механический воздействий.

Не следует забывать о такой простой, но не менее важной возможной неисправности, как негерметичность воздушного тракта от турбокомпрессора до впускного коллектора. Воздуховоды и интеркулер следует внимательно осмотреть. Обычно место утечки (если таковое есть) выдает масляное пятно вокруг него. Более радикальный способ проверки воздушного тракта на герметичность – опрессовка сжатым воздухом.

© Виктор Аленский

Полезные статьи по автодиагностике — Школа Пахомова

Постоянные читатели статей нашей Школы автодиагностики наверняка знают о моем пристрастии к мотортестерам. Это связано прежде всего с тем, что в основном мне приходится работать с подержанными автомобилями, иногда довольно старыми. И чаша весов при диагностике таких автомобилей часто склоняется в сторону мотортестера, а не сканера.

Однако в последние годы происходит невероятное: мотортестер находит применение на достаточно свежих машинах! И возникло это не на пустом месте. Автопроизводители все больше делают из диагностов бездумных роботов, сокращая список переменных в потоке данных из электронного блока управления (ЭБУ). И то, что раньше легко тестировалось сканером, сегодня опять приходится диагностировать при помощи мотортестера.

Далеко за примером ходить не нужно. Автомобиль  Infiniti QX70 30d, оснащенный дизельным мотором V6 3.0 V9X от Renault. У этого автомобиля крайне неинформативная диагностика, и сканером в режиме Data Monitor читаются всего полтора десятка параметров. Приходится опять брать в руки мотортестер. Все это из-за альянса Renault и Nissan, теперь и на японских автомобилях прослеживаются не самые удачные европейские тенденции.

Кстати, о тенденциях. Если вы давно занимаетесь диагностикой двигателей, то наверняка обратили внимание на интересный факт: все больше моторов оснащается турбонаддувом. Ну, на дизельных двигателях он используется достаточно давно, и это оправдано. Однако в последние годы турбонаддув прочно обосновался под капотом бензиновых малолитражек. Почему это произошло? Попробуем ответить на поставленный вопрос.

Прежде всего, цель турбонаддува, как в бензиновых, так и в дизельных двигателях — увеличить цикловое наполнение цилиндров воздухом. А увеличив наполнение воздухом и, соответственно, подачу топлива, можно усилить давление на поршень и получить более высокий крутящий момент и мощность двигателя. С одной стороны, все логично.

А с другой стороны, значительно усложняется конструкция двигателя и заметно снижается его ресурс. Не говоря уже о цене автомобиля: она, конечно же, растет.

Так в чем же «фишка» применения турбонаддува на бензиновых двигателях?

В ходе исследований выяснилось, что полное открытие дросселя используется водителями крайне редко. Возникает интересная ситуация: в режимах частичных нагрузок, а они при движении автомобиля самые распространенные, наддува практически нет. Водитель вынужден открывать дроссель на больший угол, а это приводит к уменьшению насосных потерь. Как следствие, увеличивается КПД двигателя и уменьшается выброс СО2.

Если рассматривать процесс внедрения турбонаддува с точки зрения борьбы за снижение эмиссии СО2, то оказывается, что турбированный мотор выгоднее. Его габариты и масса снижаются, но мощность при этом остается на прежнем уровне. Сегодня с двигателя объемом 1.4 л, оснащенного наддувом, снимают такую же мощность, что и ранее с атмосферного двигателя объемом 2 л.

Одним словом, внедрение турбонаддува обусловлено не повышением потребительских качеств автомобиля, а борьбой за снижение эмиссии диоксида углерода. У атмосферных моторов совершенно другая кривая крутящего момента, наиболее приемлемая для комфортного вождения. Но конечный потребитель, как правило, дилетант, и живет по рекомендациям маркетологов.

Систем турбонаддува разработано великое множество. Безусловно, для бензиновых и для дизельных двигателей эти системы различаются конструктивно, хотя бы в силу очевидной разницы этих моторов. Но все системы можно разделить как минимум на две большие группы, и критерием этого разделения будет управление давлением наддува.

Управление давлением наддува

Самое главное, что должен знать и понимать диагност, это принцип управления давлением наддува. По большому счету на сегодняшний день здесь можно выделить два типа систем:

  • регулирование с применением байпасного канала Waste Gate Turbine, WGT;
  • регулирование путем изменения геометрии направляющих лопаток Variable Geometry Turbine, VGT.

Рассмотрим вкратце обе конструкции.

Waste Gate Turbine

Для управления наддувом здесь используется непосредственно само давление наддува, создаваемое колесом компрессора. Это давление подается на электропневматический преобразователь давления (ЭПД), который смешивает давление наддува с атмосферным давлением. Иначе говоря, в выходной трубке ЭПД давление находится в диапазоне между атмосферным давлением и избыточным давлением, создаваемым турбиной.

Каково будет значение давления в выходной трубке ЭПД, зависит от скважности управляющих импульсов, подаваемых электронным блоком управления. Итоговое давление воздействует на мембрану клапана регулирования давления наддува, приоткрывая либо наоборот, закрывая байпасный канал, тот самый Waste Gate. В результате меняется поток газов через турбинное колесо, и соответственно, производительность компрессора.

Схема с WGT используется преимущественно на бензиновых двигателях.

Variable Geometry Turbine

Такая схема используется преимущественно на дизельных двигателях.

Принцип регулирования здесь заложен очень простой и остроумный. Заключается он в поворачивании лопаток, направляющих поток отработавших газов на лопасти турбинного колеса. Лопатки соединены в единую систему с помощью кольца, в свою очередь кольцо перемещается под воздействием специального привода. Характеристика регулирования гораздо более гибкая, чем у систем с Waste Gate.

Если лопатки максимально сведены, то отработавшие газы поступают на периферию крыльчатки турбинного колеса, на самый его край, вызывая максимальную эффективность работы турбины с точки зрения рычага приложения силы.

И наоборот, для ограничения давления наддува лопатки разводят, поток газов направляется к центру турбинного колеса, минимально воздействуя на турбину. Скорость вращения турбокомпрессора уменьшается, давление наддува падает.

Перемещение лопаток осуществляется двумя способами:

  • Вакуумным приводом. Таких двигателей большинство из-за низкой стоимости и простоты привода;
  • Электрическим приводом.

Диагностика электрического привода не представляет собой больших сложностей. Как правило, при любых проблемах с этим типом привода в ЭБУ двигателя заносится соответствующий код неисправности. По сути диагностика сводится к проверке качества питания и массы мощной лампой, так как привод потребляет весьма большой ток.

Наибольшую сложность представляет собой вакуумный привод. Для управления положением лопаток используется вакуумный актюатор. Он использует вакуум, создаваемый вакуумным насосом двигателя.

Разберем логику работы такой системы. Начнем с ситуации, когда зажигание выключено и автомобиль неподвижен. Преобразователь давления обесточен и находится в таком положении, что в полости вакуумного привода присутствует атмосферное давление. Чтобы сдвинуть привод с места, нужен вакуум, которого пока что нет. Поэтому лопатки системы VGT разведены, что соответствует минимальному давлению наддува.

Как только двигатель запустили, в магистрали появился вакуум, а на обмотку преобразователя давления из ЭБУ подается ШИМ-сигнал с коэффициентом заполнения 70%..90%.

В полости вакуумного привода появляется разрежение примерно 50..60 кПа. Этого достаточно, чтобы вакуумный привод полностью свел управляющие лопатки, что соответствует максимальному давлению наддува. В итоге даже при работе двигателя на холостом ходу турбокомпрессор уже «дует».

Если частота вращения коленчатого вала растет, то растет и давление наддува. ЭБУ контролирует значение давления наддува, и, когда оно приближается к заданному, начинает разводить лопатки. Для этого на ЭПД подается ШИМ-сигнал с меньшим коэффициентом заполнения, и часть вакуума из полости вакуумного привода стравливается в атмосферу.

При диагностике такой системы главным образом используется вакуумметр. Проверяемая цепь выглядит так: вакуумный насос – преобразователь давления – вакуумный привод лопаток.

Первым шагом проверяется исправность вакуумного насоса. В магистраль между ЭПД и вакуумным насосом устанавливается вакуумметр. При исправном вакуумном насосе в этой точке разрежение составит 80 кПа или более. Это вакуум, создаваемый насосом.

Вторым шагом вакуумметр подключается к магистрали между ЭПД и вакуумным приводом. Здесь разрежение при работе двигателя на холостом ходу должно быть примерно 50..60 кПа.

Описанная ситуация будет наблюдаться при полностью исправной и герметичной системе. При неисправности ЭПД или негерметичности магистрали нужно анализировать значение разрежения и выстраивать дальнейшую логическую цепь поиска.

Работаем Автоскопом

А теперь давайте вернемся к разговору о методиках диагностики турбонаддува двигателя автомобиля Infiniti QX70. Так как выводимых на сканер параметров недостаточно для нормальной работы, можно проверить функционирование ЭПД при помощи мотортестера. В качестве вакуумметра будем использовать датчик разрежения, а скважность будем наблюдать по осциллограмме ШИМ-сигнала. Вот так это выглядит под капотом:

Один щуп подключим к управляющему ШИМ-сигналу с ЭБУ, это канал 1. Датчик разряжения устанавливаем на выходную трубку преобразователя давления, канал 2.  Вначале пусть двигатель поработает на холостом ходу, затем выжмем «в пол» педаль акселератора.

Пару слов обязательно следует сказать о ШИМ-сигнале, который мы наблюдаем на осциллограмме. Так как управление преобразователем давления идет путем подключения одного из выводов его обмотки к массе, активная фаза ШИМ-сигнала соответствует низкому уровню сигнала.

Обратимся к осциллограмме. Это участок, соответствующий холостому ходу:

Скважность ШИМ-сигнала составила 76%, а формируемое преобразователем разрежение 0,6 бар. Лопатки механизма VGT максимально сведены. Теперь нажмем на педаль акселератора:

Скважность снизилась до 29%, а значение разрежения, в свою очередь, до 0,18 бар. Лопатки разведены, чтобы снизить давление наддува. А вот так выглядит осциллограмма, если ее максимально сжать по горизонтали:

Отлично видно, как ЭБУ, меняя коэффициент заполнения ШИМ-сигнала, изменяет величину разряжения на вакуумном приводе VGT.

Следует отметить, что ЭПД – пожалуй, самое слабое звено системы турбонаддува и выходит из строя с завидной регулярностью.

Разумеется, в рамках одной статьи невозможно охватить все существующие конструкции систем турбонаддува, описать методики их диагностики и типичные дефекты. Мы рассмотрели лишь диагностику вакуумного привода системы VGT с применением мотортестера.

Вся информация о диагностике систем турбонаддува содержится в обучающем курсе нашей Школы, который так и называется, «Диагностика турбонаддува». Изучите его!

Дмитрий Чекмарев, Алексей Пахомов

Турбонаддув двигателя TDI: описание,история,фото,видео.

Двигатель TDI (Turbocharged Direct Injection, дословно — турбонагнетатель и непосредственный впрыск) является современным дизельным двигателем с турбонаддувом. Двигатель разработан концерном Volkswagen, а название TDI является зарегистрированным товарным знаком.

Турбоанддув двигателя TDI обеспечивает высокую динамику автомобиля, экономичность и экологическую безопасность. Для создания оптимального давления наддува в широком диапазоне скоростных режимов в конструкции двигателя используется турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины. Турбокомпрессор имеет два общепринятых названия, которые используются разными производителями:

  1. VGTVariable Geometry Turbocharger (дословно – турбокомпрессор с изменяемой геометрией) применяет BorgWarner;
  2. VNTVariable Nozzle Turbine (дословно – турбина с переменным соплом) применяет Garrett.

Турбонаддув двигателя TDI:
А — воздух; Б — отработавшие газы.
1 — вакуумная магистраль; 2 — блок управления двигателем; 3 — датчики давления наддува и температуры воздуха на впуске; 4 — блок управления воздушной заслонкой; 5 — интеркулер; 6 — клапан рециркуляции отработавших газов; 7 — клапан ограничения давления наддува; 8 — турбонагнетатель; 9 — впускной коллектор; 10 — вакуумный привод направляющих лопаток; 11 — выпускной коллектор.

В отличие от обычного турбокомпрессора турбонагнетатель с изменяемой геометрией может регулировать направление и величину потока отработавших газов, чем достигается оптимальная частота вращения турбины и соответственно производительность компрессора.

VNT-турбина объединяет направляющие лопатки, механизм управления и вакуумный привод. Направляющие лопатки предназначены для изменения скорости и направления потока отработавших газов за счет изменения величины сечения канала. Они поворачиваются на определенный угол вокруг свой оси.

Поворот лопаток производится с помощью механизма управления. Механизм состоит из кольца и рычага. Срабатывание механизма управления обеспечивает вакуумный привод, воздействующий через тягу на рычаг управления. Работа вакуумного привода регулируется клапаном ограничения давления наддува, подключенным к системе управления двигателем. Клапан ограничения давления наддува срабатывает в зависимости от величины давления наддува, измеряемой двумя датчиками: датчиком давления наддува и датчиком температуры воздуха на впуске.

История создания мотора TDI

Дизельный двигатель всегда привлекал различные компании своим нераскрытым до конца потенциалом. Основной задачей, которая ставилась перед инженерами, являлось превращение шумного, тихоходного и малооборотистого агрегата в такой мотор, который можно было бы с легкостью устанавливать в легковые авто. Результатом стало создание мощного, экономичного и экологичного дизеля, который по своим эксплуатационным характеристикам был максимально приближен к бензиновому силовому агрегату.

Первопроходцем в этом направлении стала компания Audi, которая в далеком 1980-м установила 1.6-литровый дизельный 54-сильный атмосферник под капот своей популярной модели Audi 80. Дальнейшее совершенствование и развитие технологий привело к тому, что уже в 1989 Audi первыми в мире наладили и запустили в массовое производство компактный, тяговитый и мощный турбодизельный двигатель, который получил широко известное сегодня обозначение TDI.

Первый TDI представлял собой дизельный двигатель с 5 цилиндрами, имел рабочий объем 2.5
литра, оснащался турбонаддувом с интеркулером (система промежуточного охлаждения
нагнетаемого воздуха). Максимальная мощность этого мотора составляла 120 л.с. Показатель
крутящего момента находился на отметке 256 Нм и достигался при выходе на 2250 об/ мин.

С момента появления на рынке данный силовой агрегат стал достаточно востребованным, так как представлял собой достойную альтернативу не только дизелям других производителей, но и вполне был способен составить конкуренцию моторам на бензине. TDI от Ауди обеспечивал прекрасную динамику, при этом расход топлива был существенно ниже по сравнению с другими аналогами.

Особенности и преимущества двигателя TDI

После вхождения Audi в состав WAG, концерн Volkswagen занял первые позиции в списке производителей дизельных двигателей. Инновационные инженерные решения и наработанные технологии производства обеспечили моторам TDI:

— низкий уровень шума при работе;
— высокий показатель крутящего момента;
— небольшой расход топлива;
— снижение токсичности отработавших газов;

Сегодня дизельный двигатель TDI сравнительно с аналогами имеет ряд преимуществ, среди которых отдельно выделяют топливную экономичность и КПД. Одним из основных плюсов заслуженно считается более высокое давление впрыска сравнительно с производительностью других систем. Давление впрыска в моторах TDI находится на отметке 2050 бар, тогда как аналоги выдают всего 1350 бар.
В TDI инжектор объединен с насосом, что позволяет реализовать максимальный контроль над всеми процессами топливного впрыска. Такое решение обеспечивает двигателю TDI высокий крутящий момент, а также эластичную работу данного дизеля на разных режимах. Благодаря данной системе топливоподачи сам процесс сгорания дизтоплива в моторах ТДИ более равномерный и происходит «деликатно», то есть с минимальными ударными нагрузками. По этой причине существенно снизился уровень шума во время работы дизеля, а также упало содержание оксида азота в отработавших газах. Другими словами, дизельный TDI двигатель является мощным, тихим, наименее вредным для окружающей среды и самым экономичным мотором среди доступных на рынке дизельных силовых агрегатов.

Надежность дизельных TDI

Установка турбонаддува позволила дизельному двигателю развивать большую мощность, а также увеличился КПД дизеля. Что касается моторов TDI, то данные двигатели являются достаточно надежными при условии правильной эксплуатации. Наиболее сильно на исправность этих ДВС влияет качество топлива и своевременное обслуживание. При должном уходе сам мотор может оказаться даже «миллионником».
Слабым местом TDI считаются форсунки и турбокомпрессор. Ресурс форсунок напрямую зависит от качества дизтоплива и общего состояния системы питания дизельного TDI. Срок службы турбины может варьироваться, средний показатель ресурса составляет 120-160 тыс. км.

Топливный впрыск в моторах TDI

На ранних этапах развития дизельных ДВС давление в системе, которая предполагает наличие ТНВД в связке с простыми механическими форсунками, составляло всего 20-40 Бар. Современный дизель имеет давление на минимальной отметке в 1600 Бар и выше. Тенденция к увеличению давления впрыска топлива связана с тем, что дизельные двигатели отличаются очень коротким временем, которое отводится на процесс смесеобразования.

Если коленвал вращается на 2000 об/мин, тогда на смешивание порции дизтоплива с воздухом выделяется всего 3-4 миллисекунды. Увеличение частоты вращения коленчатого вала еще более сокращает этот временной отрезок. Также приготовление однородной топливно-воздушной смеси становится возможным только благодаря увеличению давления впрыска. В случае с низким давлением топливная смесь будет некачественной, процесс сгорания отличается низкой эффективностью. Результатом становится повышение токсичности выхлопа дизеля и низкий КПД.

 

Ранее за топливный впрыск на дизеле отвечал ТНВД, который работает в паре с механическими форсунками, сегодня на дизельные моторы ставятся системы Common Rail. Так как процесс горения в дизеле является взрывом от контакта порции солярки с разогретым на такте сжатия воздухом, то время впрыска очень ограничено.

ТНВД в современном дизеле попросту создает давление в общей магистрали, а пьезоинжекторы (пьезоэлектрические форсунки) TDI способны впрыскивать четко определенное количество дизтоплива в цилиндры дизельного двигателя за очень короткий промежуток времени (менее чем за 0,2 миллисекунды) по команде ЭБУ.

Также в отдельных конструкциях систем питания дизельных ДВС можно встретить так называемые насос-форсунки. Это означает, что каждая инжекторная форсунка оборудована собственным насосом высокого давления. Получается, развитие дизельных технологий сегодня сводится к увеличению давления впрыска и максимальной эффективности работы системы турбонаддува. Так удается решить главные задачи: увеличить мощность и снизить уровень токсичности отработавших газов.

Турбонаддув TDI: турбина с изменяемой геометрией

От эффективности работы турбоанддува TDI в значительной мере зависит не только динамика, но и экономичность наряду с экологичностью. Правильное наддува воздуха должно быть реализовано в максимально широком диапазоне. По этой причине на моторы TDI ставится турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины.

Ведущие производители турбин в мире используют следующие названия:

  • Турбина VGT (от англ. Variable Geometry Turbocharger, что означает турбокомпрессор с изменяемой геометрией). Производится BorgWarner.
  • Турбокомпрессор для дизеля VNT (от англ. Variable Nozzle Turbine, что означает турбина с переменным соплом). Это название использует фирма Garrett.

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией отличается от обычной турбины тем, что имеет возможность регулировки как направления, так и величины потока отработавших газов. Данная особенность позволяет добиться наиболее подходящей частоты вращения турбины применительно к конкретному режиму работы ДВС. Производительность компрессора в этом случае сильно повышается.

Например, турбина VNT имеет в основе конструкции специальные направляющие лопатки. Дополнительно имеется механизм управления, а также отмечено наличие вакуумного привода. Указанные лопатки турбины производят поворот на необходимый угол вокруг свой оси, тем самым способны менять скорость и направление потока выхлопа. Это происходит благодаря изменению величины сечения канала.

Механизм управления отвечает за поворот лопаток. Конструктивно механизм имеет кольцо и рычаг. На рычаг оказывает воздействие вакуумный привод, который управляет работой механизма посредством специальной тяги. Вакуумный привод управляется отдельным клапаном, который ограничивает давление наддува. Клапан является составным элементом электронной системы управления ДВС и срабатывает зависимо от показателей величины давления наддува. Эта величина измеряется отдельными датчиками:

  • температурный датчик, который измеряет температуру воздуха на впуске;
  • датчик давления наддува;

 

Другими словами, турбонаддув на TDI работает так, чтобы давление наддувочного воздуха всегда было оптимальным на разных оборотах двигателя. Фактически, турбина дозирует энергию потока отработавших газов.

  1. Как известно, на низких оборотах двигателя скорость потока (энергия) выхлопа является достаточно низкой. В таком режиме направляющие лопатки обычно закрыты, чем достигается минимальное сечение в канале. В результате прохождения через такой канал даже небольшое количество газов более эффективно крутит турбину, заставляя компрессорное колесо вращаться заметно быстрее. Получается, турбокомпрессор обеспечивает большую производительность на низких оборотах.
  2. Если водитель резко нажимает на газ, тогда у обычной турбины возникает эффект так называемой «турбоямы». Под турбоямой следует понимать задержку отклика на нажатие педали газа, то есть не моментальный прирост мощности, а подхват после небольшой паузы. Такая особенность обусловлена инерционностью системы турбонаддува, в результате чего потока газов оказывается недостаточно в  момент резкого увеличения оборотов коленвала. В турбинах с изменяемой геометрией направляющие лопатки осуществляют свой поворот с определенной задержкой, что позволяет поддерживать нужное давление наддува и практически избавиться от турбоямы.
  3. При езде на высоких и приближенных к максимальным оборотах двигателя отработавшие газы имеют максимум энергии. Чтобы предотвратить создание избыточного давления наддува лопатки в турбинах с изменяемой геометрией поворачиваются так, чтобы мощный поток газов двигался по широкому каналу с наибольшим поперечным сечением.

Рекомендуем также прочитать статью о сроке службы турбин на дизеле. Из этой статьи вы узнаете о ресурсе данного агрегата сравнительно с бензиновыми аналогами, а также получите возможность ознакомиться с основными советами и рекомендациями для увеличения ресурса турбины дизельного двигателя.

Относительно малый ресурс турбокомпрессора связан с тем, что на TDI ставятся исключительно турбины с изменяемой геометрией. Турбокомпрессор во время работы двигателя раскручивается до 200 тыс. об/мин и постоянно взаимодействует с потоком разогретых до 1000 градусов по Цельсию выхлопных газов. Такие температурные и механические нагрузки, а также индивидуальные особенности конструкции указанных турбин сравнительно быстро приводят к необходимости ремонта или замены турбокомпрессора.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

  • 2011 Порше 911 2 DR Cpe GT2 RS характеристики комплектация
  • Бортовой компьютер автомобиля: что это такое и как работает,устройство,виды
  • Поршень двигателя: функции,конструкция,типы,фото,видео
  • Хендай Туссан 2020 : комплектации,цена,характеристики,описание,обзор,фото
  • История первых в мире автогонок
  • Универсал Porsche Panamera Sport Turismo описание характеристики модификации фото видео
  • Чем опасен снег на крыше машины?
  • Volkswagen T-Roc 2018: обзор,технические характеристики,30 фото,видео,габариты,цена,комплектация.
  • Тойота венза: описание,характеристики,комплектация,цены,фото,видео
  • Полироль для автомобиля: виды,применение,фото,разновидности
  • Генеральная доверенность на авто и все,что нужно о ней знать
  • Что такое мочевина для дизеля и для чего она нужна
  • Лучшие автомобильные аксессуары с amazon.com
  • Турбонаддув описание,принцип работы,устройство,фото .
  • От Sandero до пикапа: какие утилитарные модели получали спортивные версии
  • Тормозная жидкость: описание,виды,состав,основные свойства,фото,видео
  • Какие бывают подогреватели Вебасто?
  • Новая Lada Niva Travel 2021: описание, видео, кузов, дизайн
  • Можно ли смещаться на обочину, пропуская обгоняющих?
  • Аэрография на автомобиле-что это такое?
  • Хендай i30 2020: цены,комплектации,характеристики,фото,описание,обзор
  • Опель мокка 2016-2017: обзор,описание,фото,видео,комплектация,технические характеристики.
  • Mercedes CLA: обзор,описание,двигатели,безопасность,цена,фото,видео
  • Машина не заводится — что ты можешь сделать сам и чего следует избегать?

Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха

Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха

Для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания широкое применение находят специальные агрегаты — турбокомпрессоры. О том, что такое турбокомпрессор, каких типов бывают эти агрегаты, как они устроены и на каких принципах основана их работа, а также об их обслуживании и ремонте читайте в статье.


Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор — основной компонент системы агрегатного наддува двигателей внутреннего сгорания, агрегат для повышения давления во впускном тракте двигателя за счет энергии отработавших газов.

Турбокомпрессор применяется для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания без коренного вмешательства в его конструкцию. Данный агрегат повышает давление во впускном тракте двигателя, обеспечивая подачу в камеры сгорания увеличенного количества топливно-воздушной смеси. В этом случае сгорание происходит при более высокой температуре с образованием большего объема газов, что приводит к повышению давления на поршень и, как следствие, к росту крутящего момента и мощностных характеристик двигателя.

Применение турбокомпрессора позволяет увеличить мощность двигателя на 20-50% с минимальным увеличением его стоимости (а при более значительных доработках рост мощности может достигать 100-120%). Благодаря своей простоте, надежности и эффективности системы наддува на основе турбокомпрессоров находят самое широкое применение на всех типах транспортных средств с ДВС.


Типы и характеристики турбокомпрессоров

Сегодня существует большое разнообразие турбокомпрессоров, но их можно разделить на группы по назначению и применимости, типу используемой турбины и дополнительному функционалу.

По назначению турбокомпрессоры можно разделить на несколько типов:

  • Для одноступенчатых систем наддува — один турбокомпрессор на двигатель, либо два и более агрегатов, работающих на несколько цилиндров;
  • Для последовательных и последовательно-параллельных систем надува (различные варианты Twin Turbo) — два одинаковых или разных по характеристикам агрегата, работающих на общую группу цилиндров;
  • Для двухступенчатых систем наддува — два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые работают в паре (последовательно друг за другом) на одну группу цилиндров.

Наиболее широкое применение находят одноступенчатые системы наддува, построенные на основе одного турбокомпрессора. Однако такой системе может присутствовать два или четыре одинаковых агрегата — например, в V-образных двигателях используются отдельные турбокомпрессоры на каждый ряд цилиндров, в многоцилиндровых моторах (более 8) могут применяться четыре турбокомпрессора, каждый из которых работает на 2, 4 или более цилиндров. Меньшее распространение получили двухступенчатые системы наддува и различные вариации Twin-Turbo, в них используется два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые могут работать только в паре.

По применимости турбокомпрессоры можно условно разделить на несколько групп:

  • По типу двигателя — для бензиновых, дизельных и газовых силовых агрегатов;
  • По объему и мощности двигателя — для силовых агрегатов малой, средней и большой мощности; для высокооборотистых двигателей, и т.д.

Турбокомпрессоры могут оснащаться турбиной одного из двух типов:

  • Радиальной (радиально-осевой, центростремительной) — поток отработавших газов подается на периферию крыльчатки турбины, движется к ее центру и выводится в осевом направлении;
  • Осевой — поток отработавших газов подается вдоль оси (к центру) крыльчатки турбины и выводится с ее периферии.

Сегодня применяются обе схемы, но на двигателях небольшого объема чаще можно встретить турбокомпрессоры с радиально-осевой турбиной, а на мощных силовых агрегатах предпочтение отдается осевым турбинам (хотя это и не является правилом). Независимо от типа турбины, все турбокомпрессоры оснащаются центробежным компрессором — в нем воздух подается к центру крыльчатки и отводится от ее периферии.

Современные турбокомпрессоры могут иметь различный функционал:

  • Двойной вход — турбина имеет два входа, на каждый из них поступают отработавшие газы от одной группы цилиндров, такое решение снижает перепады давления в системе и улучшает стабильность наддува;
  • Изменяемая геометрия — турбина имеет подвижные лопасти или скользящее кольцо, посредством которых можно изменять поток отработавших газов на рабочее колесо, это позволяет изменять характеристики турбокомпрессора в зависимости от режима работы двигателя.

Наконец, турбокомпрессоры отличаются основными эксплуатационными характеристиками и возможностями. Из основных характеристик этих агрегатов следует выделить:

  • Степень повышения давления — отношение давления воздуха на выходе компрессора к давлению воздуха на входе, лежит в пределах 1,5-3;
  • Подача компрессора (расход воздуха через компрессор) — масса воздуха, проходящая через компрессор за единицу времени (секунду), лежит в пределах 0,5-2 кг/с;
  • Рабочий диапазон оборотов — лежит в пределах от нескольких сотен (для мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей) до десятков тысяч (для современных форсированных двигателей) оборотов в секунду. Максимальная скорость ограничена прочностью рабочих колес турбины и компрессора, при слишком высокой скорости вращения за счет центробежных сил колесо может разрушиться. В современных турбокомпрессорах периферийные точки колес могут вращаться со скоростями 500-600 и более м/с, то есть — в 1,5-2 раза быстрее скорости звука, это и обуславливает возникновение характерного свиста турбины;
  • Рабочая/максимальная температура отработавших газов на входе в турбину — лежит в пределах 650-700°С, в отдельных случаях достигает 1000°С;
  • КПД турбины/компрессора — обычно составляет 0,7-0,8, в одном агрегате КПД турбины обычно меньше КПД компрессора.

Типовая схема системы агрегатного наддува воздуха ДВС

Также агрегаты отличаются размерами, типом монтажа, необходимостью применять вспомогательные компоненты и т.д.


Конструкция турбокомпрессора

В общем случае турбокомпрессор состоит из трех основных узлов:

  1. Турбина;
  2. Компрессор;
  3. Корпус подшипников (центральный корпус).

Турбина — агрегат, преобразующий кинетическую энергию отработавших газов в механическую энергию (в крутящий момент колеса), которая обеспечивает работу компрессора. Компрессор — агрегат для нагнетания воздуха. Корпус подшипников связывает оба агрегата в единую конструкцию, а расположенный в нем вал ротора обеспечивает передачу крутящего момента от колеса турбины на колесо компрессора.


Разрез турбокомпрессора

Турбина и компрессор имеют схожую конструкцию. Основой каждого из этих агрегатов выступает корпус-улитка, в периферийной и центральной части которого расположены патрубки для соединения с системой наддува. У компрессора впускной патрубок всегда находится в центре, выпускной (нагнетательный) — на периферии. Такое же расположение патрубков у осевых турбин, у радиально-осевых турбин расположение патрубков обратное (на периферии — впускной, в центре — выпускной).

Внутри корпуса располагается колесо с лопатками специальной формы. Оба колеса — турбинное и компрессорное — удерживаются общим валом, который проходит через корпус подшипников. Колеса — цельнолитые или составные, форма лопаток турбинного колеса обеспечивает максимально эффективное использование энергии отработавших газов, форма лопаток компрессорного колеса обеспечивает максимальный центробежный эффект. В современных турбинах высокого класса могут использоваться составные колеса с керамическими лопатками, которые имеют низкую массу и обладают лучшими характеристиками. Размер колес турбокомпрессоров автомобильных двигателей — 50-180 мм, мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей — 220-500 и более мм.

Оба корпуса монтируются на корпус подшипников с помощью болтов через уплотнения. Здесь располагаются подшипники скольжения (реже — подшипники качения специальной конструкции) и уплотнительные кольца. Также в центральном корпусе выполняются масляные каналы для смазки подшипников и вала, а в некоторых турбокомпрессорах и полости водяной рубашки охлаждения. При монтаже агрегат соединяется с системами смазки и охлаждения двигателя.

В конструкции турбокомпрессора могут быть предусмотрены и различные вспомогательные компоненты, в том числе детали системы рециркуляции отработавших газов, масляные клапаны, элементы для улучшения смазки деталей и их охлаждения, регулировочные клапаны и т.д.

Детали турбокомпрессора изготавливаются из специальных марок стали, для колеса турбины применяются жаропрочные стали. Материалы тщательно подбираются по коэффициенту температурного расширения, что обеспечивает надежность конструкции на различных режимах работы.

Турбокомпрессор включается в систему наддува воздуха, в которую также входят впускной и выпускной коллекторы, а в более сложных системах — интеркулер (радиатор охлаждения наддувного воздуха), различные клапаны, датчики, заслонки и трубопроводы.


Принцип работы турбокомпрессора


Принцип работы турбокомпрессора

Функционирование турбокомпрессора сводится к простым принципам. Турбина агрегата внедряется в выпускную систему двигателя, компрессор — во впускной тракт. Во время работы мотора выхлопные газы поступают в турбину, ударяются о лопатки колеса, отдавая ему часть своей кинетической энергии и заставляя ее вращаться. Крутящий момент от турбины посредством вала напрямую передается на колеса компрессора. При вращении колесо компрессора отбрасывает воздух на периферию, повышая его давление — этот воздух подается во впускной коллектор.

Одиночный турбокомпрессор имеет ряд недостатков, основной из которых — турбозадержка или турбояма. Колеса агрегата имеют массу и некоторую инерцию, поэтому не могут мгновенно раскручиваться при повышении оборотов силового агрегата. Поэтому при резком нажатии на педаль газа турбированный двигатель разгоняется не сразу — возникает короткая пауза, провал мощности. Решением этой проблемы служат специальные системы управления турбиной, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, последовательно-параллельные и двухступенчатые системы наддува, и другие.


Вопросы обслуживания и ремонта турбокомпрессоров

Турбокомпрессор нуждается в минимальном техническом обслуживании. Главное — вовремя производить замену масла и масляного фильтра двигателя. Если мотор еще может какое-то время работать на старом масле, то для турбокомпрессора оно может стать смертельно опасным — даже незначительное ухудшение качества смазочного материала на высоких нагрузках может привести к заклиниванию и разрушению агрегата. Также рекомендуется периодически очищать детали турбины от нагара, что требует ее разбора, однако эту работу следует выполнять только с применением специального инструмента и оборудования.

Неисправный турбокомпрессор в большинстве случаев проще заменить, чем ремонтировать. Для замены необходимо использовать агрегат того же типа и модели, что был установлен на двигателе ранее. Монтаж турбокомпрессора с иными характеристиками может нарушить работу силового агрегата. Подбор, монтаж и настройку агрегата лучше доверять специалистам — это гарантирует правильное выполнение работ и нормальную работу двигателя. При правильной замене турбокомпрессора двигатель снова обретет высокую мощность и сможет решать самые сложные задачи.

Другие статьи

#Палец поршневой

Палец поршневой: прочная связь поршня и шатуна

02.02.2022 | Статьи о запасных частях

В любом поршневом двигателе внутреннего сгорания присутствует деталь, соединяющая поршень с верхней головкой шатуна — поршневой палец. Все о поршневых пальцах, их конструктивных особенностях и способах установки, а также о верном подборе и замене пальцев различных типов подробно рассказано в статье.

#Уплотнитель стекла

Уплотнитель стекла: прочная установка автомобильного стекла

17.11.2021 | Статьи о запасных частях

Для монтажа автомобильных стекол в кузовные элементы используются специальные детали, обеспечивающие уплотнение, фиксацию и демпфирование — уплотнители. Все об уплотнителях стекол, их типах, конструктивных особенностях и характеристиках, а также о подборе и замене этих элементов — читайте в статье.

#Переходник ключа карданный

Переходник ключа карданный: удобная работа под углом

10.11.2021 | Статьи о запасных частях

В практике авторемонта и при выполнении слесарно-монтажных работ возникает необходимость работы с резьбовым крепежом, имеющим неудобное положение или наклон. В этих ситуациях на помощь приходят карданные переходники для ключей — об этих приспособлениях, их конструкции и применении читайте в статье.

Что такое дизельный турбокомпрессор

 

Дизельный двигатель во многом похож на бензиновый двигатель по форме и функциям. Основное отличие заключается в том, как он вызывает возгорание. Дизельный двигатель использует сжатие цилиндра для воспламенения воздушно-топливной смеси в процессе сгорания. Правильное количество дизельного топлива и воздуха важно для правильной работы дизельного двигателя. Турбокомпрессоры включаются в систему дизельного двигателя для увеличения вырабатываемой им мощности.На этой странице описывается конструкция, работа турбокомпрессора в дизельной системе и признаки его неисправности.

Турбодизель состоит из двух важных частей: турбины и компрессора. Корпус турбины всасывает выхлопные газы и вращает турбинное колесо. Турбинное колесо соединено с компрессорным колесом через вал. Когда колесо турбины вращается, оно заставляет вращаться колесо компрессора. Это действие сжимает воздух и нагнетает его в камеру сгорания двигателя.Сжатый воздух может сжигаться с большим количеством топлива, чтобы обеспечить большую мощность. Это основной механизм турбокомпрессора. Большинство турбокомпрессоров также включают промежуточный охладитель, установленный между ними и двигателем. Это охлаждает сжатый воздух от турбонагнетателя перед подачей в двигатель. Сжатый воздух при охлаждении становится более плотным и, следовательно, может сжигать большее количество топлива, чем сжатый воздух при нормальной температуре. Повышенная мощность, обеспечиваемая турбокомпрессором, обычно называется «турбонаддувом».Вы можете проверить датчик наддува в своем автомобиле, чтобы узнать величину наддува, обеспечиваемую вашей турбиной. Турбины могут различаться по размеру, эффективности, типу и обычно известны как сумматоры мощности из-за того, что они увеличивают мощность двигателя выше, чем это было бы на безнаддувном уровне.

Как правило, дизельные двигатели не могут потреблять столько же воздуха, сколько бензиновые двигатели. Вот почему дизельные двигатели генерируют меньшую мощность при более высоких оборотах, чем бензиновые двигатели. Таким образом, добавление турбонаддува к дизельному двигателю может значительно уменьшить эту проблему.На самом деле турбокомпрессоры изначально предназначались для использования в дизельных двигателях.

Поскольку дизельное топливо сгорает при более низкой температуре, чем бензин, оно образует большее количество выхлопных газов. Следовательно, дизельный турбонаддув должен быть рассчитан на работу с большим количеством выхлопных газов. Вот почему дизельные турбины обычно включают в себя более крупные секции турбины и компрессора.

Целью дизельного турбонаддува является увеличение потока воздуха, а не увеличение давления сгорания, поскольку дизельные двигатели естественным образом работают при более высоких давлениях.Таким образом, наддув, обеспечиваемый дизельным турбонаддувом, обычно невелик, в диапазоне от 5 до 8 фунтов на квадратный дюйм.

Установив дизельный двигатель с турбонаддувом на свой автомобиль, вы можете увеличить его выходную мощность и увеличить пробег. Известно, что дизельные двигатели издают более громкий шум, чем бензиновые. Однако добавление турбонаддува к дизельному двигателю также может значительно снизить шум.

Ваш турбокомпрессор может со временем выйти из строя из-за естественного износа и старения. Общие симптомы поврежденного турбонагнетателя включают снижение мощности двигателя и увеличение выбросов.Плохая турбина приведет к тому, что на приборной панели вашего автомобиля загорится индикатор Check Engine.

Вы водите автомобиль с дизельным двигателем? Если вы это сделаете, скорее всего, вам нужна дополнительная информация о дизельных двигателях или вам нужно знать, сколько будет стоить турбокомпрессор.

Посетите наш раздел «Как сделать» для получения дополнительной информации об автозапчастях и общих знаний об автомобиле.

Если вы ищете дизельный турбокомпрессор для своего автомобиля, посетите эту страницу: Турбокомпрессоры

Вы также можете прочитать наше руководство покупателя для получения дополнительной информации о покупке турбокомпрессора.

Системы повышения давления

Системы повышения давления

Ханну Яаскеляйнен

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Использование турбонаддува в бензиновых двигателях, исторически ограниченное автомобилями с высокими характеристиками, стало стандартной практикой в ​​двигателях уменьшенного размера, где наддув позволяет существенно увеличить удельный крутящий момент.Существуют значительные различия в требованиях к системе наддува бензиновых и дизельных двигателей легковых автомобилей. В дизелях требуется больший поток воздуха и более высокое давление наддува для заданного расхода топлива, а вестгейт и двухступенчатые системы наддува требуются при более низкой плотности крутящего момента по сравнению с бензиновыми двигателями.

Системы наддува бензиновых двигателей малой грузоподъемности

Хотя турбокомпрессоры применялись в серийных бензиновых двигателях на протяжении многих десятилетий, в основном они использовались на автомобилях с высокими характеристиками, за которые клиенты были готовы платить дополнительные расходы.Объемы производства этих автомобилей обычно были относительно небольшими. С появлением бензиновых двигателей с непосредственным впрыском уменьшенного размера, чтобы соответствовать различным нормативным ограничениям по выбросам парниковых газов и экономии топлива, ситуация изменилась. Объемы бензиновых двигателей с турбонаддувом быстро росли, в то время как готовность клиентов платить за производительность, возможно, изменилась не так сильно. Это сочетание увеличенных объемов, стремления снизить затраты, а также сочетание относительно новых технологий двигателей резко изменило подход к внедрению турбокомпрессора в серийный бензиновый двигатель за относительно короткое время.

Рисунок 1 . Кривые удельного крутящего момента при полной нагрузке для нескольких бензиновых двигателей с турбонаддувом и непосредственным впрыском

Чтобы лучше понять, как развивалась и куда движется современная технология турбонаддува для бензиновых двигателей уменьшенного объема, полезно изучить несколько примеров кривых крутящего момента при полной нагрузке для некоторых бензиновых двигателей с наддувом в категории менее 2,0 л. Рисунок 1.

Сначала рассмотрим два примера двигателей с одним турбокомпрессором середины 2000-х, Volkswagen 2.0 л FSI (280 Нм/147 кВт) и 1,4 л FSI (200 Нм/90 кВт). Эти двигатели имели максимальное BMEP около 1,8 МПа и удельную мощность менее 75 кВт / л. Обратите также внимание на то, что существует компромисс между удельной мощностью и минимальной частотой вращения двигателя, при которой достигается максимальный крутящий момент. Эти значения образуют удобную базовую линию, отражающую технологию, доступную производителям двигателей для экономичного массового производства бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива в этот период. Для достижения более высокого BMEP 2,2 МПа, широкого диапазона частоты вращения двигателя с максимальным крутящим моментом и более высокой удельной мощности 90 кВт / л в середине 2000-х годов требовалось два компрессора, как показано на примере Volkswagen 1.Двигатель 4 л TSI (240 Нм/125 кВт), в котором использовалась комбинация нагнетателя и турбонагнетателя.

К началу второго десятилетия 21 века ситуация существенно изменилась. В 2011 году Ford объявил о своем 1,0-литровом двигателе EcoBoost (170 Нм/93 кВт), чьи значения крутящего момента в установившемся режиме и мощности были очень близки к значениям для 1,4-литрового TSI Volkswagen, но для этого требовался только один турбонагнетатель с перепускным клапаном (в при переходной работе этот 1,0-литровый EcoBoost развивал крутящий момент 200 Нм).1,0-литровый EcoBoost также продемонстрировал значительное снижение минимальной частоты вращения двигателя, при которой можно было достичь максимального крутящего момента, — важное достижение, учитывая более высокий показатель BMEP по сравнению с двигателями с одним турбокомпрессором, выпущенными всего несколькими годами ранее. Низкая частота вращения двигателя для достижения максимального крутящего момента является важным требованием для поддержания низкого расхода топлива в двигателях уменьшенных размеров.

Чтобы реализовать этот прирост производительности, 1,0-литровый EcoBoost, как и ряд других его предшественников, полагался на ряд доступных технологий двигателя, некоторые новые разработки, а также подход к проектированию, который гораздо более тесно интегрировал двигатель и турбокомпрессор в единый пакет. чем это делалось в прошлом.

###

Как увеличить наддув турбодизеля

Натали Лида

turbo image by Elijahu from Fotolia.com

Турбокомпрессоры, или турбины, являются распространенным способом повышения эффективности и мощности современных дизельных автомобилей. Большинство дизельных автомобилей, произведенных в США по состоянию на 2010 год, оснащены турбинами с завода.

Турбины предназначены для сжатия воздуха, поступающего в камеры сгорания двигателя, что позволяет одновременно сжигать больше топлива и воздуха.Потребление топлива и воздуха создает механическую мощность, поэтому увеличение потребления приводит к увеличению общей выходной мощности двигателя.

Турбокомпрессоры работают за счет использования выхлопных газов для вращения турбины, приводящей в действие компрессор, повышающий давление воздуха, поступающего в камеры сгорания двигателя. Повышенное давление называется «наддувом». Чем больше оборотов в минуту (об/мин) крутит ваш двигатель, тем больший наддув вы создадите.

Определение типа турбокомпрессора

Шаг 1

Изучите тип вашего автомобиля и турбонагнетатель, которым он оснащен.Турбокомпрессоры и системы управления наддувом зависят от модели. Определите максимально безопасную величину наддува для вашего двигателя в соответствии с рекомендациями производителя.

Шаг 2

Установите способ контроля наддува, производимого вашим турбонагнетателем. Купите и установите датчик наддува, чтобы следить за производительностью вашего турбокомпрессора и следить за тем, чтобы вы не производили больше наддува, чем рекомендовано производителем вашего автомобиля. Наддув измеряется в фунтах на квадратный дюйм (PSI), а датчики, которые показывают до 60 PSI, доступны в различных автомобильных компаниях.

Шаг 3

Найдите датчик числа оборотов, также называемый тахометром, на приборной панели. Как стандартная функция автомобилей, этот датчик обычно расположен на приборной панели рядом со спидометром.

Нажмите на педаль газа и следите за тахометром. По мере увеличения числа оборотов в минуту следите за индикатором наддува. Буст будет увеличиваться по мере увеличения оборотов. Не рекомендуется эксплуатировать автомобиль на диапазонах наддува и оборотов, выходящих за рамки рекомендаций производителя вашего автомобиля, в течение длительного периода времени.

Ссылки

Вещи, которые вам понадобятся

  • Датчик наддува
  • Руководство по эксплуатации автомобиля
Другие статьи

Как турбонагнетатели увеличивают мощность дизельного двигателя

Турбокомпрессор  – это нагнетатель с приводом от выхлопных газов (вентилятор или воздуходувка), который нагнетает воздух в двигатель под давлением. Турбокомпрессоры часто используются на дизельных двигателях для увеличения выходной мощности.

Турбокомпрессоры

хорошо подходят для работы в дизельных двигателях, потому что дизельный двигатель невосприимчив к детонации, так как топливо не впрыскивается до момента сгорания.

Используя энергию выхлопных газов двигателя, турбонагнетатель также может повысить эффективность двигателя (экономию топлива и уровень выбросов).

Турбокомпрессор расположен с одной стороны двигателя. Выхлопная труба соединяет выпускной коллектор с корпусом турбины. Коллектор выхлопной системы соединяется с выходным отверстием корпуса турбины.

Турбокомпрессор состоит из турбины и компрессора. Оба они установлены на одном валу. Турбина – это тепловой двигатель.Он преобразует тепло и давление выхлопных газов во вращение. Это вращение используется для вращения компрессора. Компрессор всасывает наружный воздух. Он сжимает или сжимает воздух. Затем он подает воздух в двигатель. Поскольку давление воздуха увеличилось, в цилиндры может попасть больше воздуха и топлива. Это иногда называют давлением наддува.

Теоретически турбокомпрессор должен располагаться как можно ближе к коллектору двигателя. Потому что тогда в корпус турбины будет поступать максимальное количество тепла выхлопных газов.Когда горячие газы проходят мимо вращающегося колеса турбины, они все еще расширяются и помогают вращать турбину.

Компоненты турбокомпрессора

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов: радиального колеса и вала турбины с внутренним потоком, колеса центробежного компрессора и центрального корпуса, поддерживающего вращающийся узел, подшипники, уплотнения, корпус турбины и корпус компрессора. Центральный корпус также имеет патрубки для впуска и выпуска масла.

Турбинное колесо

Турбинное колесо расположено в корпусе турбины и закреплено на одном конце вала турбины. Выхлопные газы попадают в корпус турбины и раскручивают колесо турбины.

Колесо компрессора турбонагнетателя

Компрессорное колесо расположено на валу турбины на противоположном конце турбинного колеса. Когда газы вращают колесо турбины, вал турбины вращает колесо компрессора.

Корпус турбины турбокомпрессора

Корпус турбины изготовлен из жаропрочного сплава, который охватывает рабочее колесо турбины и имеет фланцевый вход выхлопных газов и аксиально расположенный выпуск выхлопных газов турбонагнетателя.

Эксплуатация турбокомпрессора

Основная работа турбокомпрессора заключается в следующем:
• Когда двигатель работает, горячие газы выбрасываются через открытые выпускные клапаны в выпускной коллектор. Выпускной коллектор и соединительная трубка направляют эти газы в корпус турбины.
• Когда газы проходят через корпус турбины, они ударяются о ребра или лопасти турбинного колеса. Когда нагрузка двигателя достаточно высока, потока выхлопных газов достаточно для быстрого вращения турбинного колеса.
• Поскольку турбинное колесо соединено с крыльчаткой турбовалом, крыльчатка вращается вместе с турбиной. Вращение рабочего колеса втягивает воздух в корпус компрессора. Центробежная сила выбрасывает вращающийся воздух наружу. Это приводит к тому, что воздух под давлением выходит из турбонагнетателя в цилиндр двигателя.

Турбокомпрессор Преимущества Турбокомпрессоры

весят очень мало, но могут обеспечить значительное повышение мощности, крутящего момента и эффективности. Турбокомпрессор дает явное преимущество дизельному двигателю, работающему на больших высотах.Турбокомпрессор автоматически компенсирует потерю плотности воздуха. Увеличение высоты также увеличивает перепад давления на турбине. Давление на входе в турбину остается прежним, но давление на выходе уменьшается с увеличением высоты. Скорость турбины также увеличивается по мере увеличения перепада давления.

Смазка турбокомпрессора

Смазка турбокомпрессора требуется для защиты вала турбонагнетателя и подшипников от повреждений. Турбокомпрессор может работать на скорости до 100 000 об/мин.По этой причине система смазки двигателя нагнетает масло в подшипники вала турбокомпрессора. В корпусе турбокомпрессора и подшипниках предусмотрены масляные каналы, а от двигателя к турбонагнетателю проходит маслопровод.

При работающем двигателе масло попадает в турбонагнетатель под давлением. Сливной канал и сливная линия позволяют маслу возвращаться в масляный поддон двигателя после прохождения через подшипники турбонаддува.

Уплотнительные кольца (кольца поршневого типа) размещаются вокруг вала турбокомпрессора на каждом конце корпуса турбокомпрессора, предотвращая утечку масла в корпус компрессора и турбины.

Органы управления турбонагнетателем

Хотя существует много типов органов управления турбокомпрессором, они делятся на две группы: те, которые ограничивают скорость турбокомпрессора, и те, которые ограничивают выходное давление компрессора или наддув.

Элементы управления, ограничивающие скорость турбонагнетателя, предотвращают саморазрушение турбонагнетателя. Те, которые ограничивают наддув, не дают турбонагнетателю повредить двигатель.

Поскольку современный турбонагнетатель может создавать большее давление, чем может использовать двигатель, большинство элементов управления предназначены для ограничения величины наддува.Один из наиболее распространенных способов ограничения наддува — перепускной клапан.

Перепускной клапан турбонагнетателя

Перепускной клапан ограничивает максимальное давление наддува, развиваемое турбокомпрессором. Это дроссельный или тарельчатый клапан, который позволяет выхлопным газам обходить турбинное колесо. Без перепускного клапана турбокомпрессор мог создавать слишком большое давление в камерах сгорания. Это может привести к детонации (самовозгоранию) и повреждению двигателя.

Узел диафрагмы управляет перепускным клапаном.Давление во впускном коллекторе воздействует на диафрагму, управляя работой перепускного клапана. Клапан управляет открытием и закрытием прохода вокруг турбинного колеса.

При частичной нагрузке система направляет все выхлопные газы через корпус турбины. Перепускной клапан закрывается диафрагменной пружиной. Это гарантирует, что имеется достаточный импульс для увеличения мощности.

При полной нагрузке наддув может стать достаточно высоким, чтобы преодолеть давление пружины. Давление в коллекторе сжимает пружину и открывает перепускной клапан.Это позволяет некоторым выхлопным газам проходить через перепускной клапан в выхлопную систему. Меньше выхлопа остается для вращения турбины. Давление наддува ограничено заданным значением.

Интеркулер турбонагнетателя

Использование турбокомпрессора повышает температуру всасываемого воздуха. Это повышение температуры связано с тем, что турбонагнетатель сжимает воздух. Чтобы противодействовать этому повышению температуры, устанавливается промежуточный или доохладитель.В настоящее время используются два типа доохладителей: доохладители охлаждающей жидкости и промежуточные охладители воздух-воздух.

В дополнительных охладителях охлаждающей жидкости охлаждающая жидкость двигателя течет по основным трубкам дополнительного охладителя. Когда горячий сжатый воздух от турбокомпрессора проходит по трубкам, он понижается до температуры охлаждающей жидкости.

В промежуточном охладителе воздух-воздух воздух представляет собой теплообменник, который охлаждает воздух, поступающий в двигатель. Это радиатороподобное устройство, установленное на выходе турбонагнетателя.Наружный воздух обтекает и охлаждает ребра и трубки промежуточного охладителя. Когда воздух проходит через промежуточный охладитель, тепло отводится. Охлаждая воздух, поступающий в двигатель, мощность двигателя увеличивается, потому что воздух более плотный (содержит больше кислорода по объему). Охлаждение также снижает склонность двигателя к детонации.

Запаздывающий турбокомпрессор

Turbo lag относится к короткой задержке перед тем, как турбокомпрессор создаст достаточный наддув (давление выше атмосферного).
При нажатии педали акселератора для быстрого ускорения двигатель может терять мощность в течение нескольких секунд. Это вызвано тем, что крыльчатка и колеса турбины вращаются недостаточно быстро. Выхлопным газам требуется время, чтобы разогнать турбонагнетатель до рабочей скорости. Чтобы свести к минимуму турбо-запаздывание, колеса турбины и крыльчатки сделаны очень легкими, чтобы они могли быстро разгоняться до оборотов в минуту.

Турбокомпрессор дизельного двигателя с рабочим ходом Номера деталей:

Дизель против бензина Турбо конструкция

WC Engineering > Технические статьи > Дизель vs.Бензин Турбо Дизайн
Дизельный и бензиновый турбо-дизайн

Существует много путаницы в отношении турбин и их использования в дизельных двигателях по сравнению с их использованием в бензиновых двигателях. Посмотрим, сможем ли мы пролить свет на эту тему.

Принципы их работы одинаковы, и их трубопроводы для всасываемого воздуха и выхлопных газов такие же, но где настоящие проблемы вступают в игру, так это давление и температура сгорания, рабочий диапазон оборотов и ездовой цикл.

Дизельные двигатели и турбины

Начнем с основ.Будь то полуприцеп или генераторная установка, дизельные двигатели с турбонаддувом, как правило, представляют собой электростанции большого рабочего объема с низким числом оборотов в минуту. Они работают в очень узком диапазоне оборотов. Дизельное топливо распыляется при попадании в камеру сгорания, и при сжатии (только с остаточным теплом) воздушно-топливная смесь гаснет. Давление сгорания очень высокое из-за высокой степени сжатия, необходимой для воспламенения смеси. Из-за высокого давления сжатия механические детали должны быть усилены, чтобы выдерживать такие нагрузки: шатуны больше, коленчатые валы прочнее, а поршни больше.Все это усиление означает, что имеется гораздо более тяжелая вращающаяся масса, которую труднее вращать на высоких оборотах, поэтому дизельные двигатели, как правило, являются силовыми установками с низким числом оборотов.

Как и в любом двигателе внутреннего сгорания, чем больше воздуха и топлива может попасть в камеру сгорания, тем большую мощность он будет производить. Дизельные двигатели, поскольку они вращаются на низких оборотах, не могут на самом деле «всасывать» достаточно воздуха, чтобы заполнить камеру при каждом цикле, поэтому добавление турбонагнетателя помогает.

Дизель сгорает при низких температурах, а температура выхлопных газов обычно находится в диапазоне 500-800ºF, а объем выхлопных газов довольно высок.При выборе турбонаддува для дизельного двигателя секция турбины должна иметь достаточный поток для большого объема выхлопных газов и минимизировать противодавление. Он также должен подавать очень большой объем всасываемого воздуха, чтобы цилиндры оставались заполненными. Как упоминалось ранее, дизельные двигатели уже работают с высокой степенью сжатия, поэтому добавление турбонаддува должно увеличить объем поступающего воздуха. Наддув обычно очень низкий: в диапазоне 5-8 фунтов на квадратный дюйм. (Я знаю, что кто-то читает это и говорит: «Эй, я видел тракторы с наддувом 40 фунтов на квадратный дюйм.Возможно, вы захотите разобраться в этом, потому что люди нередко путают «дюймы давления во впускном коллекторе» с «фунтами на квадратный дюйм наддува». с управляемыми транспортными средствами здесь.)

Теперь, когда у нас есть этот дизельный двигатель с турбонаддувом и огромным турбонаддувом, обеспечивающим необходимые нам объемы, давайте поговорим о времени раскрутки и управляемости. Время раскрутки? Любые часы с секундной стрелкой могут отсчитывать время запуска дизельного турбодвигателя.Они не самые быстрые в мире, но они и не обязаны быть такими. Большинство дизельных двигателей рассчитаны на непрерывную надежную работу, а не на 0-60 спринтов. И хотя этому огромному турбонагнетателю требуется некоторое время, чтобы раскрутиться, также требуется время, чтобы раскрутиться. Большинство дизельных двигателей не имеют корпуса дроссельной заслонки (они используют дозированное топливо для управления скоростью двигателя), поэтому при нажатии на педаль акселератора противодавление меньше, и, следовательно, меньше приходится раскручивать турбину. Единственный золотник вниз — от уменьшенных выхлопных газов.Эти более крупные турбины вращаются на более низких оборотах, обычно ниже 50 000. Таким образом, вы можете увеличить размер турбонагнетателя, чтобы получить необходимый объем, не беспокоясь при этом о времени раскрутки.

Бензиновые двигатели и турбины

Бензин гораздо более летуч, чем дизельное топливо: он горит горячее, воспламеняется быстрее, не требует распыления для сгорания, а также использует более низкое отношение воздуха к топливу, чем дизельное топливо. Это двигатели меньшего рабочего объема, которые должны работать в широком диапазоне оборотов для обеспечения управляемости.У них уже есть четыре клапана в головке, поэтому они могут подавать много воздуха и топлива в цилиндр и выхлопных газов. Итак, у нас есть двигатель, который работает очень хорошо, но нам нужно больше мощности, поэтому мы (или производители) добавляем турбо.

Наш двигатель уже неплохо «дышит» за счет своей конструкции головки. Есть несколько головок с четырьмя клапанами, которые достигают 98% эффективности заполнения камер. Что нам нужно сделать, чтобы получить больше воздуха, так это повысить его давление, поэтому нам нужно большее давление всасываемого воздуха вместе с правильным объемом.Если бы мы использовали наддув 5 фунтов на квадратный дюйм, этого было бы достаточно, чтобы двигатель не тратил энергию на «всасывание» воздуха. Если мы действительно хотим увеличить мощность, мы должны увеличить давление до 10-15 фунтов на квадратный дюйм. диапазон давления, а также правильный объем. Итак, нам нужно высокое давление и объем. Чтобы создать более высокое давление наддува, турбодвигатель вращается с гораздо большей скоростью, от 40 000 до 125 000 об/мин.

Нам нужно быстрое время раскрутки турбины. Мы склонны переключать передачи чаще, чем дизель, поэтому в диапазоне оборотов больше оборотов вверх-вниз-вверх.В отличие от дизеля, у нас есть дроссельные заслонки, которые перекрывают впускной тракт, поэтому всякий раз, когда дроссельная заслонка закрывается, турбонагнетатель сбрасывает обороты из-за противодавления и отсутствия выхлопных газов. Закрытие дроссельных заслонок может вызвать значительный помпаж во впускном тракте и даже повредить колесо компрессора, если оно достаточно сильное. С нашим широким диапазоном оборотов нам нужно сделать правильный объем воздуха для скорости двигателя. Нашему двигателю требуется в два раза больше воздуха при 7000 об/мин, чем при 3000 об/мин, и он должен делать это эффективно.

Со стороны турбины нужно обращаться по-другому. Бензиновые выхлопные газы ГОРЯЧИЕ, в диапазоне 1000-1400ºF под нагрузкой, но они имеют сравнительно меньший объем по сравнению с дизельным двигателем. Размер турбины может быть подобран таким образом, чтобы использовать это тепло. Горячие газы будут расширяться, и при сохранении небольшого противодавления к двигателю цилиндры будут полностью заполнены. Горячим газам есть только одно место: через турбину. Любые ограничения после турбо являются пустой тратой времени и только замедляют время раскрутки.

Краткое резюме
Дизель
  • Низкие обороты
  • Низкий наддув
  • Большой объем воздуха
  • Много теплых выхлопных газов
  • Медленная намотка вверх
  • Почти нет противодавления при закрытии дроссельной заслонки
  • Бензин
  • Переменная скорость вращения
  • Высокое ускорение
  • Переменный объем
  • Горячие выхлопные газы
  • Быстрая намотка
  • Жесткое противодавление при закрытии дроссельной заслонки
  • Информация предназначена для обучения владельцев турбокомпрессоров.Различия между бензиновыми и дизельными турбодвигателями значительны. Это еще одна причина, чтобы отремонтировать вашу турбину в мастерской, которая работает с бензиновыми турбинами. Некоторые производители дизельных двигателей были бы впечатлены работой над турбодвигателем для экзотического автомобиля и были бы готовы выполнить эту работу, но они, как правило, ограничены своими возможностями тестирования. Если мастерская может сбалансировать вашу турбину только до 30 000 или 40 000 оборотов в минуту (где работают дизели), это действительно не принесет особой пользы, потому что ваша турбина работает с двойной, тройной или даже в четыре раза большей скоростью.Постарайтесь сбалансировать его как минимум до 70 000 об / мин. Кроме того, перепады давления масла и воздуха в дизельном турбодвигателе и бензиновом турбодвигателе существенно различаются. Заплатите дополнительные деньги и получите работу опытного магазина.


    © 2009 WC Engineering LLC, Дизайн сайта Adastra Design

    Подгонка турбонагнетателя к двигателю

    Основной целью подбора турбокомпрессора к двигателю является выбор компрессора, который покрывает потребности двигателя в воздухе при максимально возможной эффективности компрессора.Потребность двигателя в воздухе должна быть либо известна, либо оценена, прежде чем можно будет провести согласование. Если потребность в воздухе неизвестна, можно сделать приблизительную оценку, используя следующую формулу:

    Q = VE x QD x Pr x​

    • Q = объемный расход на входе компрессора — CFM

    • VE = объемный КПД двигателя

    • QD = объемный расход двигателя — CFM

    • Pr = предполагаемый общий коэффициент давления

    • 540°= температура окружающего воздуха = 80°F + 460° = 540°R

    • T3 = температура воздуха во впускном коллекторе — °R

    Объемный КПД VE двигателя с турбокомпрессором обычно принимается равным 1.0 для бензинового двигателя с достаточно низким допустимым давлением наддува. Коммерческие дизельные двигатели форсированы до более высоких уровней, так что можно предположить объемную эффективность 1,10. Для гоночных двигателей, форсированных до очень высоких уровней, объемный КПД следует принимать равным 1,25 или выше для двигателей с очень высокими характеристиками.

    Поскольку многие карты производительности компрессора построены с использованием массового расхода воздуха на входе, W в фунтах в минуту, Q в кубических футах в минуту можно преобразовать в W в фунтах в минуту, умножив Q на плотность окружающего воздуха .0735 фунтов за кубический фут.

    QD вытесняющего воздуха в кубических футах в минуту можно получить следующим образом:

    QD = вытесняющий воздушный поток — кубические футы в минуту

    DE = объем двигателя — куб.дюйм.

    об/мин = номинальная частота вращения двигателя

    Pr получается путем деления давления на выходе компрессора на давление на входе. Значения полного давления обычно используются при построении карт компрессора, что означает, что давление на выходе компрессора представляет собой статическое давление на выходе плюс скорость воздуха на выходе, преобразованную в давление.Общее давление на входе представляет собой барометрическое давление за вычетом вакуума на входе, преобразованное в давление, измеренное на входе в крыльчатку компрессора.

    Однако приблизительную оценку отношения давлений можно получить, оценив давление во впускном коллекторе, необходимое для развития номинальной мощности двигателя, и разделив его на барометрическое давление на уровне моря.

    Значение температуры во впускном коллекторе, T3, можно получить из графика отношения температуры к давлению, представленного в нашем бюллетене №3, если двигатель не имеет доохлаждения. Если двигатель оборудован доохладителем типа «воздух-воздух», значение T3 можно оценить как 120°F при температуре окружающего воздуха 80°F и предполагаемой эффективности доохладителя 80%. Значение T3 для замены в приведенном выше уравнении необходимо преобразовать в абсолютную температуру, добавив 460°.

    После оценки номинальной степени сжатия двигателя и расхода воздуха на входе можно выбрать карту производительности компрессора, которая соответствует этим значениям при достаточно высокой эффективности компрессора.Эта точка должна находиться достаточно далеко от диапазона расхода компрессора, чтобы обеспечить разумное увеличение крутящего момента (например, 20 %) при снижении частоты вращения двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке. Максимальная эффективность компрессора должна быть в середине рабочего диапазона двигателя.

    Примеры компрессоров, правильно подобранных для конкретных требований к воздуху двигателя, показаны ниже:

    График № 1. На этом графике показана производительность компрессора с крыльчаткой компрессора диаметром 3,8 дюйма, соответствующей требованиям к воздуху двигателя объемом 855 куб.дюймовый дизельный двигатель с 20-процентным увеличением крутящего момента. Обратите внимание, что потребность двигателя в воздухе остается в пределах диапазона эффективности компрессора 75% и использует максимальную эффективность 78% в середине диапазона потребности двигателя в воздухе.

    На этой карте компрессора также показано влияние на линию помпажа компрессора за счет добавления хорошо известной рециркуляционной прорези в корпусе компрессора непосредственно внутри входного отверстия индуктора колеса компрессора. Пунктирная линия показывает помпажную линию компрессора без рециркуляционного паза.В этом случае из-за расширения диапазона производительности компрессора на высоких скоростях рециркуляционная щель может препятствовать пересечению пиковой скорости вращения турбонагнетателя линии помпажа, когда двигатель работает на больших высотах.

    График № 2. На этом графике показана производительность компрессора с крыльчаткой компрессора диаметром 2,9 дюйма, соответствующей потребности в воздухе дизельного двигателя объемом 5,9 л. И здесь потребность двигателя в воздухе остается в пределах 75% КПД компрессора. обволакивать на уровне моря.Расчетное увеличение частоты вращения турбокомпрессора при работе двигателя на высоте над уровнем моря указано на графике. Поскольку давление окружающего воздуха уменьшается с увеличением высоты, турбина турбонагнетателя имеет преимущество более низкого противодавления на больших высотах, и турбина может развивать большую мощность из-за большей степени расширения. Это приводит к тому, что турбокомпрессор работает на более высокой скорости и позволяет компрессору подавать больший объем менее плотного окружающего воздуха в цилиндры двигателя.Более высокая скорость турбонагнетателя на высотах выше уровня моря компенсирует падение плотности воздуха и позволяет использовать мощность двигателя на уровне моря, а не снижать его мощность, поскольку он работает на высотах выше уровня моря.

    График № 3. Двигатели легковых автомобилей должны развивать высокий крутящий момент при низких оборотах двигателя, чтобы способствовать быстрому ускорению транспортного средства. Таким образом, согласование турбонагнетателя с двигателем легкового автомобиля влечет за собой использование турбонагнетателя, обеспечивающего высокий наддув при низких оборотах двигателя.На графике № 3 показано соответствие компрессора с компрессорным колесом диаметром 1,96 дюйма, диапазон расхода которого достаточно широк, чтобы покрыть потребности в воздухе двигателя легкового автомобиля.

    Поскольку компрессор вынужден обеспечивать высокий наддув при низких оборотах двигателя, он превысит свою максимально допустимую рабочую скорость при высоких оборотах двигателя, если только это не будет предотвращено путем установки перепускного клапана отработавших газов в корпусе турбины. Перепускной клапан, или перепускной клапан, ограничивает скорость турбонагнетателя и удерживает давление наддува почти постоянным от пика крутящего момента до полной номинальной частоты вращения двигателя.На графике № 3 уровень наддува почти постоянен от 1700 об/мин до 4000 об/мин оборотов двигателя за счет использования перепускного клапана, который обходит выхлопные газы вокруг турбинного колеса и ограничивает скорость турбонагнетателя в диапазоне высоких оборотов двигателя.

    Согласование компонента турбины турбонагнетателя заключается в выборе размера корпуса турбины, который будет работать на скорости, обеспечивающей давление во впускном коллекторе, необходимое для достижения номинальной мощности двигателя.Несколько размеров корпуса турбины обычно тестируются на двигателе, чтобы найти размер, который приводит в действие турбокомпрессор с желаемым уровнем наддува, не создавая нежелательного противодавления в двигателе, что может отрицательно сказаться на расходе топлива.

    Для получения дополнительной информации о согласовании турбокомпрессора с двигателями различных типов обращайтесь в технический отдел Comp Turbo Technology, Inc.

    Ваш путеводитель по турбокомпрессорам: как они работают и почему вы должны заботиться о них

    Если в наши дни вы возьмете в руки какой-либо дизельный автомобиль, скорее всего, вам поможет турбокомпрессор, свисающий сбоку от двигателя.Вот что вам нужно знать в нашем руководстве по турбокомпрессорам.

    Вот полное руководство по турбокомпрессорам. Для многих пожилых людей, которые привыкли к большому объему безнаддувного дизеля (вспомните старый донк 2H от круизеров 40-й серии), турбо было своего рода уловкой, которая, конечно, давала вам немного больше. самоходные, но в первые дни были склонны к расплавлению поршней и взрыву двигателей. Вы можете буксировать 30-футовый фургон вверх по холму Муни-Муни, поставив правую ногу на пятую передачу, и вам никогда не придется беспокоиться о двухчасовой передаче (и только о понижении скорости, потому что она упала до 50 км/ч).Затем был 12H-T с турбонаддувом в 60-й серии, и если вы сделаете то же самое, температура выхлопных газов взлетит до небес, и если он будет даже немного перегружен, вы расплавите или треснете поршень, и вы готовы к полная перестройка. Те дни давно прошли, и системы Common-Rail стали нормой. Больше датчиков, чем вы можете ткнуть палкой, и, как правило, довольно консервативная заводская настройка, чтобы люди не взрывали их.

    Несмотря на изменение топливной системы, турбины долгое время оставались относительно неизменными.Просто установка с одним турбонаддувом, с вестгейтом, контролирующим давление наддува, и все. Теперь, когда мы лучше понимаем, как наддув повлияет на дизельный двигатель, и с развитием технологий, все немного изменилось.

    Существуют разные типы турбокомпрессоров, различные способы предотвращения чрезмерного наддува, различные модификации, которые вы можете в них вносить, и различные способы установки более одной турбины. В этом руководстве мы рассмотрим некоторые из различных настроек, как они работают и какие опции у вас есть на новых (и некоторых старых) дизельных полноприводных автомобилях с турбонаддувом.

    Основы: как работает турбокомпрессор

    Если кратко, то турбо работает за счет создания давления (наддува), которое нагнетается в двигатель. Основными компонентами турбокомпрессора являются пара крыльчаток с корпусами (турбина и компрессор), соединенных валом, и вестгейт, который регулирует количество генерируемого наддува.

    Выхлопной газ приводит в движение турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор, нагнетая сжатый воздух в двигатель, что позволяет двигателю сжигать больше воздуха и топлива при каждом обороте.Это увеличение явно экспоненциальное; по мере того, как двигатель начинает набирать обороты сильнее, он будет генерировать больше наддува и так далее (до определенного предела). По сути, это воздушный насос с приводом от выхлопных газов.

    Проблема заключается в том, что наддув создает нагрузку на двигатель, и именно здесь вступает в действие вестгейт. Как только двигатель создает определенное количество наддува (обычно измеряется в PSI или барах), вестгейт открывается , позволяя выхлопным газам проходить мимо турбинного колеса, тем самым больше не создавая наддува.

    Вестгейт работает с помощью привода, подключенного к впускному коллектору. Когда наддув во впускном коллекторе достигает определенной точки — скажем, 8 фунтов на квадратный дюйм для старого 12H-T — давление заставляет привод открыться, что, в свою очередь, открывает вестгейт, в результате чего любые дополнительные выхлопные газы обходят турбину.

    Величина давления устанавливается производителем на уровне, который они считают «безопасным», при котором двигатель будет работать в течение всего срока службы. Когда 12H-T были «новым» двигателем, речь шла о 8-10PSI.Однако в наши дни в двигателях с общей топливной рампой давление выше 20-30 фунтов на квадратный дюйм не является чем-то необычным, и эти двигатели могут выдерживать такое количество наддува. Они имеют перепускной клапан до этого уровня или имеют турбокомпрессор с изменяемой геометрией.

    Конструкции с несколькими турбокомпрессорами обычно работают одним из двух способов: параллельно или последовательно (также известное как последовательное). Скажем, для двигателя V8 с двойным турбонаддувом у вас будет один турбонаддув, отвечающий за каждый ряд из четырех цилиндров, плюс они, как правило, будут меньшими турбонаддувами, чем если бы это был только один, работающий от всех восьми горшков, что уменьшает отставание. .Другая возможность состоит в том, чтобы меньший турбонаддув подавал на больший турбо, опять же, уменьшая отставание, которое больший турбонагнетатель имел бы сам по себе; известная как последовательная установка.

    Случайный факт: ваш средний турбодвигатель при обычном ежедневном использовании будет вращаться со скоростью выше 175 000 об/мин. Пальцы и колеса компрессора несовместимы!

    VGT или не-VGT с перепускным клапаном: в чем разница?

    Выше мы объяснили, как работает турбонаддув с перепускным клапаном, позволяя избыточному выхлопному газу обходить турбину, как только она достигает установленного уровня наддува.Как вы увидите в этом руководстве, VGT или турбокомпрессоры с изменяемой геометрией работают немного по-другому. Основы все те же — выхлоп толкает турбину, которая вращает компрессор, нагнетая больше воздуха в двигатель. То, как он генерирует наддув во всем диапазоне оборотов, а затем сбрасывает дополнительный наддув, — это совсем другое животное.

    Во-первых, нам нужно знать о AR или Air Ratio. Air Ratio — это отношение площади входного отверстия выхлопной турбины к радиусу крыльчатки турбины.При более низком передаточном числе (и обычно меньшем турбонаддуве) впускное отверстие меньше, поэтому выхлопные газы, проходящие через турбонаддув, будут быстрее, но с меньшим объемом. Противоположное верно для более высокого отношения; может пройти больше газа, но с меньшей скоростью. Это изменяет скорость двигателя, при которой турбонаддув будет создавать наддув, и количество газа, которое он может пропустить. Меньший AR будет генерировать ускорение раньше в диапазоне оборотов, но начнет исчерпать наддув на высоких оборотах. Более крупный AR, как вы, наверное, догадались, позже наращивает наддув, но способен пропускать больше газа и воздуха, тем самым создавая то, что довольно нелюбезно называют «запаздыванием» при наращивании наддува.

    При использовании стандартного турбокомпрессора с перепускным клапаном, отличного от VGT, ваш AR устанавливается в зависимости от заднего корпуса турбины и крыльчатки. Это соотношение установлено в диапазоне средних оборотов, поэтому вы получаете компромисс: возможность быстро наращивать наддув, но при этом иметь достаточную затяжку, когда вы выключены и двигаетесь, но это не идеально. Разве не было бы здорово, если бы у вас была турбина, которая могла бы модифицировать AR во время движения, а также выпускать излишки выхлопных газов, чтобы вы не перегружали двигатель? Введите ВГТ.

    В заднем (турбинном) корпусе турбокомпрессора с изменяемой геометрией вокруг внутренней части корпуса имеется группа лопастей.Они управляются приводом, который, когда они открываются и закрываются, увеличивают и уменьшают соотношение сторон турбины. Когда автомобиль работает на низких оборотах, они закрываются, чтобы увеличить скорость потока газа, а затем открываются, когда обороты двигателя начинают приближаться к среднему диапазону оборотов; таким образом пропуская больше газа. Чем это отличается от стандартного турбонаддува с перепускным клапаном, так это тем, что наддув ограничен лопастями — если газ может проходить вокруг лопаток турбины, он будет — поэтому увеличение и уменьшение AR также повлияет на количество генерируемого наддува.

    Руководство по модификациям и настройке турбокомпрессоров

    На днях мы с Тони и Джоном из Motovated Turbo and Mechanical в Тувумбе, Квинсленд, узнали все тонкости модификаций турбокомпрессоров, а также то, что и чего не следует делать.

    Почему стоит высокопоточная турбина?

    Турбина с высокой пропускной способностью позволяет большему количеству воздуха поступать в двигатель и может повысить эффективность турбонаддува. Если у вас есть колесо компрессора большего размера, это позволяет большему объему воздуха поступать в двигатель при том же максимальном давлении наддува.Поскольку колесо компрессора облегчает подачу увеличенного объема воздуха, температура воздуха на входе может быть снижена, что помогает повысить мощность. Вы также можете увеличить размер выхлопного колеса. Это помогает уменьшить величину противодавления в выпускном коллекторе.

    Это облегчает работу двигателя и улучшает поток выхлопных газов, что, в свою очередь, увеличивает мощность и крутящий момент двигателя. На двигателях Nissan TD42T и TI это стало началом прироста производительности.С завода TD42T/I имел противодавление 42 фунта на квадратный дюйм на стандартной турбине для наддува 8-9 фунтов на квадратный дюйм. С турбонаддувом с высоким расходом вы можете уменьшить противодавление до 16 фунтов на квадратный дюйм и добиться значительного прироста мощности. Компромисс при переходе на большую турбину заключается в том, что вы вызовете задержку и уменьшите низкую производительность. Небольшие турбины с высоким расходом могут значительно увеличить мощность без каких-либо заметных изменений в отклике на низких частотах. Турбина с высоким расходом может быть лучше, чем установка турбины большего размера в некоторых ситуациях, поскольку все оригинальные трубопроводы и фитинги по-прежнему подходят точно так же, как на заводе.В то время как новая большая турбина меняет это, и она теряет заводской вид.

    Будет ли заводская турбина с высоким расходом аннулировать гарантию?

    Короче да, можно. Это ничем не отличается от многих других модификаций, которые после установки повлияют на заводскую гарантию.

    Существует ли обновление VGT, чем оно отличается и что оно влечет за собой?

    Модернизация VGT аналогична стандартному турбодвигателю с высоким расходом. В турбокомпрессор устанавливаются большие колеса компрессора и большие колеса турбины.Это улучшит поток воздуха в двигатель и/или выхлопных газов из турбонагнетателя и повысит производительность.

    Некоторые двигатели, такие как Nissan ZD30, хорошо реагируют на турбину большего размера, так как это помогает уменьшить противодавление в выпускном коллекторе и может помочь с продувкой прокладок, а также повысить производительность.

    На некоторых турбинах с вакуумным приводом можно заменить привод на привод напорного типа, что в некоторых ситуациях может помочь улучшить управление наддувом. Модификации Turbo могут быть адаптированы к вашему автомобилю и требованиям вождения.Лучше всего обсудить это с экспертом в области модификации и настройки турбо, чтобы убедиться, что вы получите лучший турбо и/или модификации для того, чего вы пытаетесь достичь.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.