При каких оборотах включается турбина на дизеле. Скорость вращения турбины автомобиля.

Экономия топлива компенсируется высокими требованиями силовой установки к качеству бензина и особенно к качеству масла, ассортимент которого ограничен в бензиновых двигателях с турбонаддувом. Масляный фильтр необходимо менять через 5-6 тысяч километров эксплуатации.

Содержание

При каких оборотах включается турбина на дизеле

Система турбонаддува в двигателе автомобиля используется для увеличения производительности. Благодаря этой технологии производители автомобилей могут значительно улучшить их возможности (скорость, грузоподъемность, проходимость) без резкого увеличения веса и расхода топлива.

В этой статье мы ответим на вопросы о том, как работает турбина дизельного автомобиля. При каких оборотах двигателя он запускается? Кроме того, мы развеем некоторые распространенные мифы, связанные с двигателями с турбонаддувом. Чтобы узнать больше о том, как работает турбокомпрессор, пользователи могут посетить сайт KTSrvis, также здесь можно заказать ремонт и обслуживание дизельных двигателей с турбинами.

Как работает система турбонаддува дизельного автомобиля

Турбина является вспомогательным элементом двигателя внутреннего сгорания. Он используется для нагнетания воздушных масс в рабочую часть двигателя. Использование турбокомпрессора позволяет увеличить мощность силового агрегата и тем самым улучшить скоростные характеристики автомобиля без ущерба для расхода топлива.

Давайте рассмотрим конструкцию турбины и основные принципы работы двигателя:

Автомобиль передвигается по дорогам используя энергию топлива, сжигаемого двигателем внутреннего сгорания.
Двигатель трансформирует энергию топлива в кинетическую, которая и запускает вращения колес машины.
В камере мотора кроме топлива также есть и кислород, без него сгорание топлива невозможно.
Кислород проникает в камеру силовой установки из атмосферы. Когда речь идет о маломощных агрегатах то у водителя не будет проблем. Он сможет выжимать из такого мотора все что возможно. Однако если у владельца авто есть желание ездить быстро тогда ему нужен агрегат способный увеличить и нарастить подачу кислорода и топлива в камеры. Если с топливом проблем нет (водитель имеет возможность регулировать его подачу с помощью форсунок). То вот нарастить подачу кислорода просто так невозможно. Один из вариантов решения проблемы увеличение камер мотора. Но в таком случае увеличиться также масса и габариты транспортного средства. Второй более экономичный и практичный способ – установка турбины.

Конструкция и эксплуатация турбин:

Турбина представляет собой деталь, выполненную из металла в виде улитки. Ее устанавливают на выхлопной коллектор. Элемент может иметь разные габариты и вес все зависит от модели машины.
Внутри системы расположен специальный ротор в виде цилиндра с лопастями. Вовремя прохождения через ротор выхлопных газов запускается вращение турбины.
С помощью такого вращения происходит нагнетание воздушных масс в камеры силовой установки. Таким образом повышается уровень кислорода и увеличивается мощность агрегата.
Важным элементом системы турбонаддува является интеркулер. Он выполняет функцию охлаждения атмосферного воздуха. Это нужно чтобы увеличить плотность смеси топлива и кислорода.

На каких оборотах мотора включается турбонаддув

Большинство водителей считают, что турбина бьет только на высоких оборотах двигателя, потому что они не чувствуют ее на низких оборотах двигателя. Такое утверждение не совсем верно. Дело в том, что турбина работает с момента запуска системы привода. Это правда, что подача кислорода слабая на низких оборотах.

Когда агрегат действует в режиме до 2000 оборотов в минуту, отработанные газы не могут оказывать большое давление на лопасти ротора. В этот момент кислород поступает в камеры медленно и поэтому водитель не ощущает увеличения мощности. Такое явление известно под названием – турбояма.
Однако, когда обороты увеличиваются и превышают уровень в 2000 (об/мин). Отработанные газы начинают большее воздействие на лопасти. Это приводит к повышению уровню кислорода в камерах ДВС. Его мощность быстро увеличивается. Такое явление называется турбоподхватом.

Важно знать, что некоторые современные дизельные двигатели с турбокомпрессорами имеют специальный предохранительный клапан. Это необходимо для блокировки системы на очень высоких оборотах (когда показания тахометра переходят в красную зону).

Отличия бензиновых и дизельных турбин

Основное различие между компонентами турбокомпрессора заключается в использовании различных материалов для рабочего колеса и корпуса. Однако только опытный инженер-турбинист может сказать, для какого типа топлива предназначен тот или иной турбокомпрессор.

Лопатки турбины приводятся в движение потоком выхлопных газов независимо от двигателя, в котором они установлены. В дизельных двигателях температура отработавших газов после сгорания дизельного топлива не поднимается выше 850 °C, но дизельное топливо может продолжать гореть в выпускном коллекторе. В бензиновых двигателях температура выхлопных газов не опускается ниже 1000 oC.

Из-за такой разницы температур газа, заставляющего вращаться турбинное колесо, корпус и лопатки устройства должны быть изготовлены из разных материалов.

Для рабочего колеса турбины используются жаропрочные металлы, содержащие никель: GMR 235 (для рабочего колеса с температурой выхода газа 850o C), Inconel 713 (металл с повышенным содержанием хрома, используемый для рабочего колеса бензиновой турбины; материал рассчитан на температуру выхода газа до 1000o C).

Для дизельных турбин в качестве материалов корпуса используются серый чугун (максимальная рабочая температура 650o C), кремниймолибденовый чугун (максимальная рабочая температура 720o C) и вермицеллярный чугун GGV SiMo (максимальная рабочая температура 850o C).

Для корпусов турбин, устанавливаемых в бензиновых двигателях, используются жаропрочные сплавы, способные выдерживать температуру свыше 1000 °C в течение длительного времени (аустенитные стали, сплав NiResist 5).

Второе различие в материалах турбин заключается в том, что бензиновые турбины рассчитаны на минимальное давление, которое бензиновые выхлопные газы оказывают на выпускной коллектор. Давление выхлопных газов дизельных двигателей в 3-5 раз выше.

Поэтому самый важный вывод заключается в том, что нельзя установить бензиновую турбину в дизельный двигатель и наоборот. Это приводит к детонации и снижает эффективность работы любого двигателя. Кроме того, компрессоры с изменяемой геометрией практически никогда не используются для бензиновых турбин. Технологии VNT, VTG и VGT не подходят для высоких температур выхлопа бензинового двигателя. Таким образом, бензиновая турбина состоит только из основных компонентов своей конструкции.

Особенности дизельной турбины

Как и бензиновая турбина, дизельная турбина является дополнительной частью двигателя. Турбокомпрессор интегрирован в систему выпускного коллектора и использует для своей работы все системы двигателя: охлаждение и смазку, вентиляцию картера, впуск и выпуск.

Турбина нагнетает воздух под высоким давлением в топливные цилиндры. Колесо турбины вращается, пропуская через себя энергию топлива из выхлопных газов и приводя в движение лопасти вентилятора — воздух всасывается из атмосферы, сжимается и направляется в блок цилиндров. Скорость вращения ротора турбины может достигать 250 000 об/мин в некоторых дизельных двигателях — это считается нормальным, но в некоторых турбокомпрессорах это предел, который может быть достигнут.

Конструктивно турбина состоит из двух узлов: турбинного колеса и компрессорного колеса. Поскольку колеса имеют лопасти, их второе название — крыльчатка. Оба устройства прикреплены к валу ротора. Наиболее важные части дизельной турбины:

крыльчатка турбонагнетателя (входит в блок горячей улитки); • крыльчатка компрессора (блок холодной улитки); • блок подшипников; • корпус турбины; • роторный вал.

Особенности турбинного блока как главного элемента нагнетателя

Горячий пропеллер направляет через себя поток выхлопных газов, имеющих высокую температуру. Когда газы проходят через канал, они ускоряются и приводят в движение вал ротора, который затем выбрасывается через выпускной клапан. Скорость вращения турбины зависит от оборотов двигателя — на холостом ходу турбина практически не используется.

Каждый тип дизельной турбины имеет различное количество выхлопных отверстий и электронный регулятор потока с изменяемой геометрией.

Особенности эксплуатации турбомотора

Почти все владельцы автомобилей с двигателями с турбонаддувом допускают одни и те же ошибки при их эксплуатации. Например, они не уделяют достаточного внимания системам впуска и смазки, которые являются наиболее частой причиной неисправностей, делающих невозможной работу всей системы.

Чтобы избежать возможных неисправностей, при эксплуатации турбодвигателей следует учитывать некоторые особенности, которые позволят продлить срок их службы и сделать работу оптимальной. Особое внимание следует уделить следующим факторам:

Запуск турбодвигателя

Правильный запуск двигателя с турбонаддувом имеет большое значение для его срока службы. При запуске непрогретого двигателя с турбонаддувом не дрейфьте с педалью акселератора — двигатель с турбонаддувом должен тихо работать на холостом ходу не менее двух-трех минут без «пинков».

Для создания требуемого рабочего давления турбина должна работать всего несколько секунд, но для ускорения вращающихся частей турбины требуется некоторое количество смазки.

Если двигатель работает «на газе» и не прогрет, ротор турбины (вначале) будет работать с недостаточной смазкой. Если турбина часто работает на максимальной скорости даже в течение нескольких секунд без достаточной смазки, она либо будет повреждена, либо срок ее службы значительно сократится.

Запуск турбодвигателя при низкой температуре

Рекомендуется запускать турбодвигатель при низких температурах с предварительной процедурой запуска. Сначала 2-3 раза кратковременно включается стартер, а затем турбодвигатель работает на холостом ходу. Предварительный запуск позволяет маслу циркулировать в двигателе и постепенно заполнять систему маслом, предотвращая внезапное повышение внутреннего давления.

И, конечно, после запуска турбодвигателя в холодную погоду он должен успеть прогреть масло. В противном случае холодное масло не будет обладать надлежащей вязкостью, что приведет к «кавитации» (образованию зазоров) под нагрузкой, что станет причиной разрушительного воздействия на подшипники.

Выключение двигателя с турбиной (термоудар)

Правильное выключение (остановка) турбодвигателя так же важно для его долговечности, как и правильный запуск. Перед тем как полностью заглушить турбодвигатель, его следует тщательно охладить.

Самым большим «врагом» турбины является так называемый «тепловой удар». На высоких скоростях частота вращения турбины превышает 100 тысяч оборотов в минуту. В этом режиме он может производить шум, похожий на реактивный, нагнетая сжатый воздух в систему впуска. Сама турбина, конечно, сильно нагревается.

Турбина охлаждается маслом, циркулирующим в самом агрегате. Если поток охлаждающего масла прерывается, турбина перегревается и выходит из строя.

Обычно водители сначала доводят свой автомобиль до предела, затем останавливаются и сразу же выключают двигатель, перекрывая поток охлаждения. В результате горячие детали двигателя перестают охлаждаться и застревают, что может привести к повреждению двигателя при его повторном запуске. Нередко после такого отказа приходится заменять целые подсистемы.

Хороший вариант — дать автомобилю поработать несколько минут без дрифта. В этом случае турбодвигатель работает на скорости менее 2,5 об/мин и охлаждается плавно.

После остановки автомобиля следует выключить автоматическую коробку передач и дать турбодвигателю поработать на холостом ходу не менее двух минут, чтобы поток масла отводил избыточное тепло от деталей турбонагнетателя. Перед выключением двигателя не обязательно «выходить на полный газ».

Резкое отключение турбокомпрессора вызывает, помимо прочего, грануляцию масла, загрязняющую вращающиеся поверхности компонентов турбины.

Турбонаддув: принцип работы

Задача турбины — нагнетать воздух в цилиндры, что делается с помощью компрессора. Таким образом, топливно-воздушная смесь обогащается кислородом, что приводит к повышению эффективности и лучшему сгоранию топлива. В результате двигатель работает более эффективно при том же объеме.

Чтобы понять, как работает турбина в двигателе, мы должны сначала понять, как работает обычный двигатель. Он работает с помощью четырех последовательных ударов:

Впуск – движение поршня обеспечивает попадание в камеру сгорания топливно-воздушной смеси.
Компрессия – горючая смесь сжимается.
Расширение – выработанная свечами искра приводит к возгоранию смеси.
Выпуск – поршень перемещается вверх, освобождаются и выводятся выхлопные газы.

Существует три способа улучшения характеристик двигателя:

установить турбонаддув;
увеличить объем двигателя;
повысить количество оборотов коленвала.

Увеличение объема, несомненно, приведет к повышению эффективности, но это неизбежно означает увеличение расхода топлива. Увеличение частоты вращения коленчатого вала не всегда возможно по техническим причинам, и нет способа обойти мощность из-за потери энергии на каждом такте.

Как работает турбонаддув? Он нагнетает предварительно сжатый воздух в цилиндр, увеличивая количество поступающего воздуха и повышая мощность двигателя без увеличения его объема.

Когда бензиновый двигатель запускается, газы поступают в турбину, которая использует их энергию для перемещения ротора, заставляющего вращаться компрессорное колесо для захвата воздуха, подаваемого в цилиндры. Компрессор увеличивает давление воздуха примерно на 80 %.

Турбина в бензиновом двигателе может увеличить мощность примерно на 30 %.

Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор (турбина) — это механизм, используемый в автомобилях для подачи воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Турбина приводится в движение исключительно отработавшими газами (выхлопными газами). Использование турбокомпрессора позволяет значительно увеличить мощность двигателя (примерно на 40%), сохраняя при этом компактность двигателя и низкий расход топлива.

Конструкция и принцип работы турбины

Читайте также: Причины плохого обогрева Lada Granta и Kalina 2

Классический турбокомпрессор состоит из следующих компонентов:

Корпус. Выполняется из жаропрочных материалов (стали). Он имеет форму улитки с двумя разнонаправленными патрубками, оснащенными фланцами для крепления в системе турбонаддува.
Турбинное колесо. Преобразует энергию отработавших газов во вращение вала, на котором оно жестко зафиксировано. Изготавливается из жаропрочных материалов (железо-никелевый сплав).
Компрессорное колесо. Воспринимает вращение от турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Колесо компрессора зачастую изготавливают из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим на этом участке близок к нормальным условиям, и применение жаропрочных материалов не требуется.
Вал турбины (ось) — соединяет турбинное и компрессорное колеса.
Подшипники скольжения, или шарикоподшипники. Необходимы для крепления вала в корпусе. В конструкции может быть предусмотрен один или два подшипника. Смазка последних осуществляется общей системой смазки двигателя.
Перепускной клапан — предназначен для управления потоком отработавших газов, воздействующим на колесо турбины. Это позволяет управлять мощностью наддува. Клапан оснащен пневматическим приводом. Его положение регулируется ЭБУ двигателя, получающим соответствующий сигнал от датчика скорости.

Принцип работы турбокомпрессора

Основной принцип работы турбины в бензиновом или дизельном двигателе заключается в следующем:

Отработавшие газы направляются в корпус турбокомпрессора, где воздействуют на лопатки турбинного колеса.
Колесо турбины начинает вращаться и разгоняться. Скорость вращения турбины при высоких оборотах может достигать до 250 000 оборотов в минуту.
Пройдя через колесо турбины, отработавшие газы отводятся в систему выпуска.
Компрессорное колесо синхронно вращается (поскольку находится на одном валу с турбинным) и направляет поток сжатого воздуха в интеркулер и далее во впускной коллектор двигателя.

Особенности эксплуатации турбин

По сравнению с механическим турбокомпрессором, который приводится в действие коленчатым валом, турбина имеет то преимущество, что она не извлекает энергию из двигателя, а использует энергию побочного продукта двигателя. Она дешевле в строительстве и экономичнее в эксплуатации.

Хотя техническая конструкция дизельной турбины практически идентична конструкции бензинового двигателя, турбина более распространена в дизельном двигателе. Главная особенность заключается в режимах работы. Например, для дизельного двигателя можно использовать менее термостойкие материалы, так как температура выхлопных газов в среднем составляет 700°C для дизельных двигателей и 1000°C для бензиновых двигателей. Это означает, что дизельная турбина не может быть установлена в бензиновый двигатель.

С другой стороны, для этих систем характерно разное зарядное давление. Следует помнить, что производительность турбины зависит от ее геометрических размеров. Давление, нагнетаемое в цилиндры, состоит из двух частей: атмосферного давления при окружающем давлении и избыточного давления, создаваемого турбокомпрессором. Этот показатель может составлять от 0,4 до 2,2 атмосфер и более. Поскольку принцип работы турбокомпрессора в дизельном двигателе заключается во введении большего объема выхлопных газов, конструкция для бензинового двигателя также не может быть адаптирована к дизельному двигателю.

Эксплуатация турбины

В силу своей конструкции турбокомпрессор зависит от качества масла, поэтому экономить здесь не стоит. Неправильное масло может привести к неисправности механизма.

Автомобиль с турбокомпрессором требует замены масла и тщательной очистки топливной системы после покупки, при этом не следует смешивать различные масла.

После длительной поездки не рекомендуется сразу останавливать двигатель и дать ему поработать и остыть некоторое время. Внезапное отключение может повлиять на долговечность компонентов из-за снижения температуры.