Турбина дизельного двигателя — принцип устройства | Витес
Среди многих не слишком компетентных в вопросах автомеханики водителей распространено мнение о том, что дизельный движок с турбиной слишком сложен в обслуживании, капризен в эксплуатации и дорог в плане ремонта или замены запчастей. Однако тот факт, что в последнее время дизеля успешно ставят даже на самые недорогие модели авто, частично опровергает эту теорию. Данная же статья призвана развеять эти слухи полностью, а посвящена она устройству и функционированию простейшего турбодизеля, а также описанию основных его преимуществ и советам по правильной его эксплуатации.
Стоит сразу отметить, что турбодизель не отличается феноменально высокими показателями долговечности, однако при прочих равных условиях ничуть в них не уступает классическим «атмосферным» движкам.
Принцип работы и пара слов об устройстве
Турбонаддув призван увеличить количество топливо-воздушной смеси в камере сгорания, что при одних и тех же параметрах КС и расхода топлива намного увеличивает мощность движка.
Что же касается устройства турбонаддува, то в зависимости от модели авто, для которой он производится, тип его конструкции варьируется. Однако общим для многих турбокомпрессоров является принцип «улитки» в устройстве корпуса: спиралевидный, сужающийся с одного конца канал повышает рабочее давление в турбине, что опять же благоприятно сказывается на мощности движка. Так как ось турбины и ротор работают в различных условиях, изготавливаются они из разных материалов.
Структурной сложности данной конструкции добавляют системы динамических уплотнителей и смазки. Уплотнители также выполнены из материалов, препятствующим излишней теплоотдаче на корпус турбины. Установка их производится в специальные пазы, и благодаря им реализуется использование принципа разницы показателей давления в разных областях турбины. Эта же разница в давлении служит для препятствования утечки масла в турбину, и вызывается различием в размере диаметра турбины в разных её частях. Неисправности в работе турбины довольно легко выявить самостоятельно, а вот ремонт её лучше доверить квалифицированным профессионалам с опытом работы в данной области.
Как максимально увеличить срок службы турбины?
Большие требования к условиям эксплуатации турбины обусловлены её сложным устройством. Однако при соблюдении этих требований и советов турбина прослужит автомобилю максимально долго:
- Не стоит перегружать холодный и непрогретый движок
- Всегда использовать качественное масло и регулярно производить его замену
- Обращать внимание на состояние системы смазки турбины, вовремя устранять её засоры
- Перед тем, как заглушить мотор, стоит дать ему пару минут поработать вхолостую
Большинство специалистов и механиков отмечают, что при соблюдении всех правил эксплуатации турбодизель служит своему владельцу верой и правдой довольно долгое время, экономит немало денежных средств с учётом современных цен на топливо а также положительно сказывается на мощностных характеристиках двигателя.
Принцип работы турбины дизельного двигателя • TURBOSTART
Мощность, производительность мотора зависит от качества, количества, эффективности сгорания топлива, объема цилиндров.
Увеличение запаса сжатого воздуха в рабочих камерах ведет к быстрому сгоранию топливно-воздушной смеси. Мотор берет большое количество топлива за единицу времени, становится производительнее.
Сгорание большого объема топлива должно сопровождаться поступлением большого количества воздуха. Увеличение притока топливно-воздушной смеси обеспечивает турбонаддув. Сегодня он перестал быть уделом спортивных автомобилей и встречается под капотом почти любой машины.
Как работает турбонадувРаботающая турбина нагнетает сжатый воздух под постоянным давлением. Поток попадает в цилиндры дизельного мотора. Выхлопные газы идут прямо в трубу, потом наружу и перенаправляются системой турбокомпрессора. Энергия отработанных газов становится полезной.
Этот процесс заставляет крутиться крыльчатки (колесо турбины). Они герметично отделены друг от друга, хотя расположены на одном валу. Скорость движения лопастей достигает 100-150 тысяч об/мин.
Дополнительно на валу с турбинным колесом есть лопасти компрессора. Они работают на нагнетание сжатого воздуха в цилиндры.
После преобразования энергии отработанных газов, давление воздуха повышается. В камеры впрыскивается большее количество горючего. Турбина делает мотор более мощным. Многократно возрастает коэффициент полезного действия.
Причины поломки и диагностика неисправностейДиагностика и ремонт турбин дизельных двигателей – дело профи. Признаки неисправности часто похожи на сбой в работе других механизмов. Владельцам трудно определить, что агрегату требуется починка, а самостоятельное восстановление работоспособности практически невозможно.
Мастера советуют проводить диагностику на стенде или проверку измерительными устройствами. Такие меры обеспечат 100% точность. При подозрении на сбой и снижение работоспособности лучше посетить автосервис.
Восстановить функции, заводские характеристики узла без специального оборудования практически невозможно.
Ситуации, когда нужен ремонт турбины дизеля:
- Засорение катализатора (приводит к противодавлению).
- Неполное закрытие перепускной заслонки.
- Протечка на внутреннем тракте.
- Засорен нагнетатель турбины.
- Во время вращения стирается крыльчатка.
Каждый фактор может ухудшать работу турбины. Агрегат не достигает требуемого давления и теряет полноценные функции. Если причина поломки люфт, восстановление проводится в обязательном порядке. Самостоятельный монтаж новой детали доступен только с опытом сложных ремонтных работ и при наличии специального оборудования.
Конструкция турбонагнетателя сравнительно простая. Основная причина повреждений – не естественный износ, а внешние причины и активная эксплуатация агрегата. Ремонт нужен в следующих случаях:
- Внутри образовалась масляная течь. Смазочный материал попадает в воздушный поток и цилиндры. Резко увеличивается расход масла.
- Образовалась непроходимость каналов: подающего или выводящего.
- Неисправен воздушный фильтр.
- Падают мощностные характеристики, утрачивается динамика дизельного мотора.
- Уплотнители патрубков повреждены и пропускают воздух.
Чтобы понять, что турбина на дизельном двигателе требует восстановления, следует посмотреть на отработанные газы. Цвет дыма поможет понять тип неисправности и определить приблизительную цену ремонта турбины дизельного двигателя.
Диагностика поломок по отработанным газам:
- Синеватый оттенок дыма – смазка попадает в воздушный поток. Причиной бывает утечка, что требует осмотра и проверки соединений.
- Белый – образовался засор в канале отвода. Нужна замена или ремонт.
- Черный – присутствует масляная течь, сгорание горючей смеси в турбине. Частой причиной оказывается загрязненный фильтрующий элемент.
К дополнительному признаку поломки дизельного двигателя относится посторонний звук, возникающий во время работы турбокомпрессора. Типичный шум – гул или свист.
242 Принципы турбонаддува с постоянным давлением
Последнее обновление: вторник, 20 декабря 2022 г. | Дизельные двигатели
При турбонаддуве с постоянным давлением выпускные каналы всех цилиндров соединены с одним выпускным коллектором, объем которого достаточно велик, чтобы обеспечить практически постоянное давление в нем. Нестационарные процессы потока выхлопных газов в цилиндрах демпфируются в установившийся поток в турбине. Необходимо использовать только один турбокомпрессор с одним входом из выпускного коллектора, но часто устанавливается несколько меньших блоков, чтобы можно было получить разумное давление наддува в случае отказа турбокомпрессора. Основным преимуществом системы постоянного давления является то, что условия на входе в турбину стабильны и известны, поэтому турбину можно настроить для работы с оптимальной эффективностью при заданных режимах двигателя. Основным недостатком является то, что доступная энергия, поступающая в турбину, невелика, поскольку энергия импульса не используется в полной мере.
Обычно выпускной коллектор постоянного давления состоит из трубы большого диаметра, идущей вдоль выпускной стороны двигателя, причем каждое выпускное отверстие соединено с ним через короткий патрубок. На V-образном двигателе коллектор большого диаметра обычно находится между рядами, а впускные клапаны и коллекторы расположены снаружи.
Объем выпускного коллектора должен быть достаточным для гашения пульсаций давления до низкого уровня. Таким образом, требуемый объем будет зависеть от давления открытия цилиндра (точка 5) и частоты пульсаций выхлопных газов, поступающих из каждого цилиндра по очереди. Амплитуда импульса будет зависеть от нагрузки двигателя (b.
m.e.p. или давления наддува), момента открытия выпускного клапана или отверстия, площади турбины и объема выпускного коллектора. Частота будет зависеть от количества цилиндров.
Влияние частоты вращения коленчатого вала будет менее значительным, поскольку продолжительность процесса выпуска из каждого цилиндра будет относительно постоянной по углу поворота коленчатого вала, а не по времени, а площадь турбины будет выбираться в соответствии с рабочей частотой вращения и нагрузка. Таким образом, неуместно давать точное правило, согласно которому объем коллектора должен в х раз превышать общий рабочий объем двигателя. Ясно, что x будет больше на двигателе с несколькими цилиндрами, чем на двигателе со многими цилиндрами, и его значение будет неким компромиссом между приемлемым общим объемом для установки и объемом, необходимым для гашения импульсов. Однако для справки можно указать, что объем обычно находится в диапазоне от 1,4 до 6 раз больше общего рабочего объема двигателя.
Если объем выпускного коллектора недостаточно велик, «продувка» или первая часть импульса выхлопа из цилиндра повысит общее давление в коллекторе.
Так как все цилиндры подключены к одному и тому же коллектору, неизбежно (если двигатель имеет более трех цилиндров), что в момент поступления в коллектор импульса продувки от одного цилиндра другой цилиндр приближается к концу своего выпуска. процесс. Давление в последнем цилиндре будет низким, поэтому любое увеличение давления в выпускном коллекторе будет препятствовать процессу его выпуска. Это будет особенно важно, когда цилиндр имеет частично открытые впускные и выпускные клапаны или порты и зависит от сквозного потока воздуха для продувки сгоревших продуктов сгорания. Повышение давления в выпускном коллекторе в это время практически неизбежно в двигателе с более чем тремя цилиндрами, если только объем не велик. Это будет особенно важно для двухтактного двигателя, поскольку, если давление выхлопных газов превышает давление на входе во время «продувки», двигатель вообще не сможет работать.
Любая потеря тепла из выпускного коллектора приведет к уменьшению энергии, доступной на турбине турбонагнетателя, поэтому целесообразно изолировать коллектор.
Учитывая большую площадь поверхности коллектора, неудивительно, что такая изоляция может значительно увеличить наддув, создаваемый компрессором турбонагнетателя.
С чисто практической точки зрения выпускной коллектор прост в конструкции, хотя он может быть довольно громоздким, особенно по сравнению с небольшими двигателями с несколькими цилиндрами. Однако для больших двигателей с большим количеством цилиндров полезна возможность подсоединения всех цилиндров к общему выпускному коллектору с одним турбокомпрессором сверху или с обоих концов. Основной недостаток системы постоянного давления возникает из-за использования выпускного коллектора большого объема. Когда нагрузка на двигатель резко увеличивается или требуется быстрое увеличение оборотов двигателя, давление в большом объеме растет медленно. Следовательно, энергия, доступная на турбине, увеличивается лишь постепенно. Турбокомпрессор и, следовательно, приемистость двигателя будут плохими. Плохая реакция системы турбонаддува с постоянным давлением не позволяет рассматривать ее для приложений, где требуются частые изменения нагрузки (или скорости).
Система турбонаддува влияет на двигатель только тремя параметрами: давлением наддува и температурой во впускном коллекторе и давлением в выпускном коллекторе. Следовательно, именно эти факторы необходимо учитывать при рассмотрении системы турбонаддува. Эффект первых двух очевиден. Важность давления в выпускном коллекторе зависит от того, является ли двигатель с турбонаддувом четырехтактным или двухтактным. Этот вопрос будет подробно обсуждаться позже, но при сравнении систем турбонаддува полезно учитывать, что несколько устройств могут позволить создать определенное давление наддува. Затем можно сравнить достоинства различных систем, учитывая развиваемое давление в выпускном коллекторе и его влияние на характеристики двигателя.
При рассмотрении энергетического баланса турбонагнетателя при работе с постоянным давлением выхлопных газов легко получить зависимость между давлением в выпускном коллекторе (P3) и давлением наддува (P2). Мощность компрессора должна равняться произведению мощности турбины на механический КПД турбонагнетателя, поэтому
Массовый расход через турбину (mt) должен равняться массовому расходу через компрессор (mc) плюс расход топлива (rhf), если поршень пренебрегается, поэтому m{ = mc + nif или
, где AFR = соотношение воздух-топливо.
Объединение уравнений (2.14), (2.18), (2.23) и (2.24) дает
Pq2 Po 1
Продолжить чтение здесь: Qje Cpa[r03T017 225
Была ли эта статья полезной?
Как работают турбокомпрессоры: Изучите основные принципы турбонаддува
Что такое турбокомпрессор?
В судовом дизельном двигателе тонкое сгорание является результатом достаточной подачи воздуха. Общая выходная мощность всего двигателя может быть значительно улучшена за счет увеличения плотности воздуха, поступающего в двигатель. Это достигается с помощью устройства, известного как турбокомпрессор, и в этой статье мы увидим, как работают турбокомпрессоры.
В двигателе без турбонагнетателя, таком как безнаддувные автомобильные двигатели, воздух всасывается внутрь двигателя зоной низкого давления, создаваемой ходом поршня вниз. Но эта система работает при постоянном давлении воздуха на входе, которое не может быть ни увеличено, ни уменьшено и не является достаточным для полного сгорания.
(вы можете ознакомиться с различными рабочими циклами здесь)
Чтобы решить эту проблему, используются турбонагнетатели, обеспечивающие более высокую плотность воздуха в двигателе. Таким образом, турбонагнетатель представляет собой механизм для обеспечения наддува судовых дизельных двигателей. Эта принудительная индуктивная система сжимает воздух и выдавливает его в цилиндр двигателя, позволяя большому количеству топлива попасть в двигатель. Это не только помогает увеличить мощность, но и улучшает отношение мощности к весу двигателей.
Наддув, наддув и турбонаддув.
Процесс снабжения цилиндров двигателя свежим воздухом под давлением с помощью турбонагнетателя или нагнетателя называется наддувом.
- Суперзарядка — это процесс, при котором сжатый принудительный воздух подается с помощью внешнего зарядного насоса.
- Турбонаддув обеспечивает подачу сжатого воздуха с использованием выхлопных газов двигателя.
В настоящее время как 2-тактные, так и 4-тактные двигатели снабжены внешними системами зарядки.
Четырехтактный двигатель обычно снабжен турбонагнетателем, тогда как в двухтактном двигателе в дополнение к турбонагнетателю также предусмотрен вспомогательный вентилятор с электрическим приводом, поскольку один только турбонагнетатель не может обеспечить достаточное количество воздуха для низкоскоростных двигателей.
Турбокомпрессор против нагнетателя
И турбонагнетатель, и нагнетатель представляют собой системы с принудительной подачей воздуха, используемые для подачи большего количества воздуха в цилиндр двигателя. Разница между ними в том, что нагнетатель приводится в действие механически с помощью ремней и шестерен, прикрепленных к коленчатому валу двигателя. В то время как турбокомпрессор использует энергию выхлопного воздуха двигателя. В остальном механизм одинаков для обоих.
Турбокомпрессор состоит из двух основных частей — турбины и компрессора, которые установлены на одном валу. Выхлопные газы двигателя вращают турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор.
Компрессор забирает воздух из окружающей среды, сжимает его и направляет во впускной коллектор.
Нагнетатель также работает по тому же принципу, с той лишь разницей, что вместо выхлопных газов он приводит в движение коленчатый вал двигателя. Преимущество использования нагнетателя заключается в том, что, поскольку он напрямую связан с двигателем, он обеспечивает лучшую реакцию дроссельной заслонки и мгновенное полное давление наддува. Также устраняется проблема изменения скорости из-за колебаний давления отработанного воздуха. Принимая во внимание, что использование турбокомпрессора повышает общую эффективность двигателя, поскольку он использует энергию выхлопных газов, которая обычно тратится впустую, что также увеличивает мощность всего агрегата.
В следующей статье мы узнаем о работе и конструкции турбокомпрессоров, а также о феномене помпажа турбокомпрессора.
Ссылки
Введение в морскую инженерию — 2-е издание Д.А. Тейлор .jpg
https://product-image.