Давление турбины дизеля: Избыточное давление. Всё про наддув

  • 28.08.1980

Содержание

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 СО

2.

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

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

Турбина грузовика — как диагностировать самостоятельно

Все узлы и системы любого грузового автомобиля время от времени нуждаются в проверке. Турбина — не исключение. Иногда возникает необходимость продиагностировать ее самостоятельно. Почему? Ведь на СТО контроль работы турбокомпрессора сделают на специальном оборудовании. Причины могут быть разные. Ну, например, нежелание оплачивать данную процедуру. Или ждать – пока снимут, погоняют на приборах, да пока обратно поставят … на все это уходит время, которого может и не быть.

Диагностика, причины неисправностей

На то, что с турбокомпрессором могут быть проблемы, указывают некоторые признаки, как прямые, так и косвенные. Они дают о себе знать во время работы мотора:

  • Выхлопной дым становится синеватым, сизым или даже черным.
  • При движении под нагрузкой, силовой агрегат в разных режимах работает слишком шумно.
  • Двигатель сильно греется.
  • Удельный расход ДТ и моторного масла больше нормы.
  • Движок плохо тянет, ухудшается динамика.

При этом, надо отметить, что перечисленные выше признаки не говорят о том, что «виновата» именно турбина. Неполадки могут быть и в другом месте. Тем не менее, турбокомпрессор в данном случае нельзя исключать из списка «подозреваемых». Это кстати, еще одна причина для того, чтобы не ехать сразу на СТО, а сначала самому разобраться, хорошо ли работает крыльчатка. Проверить турбину своими силами, без ее снятия, можно разными способами.

Диагностика турбокомпрессора начинается с проверки качества моторного дизельного масла, а также его уровня. Кроме того, надо убедиться, что в турбину не попали сторонние предметы.

После этого, следует посмотреть на выхлопные газы – какого они цвета. Если черного, и мощность движка падает, то смесь переобогащенная. На впуске могут быть неисправности, из-за чего в цилиндры поступает меньше, чем надо воздуха. Утечки на выпуске также приводят к тому, что тяга дизеля понижается.

Для проверки давления наддува турбины дизельного двигателя грузовика заводят силовой агрегат. Потом необходимо послушать, как работает турбинка. Крыльчатка компрессора не должна издавать скрипящие или свистящие звуки. Также не должно слышаться шипение воздуха, проходящего через неплотные соединения. Следует проверить герметичность стыков на патрубках, по которым подается воздух. Здесь не допускаются никакие повреждения. Кроме того, необходимо проверить воздушный фильтр. Загрязнения снижают его способность пропускать воздух, из-за чего последний подается в цилиндры в недостаточном количестве.

Допустимый люфт для осевого смещения турбинного вала равен 0,05 мм. Такую выработку обнаружить без приборов практически невозможно. Зато радиальное смещение может быть до 1 миллиметра. Это уже чувствуется. Если, во время контроля крыльчатки, обнаружены значительные отклонения от приведенных данных, то можно утверждать, что компрессор сильно изношен.

Если выхлоп дизеля сизый или белый, значит, масло попадает в цилиндры, с последующим его сгоранием. Такая неисправность, кроме других причин, может случиться еще и из-за неполадок в турбокомпрессоре. Увеличенный расход масла (на каждую тысячу пробега – около 1 литра) тоже говорит о той же проблеме.

В таком случае, надо осмотреть воздухофильтр и турбинный ротор. Если фильтр забит грязью, то воздуха через него проходит меньше, чем необходимо. Значит, между кассетой с подшипниками и корпусом крыльчатки возникает большая разность давлений. Вследствие чего, в корпус компрессора начинает протекать масло из кассеты. Если же все в порядке, тогда следует проверить сливной маслопровод. В нем не должно быть трещин, загибов и прочих неприятных «сюрпризов».

У подъема давления бывает и другая причина. Это происходит, если газы из камеры сгорания проникают в картер. Подобное явление мешает нормальному сливу турбинного масла. Такая поломка может быть из-за перебоев в работе вентиляционной системы картера. Силовой агрегат будет сапунить. Если турбинка исправна, то во впускном и выпускном коллекторах движка признаков попадания масла в большом количестве быть не должно.

Чистка и ремонт турбин для грузовиков

Еще раз надо проверить осевой люфт турбины. Если компрессор исправен, то присутствие масла в крыльчатке объясняется как раз повышением давления в картере мотора, необходима чистка турбины. Может быть, еще и пробка попала в сливной маслопровод.

Состояние самой крыльчатки тоже заслуживает пристального внимания. Если на лопастях имеются зазубрины или иные повреждения, это значит, что компрессор требует немедленного ремонта. Если дефекты ротора хорошо различимы, турбинку надо снимать и отправлять на более точную диагностику.

Проверить производительность турбины можно следующим образом. Надо завести мотор, найти патрубок, соединяющий турбокомпрессор и впускной коллектор, и рукой пережать его. В это время приглашенный помощник должен сесть за руль и несколько секунд погазовать. При нормальной работе турбины, будет хорошо чувствоваться, как патрубок раздувается. Если же крыльчатка не нагнетает газы, то никаких особенных изменений не случится. Дополнительно к этому, можно проверить, в каком состоянии находятся патрубки. А также посмотреть, нет ли трещин на выпускном и впускном коллекторах дизеля.

Видео:Основные моменты самостоятельной диагностики турбины

Всего оценок: 6 Комментариев: 5 Просмотров: 7734

Автор статьи: / Дата публикации: 10-02-2020 / Обновлено: 19-10-2020

Поиск запроса «самостоятельная диагностика турбины грузовика» по информационным материалам и форуму

Турбокомпрессоры

Основные параметры турбокомпрессора — расход воздуха (подача) и давление наддува — определяются числом и объемом цилиндров, частотой вращения коленчатого вала и уровнем среднего эффективного давления дизеля.

£»

! Расход воздуха, кг/с

„ о Й» С С-оо 5 2~

4 О П С о га 1£

Диаметр колеса компрессора, мм

8ЧН 26/26

ЗА-6Д49

ЗАЭ-6Д49

17ПДГ

ТК-23С ТК-23С ТК-23С

0,22

0,165

0,22

1,9 1,2 1,9

58-60 64-66 58-60

245 245 245

12ЧН 26/26

26ДГ

1- 26ДГ

2- 26ДГ

ТК-35С ТК-35

ТК-35

0,21 0,30 0,23

3

4,25 3,1

98-100 114-116 95-97

330 330 330

16ЧН 26/26

1-9ДГ

1А-9ДГ

3-9ДГ

6ТК (ТК-38)

0,25

4,1

148-150

380

2-9ДГ

2А-9ДГ

2В-9ДГ

6ТК (ТК-38)

0,3

5,2

162-165

380

204 Н 26/26

20ДГ

2ТНА (ТК-50+ТК-42)

0,35

8,2

320-325 300-305

500/420

наддува и температуры газов перед турбиной устанавливается площадь проходного сечения соплового аппарата. Тип и параметры турбокомпрессоров, применяемых на дизелях ЧН 26/26, приведены в табл. 8. Элементы турбокомпрессора, совершающие при работе вращательные движения, объединены в общем узле-роторе. Все неподвижные элементы относятся к статору.

Турбокомпрессор 6ТК. На дизелях 16ЧН 26/26 (типа 5Д49) устанавливаются турбокомпрессоры типа 6ТК (рис. 51). Турбокомпрессор расположен на кронштейне у переднего торца двигателя. В состав турбокомпрессора входят центробежный компрессор и одноступенчатая осевая газовая турбина, работающая за счет энергии выпускных газов. По конструктивной схеме турбокомпрессор выполнен с двухконсольным ротором, опирающимся на два подшипника, расположенных между рабочими колесами турбины и компрессора. Конструкция турбокомпрессора 6ТК обеспечивает: доступность проточных частей турбины и компрессора для очистки и осмотра; соосность подшипников благодаря их размещению в единой расточке среднего корпуса; разгрузку упорного подшипника благодаря противоположному направлению осевых усилий на колеса турбины и компрессора; изоляцию высокотемпературного газового потока от охлаждаемых алюминиевых корпусов статора; удобную компоновку газо

Рис. 51. Турбокомпрессор 6ТК:

I — лабиринт; 2 — фланец; 3 — опорно-упориый подшипник; 4 — шпилька; 5,9 — про-ставки; 6 — патрубок входной; 7 — улитка воздушная; 8 — прокладка; 10 — диффузор;

II — корпус средний; 12 — улитка газовая; 13 — корпус турбины; 14 — штифт; 15 — патрубок выпускной; 16 — втулка; 17 — сопловой аппарат; 18 — обод; 19 — подшипник опорный; 20 — фланец; 21 — кольцо резиновое; а, б, в, г, д, е, ж, з — полости; и — каналывыпускного тракта при установке в тепловозе глушителя шума на выпуске. Неразборная конструкция ротора исключает возможность нарушения балансировки его при сборочно-разборочных работах.

Ротор (рис. 52) состоит из трех основных элементов: рабочего колеса компрессора, вала и рабочего колеса турбины. Вал 5 ротора выполнен поковкой из легированной стали. Две опорные шейки диаметром 55 мм, упорный торец и торцовые поверхности канавок под уплотнительные кольца подвергают химической термообработке для увеличения твердости и повышения их износостойкости. Со стороны компрессора вал имеет 8 прямоугольных шлиц для посадки колеса компрессора. Со стороны турбины имеется посадочный бурт, на который напрессовывают колесо турбины. Упорный торец совместно с напрессованной на вал втулкой 14 ограничивают осевые перемещения ротора. Торец служит для восприятия осевой нагрузки, направленной в сторону всасывания воздуха колесом компрессора. При изменении направления нагрузки ротор упирается торцом втулки 14. Трущиеся поверхности втулки 14 для повышения износостойкости азотированы.

Рабочее колесо компрессора состоит из двух частей: вращающегося направляющего аппарата (ВНА) 16 и радиального колеса 3. Лопатки ВНА имеют сложный пространственный профиль, обеспечивающий малое сопротивление при обтекании их воздушным потоком. ВНА отливается из алюминиевого сплава. Колесо с радиальными лопатками фрезеруется из кованого дюралюминия. С другой стороны колеса имеются пояски для лабиринтных уплотнений и бурт для снятия металла при динамической балансировке.

Соединение ВНА и колеса компрессора с валом осуществлено с помощью восьми прямоугольных шлицев. Соосность ВНА, колеса и ротора обеспечивается за счет натяга по наружному диаметру шлицевого соединения. Для исключения разбалансировки ротора в работе необходимо при посадке колеса и ВНА выполнить следующие требования: натяг по наружному диаметру шлицевого соединения — 0,06-0,11 мм; плотное прилегание торца колеса к втулке 14, исключающее перекос колеса и деформацию вала при посадке ВНА и колеса. Отсутствие деформации вала контролируется по стабильности биения шейки до и после посадки колеса и ВНА и затяжки их упругой гайкой 2. Плотный Рис. 52. Ротор турбокомпрессора 6ТК:

1 — вннл; 2 — гайка упругая; 3 — колесо компрессора; 4 — штифт; 5 — вал ротора; 6, 15 — кольца уплотиительиые; 7, 12 — штифты; 8 — втулка лабиринтная; 9 — стопорная пластина; 10 — рабочая лопатка; 11 — диск турбины; 13 — втулка; 14 — упорная втулка; 16 — ВНА; 17 — кольцо проставочноеконтакт у вершин лопаток ВНА и колеса на длине 15 мм служит для демпфирования лопаток ВНА при возбуждении колебаний в них воздушным потоком. В осевом направлении ВНА, колесо и втулка 14 сжаты упругой гайкой 2, которая стопорится фиксирующим винтом 1. Для двигателей 2А-9ДГ, 2В-9ДГ и 2-9ДГ Фе — 2940 кВт) ВНА изготовлен из кованого алюминия.

Диск турбины 11, выполненный из жаропрочной аустенитной стали, посажен на вал с натягом. При работе диск нагревается до ~350 °С у центра и до ~500 °С у периферии. Вследствие теплового расширения в соединении диск-вал может образоваться зазор. Для обеспечения концентричного расширения диска относительно вала, а также для передачи вращающего момента в месте сопряжения диска турбины с валом установлены десять радиальных штифтов 7. Штифты запрессовываются с натягом до 0,03 мм. Положение штифтов фиксируется раскерновкой металла бурта диска. Дополнительно диск относительно вала центрируется с помощью промежуточной втулки 13, выполняющей также роль теплового экрана. На посадочный бурт диска напрессовано кольцо 8 из жаропрочной стали. На кольце имеются шесть проточек для лабиринтных уплотнений. Фиксация кольца на диске обеспечивается пятью радиальными штифтами 12. С внешней стороны диска имеется бурт Д, служащий для снятия металла при балансировке. На внешнем ободе диска выполнены 39 осевых елочных пазов, в которые заводятся рабочие лопатки 10 турбины.

Лопатка состоит из хвостовика, полки и рабочей части пера лопатки. Перо имеет переменный вдоль высоты лопатки профиль, обеспечивающий малое гидравлическое сопротивление при входе потока газов и необходимое направление его на выходе. Полка лопатки является переходным элементом между пером и хвостовиком. Хвостовик елочного профиля имеет пять пар параллельных зубьев для соединения с елочным пазом на диске турбины. Изготовлены лопатки из жаропрочного сплава. Лопатки в диске стопорят отгибными пластинами 9 и заплечиками на полках. При установке в диск лопатка должна иметь тангенциальную качку до 2 мм по периферии. В осевом направлении качка лопаток более 0,4 мм недопустима, ибо это может нарушить балансировку ротора.

Если центр тяжести рабочего колеса компрессора или турбины не совпадает с осью вращения ротора, то в работе возникнут большие центробежные силы, действующие на подшипники. Для исключения этого окончательно собранный ротор подвергают динамической балансировке. Допустимый небаланс 3 г-см на каждом рабочем колесе. В случае устранения каких-либо повреждений на лопатках компрессора или турбины, а также проведения любых работ, связанных с возможным изменением распределения масс на роторе, необходимо проводить динамическую балансировку ротора. Следует помнить, что дисбаланс в 1 г-см вызывает действие неуравновешенной силы, равной 45-50 кН на подшипниках турбокомпрессора. Поэтому наличие повышенного дисбаланса на роторе вызывает большие динамические усилия на подшипники и может вывести их из строя.

Ротор вращается в двух подшипниках скольжения (рис. 53): опорном, расположенном со стороны колеса турбины, и опорно-упорном — со стороны колеса компрессора. Масло к подшипникам подводится от масляной магистрали дизеля через систему отверстий ж в среднем корпусе 11 (см. рис. 51). Оба подшипника расположены в среднем корпусе. Посадка подшипников в расточке корпуса осуществляется с натягом 0- 0,035 мм. От осевого перемещения подшипники фиксируются буртами. Подшипники имеют осевой разъем, обе половины центрируются двумя призонными втулками. К нижней половине среднего корпуса подшипники крепятся болтами. Материалом подшипников является бронза ОЦС-4-4-17. На подшипниках турбокомпрессоров выпуска до 1977 г. рабочая поверхность цилиндрической формы гальванически покрывалась слоем сплава олово-свинец толщиной 0,02-0,03 мм. Оловянисто-свинцовое покрытие улучшает прирабатываемость подшипника в начальный период работы. Масло к рабочей поверхности подводится по вертикальному каналу в сегментной канавке верхней половины подшипника.

Торцовые поверхности опорно-упорного подшипника покрыты баббитом. На упорных поверхностях имеется 8 радиальных канавок, служащих для подачи масла к восьми упорным колодкам (секторам). Для образования несущего масляного клина на рабочей стороне упорного подшипника выполнены скосы в направлении вращения ротора. При установке в средний корпус соосность подшипников проверяют по фальшвалу. Прилегание упорных поверхностей подшипника и ротора должно быть не менее 75 % при проверке по краске. Для определения масляного зазора между шейкой ротора и подшипником измеряют диаметр расточки подшипника в трех плоскостях. При этом подшипник должен быть собран, установлен и обжат в среднем корпусе. Болты крепления подшипника затягивают моментом 0,03- 0,035 кН-м.

На турбокомпрессорах выпуска с 1977 г. устанавливают эллиптические («лимонные») подшипники. При расточке рабочей поверхности на стыке между половинами таких подшипников устанавливают прокладку толщиной 0,2 мм. В дальнейшем про

Рис. 53. Опорный подшипник с эллиптической расточкой:

1 — верхняя половина; 2 — полукольцевая канавка; Л — центрирующая втулка; 4 — нижняя половина; 5 — холодильниккладку снимают и центр расточки каждой половины оказывается смещенным от оси на 0,1 мм. На опорную и упорную рабочие поверхности подшипников нанесен слой приработочного покрытия на основе дисульфита молибдена. В верхней половине подшипника (см. рис. 53) имеется полукольцевая канавка 2, по которой масло подается к двум сегментным холодильникам 5, расположенным в зоне стыков.

Эксцентричность расточки подшипника обеспечивает при любом положении вала изменение зазора между шейкой и вкладышем вдоль окружности. Благодаря этому при вращении ротора создаются два масляных клина в верхней и нижней половинах, препятствующие смещению ротора относительно центрального положения шипа в подшипнике. Диаметральный зазор между шипом и вкладышем контролируется по замеру в вертикальной плоскости, т. е. по минимальному размеру расточки. После длительной работы приработочное покрытие может износиться, однако браковочным признаком это не служит.

Детали корпуса компрессора (см. рис. 51) образуют проточную часть воздушного потока. Воздух всасывается через два канала входного патрубка 6, соединенных с фильтрами на боковых стенках тепловоза. Далее поток направляется в центральную часть патрубка и затем всасывается рабочим колесом компрессора. Во фланец патрубка входит труба отсоса газов из картера. Срез трубы расположен в зоне и повышенного разрежения, что обеспечивает создание необходимого давления в картере дизеля. Внешний контур проточной части над рабочим колесом образован проставком 9, который соединен с диффузором 10 заклепками. Пространство между лопатками диффузора и рабочего колеса называется безлопаточным диффузором. На выходе из рабочего колеса воздушный поток имеет высокую скорость. При перемещении воздуха вдоль безлопаточного диффузора происходит некоторое снижение скорости и увеличение давления в потоке.

На диффузоре имеется решетка лопаток. Площадь сечения каналов между лопатками от диаметра входа потока до выхода увеличивается за счет кривизны лопаток и их высоты. Благодаря этому в лопаточном диффузоре снижается скорость воздушного потока и повышается статическое давление. Из диффузора воздух поступает в напорную улитку, состоящую из деталей: улитки 7 и проставка 5. Составная конструкция воздухонапорной улитки упрощает доступ к диффузору при периодическом съеме его для очистки от нагароотложений.

Все детали корпуса компрессора выполнены отливкой из алюминиевого сплава. Проставок и входной патрубок крепят к улитке болтами, а диффузор к проставку — шпильками 4. Для предотвращения перетекания воздуха из напорной полости улитки в полость за рабочим колесом между диффузором и лабиринтом установлено с натягом резиновое кольцо 21. На стыке проставка 5 и диффузора 10 устанавливается металлическая прокладка 8,

предназначенная для регулировки зазора с между колесом компрессора и ободом 18. Зазор с — 1,0 4-1,2 мм устанавливают подбором толщины или количества прокладок. Для исключения подтеков масла и просачивания воздуха фланцевые стыки корпуса уплотняют паронитовыми прокладками. При замене прокладок необходимо проверить и отрегулировать зазор с.

В процессе эксплуатации на лопатках и торцовых поверхностях диффузора оседают отложения, состоящие из продуктов смешения масла и пыли. При значительной толщине отложений (более 1 мм) уменьшается площадь сечения диффузора, что снижает к. п. д. компрессора и ухудшает экономичность дизеля, поэтому необходима систематическая очистка проточной части диффузора. Для съема диффузора предварительно отсоединяют воздухоприемные патрубки тепловоза, трубу отсоса газов и дренажную трубу системы уплотнений. Затем снимают входной патрубок и просгавок в сборе с диффузором.

К корпусу турбины относятся детали статора, образующие периферийный контур проточной части турбины и отделяющие газовые полости высокого и низкого давления. Обод 18 и выпускной патрубок 15 крепят к корпусу турбины болтами. Выпускной патрубок 15 отлит из стали и покрыт теплоизоляционным слоем из асбестового полотна. Асбестовые листы закрепляют проволокой и снаружи обматывают стеклотканью. Корпус 13 -двух-стенная отливка из алюминиевого сплава. Для снижения температуры металла в полости б между стенками циркулирует охлаждающая вода, которая подводится по двум патрубкам от системы охлаждения дизеля. Для входа и выхода воды в корпусе имеются отверстия. В нижней части корпуса имеются лапы, которыми турбокомпрессор крепится к кронштейну дизеля.

В отверстия корпуса вставлены жаровые трубы, через которые газы из выпускных коллекторов дизеля подводятся в двухпоточ-ную улитку 12. Газовая улитка и жаровые трубы экранируют корпус от соприкосновения с потоком горячих газов. Благодаря этому алюминиевый корпус в значительной мере разгружен от термического воздействия. Обод 18 имеет две посадочные поверхности. При сборке он центрируется относительно корпуса по наружному бурту. В работе обод нагревается и вследствие теплового расширения по наружному бурту образуется зазор. Для исключения несоосности обода и ротора на внутреннем бурте имеется вторая посадочная поверхность, по которой при нагреве выбирается установочный зазор и обеспечивается центровка обода относительно подшипников.

Корпус средний расположен между корпусами турбины и компрессора и служит для размещения в нем подшипников и деталей системы уплотнений. Все детали среднего корпуса имеют осевой разъем, что вызвано условиями их сборки с ротором. Двухстен-ный алюминиевый корпус 11 состоит из верхней и нижней половин, соединенных между собой шпильками и призонными бол тами. Через полость е между стенками корпусов проходит охлаждающая вода. Охлаждение стенок позволяет снизить тепловые деформации корпуса. Вода подводится через два отверстия в нижнюю половину из корпуса турбины. На стыке половин имеются отверстия, через которые вода перетекает в верхнюю часть корпуса. Вокруг переточных отверстий выполнены кольцевые канавки, где расположены уплотнительные резиновые кольца. Отводится вода по каналу.

В среднем корпусе установлены опорно-упорный 3 и опорный 19 подшипники, втулка 16, к которой радиальными штифтами 14 крепится сопловой аппарат 17, лабиринт 1 и фланец 2. Масло подводится к подшипникам по каналам ж, сливается в полость д. Канал в корпусе служит для выпуска воздуха, прошедшего через лабиринтное уплотнение колеса компрессора. В верхней половине среднего корпуса имеется канал подачи запорного воздуха из полости за колесом компрессора к уплотнению со стороны турбины.

В полости между средним корпусом и корпусом турбины размещена экранирующая газовая улитка 12, которая направляет поток газов к лопаткам соплового аппарата. Улитка 12 состоит из двух одинаковых половин и центрируется на среднем корпусе с помощью цельного переходного фланца 20. Фланец вместе с улиткой крепится к среднему корпусу болтами.

Сопловой аппарат 17 выполняется точной отливкой из жаропрочной стали и состоит из двух половин или четырех секторов. Профильные лопатки отлиты вместе с внутренним ободом. Обод прикреплен к втулке 16 штифтами 14.

Система уплотнений служит для предотвращения попадания масла в газовые и воздушные полости, а также для уменьшения утечек газа и воздуха в масляную полость подшипников, соединенную с картером двигателя. Одновременно система уплотнений обеспечивает снижение осевых усилий, действующих на уплотнительные кольца и упорный подшипник, за счет уменьшений перепадов давлений между различными полостями. Утечки воздуха из напорной полости за колесом компрессора в полость Е ограничиваются лабиринтом 1, на котором имеется восемь гребешков, образующих с выступами на тыльной стороне колеса компрессора лабиринтное уплотнение. Уменьшение расхода воздуха достигается за счет дросселирования в зазоре между лабиринтом и колесом.

Втулка 2 (см. рис. 51) совместно с пружинными кольцами 15 (см. рис. 52) на роторе образует уплотнение. Плотное прилегание пружинных колец к втулке и небольшое избыточное давление препятствуют перетечкам масла из зоны слива подшипников в полость а (см. рис. 51). Повышение давления в полости а ограничивает утечки масла через кольца и расход воздуха через лабиринт. Однако при этом могут увеличиться усилия прижатия упругих колец к канавкам в роторе, что вызовет повышенный износканавок и колец. Для поддержания давления на допустимом уровне из полости а отсасывается воздух через канал и трубу, соединенную со всасывающей полостью корпуса компрессора.

Просачиванию выпускных газов со стороны турбины в масляную полость препятствует контактное уплотнение, образованное втулкой 16 и пружинными кольцами на роторе, а также лабиринтное уплотнение, образованное гребешками на посадочном кольце ротора и соответствующей поверхностью втулки 16.сла через пружинные кольца. В процессе эксплуатации в лабиринтных уплотнениях накапливаются сажистые отложения. При разборке турбокомпрессора необходимо тщательно очищать л аби-ринты и каналы подвода запорного воздуха от отложений.

Турбокомпрессоры ТК-23 и ТК-35. На дизелях ЗА-6Д49 и 2бДГ применяются турбокомпрессоры соответственно ТК-23 и ТК;-35. Конструкции турбокомпрессоров ТК-23 и ТК-35 аналогичны. Отличительной особенностью конструктивной схемы этих турбокомпрессоров является расположение опор по концам ротора, а рабочих колес компрессора и турбины — в средней Части (рис. 54).

Основные детали статора — газоприемный корпус 13, выпускной корпус 10 и корпус компрессора 1. Корпуса соединены между собой круглыми фланцами, соосность их обеспечивается центровкой по посадочным буртам. Газоприемный и выпускной корпуса представляют собой двухстенные отливки из чугуна. В водяной рубашке этих корпусов циркулирует охлаждающая вода. В газоприемном корпусе имеются два отверстия для подвода газа. К фланцам выпускного корпуса прикреплен кронштейн для установки турбокомпрессора на двигателе.

В расточках корпусов компрессора и газоприемника расположены подшипники. Полости подшипников закрыты крышками. Между колесами турбины и компрессора расположен разъемный теплоизоляционный кожух 6 для изоляции колеса компрессора и вала ротора от воздействия горячих газов. Теплоизоляционный кожух состоит из кожуха ротора 18 и экрана 17, соединяемых болтами с лабиринтом 20 колеса, который крепится к выпуснному корпусу восемью винтами. Полости разъемов всех элементов кожуха смещены относительно друг друга на 90°, что обеспечивает последовательную связь всех звеньев. Ротор сварной конструкции. Диск турбины из жаропрочной стали приварен к двум Пустотелым полувалам, выполняемым из углеродистой стали. Шейки ротора, которыми он опирается на подшипники, закалены. На диске турбины выполнены осевые елочные пазы, в которые крепятся рабочие лопатки 9. Лопатки в осевом направлении фиксируются замочными пластинами.

Рис. 54. Турбокомпрессор ТК-23: 1 — корпус компрессора; 2 — рабочее колесо компрессора; 3 — вставка; 4 — диффузор; 5 — упругое кольцо; 6 — теплоизоляционный кожух; 7 — ротор; 8 — кожух соплового аппарата; 9 — рабочие лопатки турбины; 10 — выпускной корпус; 11 — проушина; 12 — сопловой аппарат; 13 — газоприемный корпус; 14 — опорный подшипник со стороны турбины; 15 — крышка подшипника; 16 — штуцер; 17 — экран; 18 — кожух ротора; 19 — кронштейн; 20 — лабиринт; 21 — компенсатор; 22 — опорно-упориый подшипник со стороны компрессора; а — воздух; в — газы; с — масло Колесо компрессора 2 из алюминиевого сплава напрессовано на вал и соединено с ним с помощью шлицев. Для турбокомпрессоров ТК-35 с высоким давлением наддува (рк 0,25 МПа) колеса выполняют из двух частей: вращающегося направляющего аппарата (ВНА) и колеса с радиальными лопатками. С тыльной стороны колеса имеются гребешки, служащие для уплотнения. На вал со стороны компрессора насажена пята с закаленной рабочей поверхностью, через которую осевые усилия, действующие на ротор, передаются на упорный подшипник. На конце вала установлена шайба, ограничивающая осевой люфт ротора. Во избежание проворота пяты и шайбы между ними и валом ротора установлены фиксирующие штифты.

Чтобы не допустить больших динамических усилий на подшипники, ротор в собранном состоянии проходит динамическую балансировку. При обнаружении прогиба или каких-либо повреждений, нарушающих уравновешенность ротора, необходимо провести динамическую балансировку до требуемой точности 3 г-см.

Сопловой аппарат собран из отдельных секторов, полученных точным литьем из жаростойкой стали. Внутренним кольцом сопловой аппарат прикреплен к газоприемному корпусу. Снаружи сопловой венец охвачен чугунным кожухом, образующим внешний профиль проточной части. Между выпускным корпусом и улиткой компрессора установлен лопаточный диффузор. В решетке лопаток диффузора за счет снижения скорости потока растет давление воздуха. Диффузор зажат между вставкой 3 и упругим кольцом 5 и зафиксирован штифтом.

Ротор турбокомпрессора вращается в двух подшипниках скольжения, расположенных в расточках корпусов компрессора и газоприемника. Подшипник, расположенный со стороны компрессора, является опорно-упорным, т. е. имеет поверхность, воспринимающую осевые усилия. Опорный подшипник представляет собой стальной корпус 1 с фланцем для крепления, в который вставлена опорная втулка, изготовляемая из высокооловянистой бронзы. Втулка запрессована в корпус и стопорится в нем от про-ворота винтом. В расточке втулки имеется замкнутая канавка для раздачи масла по окружности. Во втулке опорно-упорного подшипника выполнена сквозная канавка для улучшения питания маслом упорных поверхностей.

Для повышения несущей способности применен опорно-упорный подшипник с упругой опорой (рис. 55). Плоский подпятник 3 из высокооловянистой бронзы имеет упругую опору, состоящую из набора металлических пластин 2 и слоя масла между ними, нагнетаемого при работе дизеля. Податливость опоры обеспечивает компенсацию влияния перекосов вала при работе и монтаже. При монтаже подшипника необходимо убедиться в том, что сливные каналы на фланце расположились в нижней части.

Уплотнения разделяют между собой масляные и газовые полости, соприкасающиеся с вращающимся ротором. Уплотнения со стороны компрессора препятствуют уносу масла из полости подшипника в компрессор. Оно состоит из двух упругих колец и лабиринтов, в камеру между которыми подается воздух. Лабиринтное уплотнение образовано завальцованными в вал гребешками и втулкой, установленной в корпус компрессора. Воздух для лабиринтного уплотнения отбирается из улитки компрессора Рис. 55. Опорно-упорный подшипник турбокомпрессора ТК-23:

1 — корпус подшипника; 2 — набор пластин; 3 — подпятник; 4 — стопорное кольцо; 5 — пята; 6 — импеллери по каналам в корпусе и втулке подводится в камеру. Уплотнение со стороны турбины не допускает прорыва газов из зазора между сопловым аппаратом и рабочим колесом в полость подшипника, а также препятствует утечке масла из сливной полости подшипника в обратном направлении. Это уплотнение состоит из лабиринтов и упругих колец. Лабиринты разбиты на две группы, между которыми имеется полость, куда подводится сжатый воздух из улитки компрессора. Воздух повышает давление в этой полости, вследствие чего препятствует проходу газов. Растекание воздуха вдоль вала способствует охлаждению ротора.

Система воздухоснабжения дизель-генератора 20ДГ. Двигатель 20ЧН 26/26 имеет высокую степень форсирования на номинальном режиме (ре = 1,78 МПа при мощности Ые = 4400 кВт). Для этих условий необходимо повышение давления наддува до 0,350 МПа. При таком давлении эффективность одноступенчатого турбокомпрессора и его надежность в условиях эксплуатации резко снижаются вследствие роста частоты вращения ротора и скоростей газовых потоков. Для улучшения экономичности и надежности на дизеле 20ЧН 26/26 применена двухступенчатая система турбонаддува, схема которой представлена на рис. 56.

Основу системы составляют два последовательно работающих турбокомпрессора: низкого и высокого давления. Воздух всасывается компрессором низкого давления (КНД), сжимается там до 0,2-0,24 МПа (и нагревается до температуры 100-140 °С) и подается в промежуточный охладитель 5. После охлаждения до температуры 50-60 °С воздух поступает в компрессор 4 высокого давления (КВД), где сжимается до 0,34-0,35 МПа. Затем воздух охлаждается в охладителе 6 второй ступени и оттуда поступает в наддувочный ресивер дизеля 7. Газы, выходящие из дизеля, поступают в турбину 3 высокого давления (ТВД), которая приводит во вращение вал компрессора высокого давления, а затем в турбину 2 низкого давления (ТНД), вращающую компрессор низкого давления.

Конструктивно оба турбокомпрессора скомпонованы в одном агрегате (рис. 57). Каждый турбокомпрессор выполнен по двух

Рис. 56. Схема двухступенчатой системы турбонаддува дизель-генератора 20ДГ:

1 — компрессор низкого давления; 2 — турбина низкого давления; 3 — турбнна высокого давления; 4 — компрессор высокого давления; 5 — промежуточный охлади-т ель воздуха; 6 — охладитель второй ступени; 7 ~ дизель Рис. 57. Двухступенчатый турбоагрегат 2ТНА:

1 — сопловой аппарат ТНД; 2 — колесо КВД; 3 — В НА КВД; 4 — корпус компрессора высокого давления; 5 — корпус турбины ВД; 6 — газовая улитка; 7 — сопловой аппарат ТВД; 8 — диск турбины ТВД; 9 — рабочие лопатки ТНД; 10 — диск турбины НД; 11 — корпус выпускной ТНД; 12 — стакан подшипников; 13 — колесо КНД; 14 — В НА КНД; 15 — переходная втулка; 16 — опорный подшипник;

17 — вал ротора; 18 — упорный подшипникконсольной схеме, что позволило максимально сблизить между собой рабочие колеса турбин высокого и низкого давления и сократить общую длину агрегата. Единая проточная часть обеих турбин исключает необходимость применения выпускного корпуса в турбине высокого давления и газовыпускного в турбине низкого давления. Это упрощает конструкцию и повышает к. п. д. турбины. Валы роторов, несущих колеса компрессоров и турбин, опираются на подшипники скольжения. Колеса компрессоров, состоящие из ВНА 3 я 14 и колеса 2 и 13, насажены на шлицевую переходную втулку 15 с натягом. Места посадки втулки на вал вынесены вдоль оси от места посадки колеса. Благодаря этому деформации втулки в местах посадки колеса не изменяют центровки относительно вала. При разборке турбокомпрессора колесо вместе с переходной втулкой предварительно снимается с ротора. Диски турбины 8 и 10 соединены с валами радиальными штифтами. Лопатки крепятся к диску с помощью елочного хвостовика.

На роторе низкого давления рабочие лопатки 9 объединены в пакеты, соединенные бандажной проволокой. Бандажная проволока способствует демпфированию рабочих лопаток при вибрациях и снижает уровень динамических напряжений в металле лопаток. Подшипники скольжения 16 и 18 изготовлены из бронзы ОЦС 4-4-17, рабочие поверхности их имеют приработочные покрытия. Подшипники установлены в чугунном стакане 12, где выполнены каналы подачи и слива масла.

Корпуса турбин 5 и 11 турбоагрегата выполнены двухстенными из алюминиевого сплава. Внутри между наружной и внутренней стенками циркулирует охлаждающая вода. Газ подводится к сопловому аппарату 7 турбины высокого давления через газовую улитку 6. Для уменьшения передачи тепла от газов в охлаждающую воду между газовой улиткой и корпусом имеется зазор, в котором газовая прослойка создает большое термическое сопротивление. Газовая улитка, выполняемая отливкой из жаростойкой стали, прикреплена к корпусу турбины через переходной фланец. К тому же переходному фланцу присоединен сопловой аппарат ТВД, состоящий из одиннадцати секторов. Каждый сектор, включающий три лопатки, выполнен прецессионной отливкой из жаростойкой стали.

Сопловой аппарат 1 турбины низкого давления также состоит из одиннадцати секторов, которые с помощью платиков закреплены в наружном ободе, состоящем из двух стянутых колец. По внутреннему диаметру секторы соединены с помощью диафрагмы, разделяющей полости между двумя рабочими колесами турбины. Системы уплотнений обоих турбокомпрессоров комбинированного типа. Масляные полости уплотнены контактными кольцами, а газовые и воздушные полости — лабиринтами. В несущих корпусах имеются каналы для подачи запорного воздуха и дренажа газа и воздуха из полостей с пониженным давлением. Система уплотнений турбокомпрессора низкого давления обеспечиваеттакже уменьшение осевого усилия на ротор за счет снижения давления с тыльной стороны колеса компрессора.

5.Турбоагрегат прикреплен к двигателю с помощью лап, выполненных на выпускном корпусе.

⇐ | Назначение и особенности системы | | Тепловозные дизели типа Д49 | | Охладитель наддувочного воздуха | ⇒

Турбина дизельного двигателя 2.2 TD4 Freelander 2

Низкая частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD

При низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя объем отработавших газов, выходящих из дизельного двигателя 2.2 TD, низок. Лопатки перемещаются в закрытое положение, чтобы направить поток отработавших газов к наружному краю турбинного колеса. Закрытое положение лопаток обеспечивает уменьшение пропускной способности для потока газов и увеличивает скорость газов, идущих к турбинному колесу. Скорость турбинного колеса увеличивается, соответственно увеличивая количество наддувочного воздуха (давление наддува), подаваемого от компрессора.

Средняя частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD

Когда частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD и объем отработавших газов увеличиваются, лопатки перемещаются в открытое положение, чтобы направить поток отработавших газов к центру турбинного колеса. Лопатки не ограничивают поток отработавших газов и поэтому скорость газов зависит от частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD. Скорость турбинного колеса поддерживается благодаря увеличению скорости газов, выходящих из двигателя и направляемых к центральной зоне турбинного колеса.

Максимальная частота вращения дизельного двигателя 2.2 TD

При максимальной частоте вращения двигателя объем отработавших газов, выходящих из дизельного двигателя 2.2 TD, высок. Лопатки перемещаются в направлении полностью открытого положения и не воздействуют на скорость газа. Поток отработавших газов контактирует с центральной зоной турбинного колеса, чтобы поддерживать скорость турбинного колеса и давление наддува от компрессора.

Повышенное давление наддува

В процессе резкого ускорения турбокомпрессор должен в течение ограниченного периода времени создавать повышенное давление наддува, чтобы удовлетворять текущим потребностям подачи топлива к дизельному двигателю 2.2 TD. ECM будет запрашивать REA с целью перемещения регулируемых лопаток в закрытое положение, чтобы увеличить скорость турбинного колеса, уже вращающегося с высокой скоростью. Состояние повышенного давления наддува допускается модулем ECM в течение ограниченного периода.

Датчик барометрического давления

На большой высоте над уровнем моря турбокомпрессор будет работать обычно, но вследствие более низкого наружного давления турбина и компрессор могут иметь склонность к превышению допустимой частоты вращения. В ECM расположен датчик барометрического давления, служащий для предотвращения возникновения повышенного давления наддува и возможного повреждения двигателя в этих условиях. ECM открывает регулируемые лопатки в фазе открывания раньше, чтобы удовлетворить условиям высоты автомобиля над уровнем моря.

Развитие газотурбинного наддува в дизельных двигателях

Развитие газотурбинного наддува дизельных двигателей тесно связано с именем и патентами швейцарского инженера Альфреда Бюхи. С приоритетом от 16 ноября 1905 г. Бюхи получил патент DRP № 204630 на машинную установку, в которой общим валом соединены друг с другом многоступенчатый осевой компрессор, четырехтактный дизель и многоступенчатая турбина, работающая на выпускных газах дизеля (рис. 2.9).

Засасываемый снаружи воздух должен был сжиматься в осевом компрессоре до давления 3—4 кгс/см2, а выпускные газы должны были сжиматься до давле­ния, равного давлению конца расширения в цилиндре, т. е. при­мерно до 16 кгс/см2. Благодаря этому должен был достигаться вы­игрыш работы, которая обычно у двигателя внутреннего сгорания терялась вследствие неполного расширения. Хотя теоретически это возможно, в практике сжатию до давления конца расширения препятствуют два фактора. Во-первых, сильно увеличивается ра­бота выталкивания, из-за чего значительная часть выигрыша мощ­ности в турбине снова теряется, и, во-вторых, указанное сжатие увеличивает (если не предпринимать особых мер) количество оста­точных газов в цилиндре и тем самым существенно уменьшает ко­личество заряда.

Первые испытания Бюхи проводил с 1911 по 1914 г. на заводе фирмы «Зульцер» в Винтертуре. На рис. 2.10 изображена схема опытной установки. Чтобы получить научные выводы, бази­рующиеся на возможно более широкой основе, компрессор приво­дился от постороннего источника, отработавшие газы дизеля на­правлялись в газовую турбину, которая тормозилась отдельно от двигателя. Благодаря этому можно было устанавливать любые давления наддува, количество воздуха, температуры и исследовать их влияние на мощность и к. п. д. Идеи Бюхи сначала не находили практического использования. Но опыт, накопленный Бюхи во время испытаний, помог ему прийти к несколько измененному спо­собу наддува, который он запатентовал в Швейцарии в 1915 г. Отличительными чертами этого способа были давление наддува, более высокое при полной нагрузке, чем давление газов перед тур­биной, и применение перекрытия клапанов, т. е. одновременного открытия впускного и выпускного клапанов. С помощью этого перекрытия клапанов и благодаря перепаду между давлением перед турбиной и давлением наддува остаточные газы должны в конце хода выпуска удаляться из цилиндра. Кроме того, здесь Бюхи отказался от общей связи двигателя, нагнетателя и турбины, меха­нически соединены только турбина и нагнетатель. Этот способ, защищенный германским патентом DRP.No 454107 (с приоритетом от 2 ноября 1915 г.), Бюхи не смог применить на практике во время и после первой мировой войны.

В 1923 г. вопрос о газотурбинном наддуве был поднят герман­ским министерством транспорта по инициативе министерского советника Лаудана. В этом же году министерство транспорта выдало заказ на два пассажирских судна для эксплуатации в Во­сточной Пруссии (речь идет о судах «Пройсен» и «Ханзаштадт Данциг»). Каждое судно было оснащено двумя десяти­цилиндровыми четырехтактными двигателями, построенными по лицензии фирмы MAN на верфи «Вулкан» в Штеттине, мощность двигателей должна была быть повышена за счет применения газотурбинного наддува с 1750 до 2500 л. с.

 

Построенные по проекту Бюхи на верфи «Вулкан» в Гамбурге турбокомпрессоры (рис. 2.11) были установлены на основании отдельно от двига­телей, каждый двигатель имел один неразделенный выпускной трубопровод. Посредством переключающей заслонки в выпуск­ном трубопроводе турбокомпрессоры могли отключаться и дви­гатели соответственно работать без наддува. Так впервые успешно был применен газотурбинный наддув. Среднее, индикаторное давление достигало 11 кгс/см2, увеличение мощности составляло свыше 40%, двигатели обладали хорошей способностью выдержи­вать перегрузку и, кроме того, был получен важный вывод о саморегулировании турбокомпрессора. Несмотря на этот успех, для турбонаддува «лед еще не был сломан».

При малой разности между давлением наддува и давлением выпуска затрудняется продувка остаточных газов, при неудов­летворительном к. п. д. турбокомпрессора необходимый положи­тельный перепад давлений вовсе не будет достигнут. Согласно швейцарскому патенту № 122664 от 30 ноября 1925 г. (ЭИР № 568855), выпускному трубопроводу между двигателем внутрен­него сгорания и турбиной, а также входному сечению последней следует придавать такие размеры, чтобы после начала выпуска из цилиндра двигателя давление перед турбиной повышалось и перед его окончанием понижалось. Это достигается разделением выпускного трубопровода на отдельные ветви сравнительно ма­лого сечения таким образом, что в одно и то же ответвление вы­пускают отработавшие газы только цилиндры с определенным минимальным интервалом между вспышками.

 

Отдельные ветви трубопровода подводятся в разделенные сопловые камеры газо­вой турбины (рис. 2.12). Таким образом достигается следующее: во-первых, вследствие повышения давления при выпуске уменьшаются потери на расширение газов при переходе в выпуск­ной коллектор и тем самым подводится большая энергия газо­вой турбине, чем это было бы при постоянном давлении;

во-вторых, как раз во время периода продувки в выпускном коллекторе понижается давление, что используется для очистки цилиндра от остаточных газов и для продувки камеры сгорания воздухом. Влияние разделения выпускного трубопровода на изме­нение давления поясняет рис. 2.13.

Когда теперь говорят о наддуве Бюхи, то обычно подразуме­вают эту систему с разделенным выпускным трубопроводом.

В 1926 г. Бюхи производил испытания этой системы наддува на Швейцарском локомотиво- и машиностроительном заводе в Винтертуре. Первая установка показана на рис. 2.14.

От двигателя отработавшие газы направляются через четыре отдельных трубо­провода в выпускной коллектор, расположенный у подножия двигателя, а оттуда — к турбине; уже был предусмотрен также охладитель наддувочного воздуха. Сконструированный и по­строенный фирмой «Броун Бовери» турбокомпрессор имел осевую активную турбину и двухступенчатый центробежный компрес­сор (рис. 2.15), он располагался отдельно от двигателя на фунда­менте. Позднее испытания были продолжены на шестицилин­дровом двигателе, на котором отработавшие газы из каждых трех цилиндров объединялись в двух размещенных внизу вы­пускных коллекторах и направлялись в раздельные сопловые камеры турбины (рис. 2.16).

 

Испытания были очень успешными, легко достигалось 50%-ное повышение мощности, кратковременно наддув двигателя мог составлять 100%. Двигатель в г. Винтертуре обстоятельно исследовал проф. Стодола (профессор Швейцарской технической высшей школы в Цюрихе), и результаты этих исследований были опубликованы в 1928 г. в журнале Союза немецких инженеров. Уже в 1926 г. хорошие результаты испытаний сыграли решающую роль в образовании синдиката Бюхи, в котором объединились Альфред Бюхи, Швейцарский локомотиво- и машиностроительный завод (г. Винтертур) и «Броун Бовери» (г. Бадей). Синдикат Бюхи в последующие годы продал лицензии на способ наддува большому количеству фирм в раз­личных европейских странах и за пределами Европы. В процессе дальнейшего развития вскоре был сделан вывод о том, что вы­пускные трубопроводы должны иметь не только малые сечения, но также быть короткими, чтобы лучше использовать при им­пульсной системе наддува колебания выпускных газов. Турбоком­прессор располагался все ближе к двигателю и, наконец, стал размещаться непосредственно на двигателе — как это повсюду принято в настоящее время.


Основные причины поломки турбокомпрессоров

Все статьи

Турбина существенно увеличивает мощность двигателя без повышения его веса. Среди новых автомобилей доля турбированных моторов составляет около половины и 80% из них — это дизели. Что касается коммерческих транспортных средств, то и здесь уже давно господствуют турбодизельные агрегаты. Популярность технологии вполне объяснима: экономически выгоднее установить турбину, чем увеличить количество цилиндров либо повысить их объём.

Многие автолюбители интересуются, при каких оборотах включается турбина на дизеле. На самом деле, вопрос поставлен не совсем корректно, так как турбокомпрессор начинает работать сразу же после запуска мотора, то есть выхлопные газы раскручивают крыльчатку даже на холостом ходу, правда, незначительно. При повышении оборотов происходит не включение системы, как таковой, а увеличение её производительности.

Важнейшим показателем турбины является номинальное давление наддува. Для обычных легковых авто верхняя граница находится в пределах 1,4-2,5 бар, для спортивных — до 3,4 бар. Проверка нагнетания турбокомпрессора осуществляется в реальных условиях при работе мотора под нагрузкой. Манометр включается в цепь управления ТНВД или в разрыв датчика во впускном коллекторе. Полученные во время диагностики данные сравниваются с заводскими. Когда значения выше типовых, это свидетельствует о проблеме в ограничивающем клапане. Если показатели слишком малы, причины могут быть разные, как поверхностные (засорён воздушный фильтр), так и более глубокие, связанные с внутренними неисправностями турбины.

Для дизельных автомобилей максимальная эффективность наддува достигается при 1800-4000 оборотах коленвала. Именно в этом диапазоне колесо турбины раскручивается до значений, предусмотренных производителем (от 150 000 об/мин и выше). Выход на эффективный режим работы («подхватывание») происходит при достижении двигателем 1800-2500 об/мин. Пик производительности — 3000-4000 об/мин. При дальнейшем увеличении оборотов давление становится слишком большим, что приводит к значительным перегрузкам. Это чревато разрушением компонентов ДВС, поэтому автоматически включается перепускной клапан, сбрасывающий избыточное давление.

Узнать, при каких оборотах давление турбины соответствует номинальному, можно с помощью адаптера Vag-COM. В процессе диагностики снимаются показатели датчиков, и осуществляются замеры степени открытия вестгейта.

Приблизительный алгоритм действий для двигателей TDI:

  • адаптер подключается к автомобилю;
  • запускается Log данных;
  • двигатель разгоняется от 1500 до 4500 об/мин;
  • строится график реального и запрашиваемого давления (создаётся файл в виде электронной таблицы).
  • На стандартном дизеле резкий скачок давления наддува (до 2,1 бар) наблюдается при превышении 1900 об/мин. На этом уровне давление удерживается приблизительно до 4000 оборотов, после чего падает (при дальнейшем увеличении срабатывает клапан сброса).

    Понимание и обслуживание устройств перепускной заслонки на двигателях

    В отрасли мы любим говорить: «Турбо заставляет маленькие двигатели думать, что они большие!» Независимо от размера двигателя и от того, бензиновый он или дизельный, на каждые 14,68 фунтов на квадратный дюйм давления наддува двигатель считает, что его объем удваивается.

    Это связано с тем, что атмосферное давление номинально считается равным 14,68 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, если двигатель увидит то же значение давления наддува, то у него есть потенциал для производства мощности, вдвое превышающей его рабочий объем.

    Хотя большинство производителей контролируют или оценивают наддув турбокомпрессора в фунтах на квадратный дюйм, некоторые используют аббревиатуру атм, что означает атмосфера. Метрическим эквивалентом этого измерения является бар. Чтобы преобразовать атм в фунты на квадратный дюйм, умножьте на 14,68.

    Например, если в спецификации двигателя указано, что максимальное давление наддува составляет 2,1 атм, оно будет 14,68 умножить на 2,1, что равно 30,83 фунта на квадратный дюйм. Один бар равен 0,9869 атм или 14,5 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, давление в 3 бара будет равно 43.5 фунтов на квадратный дюйм.

    Для быстрого расчета большинство людей используют 15 фунтов на квадратный дюйм в качестве номинального значения атмосферного давления.

    При этом установившийся наддув турбокомпрессора по показаниям во впускном коллекторе имеет давление выше атмосферного. На атмосферном двигателе при полностью открытой дроссельной заслонке давление в системе впуска считается атмосферным. Это несколько меньше, чем из-за потерь потока. Напротив, вакуум — это любое давление ниже атмосферного.

    Турбокомпрессор состоит из двух основных компонентов: турбины и компрессора.В просторечии это горячая и холодная стороны соответственно. Турбина соединена с выхлопом двигателя и соединена с компрессором через вал.

    Ребра на этом валу расположены под противоположным углом. Когда горячий выхлопной газ выходит из головки блока цилиндров, он расширяется и вращает турбинное колесо так же, как река приводит в действие водяное колесо. Поскольку компрессор находится на том же валу, что и турбина, вращается и колесо компрессора. Турбина является приводным элементом, а компрессор – ведомым элементом.

    Действие компрессора направляет воздух во впускной тракт двигателя, что имеет два важных эффекта. Он повышает давление в цилиндре выше атмосферного и увеличивает объем воздуха, поступающего в двигатель, измеряемый в кубических футах в минуту (кубических футах в минуту).

    Совокупный эффект увеличения давления и массы входящего воздуха приводит к давлению наддува. Скорость вращения турбины и, в свою очередь, давление наддува регулируются потоком и температурой выхлопных газов.Требуется регулировать давление, и в большинстве случаев это достигается с помощью вестгейта.

    Вестгейт

    Если бы не было средств для контроля давления наддува, в результате ряда событий давление в цилиндре могло бы превысить безопасные пределы для конструкции двигателя.

    Вестгейт используется для управления давлением наддува за счет исключения контролируемого количества выхлопных газов, взаимодействующих с турбинным колесом. Он состоит не более чем из диска, закрывающегося проходом, перенаправляющим часть выхлопного потока.

    Когда проход открыт, давление наддува ограничено. Когда он закрыт, можно реализовать весь потенциал турбокомпрессора.

    Следует признать, что каждый турбокомпрессор представляет собой сложную инженерную конструкцию, поскольку существует специальная наука о форме и размере колес турбины и компрессора. Воздушный поток и потенциал давления создаются конструкцией двух колес, и, как и в любом аспекте техники, здесь есть компромиссы.

    Предотвращение чрезмерного повышения

    Вестгейт позволяет инженеру создать турбонагнетатель, который может обеспечить желаемую производительность на низких и средних оборотах двигателя, не создавая избыточного наддува при полной нагрузке двигателя.Это также может позволить турбинному колесу быстрее разгоняться при низком расходе выхлопных газов и температуре, быстрее повышая давление наддува и делая двигатель более послушным при буксировке.

    Дополнительным преимуществом турбонаддува помимо мощности двигателя является общее снижение выбросов двигателя и повышение эффективности.

    Повышенное давление воздуха и поток в цилиндр создают большую турбулентность в отверстии и, в свою очередь, улучшают скорость пламени и более тщательно смешивают топливо и воздух.Вестгейт позволяет инженеру использовать движение смеси для уменьшения выбросов, а также контролировать давление сгорания. Тем не менее, вестгейт не может выполнить все это сам по себе.

    Турбокомпрессор, оснащенный перепускным клапаном, также использует привод. Привод напоминает канистру со штоком и крепится к турбокомпрессору.

    Этот узел соединяется с вестгейтом с помощью штока и отвечает за перемещение диска в сторону от прохода для управления потоком выхлопных газов.Внутри канистры есть сильфон и пружина, а также порт, который соединяет резиновый шланг для измерения наддува. Внутренняя пружина позиционирует стержень так, чтобы вестгейт оставался закрытым. Теперь весь выхлоп пойдет на турбинное колесо.

    С другой стороны сильфонного коллектора (наддув) давление действует против пружины, стремясь сдвинуть шток и открыть вестгейт. В зависимости от натяжения пружины при желаемом давлении наддува сильфоны берут на себя ответственность и открывают перепускной канал, тем самым ограничивая скорость вращения турбины и давление в цилиндре.

    В большинстве двигателей с электронным управлением также используется соленоид для подачи сигнала на сильфон в приводе. Это позволяет быстрее раскручивать турбонагнетатель на низких скоростях, добавляя более ограниченный контроль для максимального наддува. В некоторых старых дизельных двигателях вестгейт не используется. В этих приложениях турбонаддув предназначен для обеспечения желаемого максимального наддува, поэтому безопасность не используется. Турбина без вестгейта не так эффективна, поскольку не компенсирует погодные условия и условия сгорания.Также лень раскручиваться, что делает двигатель менее отзывчивым.

    Потенциальные проблемы

    Хотя система вестгейта очень надежна, ниже приведены распространенные и легко исправимые неисправности.

    • Низкий наддув. Причина проблемы в данном случае — диск в корпусе вестгейта не герметичен из-за нагара и перепуска выхлопа. Пружина привода ослаблена или вышла из строя.
    • Превышение наддува. Причиной является трещина в резине, неисправность линии датчика наддува, неисправность сильфона или внутренняя утечка сильфона.Другой причиной, если он оборудован, является неисправность соленоида наддува или потеря электрического сигнала.
    • Порхающий импульс. Пружина в приводе ослаблена.

    Для любой из этих проблем турбокомпрессор не требует замены или ремонта. Все это внешние детали, и часто их можно обслуживать вместе с агрегатом на двигателе. Если стержень вестгейта навинчен на контргайку, при укорочении стержня давление наддува увеличится до того, как выхлоп будет перепущен.Если удлинить шток, наддув будет ниже.

    Датчик изэнтропического давления на входе в турбину турбонагнетателя Модель

    Образец цитирования: Фултон, Б., Петрович, С., Ван Ньюштадт, М., Диксон, Дж. и др., «Модель наблюдателя изоэнтропического давления на входе в турбину турбонагнетателя», SAE Int. J. Двигатели 8(4):1638-1651, 2015 г., https://doi.org/10.4271/2015-01-1617.
    Скачать ссылку

    Автор(ы): Брайен Фултон, Саймон Петрович, Мишель Ван Ньюштадт, Джон Диксон, Дэниэл Реттгер, Андрес Аревало

    Филиал: Форд Мотор Ко., Ford Forschungszentrum Aachen GmbH

    Страницы: 14

    Событие: Всемирный конгресс и выставка SAE 2015

    ISSN: 1946-3936 гг.

    Электронный ISSN: 1946-3944 гг.

    Также в: Международный журнал двигателей SAE-V124-3, Международный журнал двигателей SAE-V124-3EJ

    Как это работает: объяснение вестгейтов

    Принудительная индукция — важный ключ к увеличению мощности дизельного двигателя.Это одно из самых больших преимуществ дизельного двигателя перед бензиновым. Когда дело доходит до управления подачей воздуха, дизельный двигатель может работать в широком диапазоне соотношений воздуха и топлива и при этом работать правильно. Некоторые из самых больших гоночных грузовиков будут работать с соотношением воздух/топливо намного южнее 15:1. С другой стороны, при движении под уклон многие современные двигатели даже не впрыскивают топливо в двигатель. Например: в нашей статье «Как это работает на водном метаноле» мы рассчитали стехиометрическое соотношение воздух/топливо для насосного дизельного топлива в пределах 15.От 5:1 до 23:1 при среднем расходе топлива на заправке около 17,75:1.

    При этом все должно быть спроектировано и построено так, чтобы справляться с большими объемами воздуха и давлением наддува. К счастью, для большинства из нас, кто водит грузовики старше 20 лет, наши двигатели уже рассчитаны на некоторое давление наддува. Возникает вопрос, сколько в конечном итоге может выдержать двигатель, прежде чем потребуются дополнительные модификации? Конечно, это зависит от производителя и конкретной конструкции двигателя.

    В двигателях 6.4 Power Stroke используется секвентальный турбонагнетатель, обеспечивающий превосходную раскрутку на низких оборотах без ущерба для производительности на средних и высоких оборотах. Фото предоставлено BorgWarner.

    Таким образом, при добавлении турбонагнетателя, создающего большее давление наддува, чем было изначально рассчитано на двигатель, многие люди захотят отрегулировать наддув до определенной точки. Итак, как вы регулируете то, что вращается в результате тепла и давления? Турбокомпрессоры приводятся в действие выхлопными газами (приводное давление), поэтому люди регулируют давление наддува с помощью того, что сегодня известно как вестгейт.

    Что такое вестгейт?

    Вестгейт — это клапан, который позволяет определенному количеству выхлопных газов обходить турбинное колесо. Это уменьшение потока приводит к уменьшению приводного/противодавления. Существует множество факторов, влияющих на общую производительность турбокомпрессора, которые выходят за рамки данной статьи. Для простоты предположим, что по мере увеличения приводного давления колесо турбины будет вращаться быстрее.

    Компания Garrett недавно представила совершенно новую конструкцию с одним последовательным турбокомпрессором.Эти колеса компрессора имеют два профиля. Одна сторона представляет собой маленькое колесо компрессора для низкой производительности, а другая сторона — большее колесо для средней и высокой производительности.

    По мере увеличения оборотов двигателя и впрыска большего количества топлива в двигатель увеличивается поток выхлопных газов. По мере того, как этот поток увеличивается, он в конечном итоге становится больше, чем корпус турбины может протекать через колесо турбины при атмосферном давлении, и поток начинает восстанавливаться. Подпор в потоке увеличивает давление выхлопа (давление привода).По мере увеличения приводного давления колесо турбины вращается быстрее. Поскольку колесо турбины напрямую связано с колесом компрессора, колесо компрессора вращается все быстрее и быстрее, создавая все больший и больший наддув.

    Теоретически, это может быть бесконечный цикл, но в действительности любая установка турбонагнетателя имеет свои конструктивные ограничения. Таким образом, максимальное значение наддува, которое производит большинство зарядных устройств, обычно составляет от 30 до 50 фунтов на квадратный дюйм для наших двигателей. Если двигатель не рассчитан на такое давление, необходимо добавить перепускной клапан, чтобы отклонить определенное количество потока.Уменьшая поток через турбинное колесо, можно регулировать фактическую величину приводного давления. Используются два разных типа регуляторов; внутренний и наружный.

    Внутренние вестгейты

    Внутренний вестгейт — это вестгейт, встроенный в корпус турбины. Эти затворы обычно имеют одну или две шайбы (круглый кусок металла, действующий как клапан), которые блокируют проходы, просверленные или отлитые в спираль корпуса турбины.Когда шайбы закрыты, выхлоп обтекает улитку (проход внутри корпуса турбины) и проходит через турбинное колесо как неперепускной агрегат. Когда шайбы перемещаются (или открываются), часть выхлопных газов проходит через улитку, а часть проходит в обход спирали и турбинного колеса. В корпусе турбины с внутренним перепускным клапаном перепускной выхлоп направляется обратно в основной поток выхлопных газов после турбинного колеса, но обычно перед или прямо у выпускной трубы. Это автономные устройства, которые, как правило, не требуют дополнительной сантехники.

    Количество выхлопных газов, которые могут обходить турбинное колесо, зависит от размера и конструкции области перепускной заслонки. Поскольку большинство корпусов турбин с перепускным клапаном предназначены для дизельных двигателей оригинального оборудования (OE), эти корпуса обычно имеют довольно маленькие каналы, через которые не проходит большой объем. Причина в том, что при высоком давлении не требуется большого открытия, чтобы стравить давление. Они прекрасно работают, если объем двигателя не превышает объем, который может выдержать корпус турбины (подробнее об этом позже).

    Существует два популярных метода управления вестгейтом. Первый метод, который проверен и верен, заключается в использовании канистры с наддувом (называемой «банкой»). Эти банки предназначены для работы в определенном диапазоне наддува, скажем, от 10 до 20 фунтов на квадратный дюйм. В традиционной банке всего несколько частей.

    A: Мембрана – Мембрана снабжена уплотнением, предотвращающим выброс давления наддува.
    B: Пружина – В банке пружина на самом деле обеспечивает усилие, удерживающее вестгейт закрытым.
    C: Стержень привода – Стержень, соединяющий рычаг привода перепускной заслонки с диафрагмой.

    В зависимости от того, насколько сжата пружина, будет зависеть фактическое количество давления наддува, необходимое для преодоления пружины. Как только усилие, создаваемое усилителем, превышает усилие, создаваемое пружиной, пружина начинает сжиматься, перемещая шток привода и открывая ворота. (Почти противоположность обсуждаемому здесь BOV.) Таким образом, срабатывание вестгейта основано на подаче наддува на банку.В прошлом самая большая проблема с банкой заключалась в ограниченном наборе опций.

    Большинство из них рассчитаны на давление от 10 до 20 фунтов на квадратный дюйм, но на вторичном рынке мы используем гораздо более высокое давление. Компания Turbosmart совсем недавно представила свой новый IWG HP. Эти актуаторы вестгейта выпускаются с различным давлением наддува в диапазоне от 10 фунтов на квадратный дюйм до 40 фунтов на квадратный дюйм. «Приводы внутреннего перепускного клапана Turbosmart отлично подходят для многих дизельных двигателей, — говорит Марти Стэггс, исполнительный вице-президент и генеральный директор Turbosmart USA. «Они не только являются экономически эффективным обновлением производительности, но и хорошо спроектированный привод перепускной заслонки, подобный этому, действительно может крепиться болтами прямо к вашей стандартной турбине, что делает его очень простой установкой.Поскольку рынок дизельных двигателей имеет гораздо более высокие уровни наддува по сравнению с их нормой, мы разработали линейку IWG специально для рынка дизельных двигателей, и их способность справляться с высоким наддувом не имеет себе равных», — поделился Стэггс.

    Второй и относительно недавний способ управления вестгейтом — использование пружинного регулятора (регулятор давления привода). Многие компании послепродажного обслуживания используют приводы с пружинным управлением, но турбокомпрессоры OEM в настоящее время не используют этот метод. Эти приводные регуляторы давления имеют пружину, находящуюся под постоянным сжатием.Сила, создаваемая пружиной, является силой, удерживающей вестгейт в закрытом состоянии. Для приведения в действие вестгейта используется приводное давление двигателя. Когда давление привода увеличивается, оно давит на шайбы. Как только сила давления привода превышает давление пружины, вестгейт начинает открываться. Этот тип регулятора регулирует наддув, регулируя давление привода (подробнее обсуждается ниже).

    Внешний вестгейт

    Следующий тип вестгейта — внешний вестгейт.Внешние вестгейты полностью отделены от корпуса турбины. По сути, они представляют собой автономную деталь, которую можно добавить в любой тип системы турбокомпрессора. Сами ворота имеют несколько движущихся частей и представляют собой довольно простую сборку.

    A: Впускной фланец — Нижняя часть представляет собой впускной фланец. Впускной фланец обычно приваривается к патрубкам. Для наилучшего потока выхлоп должен проходить как можно плавнее в ворота, а не против нормального потока газа.

    B: Втулка — Втулка необходима, чтобы производители могли установить клапан в перепускной клапан и прижать его к чему-либо.Втулка проходит внутри основного корпуса вестгейта.

    C: Основной корпус — Корпуса почти всегда представляют собой литые детали, рассчитанные на определенные диапазоны температур. Чем выше температура выхлопных газов, тем более термостойким должен быть материал. Вот почему вы увидите ворота, изготовленные из нержавеющей стали и инконеля, так как оба эти материала обладают хорошими тепловыми свойствами. Корпуса обычно соединяются с входным фланцем V-образным хомутом.

    D: Клапан – Внутри корпуса находится клапан.Клапан отвечает за то, чтобы выхлопные газы не попадали в ворота, когда они закрыты. Конструкция корпуса вестгейта и клапана определяют характеристики потока. Большинство ворот спроектированы таким образом, чтобы поток был небольшим, когда они первоначально открыты, но максимально возможным, когда они полностью открыты. Если вентиль течет слишком сильно, он может фактически снизить давление привода до такой степени, что зарядное устройство потеряет весь свой наддув. Итак, ворота предлагаются разных размеров, обычно от 40 мм до 60 мм.Это делает выбор правильного размера для конкретного применения очень важным шагом.

    E: Корпус привода — Над основным корпусом вестгейта находится область привода. Чтобы свести к минимуму поглощение тепла (теплопередача от основного корпуса в область привода), он обычно размещается над физическим корпусом с помощью прокладок. Внутри привода находится поршень ( E.1 ), который напрямую соединен с клапаном. Поршень будет иметь уплотнение ( E.2 ), создающее воздухонепроницаемую область над поршнем.Эти уплотнения не выдерживают высоких температур выхлопных газов (EGT), поэтому, как правило, между корпусом и областью привода установлены прокладки. Сверху поршня находится пружина ( E.3 ). Эта пружина помогает вернуть клапан в исходное положение так быстро, как это необходимо. В этой области также имеется порт для подачи давления наддува на верхнюю часть поршня для управления открытием клапана.

    Свободная схема корпуса поршня привода (E.1)

    Для работы вестгейта силы, действующие на поршень привода, должны быть динамическими (изменяться со временем).В то время как пружина прикладывает постоянную силу (F s ), прилагаемая сила относительно невелика. Таким образом, сила, прикладываемая давлением привода (F d ), довольно рано начнет открывать вестгейт. Чтобы ворота дольше оставались закрытыми, на верхнюю часть поршня привода подается давление наддува. Это давление, умноженное на площадь поршня, создает противодействующую силу, удерживающую заслонку закрытой (F b ).

    Для удобства настройки регулятор давления воздуха или контроллер наддува обычно подключается в соответствии с подаваемым давлением наддува.Итак, пока F d меньше, чем F s + F b , ворота останутся закрытыми. При регулировке затвора установщик может в значительной степени заставить затвор открываться от относительно низкого наддува, не подавая давление наддува (F d просто должно быть больше, чем F s ), чтобы затвор открывался только при высоком наддуве. давление (как только F d больше, чем F b + F s ). Это делает внешние регуляторы чрезвычайно настраиваемыми.

    Справочная таблица формул
    • Ф С = КХ
    • F B = P B A 1
    • F D = P D A 2
    • K = жесткость пружины
    • X = Расстояние в сжатом состоянии от высоты покоя
    • P B = Давление наддува
    • A 1 = Верхняя часть поршня привода
    • P D = Привод/Противодавление
    • A 2 = Площадь поверхности клапана
    Что еще может регулировать вестгейт?

    Если бы конечного пользователя беспокоила только регулировка давления наддува, то эта статья была бы полной.Но есть еще одна причина добавить вестгейт в вашу систему. Как упоминалось выше, дизельные двигатели работают в широком диапазоне соотношений воздух/топливо. Таким образом, многие системы предназначены для обеспечения наддува при относительно низких оборотах. Чтобы добиться этого, во многих комплектах турбокомпрессора используются корпуса турбины, которые немного малы для максимальной мощности, но обеспечивают более быстрое раскручивание. Зарядное устройство обычно достигает максимального давления наддува, но с небольшим недостатком. Меньший корпус турбины может вызвать чрезмерное давление привода.Чем выше давление привода, тем больше выхлопных газов остается в цилиндре, а значит, сжигается меньше кислорода. В дополнение к меньшему количеству кислорода, доступного для сгорания (то есть меньшей мощности), выхлоп, который остается в цилиндре, нагревает воздух в цилиндре, и температура выхлопных газов (EGT) может начать резко расти. Итак, если желателен максимальный наддув, но мы хотим минимизировать давление привода, вестгейт должен открываться только после достижения максимального наддува.

    Ну вот и возникает вопрос — как открыть вестгейт после достижения максимального давления наддува, если вы регулируете гейт давлением наддува?

    Окончательные варианты

    Для корпуса с внутренним вестгейтом это может быть затруднительно.Банки обычно предназначены для работы на умеренных уровнях наддува. Один из способов, с помощью которого установщики получают большее давление наддува (или задерживают открытие затвора), заключается в приложении большего усилия к штоку привода. Для этого стержни обычно укорачиваются (либо путем их физического обрезания, либо путем навинчивания), что увеличивает нагрузку на внутренние органы регулятора, но заставляет ворота оставаться открытыми позже. Другой вариант – пружинный регулятор. Их можно отрегулировать таким образом, чтобы ворота открывались только после достижения максимального давления наддува.Основная проблема с такой большой силой, противодействующей движущей силе, заключается в том, что когда движущая сила снимается (когда вы отпускаете дроссель), привод довольно сильно закрывает ворота. Через некоторое время многие внутренние детали начинают гнуться, а вестгейты могут начать протекать.

    Для внешнего вестгейта регулирование на основе давления привода также может быть затруднено. Из-за уплотнительных колец внутри затвора вы не можете направлять горячие выхлопные газы прямо на верхнюю часть привода. Кроме того, актуаторы не рассчитаны на сажу.Чтобы использовать давление привода для открытия ворот, его необходимо направить через охладитель (обычно змеевик из медных трубок), а затем в фильтр. Это обеспечит отфильтрованный выхлоп (т. е. отсутствие сажи) при более низкой температуре. Оттуда приводное давление может быть направлено в регулятор, а затем в привод. Этот способ требует намного больше сантехники, но это позволит эффективно настраивать вестгейт в зависимости от давления привода. Многие салазки, которые предпочитают гораздо большее давление привода, чем давление наддува, чтобы помочь зарядному устройству не «захлебнуться» в конце гусеницы, будут использовать этот тип установки.Что они делают, так это открывают ворота с давлением привода на 10-20 фунтов на квадратный дюйм выше, чем максимальное давление наддува.

    Такие компании, как Turbonetics с их вестгейтами Torque-Master, придерживаются несколько иного подхода. Они по-прежнему управляют вестгейтом, как обычно (с наддувом), но используют гораздо более жесткую пружину и больший поршень привода, чтобы держать ворота закрытыми. «Парни, соревнующиеся, не должны беспокоиться о том, что фильтры засорятся или прогорят уплотнения на трассе. Мы использовали то, чему научились в нашем OEM-бизнесе и с нашими автомобилями для соревнований, чтобы разработать монстра с вестгейтом», — говорит Реджи Винн, менеджер по внутренним продажам в Turbonetics.«Эти ворота предназначены для приложений с высоким наддувом. Все детали намного крупнее и прочнее стандартных ворот. В результате увеличенный размер упрощает точную настройку ворот», — продолжил Винн. Благодаря увеличенному размеру привода заслонка закрывается (F b ) при том же давлении наддува, прикладываемая большей силой, чем стандартный внешний вестгейт. Это означает, что съемники салазок могут использовать давление наддува для регулировки вестгейта и при этом достигать приличного давления привода выше давления наддува, чтобы оставаться на вершине турбонаддува.

    Итак, вот оно, – объяснил Вестгейтс. Оставайтесь с нами, пока мы погружаемся глубже во все тонкости Diesel Performance, прямо здесь, на Diesel Army !

    Как работает вестгейт турбокомпрессора

    Что такое вестгейт

    Как работает вестгейт

    Вестгейт — это устройство, встроенное в турбокомпрессор, которое регулирует максимально допустимое давление наддува. Концепция вестгейта несколько проста, если вспомнить, что наддув турбонагнетателя напрямую связан с массовым расходом, давлением и температурой выхлопных газов, когда они проходят через корпус турбины турбокомпрессора.Именно на этом этапе тепловая энергия (потенциальная энергия) выхлопа двигателя преобразуется турбинным колесом в механическую энергию. Если поток выхлопных газов отклоняется таким образом, что он не проходит через турбинное колесо турбонагнетателя, то его потенциальная энергия не преобразуется турбиной. Проще говоря, уменьшение потока выхлопных газов через турбину снижает и/или контролирует давление наддува. В двух словах, вестгейт просто направляет поток выхлопных газов вокруг турбинного колеса прямо в выхлопную трубу, как только достигается заданное давление в коллекторе (давление наддува).

    Схема выхлопа внутреннего вестгейта с клапаном вестгейта в закрытом и открытом положении.
    Обратите внимание, что красные линии показывают концентрацию потока выхлопных газов через корпус турбины и через турбинное колесо.

    Типы вестгейтов

    Есть два типа вестгейтов; внутренний и наружный. Внутренний перепускной клапан встроен в корпус турбины. Внешний вестгейт установлен в выхлопной трубе между выпускным коллектором и входом в корпус турбины.В любом случае для управления перепускным клапаном требуется привод. Когда клапан открыт, поток выхлопных газов отклоняется от своего нормального пути через турбинное колесо и вместо этого выходит прямо в выхлопную трубу.

    Методы управления вестгейтом

    Одним из самых простых способов управления перепускным клапаном является давление во впускном коллекторе (абсолютное давление во впускном коллекторе или MAP). Линия или шланг соединяют впускной коллектор с приводом перепускной заслонки, который по сути представляет собой механическую диафрагму и пружинное устройство.Пружина внутри привода вестгейта удерживает клапан в закрытом положении. Как давление во впускном коллекторе (давление наддува), так и давление в актуаторе перепускной заслонки, прилагающее усилие к диафрагме. Когда усилие, действующее на диафрагму, превышает усилие пружины, вестгейт начинает открываться. Когда давление наддува падает, пружина закрывает вестгейт.

    Другой метод, популярный для двигателей с электронным управлением, использует электрический соленоид для управления положением перепускной заслонки.Например, дизель GM объемом 6,5 л использует вакуум от вакуумного насоса с приводом от двигателя для управления перепускным клапаном. Когда на привод перепускной заслонки подается полный вакуум, он закрывает клапан в корпусе турбины, и выхлопные газы не обходят турбинное колесо. Когда вакуум не подается, выхлопные газы могут обходить турбинное колесо и выходить прямо в водосточную трубу. Привод с электронным управлением постоянно настраивается для поддержания пикового давления наддува и предотвращения подачи турбонагнетателем избыточного давления в коллекторе и/или превышения скорости под нагрузкой.

    Более современная реализация управления вестгейтом – с помощью электропривода; это становится все более популярным на двигателях с турбонаддувом. Вместо того, чтобы полагаться на давление в коллекторе или источник вакуума, эти вестгейты оснащены электрическим соленоидом, который управляется непосредственно PCM и регулирует положение клапана вестгейта.

    Перепускной клапан в выпускном отверстии корпуса турбины турбокомпрессора Garrett GTP38
    (1999.5 — 2003 7.3L Power Stroke)

    Перепускные клапаны и турбокомпрессоры с изменяемой геометрией (VGT)

    Традиционно (за исключением) турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) не требует использования перепускного клапана, поскольку наддув постоянно регулируется положением лопаток в корпусе турбины.Напомним, что VGT физически регулирует эффективный размер корпуса турбины, увеличивая или уменьшая давление выхлопных газов, действующих на колесо турбины. Вместо того, чтобы отводить выхлопные газы вокруг турбинного колеса, VGT просто открывает лопасти, имитируя эффект, аналогичный вестгейту. Когда лопасти закрываются, энергия выхлопа, действующая на турбинное колесо, увеличивается. Этот диапазон движения используется для обеспечения желаемой реакции турбонагнетателя при контроле пикового давления наддува и рабочих характеристик в любых условиях.

    Продувочный клапан

    и вестгейт

    Альтернативой вестгейту является продувочный клапан. Продувочный клапан представляет собой механический клапан, установленный между выпускным отверстием компрессора турбонагнетателя и впускным коллектором (может быть установлен в любом месте впускной системы со стороны нагнетания турбонагнетателя). Как правило, они регулируются и «сбрасывают» избыточное давление в коллекторе, как только турбонаддув достигает откалиброванного значения. Избыточное давление наддува выбрасывается в атмосферу. Как только давление в коллекторе падает ниже максимального значения, клапан по умолчанию переходит в закрытое положение.В отличие от вестгейта, продувочный клапан традиционно используется как предохранительное устройство, а не как средство постоянного контроля давления в коллекторе. Продувочный клапан можно использовать на двигателе с турбонагнетателем с перепускным клапаном в качестве дополнительного средства защиты от избыточного давления в коллекторе.

    Модификации вестгейта для повышения производительности

    В некоторых случаях система перепускного клапана может быть модифицирована для обеспечения более высокого пикового давления в коллекторе (наддува) путем изменения соотношения между положением перепускного клапана и давлением наддува.Проще говоря, более длительное удержание вестгейта в закрытом состоянии позволяет турбонагнетателю создавать больший наддув. Одним из примеров такой модификации является популярная модернизация «J-крюка» для 24-клапанного двигателя Cummins с 2001 по 2002 модельный год. Продукт послепродажного обслуживания имеет более жесткую пружину, чем заводская связь, что увеличивает давление наддува, необходимое для открытия перепускной заслонки. В других случаях шланг привода вестгейта можно модифицировать для сброса давления, так что для работы клапана вестгейта потребуется большее давление в коллекторе.Такие модификации недороги и относительно эффективны с очевидной точкой убывающей отдачи. Следует иметь в виду, что комбинация воздуха и топлива создает мощность, поэтому наиболее заметные приросты будут иметь место, когда будут выполнены модернизации топливной системы для улучшения топливных характеристик двигателя.

    Как работает турбо вестгейт

    Обычный вестгейт с турбокомпрессором может показаться верхом простоты, но высокая производительность может добавить сложности.

    Приводы BigHead в сравнении со стандартными приводами

    Начнем с описания того, что такое турбо вестгейт. Вестгейт — это, по сути, устройство, которое перепускает поток выхлопных газов вокруг секции турбины турбокомпрессора для контроля максимального наддува. Вестгейт обычно управляется приводом давления, который подключен к коллектору давления. Вестгейт обычно закрыт и удерживается в закрытом состоянии пружиной внутри корпуса привода. Когда заданные пределы давления превышены, привод постепенно открывает вестгейт, позволяя потоку выхлопных газов обходить турбину, тем самым регулируя давление наддува в коллекторе.На первый взгляд это звучит как простая предпосылка, и на самом деле вестгейт — это простое устройство. Проблема возникает из-за давления в выхлопной системе, называемого давлением на входе в турбину, которое может воздействовать на клапан, подавляя пружину в приводе и заставляя вестгейт открываться при более низких, чем предполагалось, уровнях наддува.

    Оригинальные приводы перепускной заслонки турбонагнетателя выбираются или проектируются для определенного уровня наддува и давления на входе в турбину. Чтобы снизить затраты, такие приводы обычно достаточно велики, чтобы выполнять работу на уровнях повышения акций.Если наддув турбокомпрессора увеличивается для дополнительного воздушного потока и производительности, стандартный привод перепускной заслонки часто не может удерживать перепускную заслонку полностью закрытой до тех пор, пока не будет достигнут более высокий уровень наддува. Это происходит потому, что давление на входе в турбину также увеличивается с ростом давления наддува. Исправление состоит в том, чтобы использовать большую пружину в приводе перепускной заслонки, чтобы удерживать ее закрытой до достижения желаемого пикового наддува, однако для этого также требуется большая диафрагма привода, чтобы перекрыть более тяжелую пружину при достижении желаемого уровня наддува.Вот почему Бэнкс создал привод Big Head, который используется во многих его дизельных силовых установках.

    Чистый эффект заключается в том, что турбокомпрессор быстрее достигает пикового наддува, а затем поддерживает этот уровень наддува во всем диапазоне оборотов двигателя для оптимального крутящего момента в среднем диапазоне и максимальной производительности. Это еще один пример инженерного опыта, который вы получаете от Gale Banks Engineering. Мы делаем это правильно.

    Чтобы ознакомиться с дизельными силовыми установками Banks с приводом Big Head, нажмите здесь »

    Performance Under Pressure Turbos преобразуют выхлопные газы в мощность

    Воздух — замечательная вещь.Хотя это в основном незаметно, это источник, который поддерживает жизнь и влияет на все, с чем он вступает в контакт. И, как говорится: если что-то хорошо, значит, есть еще лучше.

    Это определенно относится к дизельным двигателям.

    Таким образом, хитрость заключается в том, чтобы наполнить цилиндр большим количеством воздуха, чтобы он мог творить чудеса с небольшим количеством дизельного топлива. Теперь это оказывает некоторое давление на производительность.

    В основном, процесс работы двигателя внутреннего сгорания прост: воздух и топливо сжимаются в цилиндре внутреннего сгорания, где выделение тепла от сжатия создает взрыв, который отправляет поршни вниз, вращая коленчатый вал, который одновременно толкает другой поршень вверх, сжимая воздух и топливо и начинаем процесс сначала.Чем больше воздуха и топлива вы можете наполнить цилиндр, тем сильнее удар, тем быстрее вращение и тем больше вырабатывается мощность.

    Во время этого процесса внутри двигателя внутреннего сгорания происходят другие процессы. Одним из таких мероприятий является удаление отработавших газов и воздуха через выхлоп.

    За прошедшие годы инженеры нашли способы использования процесса удаления выхлопных газов для повышения мощности и производительности двигателя. Самая популярная концепция заключалась в том, чтобы использовать поток выхлопного воздуха для вращения турбины, которая приводит в действие компрессор, который нагнетает больше воздуха обратно в исходный процесс воздушно-топливной смеси.Таким образом, создание турбокомпрессора.

    Ваш базовый турбокомпрессор состоит из впускного отверстия, подающего выхлопные газы в корпус турбины, который вращает колесо турбины, позволяя выхлопным газам выходить из выхлопной трубы. Турбинное колесо прикреплено к основному валу, который прикреплен к компрессорному колесу внутри корпуса компрессора. Он имеет воздухозаборник, который всасывает свежий воздух, сжимает его и направляет в воздухоохладитель. (Сжатый воздух нагревается по своей природе. Охлаждая его перед подачей в двигатель внутреннего сгорания, вы снижаете температуру двигателя, что очень хорошо.)

    Поскольку в двигатель поступает больше воздуха, вы можете увеличить подачу топлива, тем самым создав более сильный удар.

    Чтобы понять процесс и преимущества создания небольшого количества воздуха под давлением, мы связались с Крейгом Гиббсом (Craig Gibbs), менеджером по техническим приложениям на независимом рынке послепродажного обслуживания Honeywell Garrett, чтобы получить его представление о процессе максимального увеличения давления воздуха, расхода и эффективности для повышения производительности дизельный двигатель через турбокомпрессоры.

    Гиббс говорит, что процесс разработки наиболее эффективного турбокомпрессора очень сложен и требует большого количества испытаний.Не существует волшебной формулы для размера, веса и количества лопастей на турбине. «Нам бы хотелось, — говорит Гиббс. «Это значительно облегчило бы нашу работу как инженеров».

    Он объясняет, что аэродинамическая эффективность постоянно сочетается с механическими свойствами конструкции колеса, включая прочность лопасти, особенно когда продукт применяется в тяжелых условиях, таких как высокие рабочие циклы, высокие циклические рабочие условия (высота, остановка и резкое ускорение). рабочие циклы, такие как транзитный автобус) или экстремальные скорости.

    «Идет постоянная борьба за обеспечение наиболее эффективной аэродинамики и хорошего отклика, но при этом чего-то достаточно прочного, чтобы выдержать требования приложения», — говорит Гиббс. «Теоретически более тяжелое колесо будет менее отзывчивым из-за инерции колеса. На вес могут влиять общий размер колеса, размер центральной втулки, количество лопастей, толщина лопасти, тип материала (применяется как к колесам компрессора, так и к колесам турбины)».

    Гиббс говорит, что легкие материалы для колес (например, керамика) до сих пор не пользовались успехом из-за проблем с долговечностью.Они не устойчивы к посторонним предметам, проходящим через выхлоп, в отличие от стального колеса.

    Даже размер турбины влияет на производительность турбонагнетателя. Меньшая и легкая турбина обеспечивает меньшее отставание, а большая и тяжелая турбина обеспечивает лучший наддув. Итак, каков оптимальный баланс турборазмера?

    «Одним из способов решения этой проблемы инженерами Honeywell стала разработка запатентованной турбины с регулируемым соплом (VNT)», — объясняет Гиббс. «Производя турбокомпрессор с регулируемыми лопастями, вы получаете лучшее из обоих миров.Турбокомпрессоры с регулируемыми лопастями способны обеспечить широкий диапазон расхода с высоким наддувом (при необходимости) при минимальной задержке».

    Турбокомпрессоры

    VNT в настоящее время используются в двигателях малой грузоподъемности, таких как двигатели GM 6,6 л Duramax.

    Давление наддува и расход воздуха определяются энергией вращающейся турбины и ее связью с компрессором. «Каждый размер колеса имеет свои собственные требования к мощности, и это зависит от того, на каком уровне наддува вы работаете», — объясняет Гиббс.«Требуется широкий диапазон мощности».

    Речь идет о базовой конструкции дизельного двигателя.

    «Большинство конструкций двигателей имеют ограничения по давлению в цилиндрах, и система автомобиля будет иметь ограниченную охлаждающую способность», — объясняет он. «Конструкция ядра двигателя и возможности его системы определяют уровни наддува».

    Гиббс говорит, что концепция согласования колеса компрессора с колесом турбины, как правило, заключается в поиске оптимального баланса производительности воздушного потока и скорости вращения колеса.«Корпуса спроектированы так, чтобы быть оптимизированными для определенного семейства колес, и между размерами двух торцевых корпусов нет никакой зависимости», — говорит он. «Это отдельные элементы, разработанные специально для колеса, с которым они соединены».

    Ограничение потока воздуха

    Поскольку турбина может ограничивать поток выхлопных газов, двигатель может немного нарушить способность выбрасывать отработавшие газы. Однако прирост мощности от этого процесса намного превышает любой негативный эффект, который он может оказать на воздушный поток.

    «Выхлопные газы двигателя, проходящие через турбину турбокомпрессора, генерируют мощность, необходимую для вращения компрессора турбокомпрессора», — объясняет Гиббс. «Сжатый воздух, поступающий в двигатель, увеличивает мощность двигателя. По сути, общая мощность двигателя увеличивается».

    Для повышения эффективности этого процесса в турбокомпрессорах Garrett GT используются картриджи с двойными шарикоподшипниками, которые, как было показано, значительно улучшают отклик при раскручивании со значительным снижением потерь на трение, повышенной грузоподъемностью упорного подшипника и более высокой долговечностью (см. Турбокомпрессоры 2008 Каталог для подробной информации).

    Гиббс также указывает на новые конструкции лопаток компрессора и турбинного колеса, которые повысили общую эффективность обеих сторон турбонагнетателя, в результате чего двигатели быстрее раскручиваются и им не приходится так усердно работать при тех же уровнях наддува. Кроме того, отдельные задние пластины позволяют пользователю модернизировать компрессор без замены центрального корпуса.

    Процесс преобразования выхлопных газов в турбодинамические характеристики имеет тенденцию генерировать больше выхлопных газов, чем требуется для вращения турбины.Одной из функций вестгейта является уравновешивание необходимого и избыточного при прохождении выхлопных газов.

    «Вестгейт позволяет настроить турбокомпрессор таким образом, чтобы обеспечить более низкий наддув двигателя без чрезмерного наддува двигателя на высоких оборотах», — говорит Гиббс. «По сути, это средство контроля давления наддува».

    Для снижения температуры сжатого воздуха используются промежуточные охладители.

    «Интеркулер снижает температуру нагнетаемого воздуха и эффективно увеличивает плотность воздуха, поступающего в двигатель, увеличивая потенциальную мощность», — объясняет Гиббс.

    Инженеры Honeywell изучили каждый аспект турбокомпрессора, стремясь создать более эффективную мощность, включая конструкцию главного вала. Вместо того, чтобы придерживаться стандартной технологии «подшипник скольжения»_, основанной на смазке маслом и облегчении вращения вала, компания Garrett разработала картриджи шарикоподшипников в системе с одной втулкой, которая содержит набор радиально-упорных шарикоподшипников на обоих концах. Это не только улучшает реакцию системы, которая преобразуется в мгновенную мощность, но и уменьшает количество масла, необходимого для обеспечения надлежащей смазки системы, тем самым снижая вероятность утечки через уплотнение.

    Максимальные допуски подшипниковой системы проверены на динамическую стабильность ротора за пределами максимальных рабочих скоростей турбонагнетателя, чтобы обеспечить его долговечность в течение всего срока службы турбонагнетателя.

    Разогрев вещей

    Еще одна область, на исследования которой инженеры Honeywell потратили значительное количество времени, связана с отрицательными эффектами поглощения тепла, когда горячий объект имеет тенденцию продолжать излучать тепло после выключения двигателя (и процесса охлаждения).

    «Несколько лет назад инженеры Honeywell решили проблему обратного коксования при нагревании при высоких температурах, создав и применив корпуса с водяным охлаждением, — объясняет Гиббс.«Например, этот тип продукта обычно используется в легковых автомобилях и легких грузовиках, где могут быть очень высокие температуры под капотом. Корпуса позволяют воде обтекать подшипники, что позволяет контролировать рабочую температуру. Даже после того, как двигатель выключена, вода будет продолжать откачивать тепло через корпус подшипника и поглощать тепло от турбины до тех пор, пока она не остынет».

    Различные приложения

    Технология

    Turbo значительно улучшила характеристики двигателей внутреннего сгорания.Фактически это привело к уменьшению объема двигателя при одновременном улучшении его характеристик.

    «Существуют некоторые различия в требованиях между этими классами двигателей и, следовательно, в требованиях к конструкции турбокомпрессора», — объясняет Гиббс. «Одним из примеров является требование диапазона расхода высокоскоростного двигателя легкого грузовика, включающего рециркуляцию выхлопных газов, что создает серьезную проблему для конструкции диапазона расхода турбонагнетателя по сравнению с низкоскоростным двигателем большой мощности, требующим высокого наддува для максимальной мощности.Решения с турбокомпрессором имеют совершенно другую конструкцию».

    По словам Гиббса, в компании Honeywell работает команда из более чем 500 инженеров по всему миру, стремящаяся к дальнейшему развитию турботехнологий.

    Гиббс говорит, что Соединенные Штаты в настоящее время являются лидером в области дизельных турбокомпрессоров из-за наших строгих стандартов выбросов и технологий, которые должны быть разработаны в ответ на потребности клиентов.

    Из-за большого диапазона требований к выбросам на мировых рынках существует большое разнообразие.«Например, странам третьего мира разрешено работать с гораздо более высоким процентом старых конструкций, тогда как требования США являются одними из самых строгих и требуют постоянных изменений в технологиях», — объясняет Гиббс. «Следующая важная веха в области норм выбросов произойдет в 2010 году, и в ответ на это инженеры Honeywell усердно работали над разработкой новых технологий дизельных турбокомпрессоров».

    Гиббс говорит, что постоянно растущие стандарты продолжают подталкивать к инновациям в технологиях.«Стандарты выбросов во всем мире, без сомнения, являются движущей силой номер один в технологиях. И это не только западное явление. Например, Китай недавно объявил о введении стандартов выбросов для большегрузных автомобилей».

    Как работает вестгейт на дизельном двигателе с турбонаддувом?

    Ранее мы много говорили о турбокомпрессорах, о том, как они работают, о проблемах, которые могут возникнуть с ними, и о том, зачем они вам нужны. Но сейчас мы сосредоточимся на другом аспекте турбокомпрессоров: на вестгейте.

    Мы получаем много вопросов о вестгейтах. Вы, наверное, слышали этот термин раньше, и теперь пришло время выяснить, что он на самом деле делает для вашего дизельного двигателя! Мы рассмотрим, почему это важно, и проблемы, которые могут возникнуть при изменении вестгейта.

    Посмотрите наше видео, чтобы поближе познакомиться с вестгейтами:

     

     

    Хотите купить новую турбину для своего дизельного двигателя? Наши сертифицированные технические специалисты ASE помогут вам подобрать подходящие детали для вашего двигателя!

    Позвоните нам!

     

    Как работают турбокомпрессоры

    Как мы обсуждали в разделе «Как работают турбокомпрессоры дизельных двигателей», ваш турбонагнетатель повышает мощность вашего дизельного двигателя.Это достигается за счет использования выхлопных газов двигателя.

    Выхлопные газы проходят через турбину и вызывают вращение компонентов. Воздух всасывается и сжимается в воздух высокого давления и высокой температуры, который затем нагнетается через выпускное отверстие.

    Используя эти выхлопные газы, турбонагнетатель подает больше воздуха в процесс сгорания, что увеличивает мощность двигателя. В свою очередь, это увеличивает мощность вашего двигателя без необходимости увеличения размера.Это также повышает общую эффективность вашего двигателя, так что это двойная победа для вас!

     

    Как работает перепускной клапан в дизельном двигателе

     

     

    Итак, теперь подробно о том, как работает вестгейт в вашем дизельном турбо. Вестгейт будет представлять собой пневматический привод, прикрепленный к корпусу выхлопной трубы. У него есть линия, идущая к корпусу компрессора, которая измеряет давление наддува.

    По мере повышения давления наддува давление в чувствительной линии увеличивается и давит на пружины, преодолевая давление этой пружины.Он открывает клапан внутри корпуса выхлопа, который позволяет части выхлопных газов обходить турбинное колесо. (Турбинное колесо — это то, что вращается вашим выпускным коллектором.)

    Таким образом, по сути, это создает утечку, чтобы замедлить работу турбокомпрессора.

    Турбина с вестгейтом великолепна, потому что у нее есть корпус на стороне выпуска, который быстро раскручивает эту турбину, но на высоких оборотах, когда она вращается быстро, это слишком много для колеса компрессора. Итак, нам нужен вестгейт для управления скоростью турбонагнетателя.

     

    Калибровка дизельного турбонаддува

    Вестгейты откалиброваны по давлению. Это давление определяется производителем турбины. Они знают, что при определенном давлении турбина движется с определенной скоростью. Если вы превысите скорость турбонагнетателя, скорее всего, колесо компрессора не сможет справиться с этим, и оно разорвется.

     

    Перекручивание шланга турборегулятора

     

     

    У нас много турбин, где мы видим парней, которые взяли тиски и пережали шланг вестгейта, или использовали стяжку и перегнули его.

    Да, это повысит давление, но вы рискуете взорвать турбину из-за превышения скорости. Он просто не предназначен для этого. Это риск, на который вы действительно хотите пойти?

     

    Другие проблемы с турбонаддувом дизельного двигателя

    Как вы, наверное, знаете, не только вестгейты могут вызвать проблемы в вашем турбокомпрессоре. Среди прочего, вы также можете столкнуться с:

    • Засоренный воздушный фильтр
    • Чрезмерное давление в картере
    • Сужение линии слива
    • Неисправность уплотнений направляющих клапанов или поршневых колец
    • Чрезмерное давление в картере
    • Поврежденное колесо компрессора
    • Поврежденное колесо турбины
    • Выход из строя подшипника турбины

    Это не исчерпывающий список сбоев турбонагнетателя, но он включает некоторые распространенные проблемы, с которыми вы можете столкнуться.Для получения более подробной информации об этом см. Общие проблемы и сбои Turbo. Часто проблема с турбонаддувом вызвана неисправностью где-то еще в вашем двигателе. Важно диагностировать эту более серьезную проблему, чтобы предотвратить выход из строя вашего нового турбокомпрессора.

    Если вас беспокоят неисправности турбонагнетателя, прочтите нашу статью о том, как сохранить работоспособность турбонагнетателя, чтобы узнать, что можно сделать, чтобы предотвратить проблемы.

     

    В целом, ваш вестгейт предназначен для правильной работы турбонагнетателя.Он замедляет работу турбокомпрессора, чтобы предотвратить его слишком быстрое вращение, что может привести к сбою. Так что не сбрасывайте со счетов важность этого компонента в вашем дизельном двигателе!

    У вас есть дополнительные вопросы о вестгейтах с турбонаддувом или вам нужна помощь с запчастями для вашего дизельного двигателя? У нас есть сертифицированные специалисты ASE, которые могут помочь! Позвоните нам по телефону 844-304-7688 или запросите расценки онлайн!

    .

    alexxlab

    E-mail : alexxlab@gmail.com

    Submit A Comment

    Must be fill required * marked fields.

    :*
    :*