Турбонаддув дизелей: особенности работы и рекомендации по эксплуатации

Из этого материала вы узнаете:

Строение и назначение системы турбонаддува

Турбонаддув дизелей имеет двухсоставную структуру, в которую входят турбина и турбокомпрессор. Первая отвечает за образование энергии из отработанного газа, а компрессор нужен для подачи в рабочие полости цилиндров многократно сжатого воздуха.

Строение и назначение системы турбонаддува

Основные же детали этой системы – два лопастных колеса, так называемые «крыльчатки», турбинное и компрессорное. Турбокомпрессор – техническое устройство-насос для перемещения воздуха, который приводится в действие посредством вращения ротора турбины. Главная задача его работы состоит в нагнетании сжатого под давлением воздуха в цилиндры.

В чем заключается функция турбонаддува? Количество сжигаемой дизелем солярки зависит от поступления воздуха в камеру сгорания – чем его больше, тем больше солярки уйдет за определенное время. В результате мощность мотора увеличивается без необходимости наращивания объема цилиндра.

Структура системы турбонаддува дизеля:

• корпус компрессора;
• компрессорное колесо;
• вал ротора или ось;
• корпус турбины;
• турбинное колесо;
• корпус подшипников.

Главная деталь турбонаддува – ротор, который закреплен на специальной оси и помещен в корпус из жаропрочного металла. И ротор, и корпус должны быть изготовлены именно из данного металлопроката, который защищает детали во время их контакта с раскаленным газом. Особенно важно учитывать то, что контакт происходит беспрерывно, а газ имеет крайне высокую температуру.

Крыльчатка и ось турбины вращаются в противоположном друг от друга направлении с чрезвычайно высокой скоростью. Такое движение обеспечивает плотный прижим элементов. Поток отработанного газа входит в выпускной коллектор, откуда попадает в определенный канал внутри корпуса турбонагнетателя, форма которого напоминает панцирь улитки. После прохождения «улитки» отработанный газ с большим разгоном подается на ротор. Таким образом совершается поступательное вращение турбины.

Ось турбонагнетателя закреплена подшипниками скольжения, а смазывание происходит за счет подачи масла из моторного отсека. Излишнюю протечку масла сдерживают уплотнительные кольца и прокладки. Они также удерживают прорывы и смешивания воздуха и отработанного газа.

Процесс работы турбины дизельного двигателя

Опишем такой процесс, как турбонаддув в дизелях. Отметим, что мощность и производительность двигателя зависит от нескольких показателей. В их числе рабочий объем цилиндров, величина подаваемой воздушно-топливной смеси, эффективность сгорания, энергетические возможности топлива.

Исходя из этого, можно сделать следующий вывод: чем больше сжигается горючего за определенный отрезок времени, тем большее количество воздуха возможно поместить в мотор. Его нужно помещать воздействуя извне, так как сам элемент не способен забирать избыточное количество сжатого воздуха, он на это не настроен.

Для чего применяют турбонаддув дизеля?

Назначение турбонаддува заключается в наращивании подачи воздушно-топливной смеси в камеры сгорания. Накопление обеспечивается нагнетанием сжатого воздуха в цилиндры под перманентным давлением, которое происходит по причине преобразования энергии отработанного газа. То есть бросовая и утерянная энергия превращается в полезную. В финале работы поток газов выводится через систему турбокомпрессора в выхлопную трубу и далее – в окружающую среду.

Процесс вывода газа производит раскручивание «крыльчатки», одного из колес турбины. Снабженный специальными лопастями, он приобретает частоту раскручивания до 150 тысяч оборотов за 60 секунд. На том же валу, вместе с крыльчаткой, закреплены лопасти компрессора. Именно они нагнетают сжатый воздух в цилиндры двигателя. Сила, выработанная в процессе трансформации выхлопного газа в энергию, значительно повышает показатели давления воздуха. Вследствие чего и появляется возможность усиленной подачи топлива в рабочие полости цилиндров за то же время. Как итог, существенное увеличение мощности и КПД двигателя.

Для чего применяют турбонаддув дизеля

Строение турбосистемы состоит из двух лопастей, так называемых «крыльчаток», которые вместе закреплены на приводном валу и находятся в отдельных герметичных камерах на отдалении друг от друга. Механизм их работы заключается в том, что одна из крыльчаток непрерывно вращается от воздействия поступающих на ее лопасти выхлопных газов. Другая же вращается по инерции и захватывает атмосферный воздух, подавая его в сжатом виде в цилиндры двигателя.

Интеркулер и клапаны в составе системы турбонаддува

Для конструирования производительного турбокомпрессора инженерам потребовалось много лет экспериментов, чтобы применить теоретические знания на практике. Казалось бы, нет ничего сложного в том, чтобы вернуть потерянный коэффициент полезного действия и преобразовать энергию отработанного газа в повышение мощности двигателя. Но оптимального пути не находилось.

Ученым не удавалось преодолеть явление, которое получило название «турбояма» (turbolag). Увеличение оборотов мотора при нажатии на акселератор происходило через большую паузу. Постепенно, а не сразу, как того хотели исследователи, протекали и процессы роста давления выхлопных газов, раскрутки турбины и загонки сжатого воздуха.

В ходе многочисленных попыток с сопротивлением удалось справиться, применив два дополнительных клапана. Один из них пропускал ненужный воздух в компрессор из двигательного коллектора через трубопровод. Второй – служил для пропускания отработанного газа. Конечно, строение современной турбины отличается от классических моделей, которые были спроектированы в начале 20 века. Также в современных турбинах можно менять геометрию лопаток под конкретные нужды.

Еще одна проблема, которая требовала решения в процессе развития технологии дизельных турбин, заключалась в опасности избыточной детонации. Детонация могла сработать из-за резкого увеличения температуры в рабочих цилиндрах при нагнетании дополнительной массы сжатого воздуха. Такое могло произойти на завершающей стадии работы двигателя. Выходом из положения стал промежуточный охладитель наддувочного воздуха – интеркулер.

Интеркулер и клапаны в составе системы турбонаддува

Интеркулер – один из элементов системы агрегатного наддува, который охлаждает наддувочный воздух, тем самым повышая его плотность. Он выполняет две важные задачи: уменьшает возможности детонирования и не дает снижать плотность воздуха. Чем она выше, тем эффективнее работает вся система.

Элементы в структуре двигателя дизель турбонаддува:

• регулировочный клапан необходим для поддержания оптимального давления в системе, в том числе для сброса давления в приемную трубу;
• перепускной клапан действует как отвод наддувочного воздуха до турбины через впускные патрубки, а также при необходимости снижения мощностей как перекрытие дроссельной заслонки;
• «стравливающий» клапан предусмотрен в случае закрытия дросселя для стравливания наддувочного воздуха в атмосферу;
• выпускной коллектор, совмещенный с турбокомпрессором;
• воздушные герметичные патрубки подают воздух;
• масляные патрубки служат для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Признаки и причины неисправности турбины

Предпосылкой к большому числу поломок является несвоевременное техническое обслуживание механизма. Отметим, что техобслуживание обязательно нужно проводить каждый год. К другим неисправностям может привести низкое качество моторного масла для дизеля с турбонаддувом, а также несвоевременная его замена. Еще одним поводом к повреждению устройства может стать попадание внутрь посторонних твердых предметов, камней. Наконец, у каждого оборудования есть ограниченный срок эксплуатации, и некоторые структуры могут выходить из строя раньше и изнашиваться быстрее.

Далее расскажем о признаках, которые будут указывать на сбои в работе:

• Дым неестественного цвета из выхлопной трубы. Черный оттенок скажет о том, что топливо сгорает в системе охлаждения или в нагнетающей магистрали. Причиной этого может быть неисправность всей системы управления.
• Сизый дым может образовываться при попадании масла в камеру сгорания вследствие нарушения герметичности турбины.
• Белый – указывает на загрязнение сливного маслопровода.
• Увеличение расхода топлива или масла. При повышенном расходе топлива воздух не доходит до компрессора. Если стало тратиться больше масла, то стоит проверить стыки патрубков, в которых может быть сорвана герметичность.
• Уменьшение динамики разгона может случиться при недостатке кислорода. В таком случае в первую очередь проверяется система управления.
• Возникновение посторонних шумов, свиста, скрежета. Этому способствует множество причин: изменение зазора ротора, дефекты в корпусе, загрязнение маслопровода, утечки воздуха между двигателем и турбиной.

Рекомендации по эксплуатации турбонаддува дизелей

Простые правила эксплуатации и техника безопасности сильно снижают вероятность появления нарушений. Чтобы продлить срок службы двигателя дизель турбонаддува, стоит внимательно исполнять следующий регламент использования:

• следить за качеством топлива, моторного масла;
• осуществлять своевременную замену фильтров, масла;
• прогревать двигатель перед началом работы;
• в конце работы давать мотору работать вхолостую, чтобы плавно остановить движение.

Обязательно регулярное техническое обслуживание.

Часто задаваемые вопросы о турбонаддуве дизелей

Что представляет собой помпаж турбины дизелей?

Помпаж турбины – разновидность неисправности турбонаддува, при котором появляется пульсационное давление, создающее ударную нагрузку и оказывающее неблагоприятное воздействие на лопатки крыльчатки.

Что представляет собой помпаж турбины дизелей

Такая турбина не подлежит эксплуатации, так как со временем поломка может привести к деформации и разрушению других деталей, например, всасывающего тракта и воздушной крыльчатки. В связи с поломкой образуется дополнительная вибрация, отрицательно влияющая на двигатель в целом и турбину в частности.

Что делать при поломке турбины?

При обнаружении неисправности важно провести полную диагностику для проверки состояния механизма. Вовремя замеченная неисправная деталь спасет от более серьезных изъянов. Приведем пример. Часто автовладелец не обращает внимания на странное постукивание, не придает должного значения, списывая на случайность. Если допустить осложнение, то взамен небольшой быстрой починки придется потратиться на новую турбину.

В чем общие минусы турбины на дизельном двигателе?

Во-первых, это увеличенный расход топлива, особенно если устройство неверно отрегулировано. Во-вторых, чувствительность к качеству топлива (в нашей стране можно часто наткнуться на низкое качество масла моторного для дизеля с турбонаддувом). Важно понимать, что некачественная солярка может привести к детонации.

Общие минусы турбины на дизельном двигателе

Есть и другие недостатки:

• высокие требования к моторному маслу;
• частая замена масла и фильтров;
• регулярная замена воздушного фильтра;
• в связи с этим наблюдается общее удорожание двигателя;
• из-за высокой температуры выхлопа ресурс дизельной турбины значительно ниже такой же, но на бензине;
• замена или хотя бы капитальный ремонт требуются после каждых 250 тысяч км;
• сложный ремонт, который невозможно произвести самостоятельно без соответствующих навыков.

Несмотря на это, дизельные турбины пользуются большой популярностью среди профессионалов, отсюда мы можем сделать вывод, что преимущества все же побеждают какие-либо недостатки.

Турбонаддув можно отнести к ценным системам машинной техники, но ему неизбежно надлежит уделять большое внимание. При таком подходе система прослужит долго и принесет много пользы.