Принцип работы турбины на бензиновом и дизельном двигателе

Устройство системы питания дизеля

Из чего состоит топливная дизельная система:

1. Топливный бак.
2. Фильтр грубой очистки топлива (ГОТ).
3. Фильтр тонкой очистки топлива (ТОТ).
4. Насос для подкачивания дизтоплива.
5. Топливный насос высокого давления (ТНВД).
6. Инжекторные форсунки.
7. Магистраль высокого давления.
8. Трубопровод низкого давления.
9. Фильтр очистки воздуха.

Эти элементы есть во всех модификациях дизельных агрегатов. Некоторые моторы оснащаются доп элементами: электрический насос, фильтры сажевые, глушители и т.д.

Система питания дизельного двигателя состоит из двух основных частей:

• дизельное устройство для подачи топлива;
• дизельное устройство для подачи воздуха.

Устройство для подачи топлива может быть в едином корпусе, а может быть раздельным. Современное устройство выполнено в раздельном типе, то есть насос ТНВД и форсунки расположены в разных корпусах. Солярка нагнетается по магистралям низкого, затем высокого давления. Все, что до ТНВД, это трубопроводы низкого давления. После ТНВД начинается сжатие топлива.

Система питания дизельного ДВС оснащается двумя насосами:

• насос высокого давления;
• насос для подкачки топлива.

Насос для подкачки начинает качать топливо из бака, прогоняет его через фильтры грубой и тонкой очистки и поставляет его в топливный насос высокого давления.

Насос ТНВД подает топливо под давлением в инжекторные форсунки в порядке, характерном для данного дизельного мотора. В устройстве ТНВД есть много одинаковых секций.

Нераздельная система подачи топлива

Такие двигатели с нераздельной подачей топлива не распространились массово. Они часто ломаются. Хотя конструкция и проще, отсутствует магистраль высокого давления. Моторы работают с высоким уровнем шума.

Раздельная система подачи топлива

В таких двигателях форсунки устанавливают в головке блока цилиндров. Форсунки должны качественно распылять топливо по рабочим камерам сгорания цилиндров, поэтому частой проблемой плохой работы дизеля является засорение форсунок.

Насос подкачки топлива нагнетает много жидкости в ТНВД, насос высокого давления берет нужный ему объем, а остальное оттекает по дренажным линиям обратно в топливный бак.

Классификация дизельных форсунок по конструкции:

1. закрытая форсунка, то есть сопло у нее закрывается специальное запорной иглой;
2. открытая форсунка.

В четырех тактных двигателях устанавливаются форсунки закрытого вида. Внутреннее пространство форсунки сообщается с камерой сгорания только во время подачи топлива.

Главный элемент форсунок — это распылитель. Распылитель может иметь только одно отверстие или несколько. Впрыск топлива через эти отверстия создают факел в цилиндре. От пропускной способности, количества отверстий зависит форма и расположение факела.

Принцип функционирования

Чтобы понимать, что такое дизель и чем обусловлены его функциональные особенности, необходимо рассмотреть принцип работы. Приведенная выше классификация поршневых ДВС основана на количестве тактов, входящих в рабочий цикл, которые выделяют по величине угла поворота коленчатого вала.

Следовательно, рабочий цикл четырехтактных двигателей включает 4 фазы.

Впуск. Происходит при повороте коленвала от 0 до 180°. При этом воздух проходит в цилиндр через открытый на 345-355° впускной клапан. Одновременно с ним во время поворота коленвала на 10-15° открыт выпускной клапан, что называют перекрытием.

Сжатие. Поршень, двигаясь вверх при 180-360°, сжимает воздух в 16-25 раз (степень сжатия), а впускной клапан закрывается в начале такта (при 190-210°).

Рабочий ход, расширение. Происходит при 360-540°. В начале такта до достижения поршнем верхней мертвой точки топливо подается в горячий воздух и воспламеняется. Это особенность дизельных двигателей, отличающая их от бензиновых, где происходит опережение зажигания. Выделяющиеся при этом продукты горения толкают поршень вниз. При этом время сгорания топлива равно времени его подачи форсункой и длится не дольше продолжительности рабочего хода. То есть при рабочем процессе давление газов постоянно, вследствие чего дизели развивают больший крутящий момент

Также важной особенностью таких моторов является необходимость обеспечения избытка воздуха в цилиндре, так как пламя занимает небольшую часть камеры сгорания. То есть отличается пропорция топливовоздушной смеси.

Выпуск

При 540-720° поворота коленвала открытый выпускной клапан поршень, двигаясь вверх, вытесняет выхлопные газы.

Двухтактный цикл отличается укороченными фазами и единым процессом газообмена в цилиндре (продувкой), происходящей между концом рабочего хода и началом сжатия. При движении поршня вниз продукты горения удаляются через выпускные клапаны или окна (в стенке цилиндра). Позже открываются впускные окна для поступления свежего воздуха. Когда поршень поднимается, все окна закрываются, и начинается сжатие. Чуть ранее достижения ВМТ впрыскивается и воспламеняется топливо, начинается расширение.

Из-за сложности обеспечения продувки вихревой камеры двухтактные моторы бывают только с непосредственным впрыском.

Производительность таких двигателей выше в 1,6-1,7 раз, чем характеристики дизеля четырехтактного типа. Ее прирост обеспечивается вдвое более частым осуществлением рабочих ходов, но частично сокращается из-за их меньшей величины и продувки. Вследствие удвоенного количества рабочих ходов двухтактный цикл особо актуален в случае невозможности увеличения частоты вращения.

Основной проблемой таких двигателей является продувка из-за ее непродолжительности, что невозможно компенсировать без снижения эффективности за счет укорочения рабочего хода. К тому же невозможно разделить выхлоп и свежий воздух, из-за чего часть последнего удаляется с отработанными газами. Данную проблему можно решить путем обеспечения опережения выпускных окон. В таком случае газы начинают удаляться до продувки, и после закрытия выпуска цилиндр дополняется свежим воздухом.

К тому же при использовании одного цилиндра возникают сложности с синхронностью открытия/закрытия окон, поэтому существуют двигатели (ПДП), в которых каждый цилиндр имеет два поршня, движущихся в одной плоскости. Один из них контролирует впуск, другой – выпуск.

По механизму осуществления продувку подразделяют на щелевую (оконную) и клапанно-щелевую. В первом случае окна служат и впускными и выпускными отверстиями. Второй вариант предполагает их использование в качестве впускных отверстий, а для выпуска служит клапан в головке цилиндра.

Обычно двухтактные дизели применяют на тяжелых транспортных средствах вроде кораблей, тепловозов, танков.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

В свое время силовые двигатели, усиленные турбиной, встречались только на грузовых машинах, да и то не на всех. Несколько позже стали турбировать и легковые автомобили, предназначенные для гонок. В наше время моторы, оснащенные турбинами, отлично ведут себя на обычном легковом транспорте. Линейный ряд этих двигателей развивается так быстро, что простым моторам внутреннего сгорания уже ничего не осталось, чтобы уступить первенство усовершенствованным аналогам.

1. Принципиальная схема
2. Турбина с изменяемой геометрией
3. Устройство с интеркулером
4. Как определяется неисправность
5. Порядок проверки

Принципиальная схема

Чтобы понимать, как работает турбина, следует ознакомиться с порядком функционирования ДВС.

Как правило, большинство моторов четырехтактные поршневые, их работа всегда под контролем клапанов впускной и выпускной групп. Один цикл работы составляет четыре такта, которые проходят за два полных оборота коленчатого вала.Принцип работы турбины на дизельном двигателе довольно прост и состоит из следующих действий:

• впуск – поршень идет вниз, давая возможность проникать воздуху через впускной клапан;
• компрессия – в этот момент горючая смесь сжимается;
• процесс расширения – горючее входит под давлением и загорается;
• выпуск – поршень идет вверх, выпуская газ.

Турбина с изменяемой геометрией

Работа турбонаддува может сопровождаться некоторыми сложностями:происходит задержка усиления мощности («турбояма») в момент резкого давления на газ;выход из такого состояния меняется резким повышением воздействия наддува («турбоподхват»).Возникновение первого явления возможно из-за инерционности системы. Чтобы решить такую проблему, применяют:

• турбинное устройство с изменяемой геометрией;
• используют пару параллельных либо последовательных компрессорных устройств;
• наддув комбинированного вида.

Турбина с изменяемой геометрией:1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Устройство с интеркулером

При сжатии воздух изменяет не только плотность, но и температурный режим. Для сгорания топлива поступающий кислород довольно полезен, но выпускаемый горячий воздух оказывает разрушительное действие на всю систему. По этой причине используют интеркулер, своего рода радиатор, с помощью которого понижается температура. За счёт этого мощность двигателя увеличивается на 15-20 лошадиных сил.Смысл работы устройства заключается в том, что горячие воздушные массы подвергаются охлаждению. Может быть воздушным и жидкостным.

Как определяется неисправность

Причины отказа работы турбины бывают разные, но к основным признакам этого можно отнести:значительно понижается динамика, автомобиль «не тянет»;

1. двигатель долго не выходит на нужную мощность;
2. из трубы для выхлопных газов появился дымок голубого либо сизого оттенка;
3. ощущается запах сгоревшего масла;
4. мотор при работе «кушает» масло;
5. под капотной крышкой появляются странные звуки;
6. на холостом ходу движок работает нестабильно.

Порядок проверки

Если нет возможности проверить турбинное устройство в автосервисе, то это можно сделать самостоятельно, не покидая гаража.Для начала проводится визуальный осмотр устройства. Изучается цвет дыма. Беловатые выхлопы говорят о том, что воздуховоды забиты, либо сливной масляный провод засорен. Если дым напоминает копоть, то подтверждает утечку масла. Сизость дымка говорит о том, что течет масло. После попадания в камеру, оно придает дыму сизоватость. Чтобы убедиться в своей правоте, необходимо снять фильтр очистки воздуха. Если он чист – причину искать следует в другом.

Теперь двигатель следует прогреть и приступить к очередному проверочному этапу, и пригласить на помощь напарника. Ищем патрубок, идущий от турбины к впускному коллектору. Пережав патрубок, даем команду давить на газ несколько секунд. По второй команде педаль резко отпускается. Рука, лежащая на патрубке, будет ощущать, как он расширяется. Это свидетельствует о том, что воздушное давление велико. Если такого не происходит – турбина вышла из строя.Проще всего, если есть датчик давления турбины. По его работе быстро определяется пригодность турбинного устройства.Необходимо помнить, что турбина считается довольно чувствительной частью мотора, и способна утратить работоспособность по малейшим причинам. Но продлить ее срок эксплуатации возможно, организовав за двигателем минимальный уход.

Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

Для более ясного представления о том, как работает турбина в автомобиле, прежде всего необходимо ознакомится с принципом работы двигателя внутреннего сгорания. Сегодня, основная масса грузовых и легковых автомобилей оснащаются 4-х тактными силовыми агрегатами, работа которых контролируется впускными и выпускными клапанами.

Каждый из рабочих циклов такого двигателя состоит из 4 тактов, при которых коленвал делает 2 полных оборота.

Впуск — при этом такте осуществляется движение поршня вниз, при этом в камеру сгорания поступает смесь топлива и воздуха (если это бензиновый двигатель) или только воздуха в случае если это дизельный агрегат.

Компрессия — при этом такте происходит сжатие горючей смеси.

Расширение — на этом этапе происходит воспламенение горючей смеси при помощи искры, вырабатываемой свечами. В случае с дизельным двигателем, воспламенение осуществляется произвольно под действием высокого давления впрыска.

Выпуск — поршень двигается вверх, при этом освобождаются выхлопные газы.

Такой принцип работы двигателя определяет следующие способы повышения его эффективности:

— Установка турбонаддува

— Увеличение рабочего объёма двигателя

— Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Устройство турбонаддува

Турбина двигателя, работающего на бензине, состоит из таких элементов:

1. Корпус подшипников, размещающий в себе ротор с валом и кольцами с лопастями. Вращаясь, они перенаправляют воздух в цилиндры.
2. Каналы, проходящие через весь корпус. Их функция заключается в доставке масла к вращающимся и трущимся друг о друга элементам, что способствует увеличению срока их службы.
3. Подшипник скольжения, гарантирующий плавную работу ротора, смазываемого и охлаждаемого маслом.
4. Корпус, по форме чем-то напоминающий улитку, защищающий составные элементы механизма от механических повреждений.

Самостоятельная проверка

Первичную проверку можно провести собственными силами, чтобы не тратиться на компьютерную диагностику, которая часто стоит немалых денег. Для начала, турбокомпрессор нужно тщательно осмотреть.

В первую очередь проверяется уровень и качество моторного масла используемого для дизельного мотора. Затем нужно убедиться, что в компрессор не попал никакой посторонний предмет.

После проведенных процедур необходимо оценить цвет выхлопа. Он также может указать на конкретные проблемы с турбиной. Если цвет выхлопа черный, и при этом замечено падение мощности, то, скорее всего, придется иметь дело с переобогащенносй смесью. Она появляется из-за поломки системы впуска-выпуска воздуха. На впуске в цилиндры попадает недостаточное количество воздуха, а на выпуске могут быть утечки, которые и приводят к потере мощности.

Сизый или даже белый дым из выхлопной трубы говорит о том, что масло попадает в цилиндры, а затем сгорает в рабочей камере. При этом расход масла может вырасти примерно до литра на 1000 километров. Необходимо проверить работу ротора и чистоту фильтров. Ротор должен иметь небольшой люфт и не касаться корпуса, иначе деталь требует немедленного осмотра и ремонта.

Сильно загрязненный фильтр не может пропускать необходимое количество воздуха, за счет этого создается разное давление в корпусе турбонагнетателя и в картридже с подшипниками. Из этого картриджа масло попадает в компрессор. Если дело не в фильтре, то необходимо проверить всю систему подачи масла, шланги и патрубки на наличие загибов, трещин и щелей.

Герметичность соединений патрубков можно проверить при заведенном двигателе. Свист и скрип, а также воздух, прорывающийся сквозь систему, говорит о том, что хомуты нужно подтянуть. Любая неплотность или повреждение ведет к недостаточной подаче воздуха в цилиндры.

Еще одной причиной неисправности турбины становится неправильный слив масла из-за того, что газы попали в картер. Необходимо проверить систему вентиляции, чтобы дизельный мотор не начал сапунить.

Причины поломки турбины дизельного двигателя и способы диагностики неполадок

Как определить, что требуется ремонт? Ведь симптомы неисправности могут быть похожи на признаки поломки других механизмов. Специалисты рекомендуют продиагностировать автомобиль на стенде либо использовать специальные измерительные устройства. Только так результат проверки будет на 100 % точным. Своими силами провести диагностику и ремонт турбин дизельных двигателей практически невозможно. Поэтому при подозрении на поломку следует как можно быстрее обратиться в автосервис.

Ремонт турбины на дизельном двигателе может быть необходим в следующих случаях:

• засорился катализатор, в результате образуется противодавление;
• перепускная заслонка закрывается не полностью;
• на внутреннем тракте есть протечка;
• появился зазор в турбинном нагнетателе;
• крыльчатка стирается во время вращения.

Если наблюдается один из вышеперечисленных признаков, турбина не сможет набрать нужное давление, чтобы функционировать полноценно. Когда неисправность возникает из-за люфта, значит, ремонта турбины на дизельном двигателе не избежать. Причем установить новую деталь своими руками возможно только в том случае, если у вас есть опыт проведения сложных ремонтных работ, а также специальное оборудование.

Сконструирован турбонагнетатель просто, однако поломки случаются из-за его активной эксплуатации. Из-за чего может потребоваться его ремонт:

• возникла масляная течь, причем смазка проникает в воздушны поток, а затем в цилиндры;
• появилась непроходимость выводящего, а также подающего каналов;
• появились трещинки на корпусе, а также деталях;
• воздушный фильтр пришел в негодность;
• мощность дизельного двигателя падает;
• воздух выходит через уплотнители патрубков.

Как понять, что пришло время делать ремонт турбины на дизельном двигателе? Обратите внимание на отработанные газы. В зависимости от цвета дыма можно диагностировать следующие поломки:

• отработанные газы синеватого оттенка – в воздушный поток попадает смазка;
• дым белого цвета указывает на то, что засорился канал отвода;
• отработанный газ черного цвета – значит, есть масляная течь.

Какие еще симптомы указывают на то, что необходим ремонт дизельного двигателя? Прежде всего, это посторонние звуки при работе турбокомрессора.

Что делать, если вы обнаружили, что турбина изношенна? Для начала проверяем уровень смазки. Масла недостаточно, когда машина потребляет более 1 литра на 1 000 километров. В этом случае следует проверить, какого цвета отработанные газы.

Заметили, что оттенок выхлопа белый либо синий, тогда приступаем к следующим действиям:

Определяем, когда последний раз меняли воздушный фильтр. Если он засорен, то не сможет нормально пропускать воздух, в результате резких перепадов давления смазка не сумеет пройти в турбокомпрессор. Все это приведет к тому, что выхлоп будет синего цвета. Вы недавно меняли фильтрующий элемент? Тогда приступаем к следующему действию.

Осматриваем выводящий канал. Заметили, что он растрескался либо деформировался? Тогда следует прочистить каналы. Когда система вентиляции картерных газов пришла в негодность, необходимо посетить сервисный центр.

Затем проверяем, исправны ли детали турбины

Обратите внимание на осевой люфт, возможно, крыльчатка соприкасается со стенками турбины. Обнаружили неисправность? Придется посетить СТО

Ведь устранить люфт своими руками будет проблематично. Смещение вала должно быть не более 0,05 мм, радиальный люфт не более 1 мм.

Настроить турбонаддув получится, только если была продиагностирована работа турбины, а также установлены новые детали взамен вышедших из строя

Самое важное не пропустить момент, когда появятся первые признаки поломки. Иначе придется потратить крупную сумму на сложный ремонт дизельного двигателя.

Не забывайте, что, если на вашем дизельном двигателе установлена турбина, нужно отслеживать, не засорился ли воздушны фильтр. Ведь если это произойдет, давление на всасывании будет слишком большим. В результате производительность компрессора снизится. Дизельный двигатель с турбиной следует хорошо прогревать. Дело в том, что из-за высокой вязкости смазки во время запуска холодного мотора будет остро чувствоваться недостаток масла.

Система смазки

Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.

На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.

Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.

Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.