Как работает турбина на дизельном двигателе

Турбины дизельных двигателей – устройство и принцип работы

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

Раздельныйкомпрессор – 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.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

принцип и особенности работы турбины

Турбокомпрессор — это инновационное устройство, которое позволяет увеличить мощность двигателя автомобиля на целых 30%, не требуя физического увеличения объема цилиндров. Это делает его одним из самых важных компонентов в современных автомобилях, независимо от используемого типа топлива.

Принцип работы турбокомпрессора заключается в использовании отработанных газов, которые выделяются при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. Эти газы направляются в турбину, которая в свою очередь приводит в движение компрессор, увеличивая объем подаваемого воздуха в цилиндры двигателя. Благодаря этому, происходит увеличение мощности двигателя, что позволяет автомобилю ехать быстрее и более эффективно.

Как и у любой другой технологии, есть и некоторые минусы при использовании турбокомпрессора. Одним из них является увеличение температуры воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Это может привести к перегреву и повреждению двигателя. Кроме того, турбокомпрессор может быть достаточно дорогим в обслуживании и ремонте, а также требует более тщательного ухода, чем обычный двигатель.

Несмотря на это, турбокомпрессоры остаются очень популярными и широко используются на современных автомобилях. Они обеспечивают более быстрое и эффективное движение автомобиля, что делает их отличным выбором для тех, кто ищет максимальную мощность и производительность от своего автомобиля.

Устройство и особенности турбины

Агрегат, который применяется в технологии турбонаддува, состоит из двух ключевых устройств — турбины и компрессора. Каждое из них выполняет свою уникальную функцию. Турбина направлена на преобразование энергии выхлопных газов, в то время как компрессор отвечает за поставку сжатого воздуха в цилиндры двигателя. Основными элементами этой установки являются лопастные колеса компрессора и турбины.

Компрессор можно описать как насос, который занимается подачей сжатых атмосферных воздушных масс в цилиндры двигателя. Кислород, содержащийся в этих сжатых воздушных массах, необходим для сжигания топлива в цилиндрах. Чем больше кислорода поступает в цилиндры, тем больше топлива можно сжечь, что приводит к увеличению мощности двигателя без необходимости увеличения объема или количества цилиндров.

Турбонаддув состоит из нескольких компонентов, таких как корпус компрессора, корпус турбины, корпус подшипников, компрессорное и турбинное колеса, а также ось или вал ротора.

Хотя технология турбонаддува имеет свои преимущества, такие как увеличение мощности двигателя без необходимости увеличения его размера, она также имеет некоторые недостатки. Например, высокая температура воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, может привести к его перегреву. Кроме того, система турбонаддува может быть дорогой в обслуживании и ремонте.

Основным элементом в технологии турбонаддува является ротор, который защищен корпусом и крепится к специальной оси. Для изготовления ротора и корпуса турбины используются термостойкие сплавы, так как они находятся в постоянном контакте с газами высокой температуры.

Ротор и крыльчатка вращаются в разных направлениях с большой скоростью, что обеспечивает их плотное прижимание друг к другу. Принцип работы турбонаддува заключается в следующем:

Отработанные газы поступают в выпускной коллектор, затем в специальный канал, расположенный в корпусе нагнетателя, который выполнен в форме улитки. В улитке газы разгоняются до большой скорости и подаются на ротор, что обеспечивает вращение турбины.

Ось турбонагнетателя крепится на специальных подшипниках скольжения и смазывается жидкостью из моторного отсека. Утечка смазочной жидкости предотвращается за счет наличия прокладки и уплотнительных колец. Кроме того, смешанные и отдельные потоки отработанных газов и воздуха обеспечивают дополнительную герметизацию.

Хотя такое технологическое решение не гарантирует 100% защиту от попадания выхлопных газов в сжатый воздух, система турбонаддува не требует этого.

Принцип работы Турбины

Для начала необходимо разобраться с двумя терминами, связанными с турбонаддувом.

Турбоподхват — это состояние, когда быстро вращающийся ротор увеличивает подачу воздуха в цилиндры, что приводит к увеличению мощности двигателя.

Турбояма — это короткая задержка, которая возникает при повышении количества топлива при нажатии на педаль газа. Задержка происходит из-за того, что ротору требуется время, чтобы разогнать газы.

Турбонаддув повышает давление выхлопных газов, увеличивая интенсивность работы двигателя, однако это также приводит к увеличению давления наддува. При достижении критических значений может произойти поломка, поэтому процесс необходимо контролировать. Клапаны отвечают за регулировку давления, а мембрана и пружина следят за предельно допустимыми значениями. При достижении определенной величины мембрана открывает клапан для снижения давления.

Работа турбины на дизельном двигателе требует контроля давления, который осуществляется следующими процессами:

Если поступает слишком много воздуха, компрессор (используя клапан) освобождается от избытка.
Клапан снижает давление, когда воздуха поступает слишком много, что позволяет двигателю работать стабильно и забирать ровно столько воздуха, сколько ему необходимо.

Работа турбокомпрессора на дизельном двигателе

Работа турбонаддува осуществляется по следующей схеме:

Компрессор сжимает атмосферный воздух, увеличивая его давление и плотность.
Сжатый воздух поступает в цилиндры двигателя и смешивается с топливом.
Полученная топливно-воздушная смесь воспламеняется, поршни начинают движение, что приводит к работе двигателя.
Отработанные газы направляются в выпускной коллектор, где их скорость значительно увеличивается.
Вращение ротора турбины передается на компрессорный ротор через вал. Компрессорный ротор втягивает новую порцию воздуха и сжимает его.
Ротор турбины вращается все быстрее, когда в цилиндры поступает больше воздуха. Чем больше воздуха поступает, тем быстрее вращается ротор турбины.

Таким образом, турбонаддув позволяет увеличить количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, что приводит к увеличению мощности и крутящего момента. Однако, для эффективной работы турбонаддува необходим правильный контроль давления, а также регулярное обслуживание и замена деталей.

Минусы турбины на дизельном двигателе

Как и любое устройство, у турбины есть свои преимущества и недостатки. Одним из основных недостатков является увеличенный расход топлива, особенно при неправильной настройке агрегата. Еще один недостаток — чувствительность к качеству топлива, что особенно актуально в условиях России. Некачественный дизель может вызвать детонацию, что негативно сказывается на работе двигателя.

Кроме того, есть и другие недостатки, такие как повышенные требования к моторному маслу, необходимость частой замены масла и фильтров (примерно каждые 5-6 тыс. км), а также воздушного фильтра. Ресурс турбины на дизельном двигателе значительно ниже, чем на бензиновом, из-за более высокой температуры выхлопа. Средний ресурс агрегата составляет 200-250 тыс. км, после чего потребуется замена или капитальный ремонт. Ремонт турбины достаточно сложен и среднестатистическому автовладельцу не под силу его произвести самостоятельно.

Однако стоит отметить, что преимущества турбины перевешивают недостатки, иначе она не пользовалась бы такой популярностью. Турбина позволяет увеличить мощность двигателя без физического увеличения объема цилиндров на 30%. Благодаря использованию выхлопных газов, турбина повышает эффективность работы двигателя и уменьшает выбросы вредных веществ в атмосферу.

Основные неисправности — признаки и причины

Исходя из вышесказанного, турбина имеет свои плюсы и минусы. Среди недостатков можно выделить увеличение расхода топлива, особенно при неправильной настройке агрегата. Также турбина чувствительна к качеству топлива, особенно в условиях России, где некачественный дизель может вызвать детонацию.

Кроме того, турбина требует повышенных требований к моторному маслу, а также частой замены масла и фильтров (примерно каждые 5-6 тыс. км) и воздушного фильтра. Ресурс турбины на дизельном двигателе значительно ниже, чем на бензиновом из-за более высокой температуры выхлопа. Средний ресурс агрегата составляет 200-250 тыс. км, после чего потребуется замена или капитальный ремонт. Ремонт турбины достаточно сложен, и среднестатистическому автовладельцу не под силу его произвести самостоятельно.

Тем не менее, преимущества турбины перевешивают ее недостатки. Турбина позволяет увеличить мощность двигателя без необходимости увеличения объема цилиндров на 30%. Благодаря использованию выхлопных газов, турбина повышает эффективность работы двигателя и уменьшает выбросы вредных веществ в атмосферу. Турбина широко используется в современных автомобилях независимо от типа используемого топлива. Компоненты системы турбонаддува, такие как ротор, турбина и компрессорные лопатки, работают вместе, чтобы увеличить объем воздуха в цилиндрах двигателя и обеспечить более эффективное сгорание топлива.

Что делать, если турбина сломалась

Когда на автомобиле обнаруживается неисправность, первым шагом является проведение диагностики. Чем раньше это будет сделано, тем лучше. Если заменить неисправную деталь вовремя, можно избежать более серьезных проблем в будущем. Например, часто автовладельцы игнорируют легкие постукивания, думая, что это не имеет значения. В результате, через какое-то время, может потребоваться покупка новой турбины, хотя изначально можно было обойтись небольшим ремонтом.

Однако, следует отметить, что не достаточно знать, как работает турбина на дизельном двигателе, необходимо идеально разбираться во всех ее компонентах. Только обладая соответствующими навыками, опытом и оборудованием, можно провести качественный ремонт. Именно поэтому, рекомендуется не пытаться самостоятельно отремонтировать агрегат (это может только ухудшить ситуацию).

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Турбонаддув обязан свои появлением пресловутой немецкой рачительности и практичности во всём. Ещё Рудольфу Дизелю и Готлибу Даймлеру, в конце XIX века, не давал покоя такой вопрос. Как же так: выхлопные газы просто так выбрасываются в трубу, а энергия, которой они обладают, не приносит никакой пользы? Непорядок… В веке двадцать первом, двигатели, оснащённые турбиной, давно перестали быть экзотикой и используются повсеместно, на самой разной технике. Почему турбины получили распространение прежде всего на дизельных двигателях и каков принцип работы этих полезных агрегатов, разберём далее – в строго научно-популярной, но наглядной и понятной каждому форме.

Об истории изобретения и внедрения турбонаддува

Итак, идея «пустить в дело» энергию отработанных выхлопных газов появилась уже вскоре после изобретения и успешных опытов применения двигателей внутреннего сгорания. Немецкие инженеры и первопроходцы автомобиле- и тракторостроения, во главе с Дизелем и Даймлером, провели первые опыты по повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива с помощью нагнетания сжатого воздуха от выхлопов.

Об истории изобретения и внедрения турбонаддува

Готдиб Даймлер выпускал вот такие автомобили, а уже задумывался о внедрении системы турбонаддува

Но первым, кто построил первый эффективно работающий турбокомпрессор, стали не они, а другой инженер – Альфред Бюхи. В 1911 году он получил патент на своё изобретение. Первые турбины были таковы, что использовать их было возможно и целесообразно только на крупных двигателях (например, судовых).

Далее турбокомпрессоры начали использоваться в авиационной промышленности. Начиная с 30-х годов ХХ века, в Соединённых Штатах регулярно запускались в «серию» военные самолёты (как истребители, так и бомбардировщики), бензиновые двигатели которых были оснащены турбонагнетателями. А первая в истории грузовая автомашина с турбированным дизельным мотором была сделана в 1938 году.

В 60-е годы корпорация «Дженерал Моторс» выпустила первые легковые «Шевроле» и «Олдсмобили» с бензиновыми карбюраторными двигателями, оснащёнными турбонаддувом. Надежность тех турбин была невелика, и они быстро исчезли с рынка.

Об истории изобретения и внедрения турбонаддува 01

Oldsmobile Jetfire 1962 года – первый серийный автомобиль с турбонаддувом

Мода на турбированные моторы вернулась на рубеже 70-х/80-х, когда турбонаддув начали широко использовать в создании спортивных и гоночных автомобилей. Приставка «турбо» стала чрезвычайно популярной и превратилась в своеобразный лейбл. В голливудских фильмах тех лет супергерои нажимали на панелях своих суперкаров «магические» кнопки «турбо», и машина уносилась вдаль. В реальной же действительности турбокомпрессоры тех лет ощутимо «тормозили», выдавая существенную задержку реакции. И, кстати, не только не способствовали экономии топлива, а наоборот, увеличивали его расход.

Труженик советских полей – трактор К-701 «Кировец» с турбонаддувом

Первые действительно успешные попытки внедрения турбонаддува в производство автомобильных двигателей серийного производства осуществили в начале 80-х годов «SAAB» и «Mercedes». Этим передовым опытом не замедлили воспользоваться и другие мировые машиностроительные компании.

Почему в итоге турбины получили распространение именно на дизельных, а не бензиновых двигателях? Потому что дизельные моторы имеют гораздо большую степень сжатия воздуха, а их выхлопные газы – более низкую температуру. Соответственно, требования к жаропрочности турбины гораздо меньше, а её стоимость и эффективность использования – гораздо больше.

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из двух частей: из турбины и турбокомпрессора. Турбина служит для преобразования энергии отработанных газов, а компрессор – непосредственно для подачи многократно сжатого атмосферного воздуха в рабочие полости цилиндров. Главные детали системы – два лопастных колеса, турбинное и компрессорное (так называемые «крыльчатки»). Турбокомпрессор представляет собой технологичный насос для воздуха, приводимый в действие вращением ротора турбины. Единственная его задача – нагнетание сжатого воздуха в цилиндры под давлением.

Составные части устройства турбонаддува:

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

Основа системы турбонаддува – это ротор, закреплённый на специальной оси и заключённый в особый жаропрочный корпус. Беспрерывный контакт всех составных частей турбины с чрезвычайно раскалёнными газами определяет необходимость создания как ротора, так и корпуса турбины из специальных жаропрочных металлосплавов.

Устройство системы турбонаддува

Крыльчатка и ось турбины вращаются с очень высокой частотой и в противоположных направлениях. Это обеспечивает плотный прижим одного элемента к другому. Поток отработанных газов проникает вначале в выпускной коллектор, откуда попадает в специальный канал, что расположен в корпусе турбо-нагнетателя. Форма его корпуса напоминает панцирь улитки. После прохождения этой «улитки» отработанные газы с разгоном подаются на ротор. Так и обеспечивается поступательное вращение турбины.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Ось турбонагнетателя закреплена на специальных подшипниках скольжения; смазка осуществляется подачей масла из системы смазки моторного отсека. Уплотнительные кольца и прокладки препятствуют утечкам масла, а также прорывам воздуха и отработанных газов, а также их смешиванию. Конечно, полностью исключить попадание выхлопа в сжатый атмосферный воздух не удаётся, но в этом и нет большой необходимости…

Как работает турбина дизельного двигателя

Мощность любого двигателя и производительность его работы зависит от целого ряда причин. А именно: от рабочего объёма цилиндров, от количества подаваемой воздушно-топливной смеси, от эффективности её сгорания, а также от энергетической части топлива. Мощность двигателя возрастает пропорционально росту количества сжигаемого в нём за определённую единицу времени горючего. Но для ускорения сгорания топлива необходимо увеличение запаса сжатого воздуха в рабочих полостях мотора.

То есть, чем больше за единицу времени сжигается горючего, тем большее количество воздуха потребуется «впихнуть» в мотор (не очень красивое слово «впихнуть» здесь, тем не менее, очень хорошо подходит, поскольку сам мотор не справится с забором избыточного количества сжатого воздуха, и фильтры нулевого сопротивления в этом ему не помогут).

Как работает турбина дизельного двигателя

В этом, повторимся, и состоит основное назначение турбонаддува – в наращивании подачи воздушно-топливной смеси в камеры сгорания. Это обеспечивается нагнетанием сжатого воздуха в цилиндры, которое происходит под постоянным давлением. Оно происходит вследствие преобразования энергии отработанных газов, проще говоря, из бросовой и утерянной – в полезную. Для этого, прежде чем выхлопные газы должны быть выведены в выхлопную трубу, а далее и, соответственно, в атмосферу, их поток направляется через систему турбокомпрессора.

Этот процесс обеспечивает раскручивание колеса турбины («крыльчатки»), снабжённого специальными лопастями, до 100-150ти тысяч оборотов в минуту. На одном валу с крыльчаткой закреплены и лопасти компрессора, которые нагнетают сжатый воздух в цилиндры двигателя. Полученная от преобразования энергии выхлопных газов сила используется для значительного увеличения давления воздуха. Благодаря чему и появляется возможность впрыскивания в рабочие полости цилиндров гораздо большего количества топлива за фиксированное время. Это даёт значительное увеличение как мощности, так и КПД дизеля.

Как работает турбина дизельного двигателя 01

Дизельная турбина в разрезе

Проще говоря, турбосистема содержит две лопастных «крыльчатки», закреплённых на одном общем валу. Но находящихся при этом в отдельных камерах, герметично отделённых друг от друга. Одна из крыльчаток вынуждена вращаться от постоянно поступающих на её лопасти выхлопных газов двигателя. Поскольку вторая крыльчатка с нею жёстко связана, то и она также начинает вращаться, захватывая при этом атмосферный воздух и подавая его в сжатом виде в цилиндры двигателя.

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Не один десяток лет потребовался инженерам, чтобы создать действительно эффективно работающий турбокомпрессор. Ведь это только в теории всё выглядит гладко: от преобразования энергии отработанных газов можно «вернуть» утерянный процент КПД и значительно увеличить мощность двигателя (например, со ста до ста шестидесяти лошадиных сил). Но на практике подобного почему-то не получалось.

Кроме того, при резком нажатии на акселератор приходилось ждать увеличения оборотов мотора. Оно происходило только через некоторую паузу. Рост давления выхлопных газов, раскрутка турбины и загонку сжатого воздуха происходили не сразу, а постепенно. Данное явление, именуемое «turbolag» («турбояма») никак не удавалось укротить. А справиться с ним получилось, применив два дополнительных клапана: один – для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. А другой клапан – для отработанных газов. Да и в целом, современные турбины с изменяемой геометрией лопаток даже своей формой уже значительно отличаются от классических турбин второй половины ХХ века.

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Дизельный турбокомпрессор «Бош»

Другая проблема, которую пришлось решать при развитии технологий дизельных турбин, состояла в избыточной детонации. Детонация эта возникала из-за резкого увеличения температуры в рабочих полостях цилиндров при нагнетании туда дополнительных масс сжатого воздуха, особенно на завершающей стадии такта. Решать данную проблему в системе призван промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер).

Кроме того, современная система турбонаддува двигателя не обходится без:

регулировочного клапана (wastegate). Он служит для поддержания оптимального давления в системе, и для его сброса , при необходимости, в приёмную трубу;
перепускного клапана (bypass-valve). Его предназначение – отвод наддувочного воздуха назад во впускные патрубки до турбины, если нужно снизить мощность и дроссельная заслонка закрывается;
и/или «стравливающего» клапана (blow-off-valve). Который стравливает наддувочный воздух в атмосферу в том случае, если дроссель закрывается и датчик массового расхода воздуха отсутствует;
выпускного коллектора, совместимого с турбокомпрессором;
герметичных патрубков: воздушных для подачи воздуха во впуск, и масляных – для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Применение турбонаддува в мировом машиностроении

На дворе двадцать первый век, и никто уже не гонится за тем, чтобы название его легкового автомобиля было с модной в веке ХХ-м приставкой «турбо». Никто и не верит более в «магическую силу турбины» для резкого ускорения автомобиля. Смысл применения и эффективность работы системы турбонаддува всё-таки не в этом.

Применение турбонаддува в мировом машиностроении

Разумеется, наиболее эффективен турбонаддув при его использовании на двигателях тракторов и тяжёлых грузовиков. Он позволяет добавить мощности и крутящего момента без возникновения перерасхода топлива, что очень важно для экономических показателей эксплуатации техники. Там он и используется. Нашли своё широкое применение турбосистемы также на тепловозных и судовых дизелях. И это наиболее мощные из созданных человеком турбин для дизельного двигателя.

Устройство и принцип работы турбины на дизельном двигателе

Турбокомпрессор — устройство, которое позволяет примерно на 30% увеличить мощность мотора, при этом отсутствует необходимость физически увеличивать объём цилиндров. Такие агрегаты установлены практически на всех современных автомобилях, вне зависимости от типа используемого топлива. Ниже подробнее расскажем об устройстве и работе турбины дизельного двигателя, а также обрисуем минусы этого устройства и самые распространённые поломки.