Турбонаддув двигателя TDI – назначение, конструкция и принцип работы. Принцип работы авто турбины
Актуатор турбины двигателя автомобиля - назначение и принцип работы
Встретив словосочетание «актуатор турбины» (actuator, westgate — вестгейт) и задумавшись над тем, что это такое, большинство автомобилистов из самого названия, а точнее из его русскоязычного аналога, понимают, что это устройство, регулирующее работу турбины на двигателях таковой оснащенных. И это действительно так.
Турбонаддув силового агрегата авто за счет увеличения количества поступающего в цилиндры воздуха (создаваемого им давления) увеличивает его мощность. Учитывая тот факт, что, в большинстве своем, энергия, раскручивающая турбокомпрессор, берется из давления выхлопных газов, выходящих из выпускного коллектора, следует понимать следующее: выше мощность → больше давление выхлопных газов → сильнее раскручивается турбина → растет нажим во впуске.
Да, со стороны кажется – вечный двигатель, но это давление выше необходимого, и оно вредит механизмам двигателя и самой турбины, поэтому его польза уже становится не так актуальна. Для решения проблем, связанных с регулировкой давления, создаваемого турбокомпрессором, служит актуатор.
Как он работает?
Принцип работы актуатора, или как его еще называют, вакуумного регулятора в целом прост: при наличии избыточного давления заслонка либо клапан открывается и излишний воздух (газы) не попадает в механизмы турбины/двигателя, а по специальным каналам отводится, минуя их, не позволяя турбине раскручиваться более определенного количества оборотов.
Открытие осуществляется 2 способами:
1. Пневматически.
Привод заслонки соединен мембраной либо цилиндром (в зависимости от производителя), прижатым в закрытом положении пружиной. При определенном нажиме, создаваемым турбиной, силы пружины не хватает удерживать заслонку в закрытом положении, и она открывается, направляя часть выхлопных газов мимо крыльчатки, уменьшая скорость вращения турбонаддува.
Плюс такого устройства – простота и надежность. Минус – сложность тонкой настройки.
2. Электромеханически.
Здесь клапан подчиняется электронному блоку управления двигателем через различные датчики, установленные, как в самой турбине, так и на впускном, выпускном коллекторах. Как следствие, такая система более отзывчива к регулировке и подстраивается под работу двигателя в любых условиях.
Недостаток всего один – сложность и высокая стоимость ремонта.
Видео с описанием работы турбокомпрессора с вакуумным регулятором.
Неисправности.
Неисправности могут быть как механические, вследствие больших температур выпускных газов, их агрессивной среды либо банального старения механизма и его износа, так и электромеханические, по тем же причинам.
Электронные системы, проще в диагностике, сам ЭБУ их диагностирует и может конкретно указать на проблему.
В полностью пневматическом устройстве все сложнее.
Во-первых, без специального оборудования и наличия регламентных показателей рабочей системы сложно разобраться, имеется ли проблема вовсе. О неполадке может сказать лишь уже в целом некорректно работающий двигатель, а сама проблема может быть запущена до сложного и дорого ремонта. Хотя в таких системах первоначальным источником проблемы могла быть попросту ослабшая пружина либо небольшая негерметичность в пневматической части.
Во-вторых, если и захочется разобраться в диагностике и наличии неисправности в турбонаддуве, сперва придется изучить сервисную документацию по конкретному автомобилю и алгоритмам диагностики работы его вестгейта, что довольно долго и не всегда возможно, поэтому если есть подозрения на неправильную работу турбины/вакуумного регулятора, большинству автовладельцев дорога только в специализированный сервис.
Тонкости настройки актуатора турбины.
Для любителей поковыряться в машине отметим, настройка актуатора – это как раз та единственная вещь, благодаря которой можно увеличить эффективность действия турбонаддувом выше предусмотренных производителем показателей. Конечно, надо понимать, увеличивая давление, создаваемое турбокомпрессором и, как следствие, мощность двигателя, вы расплачиваетесь меньшим ресурсом его работоспособности.
Если это вас не останавливает – в простых пневматических системах стремитесь к увеличению давления, при котором начинает открываться заслонка вестгейта. Как этого добиться, уже зависит непосредственного от устройства турбокомпрессора и тех компонентов, позволяющих это сделать, которые предусмотрел производитель, возможно, придется что-то усовершенствовать. В электронных системах произвести настройку работы актуатора, конечно, проще, но нужно учитывать, что сама настройка будет происходить посредством перепрограммирования ЭБУ. Если в целом вы знакомы с этим, больших проблем такая процедура не составит. Главное – вовремя остановиться в диапазоне регулировок. Однако это не всегда возможно вовсе – производители заботятся, чтобы лишние люди не лазили там, где им не следует, поэтому максимально блокируют возможность постороннего вмешательства в функционирование систем.
Видео о проверке и настройке актуатора турбины.
Подытожим.
Актуатор турбины – агрегат, основанная задача которого – защита от переизбытка давления и самой турбины, и двигателя в целом.
Принцип работы актуатора может быть различен, все зависит от производителя и конкретного устройства системы.
Ремонт и настройка актутора – непростая задача, как в диагностике, так и самом ремонте. Если читаете это материал, то, наверное, вам еще рано вмешиваться в работу данной системы, в помощь будут только специализированные сервисы. Если же хочется самостоятельно разобраться, необходимо обзавестись сервисной литературой по данной тематике конкретного производителя, что не всегда просто, ввиду редко имеющегося у такового желания делиться подобными секретами, уменьшая собственную прибыль на сервисе.
Рекомендую прочитать:
autoepoch.ru
Турбонаддув двигателя TDI - предназначение, устройство и как работает
Двигатель TDI (англ. «Turbocharged Direct Injection» — «турбонагнетатель с непосредственным впрыском) представляет собой современный дизельный двигатель с турбонаддувом, разработанный концерном Volkswagen. Бренд TDI является зарегистрированным товарным знаком.
Предназначение турбонаддува
Турбонаддув двигателя TDI обеспечивает экономичность автомобиля, его высокую динамику и экологическую безопасность. Создание оптимального давления наддува осуществляется благодаря использованию в конструкции двигателя турбокомпрессора с изменяемой геометрией турбины.
У турбокомпрессора имеется два общих названия, используемых разными производителями:
- VGT (англ. «Variable Geometry Turbocharger» – «турбокомпрессор с изменяемой геометрией») — применяется компанией BorgWarner;
- VNT (англ. «Variable Nozzle Turbine» – «турбина с переменным соплом») — применяется компанией Garrett.
Турбонаддув двигателя TDI:А — воздух; Б — отработавшие газы.1 — вакуумная магистраль; 2 — блок управления двигателем; 3 — датчики давления наддува и температуры воздуха на впуске; 4 — блок управления воздушной заслонкой; 5 — интеркулер; 6 — клапан рециркуляции отработавших газов; 7 — клапан ограничения давления наддува; 8 — турбонагнетатель; 9 — впускной коллектор; 10 — вакуумный привод направляющих лопаток; 11 — выпускной коллектор.
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией, в отличие от обычного турбокомпрессора, может регулировать направление и поток отработанных газов. Это обеспечивает оптимальную частоту вращения турбины и соответственно повышает производительность компрессора.
Конструкция турбины с переменным соплом подразумевает объединение направляющих лопаток, механизма управления и вакуумного привода.
VNT-турбина (турбина с изменяемой геометрией):1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.
Направляющие лопатки предназначены для изменения направления и скорости потока отработанных газов путем изменения величины сечения канала. Лопатки поворачиваются вокруг своей оси на определенный угол с помощью механизма управления. Данный механизм состоит из рычага и кольца.
Вакуумный привод обеспечивает срабатывание механизма управления, воздействуя через тягу на рычаг управления. Клапан ограничения давления наддува, подключенный к системе управления двигателем, регулирует работу вакуумного привода. Этот клапан срабатывает в зависимости от значения давления наддува, измеряемого двумя датчиками: датчиком температуры воздуха на впуске и датчиком давления наддува.
Как работает наддув двигателя TDI
Система наддува двигателя TDI при работе обеспечивает оптимальное давление воздуха в большом диапазоне частоты вращения двигателя. Это осуществляется благодаря регулированию энергии потока отработавших газов.
При малых оборотах двигателя энергия отработанных газов небольшая. Чтобы такую энергию эффективно использовать, направляющие лопатки устанавливают в закрытом положении, при котором достигается наименьшее значение площади канала отработавших газов. Из-за малой площади сечения поток отработанных газов увеличивается и заставляет турбину вращаться быстрее, что, в свою очередь, приводит во вращение колесо компрессора и тем самым повышается производительность турбокомпрессора.
При резком увеличении частоты вращения двигателя энергии отработанных газов становиться не хватать. В связи с этим для прохождения «турбоямы» поворот лопаток осуществляется с некоторой задержкой, что обеспечивает допустимое давление наддува.
Энергия отработанных газов максимальна на высоких оборотах двигателя. Чтобы предотвратить появление избыточного давления наддува, лопатки делают поворот на максимальный угол, обеспечивая тем самым наибольшую площадь поперечного сечения канала.
Видео:
Надеюсь, всё было понятно. Удачи на дорогах!
Загрузка...avto-i-avto.ru
Автомобильные турбины и турбокомпрессоры – принцип работы
ПРИНЦИП РАБОТЫ
Для получения более четкого представления о принципе работы турбокомпрессора, необходимо ознакомиться с системой функционирования двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день, большинство дизельных легковых и грузовых автомобилей оснащаются 4-х тактными поршневыми двигателями, работа контролируется при помощи впускных и выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл состоит из 4 тактов при 2 полных оборотах коленвала.
• Впуск – при движении поршня вниз, воздух (в дизельном двигателе) или смесь топлива и воздуха (в бензиновом двигателе) проходит через открытый впускной клапан. • Компрессия – происходит сжатие горючей массы. • Расширение – смесь воздуха и топлива воспламеняется при помощи свечей (бензиновый двигатель), дизельное топливо впрыскивается под давлением и воспламенение происходит произвольно. • Выпуск – при движении поршня вверх, выпускаются выхлопные газы.
Данные принципы работы предоставляют следующие пути увеличения эффективности работы двигателя: 1. Увеличение объема 2. Увеличение скорости работы двигателя 3. Турбокомпрессия
Увеличение объема
Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя, так как увеличение камеры сгорания позволяет нагнетание большего объема воздуха и большее колличество сжигаемого топлива. Увеличение объема может быть достигнуто путем увеличения колличества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом, увеличения объема приводит к увеличению массы двигателя. Этот способ не обеспечивает значительных преимушеств по уровню выбросов и потреблению топлива.
Увеличение скорости работы двигателя
Другим способом увеличения мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя. Увеличение скорости проводится путем увеличения колличества ходов поршня на единицу времени. Однако, по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения. Увеличение скорости работы двигателя приводит к увеличению потерь при накачивании и других операциях, что вызывает падение эффективности работы.
Турбокомпрессия
При применении двух первых способов, двигатель обеспечивается только собственным нагнетанием. Воздух для сгорания проходит прямо в цилиндр во время впускного такта. При использовании турбокомпрессора, воздух, поступающий в камеру сгорания предварительно сжимается. В двигатель поступает тот же объем воздуха, однако, более высокое давление обеспечивает прохождение большего колличества воздушной массы, что позволяет увеличить объем сжигаемого топлива. Таким образом, при использовании турбокомпрессора, мощность двигателя увеличивается по отношению к его объему и колличеству потребляемого топлива.
Охлаждение нагнетаемого воздуха.
В ходе компрессии, нагнетаемый воздух нагревается до 180 С. При охлаждении, плотность воздуха увеличивается,что позволяет увеличить объем нагнетаемого воздуха. Охлаждение нагнетаемого воздуха является одной из немногих мер по увеличению мощности двигателей внутреннего сгорания, которые положительно влияют на уровень потребления топлива и уровень выброса вредных веществ. Снижение температуры входящего воздуха обеспечивает снижение температуры сгорания и, таким образом, снижение колличества вырабатываемого NO (x). Увеличение плотности воздуха снижает расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.
Существуют два типа турбокомпрессии – механическая турбокомпрессия и компрессия выхлопных газов.
Механическая турбокомпрессия
При механической турбокомпрессии, воздух сжимается при помощи компрессора, приводимого от двигателя. Однако, часть получаемого увеличения мощности уходит на привод компрессора. В зависимости от размера двигателя, мощность, необходимая для привода компрессора составляет от 10 до 15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет повышенный расход топлива.
Турбокомпрессия выхлопных газов
При использовании компрессии выхлопных газов, энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механичекие соединения с двигателем отсутствуют.
Преимущества турбокомпрессии выхлопных газов.
• По сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает термические и др. потери. • Турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса к мощности, т.е. Kw / кг. • Необходимая площадь двигательного отсека турбодвигателя меньше, чем у обычного двигателя. • При использовании турбодвигателя, возможно дальнейшее улучшение характеристик крутящего момента для поддержания мощности, близкой к максимальной при очень низкой скорости двигателя, что позволяет избежать частого переключения скоростей при езде в гористой местности. • Турбодвигатели имеют значительно лучшие характеристики работы в условиях высокогорья. В условиях пониженного давления обычный двигатель теряет значительную часть мощности. В противоположность, рабочие характеристики турбодвигателя улучшаются вследствие увеличения разницы между постоянным давлением вверх по соединениям турбины и пониженным внешним давлением у входа турбины. Низкая плотность воздуха у входа компенсируется, обеспечивая почти нулевую потерю мощности. • Так как турбодвигатель имеет меньшие размеры, а соответственно и площадь шумовыделяющей поверхности, его шумовые характеристики лучше, чем у обычных двигателей. В данном случае, турбокомпрессор действует как добавочный глушитель.
ЧЕТЫРЕ ОСНОВНЫХ ПРИЧИНЫ ОТКАЗА ТУРБИНЫ
Вышла из строя турбина? Такое случается, и не обязательно что это проблемы неисправности узлов самой турбины. Практика показывает, что существует ряд причин, по которым турбина выходит из строя и кроются они во внешних факторах. Давайте рассмотрим и обсудим причины выхода турбины из строя.
ОДНА ИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ТУРБИНЫ — ЭТО ЗАГРЯЗНЕНИЕ МАСЛА
Бывает такое, что масло загрязняется мелкими частицами. Для глаза эти частицы настолько малы настолько, что мы их не видим. Они полируют поверхности подшипников и скругляют тем самым их внешние кромки, что приводит к тому что подшипник на стороне компрессора изнашивается по наружному диаметру.
Более крупные частицы, соответственно могут нанести повреждение более масштабное, царапины и задиры. Как правило, внутренняя поверхность подшипника повреждается в меньшей степени, она как и вал так и центральный корпус подшипников, изготовливается из более крепких материалов.
Еще одной проблемой износа подшипника является химическое воздействие на масло. Признаки выхода из строя похожи на недостаток необходимого количества смазки. Такое происходит из-за разбавления моторного масла топливом. Следовательно, смазывающие свойства масла ухудшаются.
ВТОРАЯ ИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ТУРБИНЫ — НЕДОСТАТОЧНАЯ СМАЗКА.
Бывает, что количество масла, которое подаётся к турбине может уменьшаться. Такое случается, например, когда материал прокладки немного перекрывает канал впуска или отверстие во фланце выпуска. Нехватка смазочного материала визуально проявляется сменой цвета поверхностей вала. Так же причиной плохой смазки турбины может быть – масляный насос, который не создаёт должного давления в системе. В последнее время участились случаи, когда «залипал» клапан в болте крепления трубки подвода масла. А из-за полного отсутствия смазочного материала, повреждение происходит очень быстро!
ТРЕТЬЯ ИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ТУРБИНЫ — ЭТО ИСКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ЕЁ РАБОТЫ
Эффект «апельсиновой корки» на задней стороне появляется в следствии преувеличения допустимых оборотов. В этом случае происходит перегрев поверхностей. Смазочный материал возгорается и происходит коксование и в последствии нагар. Эти признаки перекручивания турбины явно скажутся на её работоспособности в последствии.
Так же усиленная эксплуатация турбины может проявляется и в виде отрывания частей крыльчатки турбинного колеса. Визуально будет похоже на попадание посторонних предметов. Еще это может выглядеть в виде трещин на колесе турбины, оно даже может разрушится из- за излишнего перекручивания.
Цикл разрушения этого колеса напоминает арифметическую прогрессию, чем больше эксплуатация с трещинами, тем быстрее выходит из строя турбина. Ведь её эксплуатация с разрушенным колесом не возможна.
ЧЕТВЕРТАЯ ПРИЧИНА ВЫХОДА КРОЕТСЯ В ПОВРЕЖДЕНИИ ПОСТОРОННИМИ ПРЕДМЕТАМИ
Тут рассматривается 2 варианта повреждения. Повреждение жестким предметом и повреждение мягким предметом. Соль, песок эрозируют и вызывают коррозию. Твердые предметы попадая в отверстие патрубка и продвигаясь к входу в компрессор, могут вызвать повреждения.
А такие предметы как части робы или ветошь (бумажные салфетки) и пр, это мягкие предметы. Они могут оказать такое воздействие на лопатки, что те могут загнуться назад, в некоторых случаях происходит даже отрыв кусков, т,к, метал имеет свойство уставать, при работе с посторонними мягкими предметами.
Проникнувший в турбину жесткий предмет разрушает входные кромки лопаток крыльчатки. Даже незначительные частицы ржавчины из коллектора выпуска могут вызвать большие повреждения компонентов, так как те вращаются с огромной скоростью.
dizel-life.ru
