Устройство и принцип работы турбины с изменяемой геометрией

Устройство и принцип работы турбины с изменяемой геометрией

Турбокомпрессор используется для увеличения мощности двигателя, которая напрямую зависит от объема воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр. Ведущими частями любого турбокомпрессора являются турбина и насос, которые соединены между собой жесткой осью. Турбина двигателя с изменяемой геометрией необходима для образования оптимальной мощности двигателя, имеет свойство изменять сечение турбинных колес в зависимости от общей нагрузки. Если двигатель работает на низких оборотах, то турбина может увеличить скорость отвода выхлопных газов. Это позволяет турбине вращаться быстрее, при этом количество топлива остается небольшим.

Как работает турбо?

Чтобы хорошо понять признаки плохого турбонаддува, сначала нам нужно знать, как работает турбо.

Турбокомпрессор на автомобиле работает по принципу, очень похожему на поршневой двигатель. Он использует выхлопные газы для привода турбины. Это вращает воздушный компрессор, который нагнетает дополнительный воздух (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждую секунду. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности.

На практике турбокомпрессор представляет собой два маленьких вентилятора, установленных на одном металлическом валу, так что оба вращаются вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной, находится в потоке выхлопных газов из цилиндров. Когда цилиндры пропускают горячий газ мимо лопастей вентилятора, они вращаются, и вал, с которым они связаны, также вращается. Теперь второй вентилятор, который называется компрессором, находится на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, поэтому во время вращения втягивает воздух в автомобиль и заставляет его поступать в цилиндры.

Так и в теории, и на практике работает турбо. Поскольку вы поняли принципы его работы, давайте перейдем к симптомам плохого турбо.

Причины передува турбины

Главной причиной перенаддува является поломка клапана управления турбонагнетателя. Он начинает стравливать излишнее давление, возникающее при работе турбодвигателя на высоких оборотах. Неправильная работа клапана приводит к подаче большого количества воздуха в цилиндры. Топливно-воздушная смесь обогащается этим воздухом, в результате чего понижается мощность мотора. При этом движок очень долго и медленно раскручивается, а при нажатии на газ появляются так называемые «провалы».

Проблема передува возникает также по таким причинам:

• неисправность актуатора турбокомпрессора;
• нерабочий клапан управления;
• забитый топливный или воздушный клапаны;
• износ лепестков геометрии;
• попадание в рабочую зону инородных тел;
• наличие нагара в корпусе.

Стоит отметить, что у турбокомпрессора могут быть проблемы не только с избыточным давлением наддува, но и с недостаточным. Недодув, как правило, возникает в случае, если геометрия заклинивает в положение минимального наддува. Об этом говорят такие признаки:

• внезапное пропадание тяги;
• двигатель с большим трудом набирает высокие обороты.

Чем грозит перенаддув турбины?

Недодув и перенаддув турбины влекут за собой негативные последствия. Если в первом случае отмечается отсутствие тяги и большой расход бензина, то во втором грозит выход движка из строя. Передув влечет за собой обеднение топливной смеси, в результате чего могут прогореть поршни или клапана. Также повышается нагрузка на ЦПГ и сокращается ресурс турбины. Работа турбонагнетателя на не предназначенной для него мощности провоцирует образование в рабочей зоне повышенной температуры и переизбытка давления. В результате этого разрушается маслянная пленка, функция которой заключается в смазывании трущихся деталей. Дальнейшая эксплуатация силового агрегата может привести к тому, что вал компрессора приварится к подшипнику. В таком случае без дорогого ремонта просто не обойтись.

Если у вас возникли проблемы с системой турбонаддува, следует незамедлительно обратиться за помощью к специалистам. Своевременная диагностика неисправностей предотвратить преждевременную поломку агрегата. Даже самые несерьезные на первый взгляд признаки перенаддува могут привести к серьезным последствиям. Обратившись в компанию «Centr Turbin», вы спасете жизнь своему турбокомпрессору, который впоследствии ещё не один год будет радовать вас бесперебойной работой.

​

Доверьте свое авто профессионалам

Неоспоримыми преимуществам компании «Centr Turbin являются:

• лояльные цены;
• персональный подход к каждому клиенту;
• вежливость персонала;
• качественный ремонт, выполняемый в самые короткие сроки;
• предоставление гарантий;
• оригинальные детали.

Наши специалисты используют новейшее оборудование и качественные инструменты, что позволяет выполнять все работы на высочайшем уровне. В нашей команде работают профессионалы своего дела, готовые в любой момент быстро и качественно устранить неисправность в работе системы турбонаддува. Наши мастера добросовестно выполняет все работы, а это значит, что в ближайшее время вы не столкнетесь с проблемой ремонта турбины.

Если у вас возникли дополнительные вопросы, вы можете задать их нашим менеджерам в телефонном режиме. Позвоните им по любому из указанных на сайте номеров или оставьте свои контактные данные в форме обратной связи.

Как предотвратить поломку

Разборка воздушного турбокомпрессора

Продлить срок службы турбины можно, следуя рекомендациям:

• заменять грязный воздушный фильтр;
• держать силовую установку чистой;
• заправляться оригинальными, качественными ГСМ;
• периодически контролировать температуру масла, антифриза;
• регулярно обновлять смазку в системе — каждые 7–8 тыс. км пробега машины;
• сразу не заглушать после длительных поездок мотор, оставляя работать его на холостых оборотах 3–4 минуты;
• обязательно проводить плановые диагностики.

Турбокомпрессор только с виду кажется конструктивно простым. На самом деле для устранения неполадок, следует располагать соответствующей информацией. В частности — знать модель агрегата наддува, номер силовой установки, код производителя. А под рукой должен быть ремкомплект оригинального производства. Только это обеспечит грамотный ремонт.

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.

Замена вестгейта

Полноценный его ремонт возможен лишь в профильном техническом центре, где можно наиболее точно диагностировать устройство. Причины поломки вакуумного регулятора:

• прекращение функционирования электронного блока, отвечающего за открытие/закрытие клапана;
• поломка шестеренки привода;
• выход из строя электрического двигателя, обеспечивающего надлежащую работу створок.

Если выясняется, что ремонт вакуумного регулятора обойдется достаточно дорого, то целесообразна замена актуатора турбины на новую деталь. Процесс осуществляется нижеследующим образом:

1. Извлеките старую манжету.
2. Очистите и обезжирьте ацетоном ее посадочное место и новую деталь.
3. Применяя клей-герметик, установите новую манжету.
4. На корпусе имеются колпачки и между ними должен остаться зазор, чтобы осуществлялась дополнительная смазка.
5. Приклейте мембрану тем же средством и завальцуйте ее по кругу.

Сложность ремонта наиболее современных моделей актуаторов заключается в наличии непростой электронной начинки, поломка которой ведет к выходу из строя сервопривода. Здесь без профессионального оборудования не обойтись. Это может быть, например, тестер Turboclinic. Он позволяет провести диагностику и выполнить регулировку электронных компонентов таких систем, как Toyota, Garret, MHI, IHI.

Принцип работы турбонаддува

Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

• Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо.
• Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу.
• Компрессор сжимает воздух, поступающий из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер.
• В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя.

В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе. Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом. В свою очередь, управление приводом осуществляется электронным блоком управления, который считывает информацию с датчика давления.

Что такое AFR или соотношение воздух/топливо.

При обсуждении вопроса настройки двигателя, выбраный AFR, наверное, наиболее часто встречающийся вопрос. Правильный AFR имеет крайне высокое влияние на общую производительность и надежность мотора и его компонентов.
AFR определен как соотношение количества воздуха зашедшего в цилиндр к количеству зашедшего в него топлива. Стехиометрическая смесь это смесь при которой происходит полное сгорание топлива. Для бензиновых двигателей стехиометрией является соотношение 14.7:1. Это означает что на каждую часть топлива приходится 14.7 частей воздуха.

Что означают понятия «бедная» и «богатая» смесь? Более низкие значения AFR означают меньшее количество воздуха относительно топлива и такая смесь называется богатой. Аналогично, большие значения AFR означают больше воздуха относительно топлива и называются бедной смесью.

Например:
15.0:1 = бедная
14.7:1 = стехиометрическая
13.0:1 = богатая

Бедная смесь ведет к повышению температуры горения смеси. Богатая — наоборот. В основном атмосферные моторы достигают максимальной отдачи на смеси, несколько богаче стехиометрии. На практике ее держат в диапазоне 12:1. 13:1 для дополнительного охлаждения. Это хороший AFR для атмосферного мотора, но он может в некоторых случаях быть крайне опасным в случае с турбомотором. Более богатая смесь снижает температуру в камере сгорания и повышает стойкость к детонации, а также снижает температуру выхлопных газов и увеличивает срок службы турбины и коллектора.

Реально при настройке существует три способа борьбы с детонацией:
— уменьшение давление наддува
— обогащение смеси
— использование более позднего зажигания.

Задачей настройщика является поиск наилучшего баланса этих трех параметров для получения максимальной отдачи и ресурса турбомотора.

По материалам Garrett TurboTech.
Перевод и адаптация Oleg Coupe (TurboGarage)
При использовании материалов ссылка на источник обязательна.