Устройство турбонаддува дизельного двигателя: Как работает турбина на дизельном двигателе

Турбины дизельных двигателей – устройство и принцип работы

Запись на услуги

Начало массового производства грузовых машин с турбированным дизельным двигателем началось еще в 80-е годы, с развитием производства тяжёлых промышленных и сельскохозяйственных тракторов.

Дизельные моторы имеют гораздо большую степень сжатия воздуха, а их выхлопные газы – более низкую температуру. Требования к жаропрочности турбины гораздо меньше, а её стоимость и эффективность использования – больше. Турбокомпрессор выполняет задачу по нагнетанию воздуха под давлением в цилиндры мотора. Чем больше будет воздуха, тем больше топлива можно сжечь, что приведет к увеличению мощности двигателя без увеличения объема имеющихся цилиндров.

В нашем автосервисе можно произвести диагностику и ремонт дизельных турбин любых производителей. Специалисты сервиса работают на современном оборудовании (стендах), и имеют большой опыт. Монтаж и демонтаж на месте. Гарантия на работы 2 года.

Типы дизельных компрессоров

• Раздельный компрессор – имеет два сопла для каждой пары цилиндров, и два входа для отработавших газов. Первое сопло предназначено для быстрого реагирования, второе служит для максимальной производительности. В конструкции есть разделенные выпускные каналы. Это сделано для предотвращения перекрытия каналов при выпуске выхлопных газов.
• Компрессор с переменным соплом – турбина с изменяемой геометрией, применяется на моторах с маркировкой TDI от «Фольксваген». Здесь в конструкции имеется 9 подвижных лопастей. Они могут регулировать поток выхлопных газов, что идут к турбине. Угол наклона лопастей – регулируемый, что позволяет согласовать давление нагнетаемого воздуха и скорость движения газов с оборотами ДВС.

Для большей производительности на автомобиль может быть установлено два компрессора. Такие системы получили маркировку «Твин-турбо».

Устанавливаются данные механизмы последовательно.

При этом первая турбина работает на низких оборотах, а вторая на высоких. На V-образных моторах нагнетатели устанавливаются параллельно (на каждый ряд по одной турбине). Как показывает практика, установка двух небольших компрессоров значительно эффективнее, чем применение одного, но большого.

Устройство турбины дизельного двигателя

Турбонаддув имеет конструкцию из двух элементов: турбина и компрессор.

• Турбина состоит из корпуса с ротором внутри. Поскольку все элементы устройства взаимодействуют с газами высокой температуры, они изготавливаются из специальных материалов, невосприимчивых к такому воздействию.
• Компрессор усиливает поступление воздуха в топливную систему. Составные части компрессора находятся в алюминиевом корпусе. Внутри находится ротор, закрепленный на оси турбины. Вращаясь, ротор вбирает воздух: большая скорость вращения приводит к большему количеству попавшего внутрь воздуха. Для набора скорости существует турбина.

Ротор и ось, на которой он закреплен, вращаются в разных направлениях. Частота вращения довольно велика, поэтому элементы плотно прижимаются друг к другу.

Принцип работы дизельной турбины

• Компрессор обеспечивает поступление воздуха из окружающей среды, который смешивается с дизельным топливом и затем направляется в цилиндры
• Топливно-воздушная смесь загорается, начинают двигаться поршни. По ходу этого процесса образуются газы, поступающие в выпускной коллектор
• Скорость движения газов, оказавшихся в корпусе, значительно возрастает. Вступая во взаимодействие с ротором, они приводят его во вращающееся положение
• Вращение передается компрессорному ротору (за это отвечает вал), который снова втягивает новую порцию воздуха

Работа основывается на принципе: чем сильнее вращается ротор, тем больше поступает воздуха, но при этом ротор увеличивает скорость вращения, если количество воздуха возрастает.

Чтобы понять работу турбонаддува, надо уяснить что такое – турбоподхват и турбояма.

• Турбоподхват – ситуация, когда набравший скорость ротор увеличивает поступление воздуха в цилиндры, следствием чего становится повышение мощности двигателя.
• Турбояма – момент небольшой задержки, наблюдаемый в работе турбины при увеличении количества поступившего горючего, что достигается нажатием на педаль газа. Задержка вызвана временем, которое нужно ротору для его разгона газами.
  Крыльчатка турбокомпрессора способна развивать до двухсот тысяч оборотов в минуту, благодаря чему данное устройство отличается большой инерционностью или, говоря иначе, имеет «турбо-яму», которая проявляется при резком нажатии на педаль газа. В этот момент крыльчатка медленно приводится в движение, и приходится некоторое время ждать, чтобы автомобиль начал набирать скорость.
  
  Этот эффект имеет продолжительность всего несколько секунд, но, тем не менее, он не доставляет особого удовольствия при разгоне машины. На сегодняшний день производители смогли устранить эффект «турбо-ямы» путем установки двух перепускных клапанов. Один предназначен для выработанных газов, задача второго состоит в том, чтобы перепускать избыток воздуха в трубопровод турбокомпрессора из впускного коллектора.
  Благодаря этой системе обороты крыльчатки при сбросе газа уменьшаются в замедленном темпе, в то время как при резком нажатии на педаль акселератора происходит поступление воздушной массы в двигатель в полном объеме.

Турбонаддув увеличивает давление отработанных газов за счет более интенсивной работы двигателя. В то же самое время повышается и давление наддува: этот процесс требует контроля и регулировки, поскольку при достижении высоких значений велика вероятность поломки. Функции регулировки давления возложены на клапан, контролем предельно возможных значений занимаются мембрана и пружина с определенными значениями жесткости (когда достигается максимально допустимая величина, мембрана открывает клапан).

Контроль давления при работе турбины

• Компрессор через клапан, дабы снизить давление, сбрасывает лишний забранный воздух;
• Когда давление поступившего воздуха достигает максимально допустимой величины, клапан выпускает газы, и ротор вращается с требуемой скоростью, а компрессор всегда забирает только нужное количество воздуха.

Правила эксплуатации

Чтобы дизельная турбина работала с максимальным КПД и как можно дольше не выходила из строя, нужно придерживаться определенных правил в процессе эксплуатации автомобиля:

• Придерживаться графика замены масла, что позволит не допустить засорения маслопровода абразивами;
• Использовать качественное моторное масло, соответствующее по характеристикам в паспорте двигателя;
• Не трогаться сразу после включения мотора – движок должен быть прогрет;
• Сразу после прекращения движения не выключать двигатель, дав ему хотя бы 10 секунд поработать на холостых оборотах.

Использование двух турбокомпрессоров

Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.

Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя.

На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.

Когда воздух сжимается, он нагревается, а при нагревании воздух расширяется. Поэтому повышение давления от турбокомпрессора происходит в результате нагревания воздуха до его впуска в двигатель. Для того, чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо впустить в цилиндр как можно больше молекул воздуха, при этом не обязательно сжимать воздух сильнее.

Дополнительные устройства

Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. При впуске воздух проходит через герметичный канал в охладитель, при этом более холодный воздух подается снаружи по ребрам при помощи вентиляторов охлаждения двигателя.

Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. Это значит, что если турбокомпрессор сжимает воздух под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), охладитель осуществит подачу охлажденного воздуха под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), который является более плотным и содержит больше молекул, чем теплый воздух. Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.

При установке мощного турбокомпрессора на двигатель с впрыском топлива, система может не обеспечить необходимое количество топлива — либо программное обеспечение контроллера не допустит, либо инжекторы и насос не смогут осуществить необходимую подачу. В этом случае необходимо осуществлять уже другие модификации для максимального использования преимуществ турбокомпрессора.

Турбины с изменяемой геометрией (VNT)

Она также известна под названием – трубина с переменным соплом. Данный тип турбины используется в дизельных двигателях. Девять подвижных лопастей, установленных в турбокомпрессоре, регулируют прохождение потока газов к турбине. Увеличение и блокировка потока газов достигается при помощи привода, регулирующего угол наклона девяти лопастей. Скорость потока газов и давление нагнетаемого воздуха согласуются с количеством оборотов двигателя во время изменения угла наклона лопастей.

Некоторые двигатели используют несколько турбокомпрессоров. Возможно использование двух (Твин Турбо), трех или же четырёх. В таких конструкциях они устанавливаются последовательно. Первый используется при низких оборотах, второй при высоких. Также существует схема установки компрессоров, при которой они располагаются параллельно друг другу. Такая система используется на V-образных двигателях. На каждый ряд цилиндров приходится по компрессору.

Вернуться в блог статей

Полезные статьи из блога

• Ремонт неисправностей клапана Вестгейт (WestGate)
• Как заменить или установить новую турбину
• Основные причины поломки турбокомпрессора
• Что такое турбина (турбонаддув) – виды, принцип работы

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. Приводится в действие турбокомпрессор при помощи выхлопных газов. Сам по себе турбокомпрессор – это воздушный насос из двух крыльчаток на общей оси, при этом крыльчатки вращаются с огромной скоростью (почти равной скорости звука) благодаря большой скорости вращения оси.

Функция компрессора – сжатие всасываемого воздуха и подача его напрямик во впускной коллектор. Рост показателя мощности движка прямо пропорционален количеству подаваемого в коллектор воздуха, и светлые умы автодела воплотили в современных конструкциях турбин всё необходимое для максимального увеличения данного показателя.

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. При изготовлении турбины ротор насаживают на ось во вращении в разных направлениях, что позволяет получить крепкую, неразъёмную спайку двух этих узлов турбокомпрессора. После этого ось балансируют и устанавливают в корпус турбины.

Рабочая ось развивает скорость примерно до ста сорока тысяч оборотов в минуту. При этом на том месте, куда на ось усаживают ротор, конструкция оси имеет полость. Предназначение данной полости в том, чтобы препятствовать передаче тепла от ротора к оси.

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.

Турбины с изменяемой геометрией для дизельных двигателей

Производительность и эффективность двигателя при уменьшении габаритных размеров

Улучшенная топливная экономичность и управляемость благодаря уменьшенной конструкции

Преимущества дизеля

По сравнению с турбинами с фиксированной геометрией наши турбины с изменяемой геометрией для дизельных двигателей увеличивают мощность и крутящий момент двигателя при одновременном снижении противодавления. Это улучшает производительность, управляемость двигателем, управляемость и топливную экономичность без ущерба для мощности. Среди других преимуществ:

Улучшенное ускорение

за счет улучшенной переходной характеристики
и более чистое сгорание

Сокращение выбросов

за счет включения выхлопных газов
рециркуляция (EGR)

Турбины с изменяемой геометрией для дизельного двигателя Основные характеристики

Турбина с изменяемой геометрией для дизельного двигателя регулирует поток выхлопных газов двигателя через турбинное колесо с помощью ряда лопаток. Эти лопасти открываются и закрываются в точном соответствии с требованиями наддува двигателя.

При НИЗКИЕ СКОРОСТИ лопасти закрываются, что:

• Ограничивает поток отработанного воздуха через турбину
• Увеличивает мощность турбины
• Повышает давление наддува

При ВЫСОКАЯ СКОРОСТЬ лопатки открываются, что:

• Максимизирует поток выхлопных газов
• Предотвращает турбонаддув
• Поддерживает требуемое давление наддува

Наш ЗАПАТЕНТОВАННЫЙ БАЛАНСИРОВЩИК ДАВЛЕНИЯ направляет выхлопные газы к обеим сторонам лопаток, что:

• Предотвращает чрезмерную нагрузку на ось
• Уменьшает трение и износ
• Улучшает управление наддувом

В наших двухступенчатых параллельных системах две турбины работают последовательно, обеспечивая значительный прирост мощности и крутящего момента в двигателях обычно объемом 2,0 л или больше.

узнать больше

Двухступенчатый серийный турбонаддув Garrett для дизельных двигателей Объединяет преимущества турбонаддува за счет использования двух последовательно расположенных турбонаддувов. Это помогает улучшить переходные характеристики, обеспечивает лучший крутящий момент на низких скоростях и оптимизирует топливную экономичность в легковых и коммерческих транспортных средствах. Производители автомобилей могут использовать эту технологию либо для уменьшения размеров двигателей, либо для повышения их производительности.

узнать больше

Модельный ряд двигателей

Наши турбокомпрессоры с изменяемой геометрией для дизельных двигателей доступны в полном диапазоне размеров. Монотурбинные установки лучше всего работают с дизельными двигателями объемом от 1,3 до 4,5 л в легковых автомобилях.

Ваш браузер не поддерживает видео тег.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией для дизельных двигателей и подключенных транспортных средств

Наша технология турбонагнетателей с изменяемой геометрией для дизельных двигателей помогает улучшить рабочие характеристики и эффективность двигателя во всем спектре. Однако дальнейшие улучшения могут быть реализованы с помощью наших решений для подключенных транспортных средств, включая интегрированное управление состоянием транспортных средств и расширенное управление трансмиссией. Мы также предлагаем программное обеспечение для кибербезопасности и ряд продуктов для электронного повышения.

подробнее >

Ультраэффективные экологически чистые дизельные платформы могут извлечь большую выгоду из уменьшенной высокотемпературной технологии наддува VNT от Garrett

Турбоархитектура с изменяемой геометрией (VNT) Garrett шестого поколения помогает автопроизводителям использовать потенциал производительности высокотемпературных дизельных силовых агрегатов.

подробнее

Компания Garrett Motion впервые продемонстрировала электрический турбокомпрессор на выставке IAA 2019

Растущие тенденции к гибридизации открывают возможности для переноса технологии электрического наддува с гоночных трасс на дороги. Компания Garrett является первопроходцем в области технологии E-Turbo, обеспечивающей превосходную производительность, экономию топлива и выбросы за счет интеграции современных сверхскоростных электродвигателей и силовой электроники в линейку своих турбокомпрессоров.

Электрифицированные турбодвигатели (E-Turbo) демонстрируют впечатляющий потенциал и в равной степени применимы как в легковых, так и в коммерческих автомобилях, на всех видах топлива, таких как бензин, дизельное топливо и природный газ (СПГ).

узнать больше

Малые турбокомпрессоры с перепускным клапаном для дизельных двигателей

Низкие затраты и более высокая эффективность благодаря инновационному дизайну

Малые турбокомпрессоры с перепускным клапаном для дизельных двигателей

Малые турбокомпрессоры Garrett с перепускным клапаном для дизельных двигателей обеспечивают повышенную производительность, топливную экономичность и низкий уровень выбросов при компактной конструкции.

Модельный ряд двигателей

Наши небольшие турбокомпрессоры с перепускной заслонкой для дизельных двигателей доступны для двигателей объемом от 0,8 до 3 л, что соответствует номинальной мощности от 30 до 120 кВт.

Небольшие турбины с перепускным клапаном для дизельных двигателей Основные характеристики

Турбины с перепускным клапаном регулируют уровень наддува двигателя, координируя работу привода и перепускных клапанов. На низких скоростях перепускной клапан закрывается, чтобы обеспечить максимальный поток выхлопных газов на турбину и быструю реакцию турбонагнетателя при зажигании. На высоких оборотах перепускной клапан открывается, ограничивая попадание выхлопных газов в турбину и контролируя подачу наддувочного воздуха.
Среди других примечательных особенностей:

• Аэродинамический дизайн с акцентом на экономичность
• Подшипники Z-Ultra, улучшающие крутящий момент на низких оборотах и ​​переходную характеристику
• Улучшенная масляная изоляция и уровень прорыва газов
• Оптимизированная конструкция уплотнений и поршневых колец

Все наши малые турбины с перепускной заслонкой для дизельных двигателей разработаны с учетом текущих требований по уменьшению размеров.

Низкие затраты и более высокая эффективность благодаря инновационному дизайну

Малые турбины с перепускной заслонкой для дизельных двигателей Преимущества

Малые турбины с перепускной заслонкой для дизельных двигателей обеспечивают большую гибкость компоновки по более низкой цене без ущерба для производительности. Это дает двигателям начального уровня экономичный метод турбонаддува. К другим ключевым преимуществам малогабаритных турбин с перепускной заслонкой для дизельных двигателей относятся:

Лучшая турбоэффективность

Снижение выбросов

Снижение расхода масла

Лучшая управляемость

Компактный дизайн

Легкий вес

• Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией для дизельных двигателей
• Двухступенчатые параллельные турбокомпрессоры для дизельных двигателей
• Двухступенчатые серийные турбокомпрессоры для дизельных двигателей
• Малый вестгейт с турбонаддувом и решения для подключенных автомобилей

Технология Garrett VNT с изменяемой геометрией была адаптирована к более чем 70 миллионам дизельных двигателей за последние три десятилетия. Усовершенствованная конструкция турбокомпрессора помогает производителям повысить производительность двигателя легкового и легкого коммерческого транспорта, повысить эффективность использования топлива, сократить выбросы, повысить управляемость и повысить гибкость упаковки.

Подробнее

Наш двухступенчатый параллельный турбонаддув для дизельных двигателей был первым в отрасли, когда мы выпустили его в 2006 году. С тех пор он пользуется все большим спросом у автопроизводителей, стремящихся к повышению производительности, топливной экономичности и контролю выбросов.

Подробнее

Двухступенчатый серийный турбонаддув Garrett для дизельных двигателей объединяет преимущества турбонаддува за счет последовательного соединения двух турбонаддувов. Это помогает улучшить переходные характеристики, обеспечивает лучший крутящий момент на низких скоростях и оптимизирует топливную экономичность в легковых и коммерческих транспортных средствах. Производители автомобилей могут использовать эту технологию либо для уменьшения размеров двигателей, либо для повышения их производительности.

Подробнее

Небольшие турбины Garrett с перепускной заслонкой для дизельных двигателей — это лишь один из способов улучшения автомобилей. Мы также предлагаем множество подключенных решений, в том числе интегрированное управление состоянием транспортных средств, расширенные средства управления силовым агрегатом и программное обеспечение для кибербезопасности. Кроме того, наши электрические турбонагнетатели и технология наддува помогают контролировать выбросы без снижения производительности.

Узнать больше

Сверхэффективные платформы на чистом дизельном топливе могут извлечь большую выгоду из высокотемпературной высокотемпературной наддувной технологии Garrett VNT

Шестое поколение турбоархитектуры Garrett с изменяемой геометрией (VNT) помогает автопроизводителям использовать потенциал производительности высокотемпературных дизельных силовых агрегатов.

подробнее

Компания Garrett Motion впервые продемонстрировала электрический турбокомпрессор на выставке IAA 2019

Растущие тенденции к гибридизации открывают возможности для переноса технологии электрического наддува с гоночных трасс на дороги.