Принцип роботи турбіни на дизельному двигуні та її пристрій

Геніальна ідея використання вихлопних газів для розгону ротора дозволила створити турбований дизельний двигун внутрішнього згоряння та збільшити його потужність на 40–50%. Це при тому, що під час роботи у звичайному режимі викид газів супроводжується зниженням коефіцієнта корисної дії в межах 30-40%.

Принцип роботи турбіни дизельного двигуна заснований на збільшенні кількості повітря, що змішується з паливом і надходить до камери згоряння. За один і той же період часу і при рівних об'ємах циліндрів двигун з турбонаддувом може спалити більше палива, ніж двигун, не оснащений таким пристроєм. Отже, його потужність і ККД в одиницю часу значно зросте.

Розглянемо пристрій турбіни дизельного двигуна, як працює, і яким чином досягаються такі показники.

Конструктивні елементи системи

Для здійснення покладених функцій система турбонаддува складається з двох основних частин:

Компресор служить для нагнітання атмосферного повітря систему подачі палива. Він складається з корпусу і крильчатки, яка, обертаючись, всмоктує повітря. Що її швидкість обертання, то більше вписувалося обсяг прийнятого повітря. Збільшенню швидкості сприяє робота турбіни.

Вона також складається з корпусу з крильчаткою (ротором), яка рухається вихлопними газами. У корпусі гази проходять через спеціальний канал, що має форму равлика, що дозволяє їм збільшити швидкість.

Як працює турбонаддув дизельного двигуна

Ротор турбіни та крильчатка компресора жорстко закріплені на одному валу. Таким чином, швидкість обертання ротора передається крильчатці. Коло замикається:

• Через компресор повітря з атмосфери, змішуючись із паливом, подається в циліндри двигуна;
• Суміш згоряє, рухаючи поршні, і гази, що утворилися в результаті, надходять у випускний колектор;
• Тут вони приймаються в корпус турбіни, розганяються в каналі і на виході взаємодіють із ротором, змушуючи його обертатися;
• Ротор через вал передає обертанню крильчатці компресора, яка всмоктує в корпус атмосферне повітря.

Виходить взаємопов'язана схема роботи, коли кількість повітря, що всмоктується, залежить від швидкості обертання крильчатки і, навпаки, крильчатка обертається швидше при більшій кількості повітря, що забирається.

Принцип роботи турбонаддува має два моменти, які називають турбоямою і турбопідхватом.

Перший момент характеризується затримкою у роботі турбіни після збільшення подачі палива натисканням на педаль газу, оскільки для розгону ротора вихлопними газами потрібен час.

Слідом за турбоямою настає момент турбопідхоплення, коли ротор, що розігнався, різко збільшує подачу повітря в циліндри, підвищуючи потужність двигуна.

Регулювання тиску наддуву

Турбонаддув дизельного двигуна підвищує його потужність за рахунок зростання тиску вихлопних газів, що є результатом збільшення кількості обертів та інтенсивності роботи двигуна. Цей процес підвищує тиск наддува. Якщо його не регулювати, то на найвищих оборотах воно може досягти небезпечних значень, що призводять до поломок та механічних пошкоджень.

Регулювання тиску здійснюється за допомогою випускного запобіжного клапана, а контроль максимально допустимого значення – за допомогою мембрани та пружини певної жорсткості.

Суть роботи: при досягненні граничного значення тиску мембрана, встановлена ​​в корпусі компресора, долає вплив пружини і відкриває регулювальний клапан.

Тиск регулюють як на боці компресора, так і на боці турбіни:

1. Працюючий турбокомпресор скидає в атмосферу через випускний клапан надлишки забраного повітря, тим самим знижуючи тиск.
2. У турбіні клапан випускає відпрацьовані гази під впливом мембрани компресора, коли тиск повітря, що всмоктується, досягає максимального рівня. Завдяки цьому ротор обертається зі встановленою швидкістю, а компресор не забирає зайве повітря і не збільшує тиск.

Другий варіант розташування клапана дозволяє виготовляти системи менших габаритів. Крім того, турбонагнітач з клапаном в компресорі схильний до надмірного нагрівання через підвищену температуру повітря, що випускається, що негативно позначається на ефективності його роботи.

Тому турбонаддув дизельного двигуна частіше оснащують регулювальним клапаном в турбіні, а регулювання в компресорі використовують як доповнення.

Система змащення

Мастило валу турбонагнітача здійснюється мастильною системою двигуна.

На вал встановлюють кільця ущільнювачів, що запобігають проникненню масла в порожнини корпусів компресора і турбіни. Вони ж оберігають корпуси від перегріву. Але герметичність забезпечується не так ущільненнями, скільки різницею величини тиску в різних частинах агрегату. Цю різницю тиску створює турбінна вісь (вал), що має нерівномірний діаметр.

Особлива форма лиття корпусу, в якому розташований вал, також сприяє утримуванню олії.

Якщо двигун не розвиває необхідну потужність, це може бути симптомом несправності турбонаддува.Найпоширеніші проблеми - забруднення повітряного фільтра або втрата герметичності впускного колектора. Крім втрати потужності, їх можна діагностувати по невластивому для справної машини кольору та кількості диму, що виходить із вихлопної труби.

Недоліки турбокомпресорів

Принцип роботи турбіни на дизельному двигуні створює і негативні фактори:

• Підвищена витрата пального. Можливість спалити більшу кількість солярки за рахунок збільшеного обсягу подачі повітря, разом із потужністю підвищує і «ненажерливість» машини. Зменшити апетит до розумних меж дозволяє правильне регулювання системи.
• Позитивні сторони наддуву призводять до багаторазового підвищення температури під час такту стиснення, що може спричинити детонацію двигуна. Вирішується ця проблема встановленням охолоджувачів, регуляторів та інших елементів.

Правила експлуатації

Щоб повною мірою використати ресурс турбіни дизельного мотора та продовжити її термін служби, необхідно виконувати низку умов:

• Регулярно міняти масло в системі, щоб не допустити попадання абразиву в маслопровід та його засмічення.
• Застосовувати тільки якісну олію, що має сертифікат, тієї марки, яка відповідає зазначеній у паспортних даних двигуна.
• Прогрівати двигун перед початком руху і не давати холодному двигуну високих навантажень.
• Ніколи різко не відключати двигун, а після зупинки автомобіля давати можливість попрацювати кілька секунд на неодружених оборотах.

Принцип роботи турбіни на дизельному двигуні та її пристрій

Геніальна ідея використання вихлопних газів для розгону ротора дозволила створити турбований дизельний двигун внутрішнього згоряння та збільшити його потужність на 40–50%.Це при тому, що під час роботи у звичайному режимі викид газів супроводжується зниженням коефіцієнта корисної дії в межах 30-40%.

Принцип роботи турбіни дизельного двигуна заснований на збільшенні кількості повітря, що змішується з паливом і надходить до камери згоряння. За один і той же період часу і при рівних об'ємах циліндрів двигун з турбонаддувом може спалити більше палива, ніж двигун, не оснащений таким пристроєм. Отже, його потужність і ККД в одиницю часу значно зросте.

Розглянемо пристрій турбіни дизельного двигуна, як працює, і яким чином досягаються такі показники.

Конструктивні елементи системи

Для здійснення покладених функцій система турбонаддува складається з двох основних частин:

Компресор служить для нагнітання атмосферного повітря систему подачі палива. Він складається з корпусу і крильчатки, яка, обертаючись, всмоктує повітря. Що її швидкість обертання, то більше вписувалося обсяг прийнятого повітря. Збільшенню швидкості сприяє робота турбіни.

Вона також складається з корпусу з крильчаткою (ротором), яка рухається вихлопними газами. У корпусі гази проходять через спеціальний канал, що має форму равлика, що дозволяє їм збільшити швидкість.

Як працює турбонаддув дизельного двигуна

Ротор турбіни та крильчатка компресора жорстко закріплені на одному валу. Таким чином, швидкість обертання ротора передається крильчатці. Коло замикається:

• Через компресор повітря з атмосфери, змішуючись із паливом, подається в циліндри двигуна;
• Суміш згоряє, рухаючи поршні, і гази, що утворилися в результаті, надходять у випускний колектор;
• Тут вони приймаються в корпус турбіни, розганяються в каналі і на виході взаємодіють із ротором, змушуючи його обертатися;
• Ротор через вал передає обертанню крильчатці компресора, яка всмоктує в корпус атмосферне повітря.

Виходить взаємопов'язана схема роботи, коли кількість повітря, що всмоктується, залежить від швидкості обертання крильчатки і, навпаки, крильчатка обертається швидше при більшій кількості повітря, що забирається.

Принцип роботи турбонаддува має два моменти, які називають турбоямою і турбопідхватом.

Перший момент характеризується затримкою у роботі турбіни після збільшення подачі палива натисканням на педаль газу, оскільки для розгону ротора вихлопними газами потрібен час.

Слідом за турбоямою настає момент турбопідхоплення, коли ротор, що розігнався, різко збільшує подачу повітря в циліндри, підвищуючи потужність двигуна.

Регулювання тиску наддуву

Турбонаддув дизельного двигуна підвищує його потужність за рахунок зростання тиску вихлопних газів, що є результатом збільшення кількості обертів та інтенсивності роботи двигуна. Цей процес підвищує тиск наддува. Якщо його не регулювати, то на найвищих оборотах воно може досягти небезпечних значень, що призводять до поломок та механічних пошкоджень.

Регулювання тиску здійснюється за допомогою випускного запобіжного клапана, а контроль максимально допустимого значення – за допомогою мембрани та пружини певної жорсткості.

Суть роботи: при досягненні граничного значення тиску мембрана, встановлена ​​в корпусі компресора, долає вплив пружини і відкриває регулювальний клапан.

Тиск регулюють як на боці компресора, так і на боці турбіни:

1. Працюючий турбокомпресор скидає в атмосферу через випускний клапан надлишки забраного повітря, тим самим знижуючи тиск.
2. У турбіні клапан випускає відпрацьовані гази під впливом мембрани компресора, коли тиск повітря, що всмоктується, досягає максимального рівня. Завдяки цьому ротор обертається зі встановленою швидкістю, а компресор не забирає зайве повітря і не збільшує тиск.

Другий варіант розташування клапана дозволяє виготовляти системи менших габаритів. Крім того, турбонагнітач з клапаном в компресорі схильний до надмірного нагрівання через підвищену температуру повітря, що випускається, що негативно позначається на ефективності його роботи.

Тому турбонаддув дизельного двигуна частіше оснащують регулювальним клапаном в турбіні, а регулювання в компресорі використовують як доповнення.

Система змащення

Мастило валу турбонагнітача здійснюється мастильною системою двигуна.

На вал встановлюють кільця ущільнювачів, що запобігають проникненню масла в порожнини корпусів компресора і турбіни. Вони ж оберігають корпуси від перегріву. Але герметичність забезпечується не так ущільненнями, скільки різницею величини тиску в різних частинах агрегату. Цю різницю тиску створює турбінна вісь (вал), що має нерівномірний діаметр.

Особлива форма лиття корпусу, в якому розташований вал, також сприяє утримуванню олії.

Якщо двигун не розвиває необхідну потужність, це може бути симптомом несправності турбонаддува. Найпоширеніші проблеми - забруднення повітряного фільтра або втрата герметичності впускного колектора. Крім втрати потужності, їх можна діагностувати по невластивому для справної машини кольору та кількості диму, що виходить із вихлопної труби.

Недоліки турбокомпресорів

Принцип роботи турбіни на дизельному двигуні створює і негативні фактори:

• Підвищена витрата пального. Можливість спалити більшу кількість солярки за рахунок збільшеного обсягу подачі повітря, разом із потужністю підвищує і «ненажерливість» машини. Зменшити апетит до розумних меж дозволяє правильне регулювання системи.
• Позитивні сторони наддуву призводять до багаторазового підвищення температури під час такту стиснення, що може спричинити детонацію двигуна. Вирішується ця проблема встановленням охолоджувачів, регуляторів та інших елементів.

Правила експлуатації

Щоб повною мірою використати ресурс турбіни дизельного мотора та продовжити її термін служби, необхідно виконувати низку умов:

• Регулярно міняти масло в системі, щоб не допустити попадання абразиву в маслопровід та його засмічення.
• Застосовувати тільки якісну олію, що має сертифікат, тієї марки, яка відповідає зазначеній у паспортних даних двигуна.
• Прогрівати двигун перед початком руху і не давати холодному двигуну високих навантажень.
• Ніколи різко не відключати двигун, а після зупинки автомобіля давати можливість попрацювати кілька секунд на неодружених оборотах.

Принцип роботи дизельної турбіни

Деталь розкручується силою відпрацьованих газів. Турбокомпресором називається повітряний насос, що приводиться в рух турбіною. Дизельний двигун розганяє лопатки до 130 000 обертів за хвилину. Згоряння палива відбувається повніше, витрата знижується, а ККД збільшується. Додатково зменшується кількість шкідливих викидів у повітря.

Схема вузла

Турбіна з'єднана з компресором жорсткою віссю.Компресор втягує і спресовує повітря і під тиском видмухує в колектор двигуна. Чим вищий тиск, тим більше газів подається в двигун. Зростає ККД, швидкість розгону, маневреність.

Існує прямо пропорційна залежність між тиском, з яким подається повітря, та швидкістю руху турбіни. Нескінченно нарощувати об'єм повітря, що нагнітається, не можна, тому що існують граничні навантаження на крильчатки.

Конструкція турбонаддуву

Деталь складається з корпусу та ротора. Гази під тиском видмухуються з випускного колектора двигуна в приймальний патрубок турбокомпресора. У вузькому каналі відбувається прискорення. Гази потрапляють на равлик турбіни, потім розкручують ротор. На швидкість впливає розмір та форма внутрішнього каналу.

Модифікації

Моделі для дизельних, бензинових двигунів, а також вантажівок та важкої техніки відрізняються за внутрішньою будовою корпусу. Для нарощування потужності автобусів та вантажної техніки застосовують 2 паралельні канали. Ротор розганяють 2 синхронні повітряні потоки.

Турбокомпресори великого об'єму спеціально комплектують кільцем із напрямними лопатками. Це дозволяє створити рівномірний струмінь повітря на роторі. Також з'являється можливість регулювати швидкість та потужність повітряної маси.

Комплектуючі виготовляють із тугоплавких металів, що витримують 1000-1150 °С. Вісь, на якій закріплений ротор, менш тугоплавка.

Спосіб збирання:

• Ротор та вісь з'єднують. У процесі обидві деталі обертаються у протилежні сторони. Тертя утворює велике виділення тепла. Відбувається сплавлення.
• У місці контакту вісь має внутрішню порожнину. Це потрібно для ізоляції жару від ротора.
• Ближче до корпусу турбіни у виїмці на осі розміщують кільце ущільнювача.
• Радіальні підшипники полірують.
• Один кінець осі відливається меншого діаметра та загостреним. На нього надягається ротор із закріплювальним різьбленням. Гайка, що нагвинчується, щільно утримує запчастину на місці.

Ось підлягає обов'язковому балансуванню, як і всі частини турбокомпресора. Проводиться щонайменше два етапи балансування: окремо і в складанні – перед встановленням на двигун.

Компресор

Вузол включає корпус та ротор. Величина залежить від обсягу двигуна та загального розміру транспортного засобу. Чим більший ротор, тим нижча гранична швидкість обертання. Ротор компресора нерозривно пов'язаний з віссю та рухається з однаковою швидкістю порівняно з ротором турбіни.

Форма алюмінієвих лопаток є продуманою для втягування повітря через середину деталі. Гази підштовхуються до країв ротора і передаються лопатками на стінки картриджа. Цей механізм стискає повітря до розмірів впускного колектора. Картридж турбокомпресора зазвичай відливають із алюмінію.

Корпус підшипників

Центральна вісь є сполучною ланкою між компресором та турбіною. Рух осі задається підшипниками. Між ними, корпусом та віссю тече моторне масло. Воно змащує всю систему, включаючи двигун.

Існують моделі зі стаціонарним підшипником. Змащування осі здійснюється завдяки наявності олійної ванни. Такий механізм ізольовано від системи двигуна. Конструкція хороша тим, що рідина не лише знижує тертя, а й остуджує механізм у процесі роботи.

Комплект з масловідбивних прокладок і кілець ущільнювачів служить для запобігання витоку масла. Витратники прикріплюються по обидва боки турбокомпресора.Додатково важко проходження повітря між турбіною, компресором і віссю. Це необхідно, так як внутрішній тиск компресора і турбіни перевершує його в корпусі осі.

Щоб нівелювати різницю, частина газів і повітря спускається в картер двигуна разом із поточним моторним маслом.

Динамічні ущільнення

• Кільце ущільнювача розкручується по ходу руху осі з аналогічною швидкістю. Три отвори дозволяють створити противагу тиску олії.
• Внутрішній дизайн картриджа там, де зовні кріпиться кільце, має спеціальну конструкцію для ізоляції протікання.

Замовити ремонт або заміну дизельної турбіни в Мінську можна по телефону +375 (29) 123 59 55 чи через форму на сайті.