Профессиональное обслуживание и ремонт турбины дизельного двигателя, в том числе диагностика неиспра

В последнее время выросла популярность дизельных моторов для легковых автомобилей. Соответственно вырос и спрос на специалистов по ремонту дизельных двигателей и их атрибутов — насосов, форсунок, турбин и прочих устройств. Эта статья расскажет именно о турбине. Для чего она служит, как диагностируется её неисправности. И кто может провести обслуживание и ремонт турбины дизельного двигателя.

Турбина дизельного двигателя, что это за аппарат?

Это технологическое устройство для нагнетания большего количества воздуха в камеру сгорания. Можно сказать интенсивный наддув кислорода. Соответственно улучшается качество топливной смеси, выше процент сгорания топлива и всё это даёт значительный прирост мощности дизельного мотора.

Устройство турбины

Состоит этот агрегат условно из трёх частей:

1) Компрессор воздушный.
2) Турбина.
3) Корпус вала.

Крыльчатка турбины расположена в зоне действия выхлопных газов. Лопасти турбокомпрессора находятся перед всасывающим воздушным патрубком и соединяются они одним валом. В его корпусе расположены протоки для масла. Подающееся туда масло из двигателя, служит как смазке, так и охлаждению турбины.

Принцип действия

Выхлопные газы вращают лопасти турбины. Скорость вращения достигает при этом 140 000 оборотов в минуту! Это требует высокого качества материалов для корректной работы устройства. Через вал усилие передаётся на крыльчатку воздушного компрессора, и тот подаёт воздух в цилиндры под увеличенным давлением. Улучшается топливно-воздушная смесь для горения. Мощность дизельного двигателя возрастает. Цель работы турбины достигнута.

Диагностика неисправностей турбины для дизеля

Хоть это и дорогостоящий и сложный в производстве узел, количество неисправностей не велико:

• Повреждение корпуса турбины;
• Повреждение лопастей;
• Износ вала и втулок;
• Износ масленых уплотнителей.

При любом из данных повреждений снижается концентрация, давление, подаваемого в рабочие камеры воздуха. Следовательно, снижается качество сгорания дизельного топлива и падение мощности двигателя.

Здесь не рассматривается возможность загрязнения воздушного фильтра на входе. Это относится к периодическому обслуживанию двигателя и находится в компетенции владельца машины.

Обслуживание и ремонт турбины дизельного двигателя: диагностика её состояния

Несмотря на кажущуюся (обманчивую) простоту вопроса, качественно выполнить это действие может только опытный мастер, ведь используются два вида диагностики:

• Приборный
• Органолептический

С приборным, тоже не всё просто. Мастер подключит к специальным отверстиям манометр, и замерит разрежение на разных режимах работы. Для этого, нужно назубок знать, сколько КПа должна выдавать нормально работающая турбина, на различных оборотах. А ведь двигатели разные. И соответственно, каждый имеет свои параметры. Нужно знать в какой последовательности задавать обороты мотору, В общем, работа не для дилетанта. Поэтому диагностика турбины дизельного двигателя должна проводиться только на СТО. Этот процесс позволит узнать мастеру состояние целостности корпуса и лопастей турбины и компрессора.

Органолептика
Если кто не знает, то органолептика, это определение чего-либо с помощью человеческих чувств. То есть взглядом, осязанием, обонянием и слухом. Ну, этот набор однозначно доказывает, пользоваться этим видом диагностики может только настоящий профессионал.
Итак. Мастер должен на взгляд и на ощупь определить подтекание масла. По его концентрации на отдельных частях турбины, он сможет очно определить, износился ли вал, или вышли из строя масленые уплотнители. И то и другое негативно влияет на качество работы турбины.

Таким же образом делается диагностика — на люфт вала. Это очень серьёзный вопрос. Столь тонкий агрегат не должен иметь никаких смещений. Ни продольных, ни осевых. В общем, мастер будет чуткими пальцами прощупывать стоящий вал турбины с неослабным вниманием. Малейшее отклонение означает немедленный ремонт агрегата.

Устройство турбины дизельного двигателя

Автомобильные двигатели с турбиной у нас не слишком популярны. Ходит мнение, что они слишком сложны и капризны в работе, слишком требовательны к качеству топлива и слишком дороги в ремонте. Ничего подобного. Сейчас мы сами в этом убедимся и рассмотрим конструкцию простейшего турбодизеля, который устанавливается уже даже на самые бюджетные модели автомобилей.

Для чего турбина дизелю

Конечно, как и любой другой автомобильный мотор, двигатель с турбиной может тоже иногда ломаться. Но как показывает практика, делает он это не чаще, чем атмосферный мотор при условии правильной эксплуатации и своевременного обслуживания. Для того чтобы самостоятельно определить неисправность турбины, необходимо в общих чертах знать устройство турбины дизельного двигателя.

Принцип её работы, как и устройство, не слишком сложны. Наддув предназначен для того, чтобы искусственным путём повысить наполняемость камеры сгорания рабочей смесью солярки и воздуха. В результате, при том же объёме камеры сгорания и при том же расходе топлива, мощность двигателя на порядок возрастает. Конструктивно турбонагнетатель выглядит так.

Как устроен турбонаддув

Турбокомпрессор представляет собой воздушный насос, который приводится в движение отработанными выхлопными газами. Он представляет собой две крыльчатки, которые расположены на одной оси и помещённые в корпус. Поток выхлопных газов на высокой скорости проходят через ведущую турбину и заставляют её вращаться, а она в свою очередь, вращает всасывающую турбину с такой же скоростью.

Ось турбокомпрессора может вращаться с частотой до 140 000 оборотов в минуту, а это значит, что лопасти крыльчатки могут развивать огромную скорость, сравнимую со скоростью звука. Компрессор всасывает отфильтрованный воздух, сжимает его и под давлением подаёт во впускной коллектор. Чем больше сжатого воздуха за единицу времени поступит в коллектор, тем больше будет прирост мощности.

Конструкция турбины

Корпус турбины имеет непростую геометрию. Воздух попадает к нагнетателю через спиралевидный канал с постепенно сужающимся диаметром, что в свою очередь также влияет на повышение рабочего давления турбины. В зависимости от предназначения мотора, конструкция корпуса наддува (улитки) может быть различной. У грузовых автомобилей поток выхлопных газов должен быть разделен во избежание разрушительного резонанса, а в случае разделения потока газов, резонанс используется для более эффективной работы турбины.

Ротор турбины и ось изготовлены из разных материалов, поскольку работают в разных условиях. Процесс изготовления наддува выглядит следующим образом — ось и ротор раскручиваются в противоположном направлении до высокой скорости и во время вращения ротор насаживается на ось. Таким образом получают прочную неразъемную спайку. В конструкции оси есть ещё одна хитрость. В месте усадки ротора она полая, что позволяет затруднить передачу тепла от ротора к оси и улучшить охлаждение сопряжённых элементов. После точной финишной обработки ось балансируется и устанавливается в корпус.

Турбина имеет сложную систему смазки и такую же сложную систему динамических уплотнителей, что и диктует высокую цену турбины в сборе. Они называются динамическими, потому что работают, используя принцип разницы давления в разных частях турбины:

1. Ось турбины непостоянного диаметра и эти вызывается разница давления, которая препятствует проникновению масла в турбину.
2. С обеих сторон оси уплотнители установлены в пазах, кроме того, они служат преградой для передачи избыточного тепла на корпус наддува.
3. Внутренняя геометрия корпуса оси также создаёт препятствие проникновению масла в ротор.
4. Из корпуса наддува масло вытесняется в полость оси, откуда иго избыток поступает по маслопроводу в систему смазки двигателя.

Ресурс, регулировка и диагностика турбины

Даже поверхностное изучение системы смазки и конструкции турбины уже говорит о том, что это очень требовательный механизм как к качеству масла, так и к правилам эксплуатации. Эти правила просты и понятны, а ресурс турбонаддува может быть не меньше, чем ресурс дизельного двигателя, при условии соблюдения этих условий:

• использовать только сертифицированное масло и вовремя проводить его замену;
• не нагружать непрогретый двигатель;
• перед остановкой мотора необходимо некоторое время дать ему поработать на холостых оборотах;
• следить за чистотой системы смазки, поскольку засорение маслопровода турбины может существенно сократить её ресурс.

О неисправности наддува могут говорить несколько симптомов, но самый вопиющий из них — невозможность развить полную мощность двигателя и густой чёрный выхлоп. Это говорит о том, что-либо засорился воздушный фильтр, либо впускной коллектор потерял герметичность. В случае попадания масла в коллектор через турбину отчётливо виден сизый дым из выхлопной трубы. В этом случае может потребоваться ремонт и чистка наддува.

Таким образом, если соблюдать все правила ухода и эксплуатации наддува, его ресурс может быть вполне сопоставим с ресурсом дизельного мотора. Пусть проблемы с турбиной обойдут ваш мотор стороной и удачных всем дорог!

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Дизельный двигатель, относящийся к категории двигателей внутреннего сгорания, был изобретён в феврале месяце 1893года в Германии инженером Рудольфом Дизелем.

С момента изобретения двигатель постоянно усовершенствовался, менялись виды топлива, способы его подачи, баланс топливной смеси и т.д.

Собранные по классической схеме двигатели, используют принцип превышения атмосферного давления над давлением, создающимся в цилиндре в момент движения поршня к нижней мёртвой точке. Однако за счёт незначительного времени затраченного на выполнения этого действия и небольшого перечного сечения воздухоподводящего канала поступающего воздуха недостаточно для полного сгорания топливной смеси.

Позже на родине Рудольфа Дизеля нашли способ решения данной проблемы. Воздух в цилиндры должен подаваться под избыточным давлением! Это основной принцип работы турбины на дизельном двигателе

Для этой цели было разработано специальное устройство, совмещающее в себе свойства вентилятора и компрессора. Это устройство приводилось в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя, что снижало коэффициент полезного действия всей конструкции в целом.

Следующим усовершенствованием системы подачи воздуха стала установка в качестве привода для компрессораспециальной турбины, которая приводилась во вращение за счёт использования энергии потока использованных отработанных газов.

Однако при работе двигателя на малых оборотах, воздуха подаваемого в цилиндры компрессором было недостаточно для полноценной работы дизеля. Вскоре и этот вопрос был решён путём установки двух турбин различного диаметра и приводимых во вращение выхлопными газами, забираемыми из разных частей выпускного тракта. Турбина меньшего диаметра разгонялась быстрее и обеспечивала работу двигателя на малых оборотах, а большая турбина работала при больших оборотах двигателя, что качественно изменило принципы работы турбины на дизельном двигателе. Так же для уменьшения турбоямы использовались механизмы изменяемой геометрии.

Работает турбокомпрессор следующим образом:

— Выхлопные газы, отводимые от выпускного коллектора дизеля, направляются в приемный патрубок турбокомпрессора.

— Проходят по каналу корпуса турбины, который постепенно уменьшается в сечении, а газы увеличивают скорость и воздействуя на ротор заставляют вращаться турбину. Число оборотов турбины зависит от многих факторов: конфигурации канала, его формы, сечения и т.д. Турбина вращается со скоростью около150000 об/сек, её размеры подбираются в зависимости от типа двигателя.

— Наружный воздух, проходя через фильтрующий элемент, очищается от пыли и других посторонних примесей и в сжатом состоянии попадает во впускной коллектор дизеля. После этого происходит закрытие впускного канала, дополнительное сжатие топливной смеси и её воспламенение. В завершении рабочего цикла открывается выпускной коллектор.

Поскольку уходящие выхлопные газы имеют температуру около 800° — 900° С, турбокомпрессор имеет систему охлаждения, радиатором которой является корпус подшипника. При работе турбокомпрессора, за счёт сжатия и увеличения внутренней силы трения воздух, нагнетаемый в цилиндры дизеля подогревается до температуры около 170°С. Во время охлаждения воздух «сгущается», то есть увеличивается, его плотность и соответственно взрастает, объём подаваемого воздуха. Подача в двигатель охлаждённого воздуха положительно влияет на повышение мощности дизеля, что в свою очередь снижает потребление топлива, уменьшает отрицательное воздействие на окружающую среду.

Турбокомпрессорные двигатели имеют перед обычными двигателями определённые преимущества:

• При одних и тех же энергозатратах расход топлива меньше, поскольку часть энергии выхлопных газов, раскручивая турбокомпрессор, подавая большее количество воздуха в цилиндры двигателя, увеличивает его мощность.
• Двигатели с турбокомпрессорами имеют меньший наружный объём и соответственно меньшие потери нагрева.
• За счёт относительно небольшого веса на 1Л.С. мощности снижается расход металла на сам двигатель и конструкцию, на которой он установлен.
• Также меньше объём отсека, в который может быть установлен турбодвигатель.
• За счёт малого числа оборотов при номинальной мощности турбодвигатели обладают лучшими нагрузочными характеристиками.
• В условиях разряженного воздуха, за счёт высокого давления развиваемого турбокомпрессором и низкого внешнего давления турбодвигатель имеет огромные преимущества в сравнении с обычным двигателем, поскольку мощность его практически не теряется.
• турбодвигатель за счёт малых размеров имеет меньшую звукоизлучающую поверхность, а турбокомпрессор работает как дополнительный глушитель.

Имеет турбонаддув и свои недостатки – это заметная задержка набора мощности при резком нажатии на педаль акселератора. Такое случается в связи с тем, что отсутствует механическая связь коленчатого вала и турбины Мощность начинает расти, когда турбина раскрутится выхлопными газами. Хотя подобное явление в той или иной степени наблюдается у любого двигателя.

Основное применение дизельные двигатели с турбонаддувом нашли на автомобилях большой грузоподъёмности, работающих с полной нагрузкой.