Принцип работы турбонаддува дизельного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Каждый автолюбитель знает, как звучит дизельный силовой агрегат в легковом автомобиле. Раньше такие моторы работали довольно громко, плюс к этому источали неприятный запах. Современные дизельные силовые агрегаты более усовершенствованные, они становятся все более мощными, меньше от них неприятных запахов, да и шум не такой уж и громкий. Эволюция дизельных ДВС была стремительной и очевидной, ведь изначально такие моторы ставили исключительно на грузовые автомобили.

Как устроен дизельный силовой агрегат и турбонаддув

Специально для увеличения мощности «дизеля» в свое время был разработан наддув. Необходимо это для потребления мотором большего количества воздуха. Главное преимущество наддува в том, что к «движку» он подает сжатый воздух. Кроме этого в настоящее время имеется несколько технических способов увеличить ресурс дизельной установки. Способы эти направлены на увеличение объема так называемой камеры сгорания, а другие из них направлены на увеличение количества присутствующих цилиндров. В любом случае, независимо от способа появляется один недостаток – повышенный топливный расход. И если необходимо повысить мощность двигателя, но при этом не растрачивать впустую топливо, требуется наддув.

Как уже сообщалось выше, при имеющемся наддуве увеличивается подаваемый воздух, естественно, топлива расходуется больше, но не так критично, как расходовалось бы без наддува. При наддуве возрастает мощность установленного мотора, но его объем ни в коем случае не увеличивается.

Дабы было легче понять, такое понятие, как наддув означает некий процесс, благодаря которому возрастает давление, и уже по этой причине повышается заряд горючего. Данный принцип необходим, чтобы добавить вашему авто мощности, но сэкономить горючее. При правильной работе, ресурс составляет 45-процентов.

Зачастую на современных авто можно встретить турбонаддув. Профессионалы его называют – агрегатный наддув. Образовалось такое название из-за того, что турбина лежит в основе наддува. Такой вид наддува пользуется огромной популярностью, но, тем не менее, активно на смену ему приходит турбина.

Работа турбонаддува осуществляется на основе принципа оптимального использования выхлопных газов. В разы увеличить мощности силового агрегата позволяет энергия, которая образуется в этих газах, притом, что наддув нагнетает давление.

Вам нужно сдать металл? Компания https://punkt-priema-metala.ru/ принимает металл по выгодным ценам, фирма принимает кабеля медные и алюминиевые на вес.

Особенности турбонаддува дизельного мотора

Турбина имеет одну отличительную особенность – не изменяя (увеличивая) объем силовой установки, увеличить мощность. Согласитесь, это очень важный аспект для легковых авто и внедорожников. Известно, что городские автомобили имеют достаточно маленькое подкапотное пространство, и в них невозможно поместить дизельный мотор с большим количеством цилиндров.

Другая отличительная особенность — турбина перерабатывает вредные выхлопные газы в мощность мотора. Как это осуществляется? Когда газы поступают наружу, сначала они попадают на так называемую крыльчатку, и заставляют ее активно вращаться. На этом самом валу, где собственно и располагается крыльчатка, стоит компрессор, который начинает в процессе работы активно нагнетать давление, а оно позволяет увеличить мощность «движка», но минус этого – ресурс работы сокращается.

И наконец, последняя особенность. Она заключается в том, что мощность агрегата возрастает, но не возрастает ресурс оборотов коленвала, поскольку в камеры сгорания поступает больше горючей смеси и повышается давление.

Какие недостатки у турбонаддува?

Да, и у такого, казалось бы, полезного устройства имеются недостатки. Начать стоит с самого большого недостатка – турбина приводит к значительной топливной потере. Выше было указано, что происходит это из-за попадания в камеру сгорания большого количества воздуха, вместе с которым для получения смеси поступает и больше горючего.

Еще один существенный недостаток кроется в том, что во время работы «движка» и соответственно турбины начинает возрастать температура, и ее требуется незамедлительно понизить. Следовательно, требуется дополнительное охлаждение, дабы силовой агрегат не вышел из строя. Естественно потребуется вложить приличную сумму денег, дабы усовершенствовать систему охлаждения.

Как происходит регулировка турбонаддува

Многие автовладельцы, которые турбину ставили своими усилиями, сталкивались с тем, что в процессе эксплуатации мотор авто быстро закипает. Случается это по причине неправильной регулировки клапана турбины, отвечающего за давление в устройстве. Эта проблема не может появиться, если правильно модернизирована система охлаждения. Те, кто пренебрег данной системой, получают перегрев двигателя по 2-ум причинам.

Обязательно необходимо регулировать клапан давления. Во время работы мотор начинает вырабатывать выхлопные газы, а их вбирает в себя турбина для последующего нагнетания, и как результат, повышается давление. При быстрой работе силового агрегата, выделяется больше газов, и турбина начинает еще более усиленно работать, будет это продолжаться ровно до тех пор, пока силовая установка не выйдет из строя из-за повышенного давления.

Как раз, дабы этого не допустить, специалисты разработали специальный перепускной клапан. Его можно устанавливать внутрь турбины, или же снаружи. Если клапан установлен снаружи, то газы вообще не попадают в турбину. Если он установлен внутри, то при его закрытии выхлопные газы выходят из корпуса, при этом в самом устройстве давление не повышается.

Устройство обозначенного нами клапана позволяет вбирать только то количество воздуха, которое необходимо для корректной работы. Клапан закрывается, когда турбина работает. Осуществляется это через небольшое отверстие в клапане, закрывающееся в нужный момент автоматически.

Подведем итоги

Если вы хотите на своем дизельном агрегате эксплуатировать турбину, то помните, что сначала ее требуется отрегулировать, дабы правильной была подача мощности двигателю по специальным каналам. Если ваш автомобиль новый, то на нем все необходимые регулировки должны быть уже проведены. Помнить следует и про недостатки во время эксплуатации, и если автомашина и раньше потребляла много горючего, то и после установки турбонаддува расход топлива будет существенным.

Принцип работы турбины и устройство турбокомпрессора

О достоинствах и возможностях турбонаддува наслышан каждый автолюбитель. При этом многие из тех, кто не ощутил эффекта турбины на практике, все же стремятся установить турбированный двигатель на любимое авто. Чтобы в полной мере понять, стоит ли усиливать мотор, нужно предварительно разобраться, что собой представляет турбина, как устроена и что делает.

Что такое турбина в автомобиле?

Автомобильная турбина – это механический агрегат, предназначенный для повышения производительности мотора. Усиление мощности происходит за счет нагнетания кислорода в цилиндры под давлением. Накачка воздуха улучшает горючесть топлива, что, в свою очередь, позволяет двигателю выдерживать большие нагрузки. Его объем остается неизменным. То есть турбонаддув нужен, чтобы увеличить показатели производительности на 50% и более.

Подсоединенная к двигателю турбина находится в передней части кузова, под капотом. В случае расположения мотора в задней части кузова – турбонаддув также под задним капотом.

Устройство турбокомпрессора

Конструкция турбины для двигателя разработана с целью максимального использования вырабатываемой мотором энергии для увеличения его же мощности. Устройства для бензиновых и дизельных агрегатов состоят из таких элементов:

• Компрессор. Он включает ротор и его защитный корпус. Ротор представляет собой вал, на котором находятся турбинная и компрессорная шины. Каждая их них имеет особые лопасти. Турбинная приходит в движение под воздействием выхлопных газов и отвечает за подачу энергии на компрессорную. Компрессорная, она же воздушный насос, втягивает потоки воздуха внутрь и перенаправляет в цилиндры, повышая его давление на выходе. Работа турбокомпрессора, таким образом, играет ключевую роль.
• Подшипник скольжения. Эта деталь отвечает за исправное функционирование ротора, его беспрепятственное вращение. Именно от нее зависит, будет ли захвачен необходимый объем воздуха.
• Каналы для масла. Они обеспечивают своевременное поступление смазки в зазоры между осью и подшипниками, а также подшипниками и корпусом.
• Корпус конструкции спроектирован таким образом, что внешне турбина выглядит, как улитка. Он выполняет защитную функцию, оберегая внутренние детали от внешних загрязнений и повреждений.

Как работает турбина на бензиновом двигателе?

Принцип действия турбины, которую ставят на бензиновый двигатель, заключается в бесперебойной подаче сжатого воздуха в цилиндры.

Когда мотор заводится, в цилиндрах образуются выхлопные газы. Из выпускного коллектора они проходят в специальный патрубок турбокомпрессора. Двигаясь через корпус турбины, газы набирают скорость. А когда достигают ротора турбины, то своей энергией заставляют его вращаться. Выполнив свою функцию, выхлоп попадает в глушитель через приемную трубу. И уже из него выходят наружу.

Вращение вала ротора заставляет работать турбонагнетатель (компрессор). Движение его лопастей обеспечивает втягивание воздуха, который попадает извне сквозь воздушный фильтр двигателя. Вращение лопастей на подобие центрифуги сжимает воздух. Именно в таком состоянии он попадает в двигатель посредством впускного коллектора.

Как работает турбина на дизельном двигателе

Дизельный двигатель отличается от бензинового тем, что горючее смешивается с воздухом прямо в цилиндре, а не снаружи. Кроме того, конструкция дизеля не предусматривает свечей зажигания – возгорание смеси происходит самопроизвольно, без постороннего воздействия.

Один цикл работы турбины дизельного движка состоит из таких этапов:

• турбонагнетатель втягивает воздушные потоки извне;
• вращение компрессорного кольца системы турбонаддува повышает давление поступающего воздуха;
• интеркулер – приспособление для снижения температуры воздушных масс, который турбина дает двигателю – охлаждает сжатый воздух;
• очищенный фильтром воздух нагнетается в движок при помощи впускного коллектор;
• отработанные за рабочий ход газы выходят посредством выпускного коллектора;
• по мере продвижения к ротору скорость движения выхлопных газов растет;
• выхлоп достигает ротора и ускоряет темп вращения турбинного кольца;
• движение турбины посредством вала влияет на компрессор, заставляет его вращаться, открывая следующий цикл.

Стоит заметить, что ТКР получили больше признания именно в комбинации с дизельными агрегатами. Это объясняется более высоким давлением воздуха и менее горячими отработанными газами, нежели у бензиновых движков. Такие особенности дизелей обусловили высокую эффективность турбоусилителей, а также возможность использования в конструкции материалов без высокой устойчивости к высоким температурам. Тем не менее, для бензинового мотора турбина нужна, если требуется увеличить его выносливость в условиях значительных нагрузок.