Турбина дизельного двигателя – Ремонт турбокомпрессора или турбины своими руками, принцип работы, причины неисправностей и малоизвестные нюансы — mcwheels.ru

Турбина дизельного двигателя – Ремонт турбокомпрессора или турбины своими руками, принцип работы, причины неисправностей и малоизвестные нюансы

12.04.2020

Содержание

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

В свое время силовые двигатели, усиленные турбиной, встречались только на грузовых машинах, да и то не на всех. Несколько позже стали турбировать и легковые автомобили, предназначенные для гонок. В наше время моторы, оснащенные турбинами, отлично ведут себя на обычном легковом транспорте. Линейный ряд этих двигателей развивается так быстро, что простым моторам внутреннего сгорания уже ничего не осталось, чтобы уступить первенство усовершенствованным аналогам.

Содержание:

Принципиальная схема

Чтобы понимать, как работает турбина, следует ознакомиться с порядком функционирования ДВС.

Как правило, большинство моторов четырехтактные поршневые, их работа всегда под контролем клапанов впускной и выпускной групп. Один цикл работы составляет четыре такта, которые проходят за два полных оборота коленчатого вала.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе довольно прост и состоит из следующих действий:

впуск – поршень идет вниз, давая возможность проникать воздуху через впускной клапан;
компрессия – в этот момент горючая смесь сжимается;
процесс расширения – горючее входит под давлением и загорается;
выпуск – поршень идет вверх, выпуская газ.

Турбина с изменяемой геометрией

Работа турбонаддува может сопровождаться некоторыми сложностями:
происходит задержка усиления мощности («турбояма») в момент резкого давления на газ;
выход из такого состояния меняется резким повышением воздействия наддува («турбоподхват»).

Возникновение первого явления возможно из-за инерционности системы. Чтобы решить такую проблему, применяют:

турбинное устройство с изменяемой геометрией;
используют пару параллельных либо последовательных компрессорных устройств;
наддув комбинированного вида.

Турбина с изменяемой геометрией:
1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Устройство с интеркулером

Как определяется неисправность

Причины отказа работы турбины бывают разные, но к основным признакам этого можно отнести:
значительно понижается динамика, автомобиль «не тянет»;

двигатель долго не выходит на нужную мощность;
из трубы для выхлопных газов появился дымок голубого либо сизого оттенка;
ощущается запах сгоревшего масла;
мотор при работе «кушает» масло;
под капотной крышкой появляются странные звуки;
на холостом ходу движок работает нестабильно.

Порядок проверки

Если нет возможности проверить турбинное устройство в автосервисе, то это можно сделать самостоятельно, не покидая гаража.
Для начала проводится визуальный осмотр устройства. Изучается цвет дыма. Беловатые выхлопы говорят о том, что воздуховоды забиты, либо сливной масляный провод засорен. Если дым напоминает копоть, то подтверждает утечку масла. Сизость дымка говорит о том, что течет масло. После попадания в камеру, оно придает дыму сизоватость. Чтобы убедиться в своей правоте, необходимо снять фильтр очистки воздуха. Если он чист – причину искать следует в другом.

Теперь двигатель следует прогреть и приступить к очередному проверочному этапу, и пригласить на помощь напарника. Ищем патрубок, идущий от турбины к впускному коллектору. Пережав патрубок, даем команду давить на газ несколько секунд. По второй команде педаль резко отпускается. Рука, лежащая на патрубке, будет ощущать, как он расширяется. Это свидетельствует о том, что воздушное давление велико. Если такого не происходит – турбина вышла из строя.
Проще всего, если есть датчик давления турбины. По его работе быстро определяется пригодность турбинного устройства.
Необходимо помнить, что турбина считается довольно чувствительной частью мотора, и способна утратить работоспособность по малейшим причинам. Но продлить ее срок эксплуатации возможно, организовав за двигателем минимальный уход.

Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор (турбина) — механизм, применяемый в автомобилях для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. При этом привод турбины осуществляется исключительно за счет действия отработавших газов (выхлопа). Применение турбокомпрессора позволяет существенно увеличить мощность двигателя (примерно на 40%), сохраняя компактными его габаритные размеры и низкий уровень расхода топлива.

Конструкция и принцип работы турбины

Классический турбокомпрессор состоит из следующих элементов:

Корпус. Выполняется из жаропрочных материалов (стали). Он имеет форму улитки с двумя разнонаправленными патрубками, оснащенными фланцами для крепления в системе турбонаддува.

Турбинное колесо. Преобразует энергию отработавших газов во вращение вала, на котором оно жестко зафиксировано. Изготавливается из жаропрочных материалов (железо-никелевый сплав).
Компрессорное колесо. Воспринимает вращение от турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Колесо компрессора зачастую изготавливают из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим на этом участке близок к нормальным условиям, и применение жаропрочных материалов не требуется.
Вал турбины (ось) — соединяет турбинное и компрессорное колеса.
Подшипники скольжения, или шарикоподшипники. Необходимы для крепления вала в корпусе. В конструкции может быть предусмотрен один или два подшипника. Смазка последних осуществляется общей системой смазки двигателя.

Перепускной клапан — предназначен для управления потоком отработавших газов, воздействующим на колесо турбины. Это позволяет управлять мощностью наддува. Клапан оснащен пневматическим приводом. Его положение регулируется ЭБУ двигателя, получающим соответствующий сигнал от датчика скорости.

Принцип работы турбокомпрессора

Основной принцип работы турбины на бензиновом и дизельном двигателях заключается в следующем:

Отработавшие газы направляются в корпус турбокомпрессора, где воздействуют на лопатки турбинного колеса.
Колесо турбины начинает вращаться и разгоняться. Скорость вращения турбины при высоких оборотах может достигать до 250 000 оборотов в минуту.
Пройдя через колесо турбины, отработавшие газы отводятся в систему выпуска.
Компрессорное колесо синхронно вращается (поскольку находится на одном валу с турбинным) и направляет поток сжатого воздуха в интеркулер и далее во впускной коллектор двигателя.

Особенности эксплуатации турбин

В сравнении с механическим нагнетателем, работающим от привода коленчатого вала, достоинствами турбины является то, что она не отнимает мощность у двигателя, а использует энергию побочных продуктов его работы. Она дешевле в изготовлении и экономичнее в эксплуатации.

Хотя технически устройство турбины дизельного двигателя практически не отличается от систем для бензиновых моторов, на дизеле она встречается чаще. Основная особенность заключается в режимах работы. Так для дизеля могут применяться менее жаропрочные материалы, поскольку температура отработавших газов в среднем составляет от 700 °С в дизельных двигателях и от 1000°С в бензиновых моторах. Это значит, что устанавливать дизельную турбину на бензиновый двигатель нельзя.

С другой стороны, для этих систем характерны и разные уровни давления наддува. При этом стоит учитывать, что производительность турбины зависит от ее геометрических размеров. Давление нагнетаемого в цилиндры воздуха складывается из двух частей: 1 атмосфера давления окружающей среды плюс избыточное, создаваемое турбокомпрессором. Оно может варьироваться от 0,4 до 2,2 и более атмосфер. Если учесть, что принцип работы турбины на дизельном двигателе предусматривает поступление большего объема выхлопных газов, конструкция для бензинового мотора также не может устанавливаться на дизелях.

Виды и срок службы турбокомпрессоров

Основным недостатком работы турбины является возникающий на малых оборотах двигателя эффект «турбоямы». Он представляет собой временную задержку отклика системы на изменение оборотов двигателя. Для устранения этого недостатка разработаны различные виды турбокомпрессоров:

Система twin-scroll, или раздельный турбокомпрессор. Конструкция имеет два канала, которые разделяют камеру турбины и, соответственно, поток отработавших газов. Это обеспечивает более быстрое реагирование, максимальную производительность турбины, а также предотвращает перекрытие выпускных каналов.
Турбина с изменяемой геометрией (с переменным соплом). Такая конструкция чаще используется на дизеле. Она предусматривает изменение сечения входа в колесо турбины за счет подвижности ее лопастей. Смена угла поворота позволяет регулировать поток отработавших газов, благодаря чему происходит согласование скорости отработавших газов и рабочих оборотов двигателя. На бензиновом двигателе турбина с изменяемой геометрией часто устанавливается на спортивных автомобилях.

В зависимости от того, как работает турбина, на бензиновом или дизельном двигателе, можно судить о ее исправности. Сигналом о необходимости проверки узла является появление синего или черного дыма, снижение мощности двигателя, а также появление свиста и скрежета. Для профилактики неисправностей необходимо вовремя менять масло, воздушные фильтры и регулярно проходить техобслуживание.

Как работает турбина на дизельном двигателе

Однако в то время данный агрегат не встречался на транспортных средствах серийного производства. На сегодняшний день турбоустановкой оснащается каждый второй автомобиль, выпускаемый с конвейера. Несмотря на это, лишь некоторые автовладельцы могут объяснить, как работает данная установка.

Турбина — что это такое

Если не углубляться в подробности, а объяснить простыми словами, то турбина – это механический элемент автотранспортного средства, предназначенное для подачи воздушных масс в полости цилиндров двигателя под определенным давлением нагнетания. Конечная цель установки этого агрегата – это достижение максимально возможных мощностных параметров не изменяя рабочий объем камер сгорания.

При испытании двигателей одинакового объема, отличие которых заключается в оснащении турбонаддувом, результаты измерения мощности в них существенно отличатся. Турбированный двигатель выдает мощность, которая больше чем в полтора раза выше, чем у аналогичного, безтурбинного агрегата.

На это повлиял тот момент, что благодаря подаче воздушной смеси, состоящей из атмосферных и выхлопных газов, под давлением наддува в рабочие камеры цилиндров, горение топливно-воздушной смеси осуществляется намного лучше и результатом этого является повышенная мощностная отдача.

В настоящее время данный агрегат является эффективным не только в плане повышения динамических качеств автомобиля, но позволяет достичь хороших показателей экономичности расхода топлива, а также понижение выбросов в атмосферу токсичных выхлопных газов.

Конструкция турбины дизеля

Непростая геометрия изготовления характеризует конструктивное устройство турбины. Воздушная масса попадает в полость нагнетательного элементы через специальные каналы спиралевидного типа. Диаметр этих каналов постепенно сужается, что обеспечивает влияние на повышение параметров нагнетающего давления турбоустановки.

Тип конструктивного исполнения бывает нескольких типов, в зависимости от вида силовой установки. Дизель оснащен корпусом турбины, который по форме напоминают по форме улитку. Выхлопные газы дизельных установок, работающих на крупногабаритных автомобилях, необходимо разделять.

Это нужно для недопущения возможного возникновения резонанса разрушительного действия. Однако резонанс может быть использован для благих целей.

Например, повышение динамических качеств разгона транспортного средства, на автомобилях, которые прошли модернизацию двигателя и других элементов с помощью чип тюнинга. В основном такие автомобили используют на автомобильных соревнованиях.

Материал изготовления турбинного ротора и оси отличаются, поскольку эксплуатируются они в различных условиях. Изготовление наддува турбины осуществляется в результате выполнения следующих действий: Раскрутка оси турбины и ее ротора до максимальных скоростных показателей позволяет осуществить изготовление неразъемной спайки, путем насаживания ротора турбина на ось.

Также конструкторы нашли способ недопущения передачи тепловой энергии от одного элемента к другому. Он заключается в том, что ось внутри пустая, в месте соприкосновения с поверхностью ротора. Также это помогает охладить сопряженные элементы с большей эффективностью. После всех этих операций, полученное изделие проходит стадию балансировки и центрирования, после чего устанавливается в корпус турбины.

Качественная смазка турбины является важным фактором долговечного функционирования в целом. Система, отвечающая за это, а также динамические уплотнители имеют сложную конструкцию. В связи с этим цена на турбированные агрегаты, поставляемые в сборе, достаточно высокая.

Уплотнители называются динамическими, поскольку давление, создаваемое в разных частях изделия, может быть разное. Это давление неодинаково по причинам, перечисленным далее. Уплотнители, устанавливаемые в пазы, функционируют в качестве преграды, позволяющей обеспечить передачу избыточной температуры в поверхность корпуса наддувного элемента.

Диаметр турбинной оси непостоянный. Создание внутренней геометрией давления, препятствующего попаданию масла в полость ротора. Избыточное количество масляной жидкости поступает в пространство оси турбины, затем передвигается через маслопровод в систему, отвечающую за смазку двигателя автотранспортного средства.

Как работает турбина на двигателе Рено K9K 1.5 DCI

В начале 2000 годов совместно с компанией Nissan, французский автоконцерн начал выпуск с конвейера автотранспортных средств, в котором стоит дизельный двигатель 1.5DCI с индексацией K9K. Производится он по сегодняшний день и его выпуск считается самым массовым среди дизельных двигателей, разработанных компаниями Ниссан и Рено. Устанавливается на такие автомобили, как: Renault, Nissan, Dacia, Suzuki.

В состав конструкции его входят следующие элемента: двигатель, с четырьмя цилиндрами работающий по принципу впрыска топливно-воздушной смеси – Common Rail, система турбонаддува, а также общая топливная рампа.

Этот двигатель способен развить параметры мощности, равные 110 лошадиных сил. В целом, двигатель, при надлежащем обслуживании и своевременно выполнении всех регламентированных ТО, может проехать около 300 тысяч километров, не прибегая к капитальному ремонту.

Основным элементом двигателя, который требует повышенного ухода, это турбоустановка. Если не уделять ему должного внимания и использовать некачественные расходные изделия, такие как фильтра и масла, первые работы по ремонту придется производить уже спустя 60 тыс. км. пробега автотранспортного средства.

Стоимость ее ремонта или замены сильно ударит по кошельку владельца, так что лучше предотвратить возможность возникновения проблем с турбиной.

Как работает на двигателе БМВ тубонаддув: схема

Немецкий автоконцерн использует для установки в свои двигателя систему наддува под названием Twin Turbo. Перевод с английского дает понять, что это означает наличие двух турбинных агрегатов. Первоначальной задачей разработки системы турбирования, являлось организация преодаления инерционности, возникающей в системе.

Однако после тестовых испытаний наблюдалось снижение расхода топливной жидкости, и в то же время увеличение показателей развиваемой мощности. Показатели крутящего момента могут поддерживаться, несмотря на то, что диапазон частот вращения коленчатого вала в двигателе очень широк.

Поэтому в настоящее время именно это направление является основным в сфере модернизации и улучшения систем турбонаддува.

Самый распространенный тип двигателя с Twin Turbo имеет параллельную систему функционирования турбокомпрессоров. Другими словами они работают одновременно и имеют одинаковые параметры давления наддува.

Это происходит потому, что выхлопные газы, двигающиеся по воздушной магистрали, дойдя до входа в систему турбонаддува, делятся на два равномерных потока, после чего попадают в компрессоры.

Затем происходит разгон их с помощью лопастей компрессионных колес, и под давлением выход газов во впускной коллектор. Этот элемент в свою очередь обязан равномерно распределить газы выпуска по цилиндрам, в которых происходит сжигание топливно-воздушной смеси.

1. Клапан перепуска наддува. 2. Управляющий воздухом клапан. 3. Датчик давления. 4. Клапан отработанных газов. 5,7- Турбокомпрессоры. 6. Интеркуллер. 8. Клапан перепуска ОГ.

Турбины Камминз

Cummins-американский автопроизводитель, зарекомендовавший себя, как изготовитель надежных и долговечных установок нагнетания воздушных смесей. В более ранние периоды времени эта компания занималась изготовлениям турбин, устанавливаемых в суды, локомотивы и грузовые автомобили.

В настоящее время, воспользовавшись своим авторитетом, она производит крупносерийный выпуск турбин для легковых автомобилей, и добивается хороших результатов продаж.

Турбины Cummins- это насосы, подающие под высоким давлением воздушные потоки из отработанных и атмосферных газов, в пространство, где происходит цикл сгорания топливно-воздушной смеси. Производятся данные агрегаты только для дизельных силовых установок.

Турбина автомобиля Форд Транзит

В отличие от атмосферных двигателей, турбированный установки Ford Transit осуществляют всасывания потока воздуха в полость впускного коллектора с помощью такого агрегата, как компрессор. Энергия газов выхлопа осуществляет вращательные движения компрессорной установки.

Также, в этот момент осуществляется пропорциональное увеличение объемов воздушной массы и топливной жидкости, поступающих в рабочие камеры двигателя внутреннего сгорания. Два лопастных колеса и вал, соединяющий их друг с другом, входят в состав компрессора автотранспортного средства.

Применения турбины в автомобилях Мазда

Японский завод изготовитель решил отказаться от выпуска двигателей с турбинами. Работники компании считают, что любой турбодвигатель во время эксплуатации не достигает тех параметров экологичности и экономии топлива, которые заявляют в своих презентациях.

Этот вывод исходит из того, что автомобили тестируют в идеальных условиях, не учитывая посторонние факторы. Выпуск автомобилей с системой SkyActive показал, что он может потреблять меньше топлива, чем 1.4 литровый турбированный мотор.

Данные параметры достигаются с помощью высокой степени сжатия бензиновых атмосферных установок автотранспортных средств. Недостатком по сравнению с турбированными установками, являются невысокие динамические качества, однако в современное время это не так актуально.

Турбина Фольксваген Шаран

Моторы данного автомобиля, оснащенные турбиной, имею рабочие объемы двигателей, равные: 1.9, 2.0 и 2.5 литра. Однако самым удачным является мотор с наименьшим объемом. 1.9 TDI отличается высоким сроком службы без требования капитального ремонта, низкой ценой обслуживания и малым расходом топлива.

Однако есть и недостаток: слишком шумная работа. Конструкция турбины очень схожа с аналогичными агрегатами конкурентов. В ее состав входят: компрессор, его входной и выходной валы, клапаны ГБЦ, и каналы для потоков выхлопных газов. Главным отличием является присутствие вентиляционных отверстий, служащих для забора и выталкивания воздуха из корпуса турбокомпрессора.

Как работает турбина на дизельном двигателе: видео при разгоне

Признаки поломки турбины на дизельном двигателе

Автомобиль теряет тягу, динамика разгона нарушена.
Невозможность набора частоты вращения коленвала.
Сизый или голубой цвет выхлопных газов.
Запах гари в салоне.
Амперметр дает некорректные показания выработки генератором силы тока, поскольку функционирование двигателя нарушено.
Уровень масло уменьшается по непонятным причинам.
Звуки, напоминающие свист, из моторного отсека.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией

Он заключается в необходимости изменения входных сечений воздуха на пути в колесо турбины, для получения требуемой мощности сопоставимой с нагрузкой. Пониженные обороты в момент, когда выхлопные газы движутся небольшим потоком, изменяемая геометрия позволяет осуществить прирост частоты вращения турбокомпрессора, не потребляя на эту операцию дополнительного топлива.

Почему нельзя делать ремонт своими руками

Данная операция недопустима для выполнения своими руками. Автомобильная турбина работает на очень высоких частотах вращения, а также температурах, поэтому, требования к ней предъявляются очень высокие.

Система должна быть герметична и попадание любых мелких посторонних предметов в нее во время когда производится ремонт или обслуживание недопустимо. Необходимо специальное оборудование и навыки для разбора и сборки турбины.

Помещение, в котором проводятся данные операции, должно быть максимально чистым, попадание пыли и других веществ на детали турбоустановки может повлечь за собой крупные денежные затраты. Специалисты специализированных сервисных центров имеют точное понятие, как проверить работу турбины.

Как проверить турбину дизельного двигателя и вовремя заметить проблему? Мнение эксперта!

На большинство современных дизельных автомобилей устанавливают турбокомпрессор, поэтому информация о том, как проверить турбину дизельного двигателя, является весьма актуальной. Вот и разберемся в этом вопросе вместе с вами!

Принцип работы турбины дизельного двигателя – что усилит мотор?

Данная автозапчасть значительно увеличивает мощность двигателя посредством энергии выхлопных газов, образуемых в результате сгорания топлива. Дело в том, что во время выброса выхлопных газов значительно снижается КПД, так как теряется целых сорок процентов полезной энергии. Таким образом, если ее преобразовывать, то это значительно увеличит мощность, и двигатель в 100 лошадок сможет работать, как движок в 160 л.с. Безусловно, данные цифры впечатляют, однако не все так просто, как кажется, и необходимо еще знать принцип работы турбины дизельного двигателя.

Устройство турбины дизельного двигателя – что может ей угрожать?

Ни для кого не секрет, что составляющей частью горючей смеси является воздух, и для вытягивания литра топлива требуется как минимум 15 литров воздуха. Так что даже слабые турбированные движки способны работать так же, как и более мощные агрегаты, но не оснащенные данной системой. Правда, есть и некоторые недостатки, ведь устройство турбины дизельного двигателя довольно сложное, и иногда ее стоимость составляет около 10 % стоимости всей машины, так что в случае ее поломки владельцу придется изрядно потратиться.

Самыми распространенными проблемами дизельных турбин являются: недостаточное количество масла либо же загрязнение самой конструкции. В этом случае возникает повышенное трение, приводящее к износу и, как следствие, нарушениям работы всей системы. Также довольно часто на лопатки турбинного или компрессорного колеса попадают посторонние предметы: отломавшиеся части поршней ДВС, клапанов, воздушных фильтров, а также болты, шайбы, гайки и т.д.

Кроме того, не самым благоприятным образом отражаются и неисправности в системе смазки и, конечно же, повышенная температура отработанных газов. Еще одна причина, по которой турбокомпрессоры выходят из строя – неисправность соплового аппарата (заклинивание). Это может быть вызвано выходом из строя электрического или вакуумного привода, отвечающего за изменение геометрии, или попаданием в этот механизм масла и сажи из движка.

Как проверить турбину дизельного двигателя – признаки надвигающихся проблем

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

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

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

Турбина – дорогая часть авто, это отражается на первоначальной стоимости машины еще в салоне, а потом больно ударит по карману в случае ремонта этого агрегата.

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

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

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

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

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

Статья написана по материалам сайтов: techautoport.ru, eronturbo.ru, carnovato.ru.

Отличная статья 0

Турбонаддув двигателя TDI: описание,история,фото,видео. | НЕМЕЦКИЕ АВТОМАШИНЫ

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:

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

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.
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.
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.

Принцип работы турбонаддува дизельного двигателя

В нашей статье «Принцип работы турбонаддува дизельного двигателя» мы расскажем вам, что такое турбонаддув, вы узнаете, как происходит его работа. Многие водители очень часто применяют термин «турбина», когда хотят обозначить турбонаддув, хотя это не совсем соответствует истине, потому что турбина это всего лишь одна из составных частей турбонаддува.

Вам следует знать, что турбонаддув дизельного двигателя представляет собой корпус, вал с крыльчатками, два опорных и один упорный подшипник скольжения, система уплотнений, две улитки, в которых происходит вращение крыльчаток. На всю данную конструкцию навешен пневмопривод, который приводит в работу байпасный (т.е. перепускной) клапан (хотя есть некоторые модели, на которых он отсутствует). Принцип его работы заключается в регулировании оборотов турбины и, соответственно, производительности компрессора. Как только выходящее давление воздуха из компрессора превышает оптимальное, происходит срабатывание пневмопривода, который затем открывает клапан. В результате некоторая часть выхлопных газов выходит в выхлопную систему напрямую, и соответственно происходит снижение оборотов турбины.

Что собой представляет турбина — это крыльчатка, которая неразъёмно насажена на вал, приводит во вращение другую такую же крыльчатку — т.е. компрессор. Турбина специально сделана из жаростойкого сплава, компрессор — из алюминия, а вал сделан из обычной среднелегированной стали. Отремонтировать такие детали практически невозможно, единственное, что можно сделать, это только заменить их. Правда есть одно исключение, это изношенный вал, иногда его можно заново перешлифовать, а затем под получившийся размер можете изготовить новые подшипники.

Корпус турбонаддува дизельного двигателя выполнен в виде сплошной отливки из чугуна, в которой происходит вращение вала на подшипниках. Вам следует знать, что зачастую изнашиваются постель под подшипники, а также гнездо под уплотнительное кольцо. И, конечно же, исправить данную проблему, можно будет только с помощью расточки под новый размер. Улитка турбины выполнена из чугуна, данная деталь представляет собой довольно-таки сложную форму. Именно за счёт её, формируется газовый поток, который в дальнейшем вращает турбину. А вот улитка компрессора выглядит в виде алюминиевой отливки с механически обработанным под компрессор местом. Вращаясь, компрессор засасывает через центральное отверстие воздух, затем его сжимает и только потом по кольцевому каналу, сразу же подает в двигатель. Вообще на первый взгляд, данная конструкция достаточно проста. Но сложные поверхности, точное литьё, высокая точность изготовления всех деталей могут вам создать много проблем даже при условии, что у вас будет хорошо оборудованная мастерская. Так как далеко не каждый конкретный турбонаддув поддаётся ремонту, иногда лучше взять все имеющиеся детали и создать новый.

Так как же всё-таки происходит работа турбины? Говорят, например: «Турбина включилась, и я поехал…» Это неверно, так как турбонаддув дизельного двигателя начинает свою работу уже с первых оборотов двигателя и завершает её уже после остановки двигателя. Как только в цилиндрах двигателя появляются первые вспышки, то выхлопные газы сразу же попадают из коллектора в улитку турбины, за счёт их, начинается вращение вала с крыльчатками. До тех пор пока обороты двигателя не слишком большие, скорость и давление выхлопных газов недостаточны, в результате компрессор, чтобы не создавать во время всасывании излишнего сопротивления, вращается на холостом ходу, таким образом, просто перемешивает воздух. Нажмите на педаль газа. Обороты двигателя начнут расти, на панели загорится зелёная лампочка, на ней будет написано «TURBO» (при условии, что она есть), и вы почувствуете в спину ощутимый толчок.

Запомните, если турбина включилась, значит, она просто вышла на рабочие обороты, и заметьте, очень высокие: около 110-115 тысяч оборотов в минуту. На этот раз компрессор не просто месит воздух, а наоборот, сжимая его эффективно, посылает в двигатель. При этом сразу же происходит срабатывание соответствующей сервисной системы в карбюраторе (ТНВД или EFI, неважно), в двигательные цилиндры подаётся больший весовой заряд топливной смеси, затем резко где-то на 50-70% возрастает его мощность, соответственно, увеличивается расход топлива. Турбонаддув вынужден работать далеко не в самых лёгких условиях: высокие окружные скорости (на концах лопаток, скорость, в зависимости от того, какая у вас модель турбонаддува, почти такая же, как у пистолетной пули — 300 м/сек), высокая температура. Подшипники вращаются с предельно допустимой скоростью, для того чтобы её снизить, вам придётся прибегнуть к различным ухищрениям. Как же тогда турбонаддуву удаётся долго и надежно работать в таких условиях?

Когда вы заводите двигатель, в дело вступает масляный насос. Масло, находясь под давлением, поступает по системе каналов на подшипники турбонаддува, после чего на масляном клине начинает вращаться вал. Упорный подшипник также получает свою порцию масла. Чем больше будут обороты двигателя, тем больше масла будет поступать на его подшипники и вал турбины. Данные подшипники изготавливают из специальных подобранных материалов. Для них выбираются оптимальные зазоры: если зазоры будут меньшими, то может возникнуть опасность, во время теплового расширения подшипники начинают подклинивать. А если зазоры будут слишком большими — то может произойти срыв масляного клина, в результате вся работа будет происходить в условиях полужидкостного трения, к тому же произойдёт перекос вала, начнётся процесс износа уплотнительного кольца. Так как зазоры в парах подшипник — корпус, вал — подшипник слишком малы, а также соизмеримы с размерами ячеек масляного фильтра, мы вам советуем постоянно держать масло в чистоте, всегда проверяйте состояние масляного фильтра.

Знайте, что долговечность подшипников скольжения не зависит от частоты вращения, в отличие от подшипников качения. У правильно работающих и рассчитанных подшипников скольжения коэффициент трения в условиях жидкостной смазки равен 0,001-0,005. Но в случае если имеются неблагоприятные условия работы (высокие окружные скорости, высокая вязкость масла, а также малые зазоры), то коэффициент трения равен 0,1-0,2, что может привести к снижению оборотов турбонаддува дизельного двигателя, а значит, и к снижению его эффективности, в результате повышения теплоотвода произойдёт повышение нагарообразования.

Подшипники скольжения надежно работают при температуре не более 150 градусов Цельсия. При более высоких температурах возникает опасность разрыва масляного слоя в результате разжижения масла. Кроме того, при высоких температурах обычные минеральные масла окисляются намного быстрее, тем самым теряют свои смазочные свойства. При полужидкостной смазке непрерывность масляного слоя нарушена, и поверхности вала и подшипника на участках большей или меньшей протяженности соприкасаются своими микронеровностями. При граничной системе смазки поверхности вала и подшипников соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, разделительный масляный слой здесь вообще отсутствует.

Пока двигатель вращается, и масляный насос создает давление, исправный турбонаддув работает нормально. Но рано или поздно вы решите заглушить двигатель, он остановится, также остановится и масляный насос, давление масла в системе сразу, же упадет до нуля, а вал с крыльчатками, который имеет приличный вес и вращается с достаточно большой скоростью, не сможет мгновенно остановиться. Но масляного клина уже нет. Возникает полужидкостная смазка, переходящая в граничную. К вашему сведению в тяжело нагруженных подшипниках может возникнуть перегрев, расплавление, схватывание, а также заедание подшипника. Плюс грязное масло, и в результате произойдёт интенсивное изнашивание.

А допустимый износ подшипников составляет всего лишь 0,03-0,06 мм в зависимости от того, какая у вас модель турбонаддува. Поэтому делайте выводы сами. Потому что это одна из самых больших проблем, которые могут возникать во время работы турбонаддува. Для того, чтобы она не стала основной, во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое несложно выбрать среди большого числа существующих хороших масел. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув — не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр.

И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы турбонаддува. Как мы уже отмечали, в жизни турбонаддува есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей турбонаддува, а, следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю и турбонаддуву прогреться. Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут.

В процессе работы крыльчатка турбины и вал сильно нагреваются. Масло, поступающее для смазки подшипников, нагнетается с большой интенсивностью и успевает снять нагрев с вала, не успев перегреться само. При резкой остановке двигателя прокачка масла прекращается, раскаленная крыльчатка турбины отдает большую часть тепла валу, и масляная пленка, покрывающая детали, разогревается до температуры горения. Идет интенсивное нагарообразование в районе уплотнительного кольца и несколько меньшее — в районе подшипников и на внутренних поверхностях корпуса турбонаддува. Спасает только то, что масло, предназначенное для таких двигателей, изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но и оно имеет свои пределы. Владельцам автомобилей Nissan следует помнить, что в этих автомобилях турбонаддув работает в более напряжённом тепловом режиме, чем, например, у автомобилей Toyota. Значительно облегчает жизнь и продлевает срок службы турбонаддува турботаймер. Он установлен не на всех автомобилях, но эта функция есть во многих охранных сигнализациях.

Как глушить турбодизель

Обладатели турбомоторов часто задаются вопросом касательно необходимости охлаждения турбины перед тем, как заглушить мотор. Подобное охлаждение предполагает несколько минут работы ДВС на холостом ходу. Для получения точного ответа необходимо выяснить, в каких условиях работает турбокомпрессор двигателя. Отработавшие газы несут в себе большое количество полезной энергии, которая получена в результате сгорания топлива в цилиндрах. Перенаправление потока выхлопа на турбинное колесо позволяет реализовать эффективный привод для компрессора. Так удается получить нагнетание воздуха под давлением без отбора мощности у ДВС, что принципиально отличает турбокомпрессор от механического нагнетателя.

Турбонагнетатель является осью, на концах которой присутствуют колеса с лопатками. Выделяют турбинное и компрессорное колесо. Указанные колеса находятся в специальных корпусах. Нагнетатель ставится в выпускном тракте, так как турбинное колесо вращается от контакта с отработавшими газами. Такое вращение позволяет компрессорному колесу вращаться параллельно, засасывать и сжимать воздух для подачи в цилиндры двигателя.

Читайте в этой статье

Условия работы турбины

Температура выхлопных газов дизельного двигателя на выходе перед турбиной составляет в среднем 750-850 градусов по Цельсию. Бензиновые агрегаты имеют еще более разогретый выхлоп. Такие раскаленные газы движутся с большой скоростью и встречаются с турбинным колесом.

Турбокомпрессор отличается высокой производительностью и потребляет достаточно много энергии отработавших газов (в среднем около 25-30 кВт и более). Турбодизель с рабочим объемом 2.0 литра в режиме холостого хода потребляет около 800 литров воздуха за 60 секунд. В режиме максимальной мощности данный показатель доходит до 4 м3. Если учесть, что турбокомпрессор также нагнетает избыток давления до 1 атмосферы, тогда общий объем нагнетаемого устройством воздуха намного больше.

Во время работы ДВС на пиковых нагрузках турбинное колесо раскручивается до 150 тыс. об/мин и более, нагрев колеса достигает 800-900 градусов по Цельсию. После взаимодействия с турбинным колесом температура выхлопа заметно падает до средней отметки 400-500 градусов.

В режиме холостого хода отработавшие газы дизеля имеют температуру около 100 градусов по Цельсию и движутся с небольшой скоростью. Для эффективного вращения колеса турбины и параллельного вращения компрессорного колеса этой энергии достаточно только для того, чтобы турбокомпрессор не препятствовал проходу через него воздуха в объеме, который необходим для поддержания стабильной работы ДВС на холостых оборотах.

Охлаждение и смазка турбокомпрессора

Колесо турбины выполнено из специальной жаропрочной стали, компрессорное колесо изготавливают из сплавов алюминия. Разные материалы применяются для снижения инерционности турбины. Вал турбины (ось, стержень) закреплен и вращается в плавающих подшипниках скольжения. Также в некоторых турбокомпрессорах могут использоваться шариковые подшипники.

Для смазки подшипников турбокомпрессора реализован подвод моторного масла из системы смазки двигателя. Кроме снижения потерь на трение и препятствования износу трущихся элементов смазка турбины также выполняет важную функцию по отводу тепла из области трения.

В трущихся элементах турбины выделяется большое количество тепла. Сама ось нагнетателя нагревается от контакта с разогретым турбинным колесом, нагрев еще более усиливается в результате высокой частоты вращения и возникающего трения. Во время работы ДВС масло активно подается к подшипникам, охлаждая их. Если мотор сразу заглушить после серьезных нагрузок на двигатель, тогда нагретая ось остановится практически сразу после остановки двигателя. Подача масла к подшипникам сразу прекращается, а сам вал и подшипники усиленно нагреваются от раскаленного колеса турбины. Сильный нагрев приводит к тому, что масло в турбине начинает закоксовываться.

В момент последующего пуска турбомотора закоксовавшееся масло и отложения препятствуют нормальному доступу свежей смазки в первые секунды после запуска. Вполне очевидно, что присутствует сильный износ подшипников турбины. Для решения этой проблемы рекомендуется не сразу глушить мотор после езды, а дать силовому агрегату поработать на холостых оборотах от 2-х до 5-и минут. Температура выхлопа на холостом ходу упадет до 100 градусов Цельсия, интенсивность вращения турбины снизится. Этого времени будет достаточно для того, чтобы колесо турбины и ось успели охладиться до такой температуры, когда коксования масла не произойдет после остановки ДВС. Отсутствие кокса значительно продлевает ресурс турбины дизельного или бензинового двигателя.

Для эффективного охлаждения турбины после остановки двигателя и минимизации рисков перегрева используется автоматическое электронное устройство под названием турботаймер. Принцип работы данного решения упрощает процедуру охлаждения.

Водитель останавливает машину, вынимает ключ из замка зажигания и может сразу покинуть автомобиль. Двигатель продолжает работать еще несколько минут, после чего будет заглушен автоматически. Единственным неудобством можно считать то, что приходится постоянно пользоваться стояночным тормозом и следить за его исправностью, так как сразу поставить автомобиль на передачу при наличии МКПП нельзя.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

История создания дизельных двигателей с турбонаддувом

Турбокомпрессоры применялись для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания еще на этапе развития этого вида технологий. Запатентованный американцем Альфредом Бюхи в 1911 году турбокомпрессор на заре своего развития сыграл значительную роль в военной авиации – турбированные бензиновые двигатели ставились на истребители и бомбардировщики для повышения их высотности. Свое применение в автомобильном дизелестироении технология нашла относительно недавно. Первым серийным автомобилем с турбированным дизелем был появившийся в 1978 г. Mercedes-Benz 300 SD, а в 1981 г. за ним последовал VW Turbodiesel.

Устройство и принцип работы дизельного двигателя с турбонаддувом

Принцип работы турбированного дизельного двигателя основан на использовании энергии выхлопных газов. Покинув цилиндр, отработавшие газы попадают на крыльчатку турбины, вращая ее и закрепленную с ней на одном валу турбину компрессора, встроенного в систему подачи воздуха в цилиндры.

Таким образом, в отличие от атмосферных дизелей, в турбокомпрессорных агрегатах воздух в цилиндры подается принудительно под более высоким давлением. В итоге объем воздуха, попадающего в цилиндр за один цикл, возрастает. В сочетании с увеличением объема сгорающего топлива (пропорции топливно-воздушной смеси остаются неизменными) это дает прирост мощности до 25%.

Для еще большего повышения объема поступающего в цилиндры воздуха дополнительно применяют интеркулер – специальное устройство, охлаждающее атмосферный воздух перед нагнетанием в двигатель. Из школьного курса физики известно, что холодный воздух занимает меньше места, чем теплый. Таким образом, при охлаждении можно «затолкать» в цилиндр больше воздуха за цикл.

В результате у турбодизеля меньше удельный эффективный расход топлива (в граммах на киловатт-час) и выше объемная мощность (количество лошадиных сил на литр объема двигателя). Все это обеспечивает возможность существенно подрастить суммарную мощность мотора без значительного увеличения его габаритов и числа оборотов.

Плюсы и минусы дизельного двигателя с турбонаддувом

Обратная сторона повышения мощности мотора при сохранении общих характеристик, то есть форсирования, – более интенсивный износ узлов, как следствие, снижение ресурса силовой установки. Кроме того, турбины требуют применения специальных сортов моторных масел и строгого соблюдения рекомендуемых изготовителем сроков обслуживания. Еще более требователен к вниманию владельца воздушный фильтр. Также в работе двигателей с турбинами низкого давления может присутствовать эффект «турбоямы», выражающийся в заметном «проседании» на низких и средних оборотах двигателя.

Турбированные моторы менее экономичны, чем атмосферные дизели, потребляя на 20 – 50% больше топлива при том же объеме. Еще один явный недостаток системы турбонаддува – она очень чувствительна к износу поршневой группы. Возрастание давления картерных газов ощутимо снижает ресурс турбины. При продолжительной работе в таких условиях наступает «масляное голодание» и поломка турбокомпрессора. Причем повреждение этого агрегата вполне может привести к выходу из строя всего двигателя, а турбированные дизели еще менее ремонтопригодны, чем их атмосферные братья.

Да и вообще, наличие технически сложного турбокомпрессора, нуждающегося в дополнительных устройствах стабилизации давления, аварийного его сброса и так далее делает силовую установку автомобиля более замысловатой, увеличивая число деталей, а значит, снижая общую надежность. К тому же, ресурс самого турбокомпрессора значительно меньше, чем аналогичный показатель двигателя в целом.

Современные технологии усовершенствования дизельных двигателей

Значительную популярность сегодня приобрела система повышения эффективности и гибкости режимов дизеля под названием «Common-Rail». Если в традиционном дизельном двигателе каждая секция насоса высокого давления подает топливо в отдельный топливопровод, замкнутый на одну форсунку. Даже несмотря на изрядную толщину стенок топливопроводов при подаче в них жидкости под давлением в 1500-2000 атмосфер они незначительно, но «раздуваются». В результате попадающая в цилиндр порция топлива отличается от расчетной. «Довесок», сгорая, увеличивает расход горючего, повышает дымность и снижает полноту сгорания топливно-воздушной смеси.

Удачное инженерное решение этой проблемы разработали одновременно сразу несколько автопроизводителей. В новой системе топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод — топливную рампу, которая, помимо прочего, играет роль ресивера, то есть стабилизатора давления в контуре. В рампе все время присутствует постоянный объем топлива, находящегося не под пульсирующим давлением, а под постоянным.

К тому же, развитие интеллектуальных технологий позволило оснастить форсунки электронными системами открытия (в традиционных дизелях регулировка циклов впрыска происходит гидромеханическим способом при повышении давления в трубопроводе). Электронный блок, управляющий работой форсунок, учитывает информацию о положении педали акселератора, давлении в рампе, температурном режиме двигателя, его нагрузке и т.д. На основе этих данных рассчитывается размер порции топлива и момент его подачи.

Еще одно новшество, появившееся благодаря развитию автомобильной электроники – двухэтапная подача топлива в камеру сгорания. Сначала впрыскивается «разгонная» (около миллиграмма) порция. При сгорании она дополнительно к эффекту сжатия повышает температуру в камере, и основная доза, впрыскиваемая следом, сгорает более плавно, также плавно наращивая давление в цилиндре. В результате двигатель работает мягче и менее шумно, а расход топлива сокращается примерно на 20% при одновременном возрастании крутящего момента на малых оборотах на 25%. Что немаловажно — уменьшается содержание в выхлопе сажи.

Среди новых разработок, призванных улучшить экологические характеристики дизелей одновременно с оптимизацией их экономичности, наиболее перспективной считается система BlueTec, разработанная специалистами концерна Daimler AG. Основная ее составляющая – инновационная методика каталитической нейтрализации выхлопных газов.

Каталитические нейтрализаторы современных автомобилей работают за счет керамических или металлических «сот», покрытых слоем химически активных веществ — катализаторов. Катализаторы окисляют или восстанавливают токсичные соединения CO, CH и NOx до углекислого газа, простого азота и воды.

Однако особенности дизельного топлива, а также процессов образования и сгорания топливно-воздушной смеси в дизеле таковы, что выхлоп содержит не только вредные химические компоненты, но большое количество сажи. Причем если начать уменьшать долю сажи возрастает содержание NOx, и наоборот. Таким образом, для комплексной очистки дизельного выхлопа нужна многокомпонентная химико-механическая система, усложняющая конструкцию автомобиля и, как следствие, снижающая рентабельность производства.

Технология BlueTec построена на сочетании традиционных и новых решений. Сначала отработавшие газы проходят имеющийся на большинстве дизельных автомашин противосажевый фильтр и катализатор, «истребляющий» соединения углерода. Далее в выпускной тракт впрыскивается активный реагент AdВlue на основе мочевины (раствора аммиака в воде). Получившаяся смесь попадает в специальный нейтрализатор избирательного действия (SCR), в котором аммиак из AdBlue под влиянием катализа при температуре 250–300°С вступает в химическую реакцию с окислами азота, «разбирая» их на азот и воду. Здесь же «дожигаются» остальные вредные компоненты.

При очевидных плюсах BlueTec имеет не менее очевидные минусы. Хранение запаса компонента AdВlue требует отдельной емкости. Сама система осложняется за счет присутствия дополнительных узлов и магистралей. К тому же, система еще более прихотлива к качеству топлива и может работать только на солярке с минимальным содержанием серы.

Еще одна весьма актуальная для России проблема — раствор AdВlue замерзает при минус 11,5 градусов. Поэтому инженеры BlueTec сейчас активно работают над совершенствованием систем без использования мочевины. Сегодня проходят опробование и доработку комплексы из противосажевого фильтра, платинового каталитического нейтрализатора и двух SCR-катализаторов, «заряженных» исключительно на борьбу с оксидами азота. В настоящее время система позволяет обеспечить содержание NOx в выхлопе дизелей примерно на уровне Евро-5.