Устройство турбины дизельного двигателя

Признаки поломки турбины

Большинство неисправностей автомобильных турбин возникают либо по причине некачественного и несвоевременного обслуживания, либо из-за повышенных нагрузок, приходящихся на систему турбонаддува.

Это подтверждается тем, что автомобили, купленные в салоне и проходящие техническое обслуживание, в регламентируемые, заводом-изготовителем, сроки, очень редко попадают на станции технического обслуживания. А если такое случается, то причиной неисправности является заводской брак данного изделия.

Также бывают ситуации, когда турбокомпрессор выходит из строя не внешних факторов, например: некорректная работа силовой установки.

Исходя из этого, перед установкой нового изделия, необходимо найти и устранить причину, по которой вышел из строя предыдущий турбокомпрессор.

Также помещение, в котором производятся операции по ремонту и техническому обслуживанию элементов турбины должно быть максимально чистым, поскольку любое попадание пыли или грязи на поверхности турбокомпрессора может сказаться на долговечности его службы.

Именно по этой причине автовладельцу стоит задуматься, прежде чем заливать некачественное масло или использовать дешевые фильтры, а также необходимо тщательно подойти к выбору станции технического обслуживания автотранспортного средства.

• Первый признак неисправности турбины: Синий цвет выхлопных газов на прогретом двигателе, когда осуществляется резкий разгон автомобиля. При постоянном количестве оборотов коленчатого вала данное явление не наблюдается. Причиной этому является то, что из-за не герметичности каналов турбокомпрессора, моторное масло сгорает в рабочих полостях цилиндров двигателя.
• Второй признак: Выхлопные газы имеют черный цвет. Происходит это потому, топливовоздушная смесь является слишком обогащённой. Система управления турбокомпрессором дает сбой и наблюдается недостаточное поступление количества кислорода в цилиндры двигателя.
• Третьим признаком неисправности может являться то, что выхлопные газы имеют белый оттенок. Происходит это потому, что засорен сливной маслопровод турбокомпрессора.

Признак четвертый. Внезапное увеличение расхода масла, вплоть до 1 л на 1000 км пробега и попутное наблюдение следов подтеков масла на корпусе турбины, в местах, где соединяются патрубки воздушного тракта. Это может происходить по одной из следующих причин: засорились каналы, по которым подается воздух или сливается масло, а также ось турбокомпрессора может быть закоксована.

Пятым признаком может быть ухудшенная динамика разгона автотранспортного средства по причине недостаточного поступления воздушной смеси в силовой агрегат. Это случается, поскольку система управления компрессором турбины дает сбой либо совсем выходит из строя.

Появления шума или свиста во время работы мотора является шестым признаком неисправности автомобильной турбины. Возникает это, когда нарушена герметизация между компрессорным выходом и силовой установкой.

Высокая скорость движения потоков отработавших газов, попадающие в образовавшиеся отверстия, создает шум в моторном отсеке.

Седьмой признак. Им является появления скрежета во время работы турбокомпрессора на высокой частоте. Этому способствует появившиеся на корпусе турбины трещины или вмятины. При вращении лопастей турбокомпрессора происходит контакт с деформировавшимися поверхностями, происходит нарушение частоты вращения оси, что влечет за собой скорый выход из строя всего агрегата.

Утачка масляной жидкости из турбины является десятым признаком и проявляется она в той стороне, где расположен компрессор турбонагнетателя. Закоксованный корпус, на котором расположена ось турбины, некорректная работа смазочных систем, повреждение компрессора – все эти моменты являются факторами, обеспечивающими появление этого признака неисправности.

И наконец, последний. Он заключается в появлении турбоямы, а также задымлении отсека, в котором располагается силовой агрегат. Байпасный клапан оснащен своим корпусом, в котором со временем могут появиться трещины и потертости. Через них, при запуске двигателя, возможно образование небольшого облака отработавших газов в моторном отсеке автомобиля.

Принцип работы турбокомпрессора и его недостатки

Видео: Принцип работы турбокомпрессора (турбины)

Принцип работы турбонаддува достаточно прост: выхлопные газы поступают в камеру турбинного колеса и заставляет его вращаться. Вращаясь, он чрез ротор приводит в движение турбокомпрессор. Тот в свою очередь засасывает воздух, сжимает его и подает в интеркулер для охлаждения. После прохождения интеркулера воздух под давлением подается во впускной коллектор. Работа наддува контролируется и регулируется регулятором давления, который дозирует количество отработанных газов, поступающих в камеру турбинного колеса. Благодаря этому осуществляется возможность изменения производительности турбонаддува в зависимости от вращения коленчатого вала.

Но такая конструкция имеет один существенный недостаток – при резком открытии дроссельной заслонки турбонаддув не успевает обеспечить необходимое количество воздуха для подачи в цилиндры. Для этого ему требуется определенное время. Выливается это в образование негативного эффекта, который получил название «турбояма». То есть, водитель резко нажимает на педаль газа, рассчитывая резко ускориться, но из-за нехватки воздуха ускорения сразу не происходит. Автомобиль начнет набирать обороты только после того, как наддув обеспечит необходимое количество воздуха. Вслед за «турбоямой» возникает еще один негативный эффект – «турбоподхват». Происходит он после «турбоямы» и сопровождается увеличенным давлением в турбонаддуве из-за интенсивной работы компрессора.

Для решения проблемы появления существует несколько способов. Первый из них – использование комбинированного наддува (состоящего из механического нагнетателя и турбонагнетателя). На начальном этапе при резком нажатии на педаль газа давление в выпускном коллекторе обеспечивает механический нагнетатель, работа которого не зависит от выхлопных газов, после в работу вступает турбонагнетатель, а механический отключается.

Видео: Устройство и неисправности турбины

Вторым способом преодоления «турбоямы» является использование двойного турбонаддува, так называемого «twin-turbo». Двойной турбонаддув обычно применяется на V-образных двигателях.

И третий способ – использование турбонаддува с изменяемой геометрией. В такой турбине воздушный поток оптимизируется за счет изменения площади канала, по которому подается воздух.

Что такое турбированный двигатель

Все двигатели внутреннего сгорания функционируют благодаря энергии, возникшей в результате горения топливовоздушной смеси в камере. Чем больше воздушных масс подаётся в цилиндры, тем больше горючей смеси сжигается за один цикл, от чего напрямую зависит количество выделяемой энергии, воздействующей на поршни. Разница между атмосферными и турбированными типами ДВС в способе подачи воздуха, причём силовые агрегаты, несмотря на конструктивные различия, могут быть как бензиновыми, так и дизельными.

Постоянно ведущиеся работы по совершенствованию моторов показали, что объём больше не служит определяющим фактором мощности, динамики и крутящего момента агрегата. Благодаря оснащению искусственными нагнетателями воздуха, увеличивать габариты двигателя нет необходимости. Поскольку атмосферные ДВС для создания смеси и обеспечения её воспламенения в камере забирают воздух извне естественным способом благодаря разрежению во впускном коллекторе, чтобы улучшить характеристики, приходилось значительно повышать объёмы силовых агрегатов. Используя турбонаддув, базирующийся на использовании энергии отработавших газов, можно добиться высоких показателей при компактных габаритах. Рассмотрим подробнее, что значит турбированный двигатель.

Устройство такого мотора предполагает наличие турбины или механического компрессора. Задача нагнетателя в том, чтобы воздушные массы для образования смеси поставлялись в цилиндры под давлением, что ускоряет процессы сгорания, способствуя повышению крутящего момента и мощности. Первоначально в автомобильной промышленности турбины ставились на дизели и именно благодаря этому дизельные двигатели перестали ассоциироваться с тракторами. Сегодня турбо-моторы, работающие на дизтопливе, есть в комплектации самых современных моделей авто от мировых автогигантов. На бензиновых ДВС использовать системы для принудительного нагнетания воздуха было нецелесообразно ввиду большой стоимости и снижения уровня надёжности. Но теперь, когда турбонаддувные агрегаты перешли на новый виток эволюции, проблема была решена, сейчас моторы с наддувом активно используются и в бензиновых вариантах агрегатов.

Конструктивно мотор с нагнетателем воздуха отличается от привычного атмосферного ДВС, что обеспечивает ему как преимущества в виде повышенных характеристик при компактности и небольшом весе, так и недостатки. Ввиду усложнения конструкции показатели надёжности сильно снижаются, поэтому в неправильных условиях эксплуатации риски поломки существенно возрастают. В отличие от неприхотливых атмосферных двигателей, агрегаты с наддувом требуют к себе повышенного внимания со стороны автовладельца. Если на атмосферник не особо повлияет использование некачественного горючего или масла, то моторы с нагнетателем воздуха в этом плане очень привередливы. Пренебрегать правилами эксплуатации и ухода не стоит, поскольку это может привести к печальным последствиям.

Плюсы и минусы турбонаддува

Неоспоримым достоинством двигателей с турбиной является повышенная мощность. С таким же объемом цилиндров атмосферник будет слабее на 30-50 %, зависит от модели. Однако в автомобилях с турбонаддувом есть и слабые стороны. Разберемся с преимуществами и возможными недостатками подробнее.

Преимущества турбины:

• Небольшие размеры двигателя – турбина дает возможность повысить мощность без увеличения габаритов силового агрегата. К примеру, 2-3-цилиндровый турбодвигатель по мощности сопоставим 4-цилиндровому атмосфернику.
• Экономия топлива – благодаря оптимизации структуры топливно-воздушной смеси и более эффективному процессу горения снижается расход горючего, если сравнивать с обеспечением таких же лошадиных сил на атмосферном моторе.
• Экологичность – в выхлопе машин с турбинами меньше вредных веществ, поскольку в цилиндрах происходит практически 100 % сгорание смеси. С утверждением новых Евро норм выпуск автомобилей с бензиновыми турбодвигателями увеличился на 25 %.
• Низкий уровень шума – во время движения автомобиля нет никаких вибраций. Исправная турбина работает очень тихо.

Недостатки турбины:

• Уменьшение ресурса двигателя – работа в режиме форсирования и повышенного давления провоцирует более быстрый износ деталей и узлов силовой установки.
• Чувствительность к топливу – бензиновые турбодвигатели требуют горючего с высоким октановым числом. Если заливать АИ-92, мотор быстро выйдет из строя.
• Турбины требуют частой замены масла – в смазке нуждается не только двигатель, но и узлы турбины. Поэтому масло быстрее израсходуется и загрязняется. К тому же, использовать нужно только дорогую качественную синтетику. Нарушение регламента замены смазочных материалов приводит к быстрой поломке турбокомпрессора.
• Дорогой ремонт – капремонт мотора необходим на пробеге от 200 тыс. км. Качественно починить двигатель с турбиной смогут не в каждой автомастерской. Чтобы проводить такой ремонт требуются вложения в специализированное оборудование, потому цена не может быть низкой.
• Заморочки с эксплуатацией – нужно правильно заводить авто, нельзя сразу глушить мотор после остановки и т. д.
• Эффект «турбоямы» — при резком нажатии на педаль газа автомобиль слабо реагирует, случаются так называемые провалы. То есть на низких оборотах машине с турбиной резко тронуться проблематично.

Турбины имеют много достоинств, но и минусов предостаточно. Хотя при правильной эксплуатации растраты на ремонт системы наддува будут минимальными. А от эффекта «турбоямы» помогают избавиться турбокомпрессоры с изменяемой геометрией и модели Biturbo/Twin-turbo.

Jrone › Блог › Признаки неисправности турбины и их причины

Как и все остальные агрегаты транспортного средства, турбина не может избежать периодических поломок, которые в результате требуют незамедлительного ремонтного вмешательства. Некоторые из них могут быть совсем незначительными, но другие несут серьезную угрозу, отрицательно сказываясь на работе отдельных устройств автомобиля. В данной статье мы расскажем об основных признаках и причинах таких неполадок, а также выясним, можно ли справиться с ними собственными силами.

Существует несколько распространенных признаков того, что турбине Вашего автомобиля приходится несладко. Первый и самый характерный признак имеющихся проблем выражается в выбросе из выхлопной трубы дыма синего цвета (особенно он заметен при сильном разгоне машины, однако, когда двигатель стабильно работает на постоянных оборотах – дым исчезает). Причиной данного явления есть сгорание масла, которое случайно попало в цилиндры мотора вследствие его утечки из турбокомпрессора. Кроме того, из выхлопной трубы также могут появляться и черные выхлопные газы, свидетельствующие о сгорании обогащенной смеси вследствие утечки воздуха либо в нагнетающих магистралях, либо в интеркулере. Еще одной причиной, влияющей на образование черного выхлопа, есть неисправная система управления турбокомпрессора или какой-то его дефект. Третьим признаком проблем данного узла выступает белый дым, появляющийся из той же выхлопной трубы. Причину его образования чаще всего стоит искать в засорении сливного маслопровода турбины. Увеличенное потребление масла и следы его подтекания, обнаруженные на турбине и на патрубках воздушного тракта – четвертый признак неисправности турбокомпрессора, который вызван засорением канала подачи воздуха, закоксованием корпуса оси турбины или же засорением сливного маслопровода. В некоторых ситуациях водитель может заметить, что динамика разгона машины значительно ухудшилась. В этом случае также не лишним будет вспомнить о турбокомпрессоре, ведь любое его повреждение или поломка в системе управления работой данного агрегата ограничивают поступление воздуха в автомобильный двигатель, что и вызывает снижение его возможностей. Следующий признак, указывающий на неполадки в функционировании турбины – это появление шума при работе мотора, а причина здесь кроется в утечке воздуха между двигателем и выходом компрессора. Помимо шума (или вместо него) можно услышать и скрежет, сопровождающий работу турбокомпрессора. Определить его источник Вам поможет визуальная диагностика корпуса агрегата, так как именно его трещины, различные деформации, а также касание лопастей о края трещин сигнализируют о необходимости скорой замены турбокомпрессора. Если Вы заметили, что Ваш верный друг начал много «кушать», а токсичность выхлопа почему-то резко увеличилась – это значит, что пора взглянуть на воздушный фильтр и/или на канал подачи воздуха к турбине, ведь засорение этих деталей прямо влияет на появление указанной проблемы. И наконец, последним из наиболее распространенных признаков неисправности компрессора является утечка масла со стороны компрессора. Причина этого не отличается оригинальностью и основывается на том же закоксовании корпуса оси турбокомпрессора, его повреждении или нарушении исправной работы смазочной системы.

Источник

Принцип работы на дизельном двигателе Фольксваген

Автомобили немецкой компании, в которых установлен дизельный силовой агрегат с турбиной, получил маркировку TDI. В переводе на русский язык, расшифровка этих символов означает — Турбонагнетатель с системой непосредственной подачи топлива.

Именно благодаря нагнетателю, эти агрегаты обладают возможностью регулировки маршрутных и скоростных параметров потока вредных газов. Функционирование элементов турбонаддува силовой установки TDI способствует обеспечению оптимальных параметров давления воздушной смеси. Это возможно из-за регулировки энергии, с которой движется воздушная масса.

Направления совершенствования воздухоснабжения дизельных двигателей с турбонаддувом в будущем

Если снабдить промежуточным охлаждением оборудование,
относящееся к турбонагнетателю, можно добиться хороших результатов.

Хотя научные основы промежуточного охлаждения известны
автомобильным конструкторам всего мира, следующие несколько лет должны
продемонстрировать значительные усовершенствования в этой области.
Усовершенствования будут выражены изменением в компоновке. Когда одна из
крупнейших автомобильных компаний строит автомобиль, который она называет Супер
Купе, и размещает интеркулер в таком месте, что единственный путь для
охлаждающего воздуха проходит через радиатор системы охлаждения и радиатор
кондиционера, это проблема компоновки. Возможно, что интеркулеры с
холодильником могут однажды получить практическое применение. Потребуются новые
процессы и методы, поскольку холодильные компрессоры потребляют больше
мощности, чем могут добавить лучшие интеркулеры. Периодически подключаемый
интеркулер, когда нагнетаемый воздух направляют непосредственно в двигатель на
всех давлениях наддува, когда нет необходимости в охлаждении, может однажды
улучшить отзывчивость всей системы.

Также следующим возможным изменением может стать управление
давлением наддува.

Правильное управление вестгейтом может сделать турбину более
отзывчивой, а так же улучшить кривую крутящего момента. В то время как на
максимальную мощность повлиять можно незначительно, кривая крутящего момента с
приподнятым одним или обоими концами, позволила бы автомобилю быть более
динамичным. Электронное управление сигналом привода вестгейта будет той
основой, которая обеспечит эти улучшения. Обычные вестгейты начинают
открываться в точке значительно ниже желаемого наддува и затем ползут к
положению, требуемому для управления давлением наддува. Такое раннее открытие
отнимает у турбины полезную энергию, из которой можно было бы извлечь пользу,
увеличив скорость вращения. Наличие вестгейта, который открывается и пускает в
обход турбины существенную долю энергии, когда турбина нуждается в ней — изначально
является не совсем рациональным. Электроника изменит эту ситуацию. Подъем
нижнего конца кривой крутящего момента или сглаживание ровного участка на этой
кривой может быть достигнуто программированием сигналов наддува. Так же могут
быть запрограммированы различные уровни наддува дня разных передач.

Принцип работы турбины

Отработавшие газы из коллекторного устройства подвергаются закручиванию и набирают скорость. Внутри имеется роторная часть с лепестками, которые вращаются от движения газа. Вследствие этого роторный элемент передает крутящий момент на крыльчатку, которая вбирает воздушные массы из фильтра и передает их в коллекторную часть впускного типа:

Так как подаваемый воздух отличается высокой температурой, в промежутке между коллекторной частью и турбинным нагревателем монтируется интеркулер.

Своим принципиальным устройством элемент напоминает воздушный охладительный радиатор. Смазка в турбину подается из общей масляной системы, создавая при этом добавочное охлаждение:

Признаки неисправностей

Изготовление турбины – это достаточно трудоемкий процесс, несмотря на кажущуюся простоту ее конструкции. Производителями агрегата приходится вымерять его размеры до долей миллиметра.

Прежде чем осуществлять ремонт турбин дизельных двигателей, необходимо провести предварительную диагностику.

Любые ошибки в ходе восстановления ткр приводят к резкому удорожанию работ ввиду высокой стоимости агрегата. Для выявления неисправностей и их устранения потребуется помощь опытного специалиста. Однако можно провести диагностику мотора самостоятельно. На наличие проблем с двигателем могут указать следующие признаки неисправности турбины:

1. Выхлопные газы приобрели черный, сизый или синеватый оттенок.
2. Мотор начал сильно шуметь в разных режимах работы.
3. Температура двигателя регулярно достигает высоких отметок (наблюдается перегрев).
4. Силовая установка стала потреблять заметно больше топлива и масла.
5. Появление четких хлопков во время работы мотора, свиста или глухого гула.
6. Снижение динамики автомобиля вследствие уменьшения уровня тяги. На низких оборотах силовой агрегат работает нестабильно.
7. Появление запаха масла.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

• Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
• Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
• Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
• Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Как «умирает» турбомотор. Признаки и последствия неисправности турбины

Причиной масляного голодания компрессора турбины двигателя с турбонаддувом может быть либо низкое давление масла, либо отвратительное его качество. Низкое же давление масла может быть следствием забитого, либо «палёного» масляного фильтра, а иногда это — результат использования особо заботливыми владельцами при смене масла в двигателе промывочных жидкостей «пятиминуток». Подробнее о возможных последствиях для двигателя использования «пятиминуток» в статье: Промывка двигателя при замене масла. Мыть или не мыть?

Турбина трудится в воистину адских условиях: частота ее вращения доходит до 150 тысяч оборотов в минуту при температуре чуть не в тысячу градусов. При малейшем падении масляного давления, вероятность возникновения неисправности осевых подшипников турбины близка к ста процентам. Увеличивающиеся радиальные биения оси разрушают сальники.

Масло через полудохлые сальники устремляется во впускной коллектор. Недостаточное масляное давление в турбокомпрессоре становится хроническим, процесс уничтожения осевых подшипников и сальников нарастает лавинообразно. Проникающие через мертвые сальники раскаленные выхлопные газы добивают подшипник, турбина начинает колотиться о внутреннюю часть корпуса турбокомпрессора, осколки лопастей турбины летят во впускной коллектор двигателя …

Но и это еще не совсем конец.

Система смазки у двигателя и турбокомпрессора общая. Масло хлещет из открытой раны, как кровь из артерии. Пара минут, и картер двигателя с турбонаддувом пуст, со всеми вытекающими последствиями, имя которым уже не неисправности, а катастрофа.

Вот теперь – точно конец…

Ну что, нагнал я на вас ужасов турбонаддува, да?

На самом деле нарисованный апокалипсис можно предотвратить вполне доступными средствами:

1. Используйте только качественное топливо и моторное масло – то, что доктор прописал.

2. Промывки «пятиминутки», особенно для турбонаддува — ЗЛО!!!

3. Недостаточный уровень масла для оппозитного двигателя с турбонаддувом – смерть.

4. Покупайте и заказывайте только оригинальные расходники для двигателя – никаких альтернативных.

5. Промежутки между ТО двигателя с турбонаддувом сократите вдвое относительно его атмосферного собрата.

6. Не рвите непрогретый турбомотор (да, собственно, и любой другой), дайте ему прогреться до рабочей температуры в щадящем режиме.

7. Про обязательное наличие турботаймера для двигателя с турбонаддувом даже упоминать неудобно.

8. Не доверяйте обслуживание своего автомобиля абы кому – субаровские оппозитники не тот случай, особенно турбомоторы.

9. При первых признаках неисправности турбины и даже при смутных подозрениях  на неисправность – прямым ходом на нормальный сервис.

А вот вам и основные признаки неисправности турбины: высокий расход масла, сизый дым из трубы, запах горелого масла, следы масла на выпускном коллекторе, падение мощности, неравномерная работа двигателя на холостых оборотах, загаженные свечи.

Если турбина уже при смерти, то лопасти скрежещут о корпус, турбомотор может плохо заводиться и глохнуть на холостых оборотах.

Кстати, причина всех вышеуказанных явлений, минус скрежет лопастей и расход масла плюс повышенный расход топлива, может быть вовсе не следствием неисправности турбины, а банальной разгерметизацией впускного тракта, так что не торопитесь сразу бежать за веревкой и мылом.

Между прочим, дорогие субароводы. Вопреки расхожему мнению, полностью исправный оппозитный субаровский «Ёжик» с турбонаддувом от замены до замены доливок масла не требует. Если двигатель EJ начинает жрать масло, то это не однозначный, но один из признаков неисправности турбины.

Я как-то незаметно для себя поднял пыль лишь вокруг Субару и их турбомоторов (наверное, потому, что сам слегка больной на всю голову), но все вышесказанное в значительной степени касается и остальных двигателей с турбонаддувом.

Ну, вот и всё. Если вы не готовы терпеть лишения, на которые обречет вас обладание заряженным пепелацем с турбомотором, то турбонаддув не для вас, покупайте атмосферный «овощ» — и вам спокойней да дешевле, и автомобилю ущерба меньше от недостаточного внимания хозяина.