Давление турбины дизеля: каким должно быть и на что влияет

Из этого материала вы узнаете:

Конструкция и принцип работы турбины дизеля

Устройство включает в себя 2 основных элемента: компрессор и турбину. Последняя используется для преобразования энергии выхлопных газов в сжатый воздух, а первый подает этот воздух к цилиндрам. Также в систему входят крыльчатки – турбинное и компрессорное лопастные колеса.

По существу, компрессор нужен только для подачи сжатого воздуха в цилиндр двигателя. Сгорание топливной смеси происходит под воздействием кислорода, и чем его объем значимее, тем больше ее можно сжечь. В итоге это приводит к повышению мощности мотора без увеличения его рабочего объема и числа цилиндров.

Устройство турбонаддува включает в себя несколько элементов.

• корпус компрессора;
• каркас турбины;
• корпус подшипников;
• компрессорная крыльчатка;
• вал ротора;
• турбинная крыльчатка.

В турбонаддуве основным устройством является ротор. Он фиксируется на оси и закрывается жаропрочным корпусом. Ротор изготавливается из таких же сплавов, поскольку обе эти детали испытывают постоянное воздействие высоких температур. За счёт вращения ротора и крыльчатки в противоположных направлениях обеспечивается их плотное прижатие друг к другу.

Конструкция и принцип работы турбины дизеля

Последовательность работы данного механизма следующая:

• Сгоревшие выхлопные газы попадают в выпускной коллектор.
• Газ подаётся в нагнетатель, который имеет форму улитки и установлен в своем корпусе.
• В нем скорость движения газа увеличивается, после чего смесь попадает на ротор.

В результате турбина начинает вращаться. Ось турбонагнетателя при этом фиксируется на подшипниках скольжения и смазывается маслом, поступающим от двигателя. Уплотнительные кольца и прокладки препятствуют протечке последнего. Отработанные газы также повышают герметичность благодаря повышенному давлению в системе. Это не исключает полностью возможности попадания выхлопа в сжатый воздух, но небольшое его присутствие не критично.

Может показаться, что принцип работы турбины достаточно прост, и реализовать его на практике не составляет проблемы. Однако в действительности этот агрегат осень сложен, и его разработка заняла у инженеров много лет, а первые модели механизмов не всегда работали стабильно.

Много времени потребовалось на решение проблемы турбины: возникала задержка в промежутке от нажатия на педаль газа и до включения ротора. Этот стопор удалось устранить благодаря использованию двух клапанов. Первый обеспечивал удаление лишнего воздуха, второй использовался для выхлопных газов. Еще в современных устройствах значимо изменена форма лопастей, благодаря этому их возможности очень повысились по сравнению с прототипами XIX в.

Еще одна сложная проблема, с которой столкнулись и инженеры при проектировании турбины – излишняя детонация, возникавшая в момент поступления дополнительного воздуха. Температура в рабочей зоне цилиндров при этом резко возрастала, особенно при заключительном такте движения поршня. И давление в турбине дизеля резко увеличивалось. Решением вопроса стало применение интеркулера – промежуточного устройства, охлаждающего воздух. Он позволяет выполнить сразу две задачи: исключает детонацию и поддерживает плотность газа. В результате внедрения механизма стабильность работы турбин значительно повысилась.

Обратим внимание еще на некоторые особенности конструкции турбины:

• Регулировочный клапан. Обеспечивает постоянное давление наддува турбины дизеля, а избыточный напор стравливается в приёмную трубу.
• Перепускной клапан. Обеспечивает отвод лишних объемов воздуха обратно во впускные патрубки. В результате удается снизить избыточную мощность.
• Стравливающий клапан. При закрытом дросселе и отсутствии датчика массового расхода воздуха это устройство обеспечивает отвод избытка этой смеси из турбины.
• Патрубки. Эластичные трубки, которые обеспечивают поступление газа и смазки в турбину.
• Выпускные коллекторы должны мочь работать совместно с используемым компрессором.

Плюсы и минусы турбины дизеля

Турбина имеет плюсы и минусы. Начнем с недочетов. Первой и самый очевидный – повышенное потребление горючего. Особо явно это проявляется при неправильной настройке системы. Также недостатком можно считать чувствительность к качеству топлива – в российских реалиях это даже более актуально. При плохом горючем в моторе возникает детонация, повреждающая двигатель.

Срок службы турбины дизельного мотора меньше, чем бензинового. Это обусловлено более высокой температурой выхлопных газов. Из-за этого ресурс турбины не превышает 200–250 тыс. км, затем нужен капитальный ремонт или замена агрегата. В обоих случаях придется столкнуться со значительными расходами, а без специальных навыков и оборудования выполнить обслуживание своими силами будет практически невозможно.

Однако плюсы использования турбин перевешивают перечисленные проблемы. В первую очередь это рост мощности двигателя на 30 %, который обеспечивается при неизменном рабочем объеме цилиндров. За счет использования для нагнетания воздуха выхлопных газов удаётся и значительно понизить объем выбросов вредных веществ в атмосферу.

Давление турбины дизеля

Давление в турбине характеризуется следующими основными показателями:

• Максимальный показатель. Отражает наибольшее давление турбины дизеля в барах. Чем выше эта величина, тем сильнее мощность разовьет мотор. Максимальное давление зависит не только объема, но и от конструкции турбины.
• Рабочий показатель. Отражает давление, выдаваемое турбиной на стандартных режимах мотора. Оно определяется как порядком работы, так и нагрузкой.
• Давление наддува. Отражает разницу между давлением атмосферного воздуха, и тем, что возникает при работе турбины. При хорошем давлении наддува идет больший приток в цилиндры дополнительного воздуха, что дает полноту сгорания горючего, рост мощности.

Каждая из этих характеристик определяет эффективность работы и мощность этого мотора. Прежде чем на дизель установить турбину, надо внимательно изучить характеристики давления, условия его использования, стандарты эксплуатации и эффективности. Во внутренних моторах с турбонаддувом турбины обеспечивают рост производительности, повышая давление воздуха. Его величина зависит от конструкции и возможностей устройства. Чтобы выяснить, какое давление турбины оптимально для мотора, надо учитывать объем двигателя, нужную мощность, поставленные задачи, условия использования.

Давление турбины дизеля

Повышенное давление вызывает усиленный износ деталей мотора, но недостаточное не обеспечивает ощутимого прироста производительности. Поэтому надо найти оптимальный баланс между негативным воздействием на мотор и получаемым увеличением мощности.

Какое давление турбины дизеля оптимально? Большинство моделей обеспечивают показатель от 0,4 до 1,2 бар. Однако в спортивных автомобилях возможности значительно выше этих пределов. Для расчёта оптимального давления турбины для автомобиля надо принимать во внимание множество факторов, включая износ двигателя и связанных с ним систем. По этой причине даже для машин одной и той же модели в каждом случае рекомендации будут разными.

Признаки неисправностей турбины дизеля и диагностика

На то, что турбина мотора работает со сбоями, указывают следующие проявления:

• Снижение мощности и слабый разгон.
• Обороты двигателя растут с меньшей интенсивностью, чем раньше.
• Голубоватый или сизый дым из выхлопной трубы.
• Запах перегоревшего масла.
• Повышение расхода смазки.
• Нехарактерные звуки из-под капота (свист, вой и т. п.).
• Нестабильное давление турбины дизеля на холостом ходу.

Диагностика работы механизма выполняется в автосервисе. В первую очередь проверяется датчик давления воздуха. Очень часто именно в его работе кроется причина проблем. Для тестирования применяется автомобильный сканер, который помогает определить проблему по коду ошибки. Далее проверяется выхлоп из турбокомпрессора. К нему подключают устройство с манометром и замеряют давление. По результатам делают вывод о качестве работы турбины или неполадках.

Если нет возможности обратиться на СТО по тем или иным причинам, то можно попробовать выполнить диагностику своими силами. Алгоритм следующий:

• Осмотрите турбину и пространство вокруг нее. Дым из трубы не должен быть сизым, голубым.

Белый цвет выхлопных газов позволяет говорить о засорении воздушного канала либо сливного маслопровода. Расход масла при этом обычно растет. Если дым чёрный, это может указывать на утечку в системе поступления воздуха. Сизый цвет указывает на наличие масла в турбине. Поверить это просто. Демонтируйте и осмотрите воздушный фильтр. Если есть потеки масла, это явно говорит о попадании масла в камеру сгорания, что вызывает характерный сизый цвет дыма.

• Прогрейте двигатель, найдите патрубок, ведущий от турбины к впускному коллектору мотора. Затем зажмите его рукой и попросите помощника нажать на педаль газа и держать ее 3–4 секунды. Затем ее надо отпустить. Процедуру повторите несколько раз. На хорошей турбине патрубок должен вздуваться при нажатии на педаль. Если этого нет, то устройство неисправно.
• Осмотрите турбокомпрессор, на нем не должны быть потеки смазки или других технических жидкостей.

Часто задаваемые вопросы о давлении турбины дизеля

Как можно настроить давление в турбине?

Для этого необходимо регулировать выпускной предохранительный клапан, а максимальное давление можно изменить за счет мембраны и пружины соответствующей жесткости.

Как можно повысить давление в турбине дизельного мотора?

Есть несколько вариантов. Первый – использование турбины с большим значением максимального давления. Второй – перекачка воздуха перед его подачей турбиной, что позволит увеличить степень сжатия. В обоих случаях перед внесением любых изменений в конструкцию следует посоветоваться со специалистами.

Что необходимо делать для поддержания постоянного давления турбины?

На этот показатель прямо влияет качество поступающего в нее воздуха, поэтому надо регулярно осматривать и при необходимости заменять воздушный фильтр. Следите, чтобы уровень масла в турбине был оптимальным. При его недостатке возможно повреждение отдельных ее деталей.

Стабильность давления турбины дизеля грузовика зависит от нормальной работы всех узлов, входящим в конструкцию турбонаддува. Рекомендуется регулярно осматривать двигатель и при выявлении признаков неисправности незамедлительно обращаться в автосервис.