Как работает турбина? устройство и конструкция турбины

Принцип работы реактивного двигателя

За работу двигателя отвечает реактивная тяга. Для создания реактивной тяги необходима определенная жидкость, которая подается из задней части двигателя и по ходу ее продвижения увеличивается ее скорость движения вперед. Работу тяги отлично объясняет один из законов Ньютона, звучит он так «Любое действия вызывает равное противодействие».

Вместо жидкости в ТРД используется горючая смесь (газы и воздух со сгоревшими частичками топлива). Благодаря этой смеси самолет толкает вперед и позволяет ему лететь дальше.

Разработки таких двигателей начались в тридцатых годах. Первыми кто начал разрабатывать двигатели такого типа стали немцы и англичане. Но в гонке вооружений одержали победу ученные из Германии, так как они выпустили самый первый в мире самолет с ТРД под названием «Ласточка», данный самолет впервые взлетел в небеса над Люфтваффом. Спустя некоторое время появился и Английский самолет «Глостерский метеор»

Также сверхзвуковые двигатели принято считать турбореактивными, но они отличаются более совершенными модификациями, в отличие от ТРД.

Устройство двигателя имеет четыре главные детали, а именно:

• Компрессор.
• Камера горения.
• Турбина.
• Выхлоп.

Компрессор

В компрессоре находиться несколько турбин, с помощью которых происходит засасывание и сжатие воздуха. Во время сжатия воздуха, его давление и температура начинает нагнетаться и расти.

Камера горения

После того как воздух проходит турбину и его сжимает до необходимых размеров. Часть сжатого воздуха поступает в камеру горения, где воздух начинает смешиваться с топливом, после чего его поджигают. Благодаря этому увеличивается тепловая энергия воздуха. После смесь выходит из камеры с большой скорости и расширяется.

Турбина

После выхода эта смесь снова попадает в турбину, с помощью высокой энергии газа лопасти в турбине начинают свое вращение. Турбина тесно связанна с компрессором, который находиться в начале двигателя. Благодаря этому турбина начинает свою работу. Остатки воздуха выходят в выхлоп. В момент выхода смеси температура достигает рекордных размеров. Но она продолжает повышать свою температуру с помощью эффекта Дросселирования. После того как температура воздуха доходит до своего пика, она начинает идти на спад и выходит из турбины.

Дефекты турбонаддува и причины их появления

Неисправности турбин дизеля и бензинового двигателя ничем не отличаются друг от друга. Ниже приведем некоторые из них:

• Износ опорных шеек вала и подшипников скольжения.Причины: низкое давление, плохое качество или сильное загрязнение масла. Признак этой неисправности – шумная работа турбины на любых оборотах.
• Механическое повреждение крыльчаток. Происходит при большой неравномерной выработке в сопряжении вала с подшипниками, приводящей к биению крыльчаток о корпус. Или при попадании на лопасти рабочих колес посторонних предметов.
• Закупоривание смазочных каналов подшипников сгоревшим маслом. Это возможно при глушении дизеля сразу после остановки машины. Так как если, остановив автомобиль, не дать мотору поработать несколько минут на холостых оборотах, перегрев корпуса подшипников неминуем. А в случае когда турбина имеет жидкостное охлаждение – при уменьшении теплопроводности каналов этой системы за счет отложения на их поверхности накипи или герметика из антифриза.
• Попадание масла из турбокомпрессора во впускной коллектор двигателя. Причина — увеличенные зазоры между поверхностями шеек вала и подшипниками, совместно с засорившимся сливным маслопроводом. Это дает знать о себе появлением синего дыма на высоких оборотах двигателя. При снижении частоты вращения коленвала выхлоп становится почти бесцветным.
• Неисправность актуатора. Чаще всего это заклинивание перепускного клапана в одном из крайних положений. Признаком является недостаточный наддув компрессора или превышение допустимых оборотов крыльчаток.
• Неплотности стыка улитки компрессора со впускным коллектором. Причиной может быть нарушение геометрии корпуса турбокомпрессора или приход в негодность прокладки. Эта неисправность обнаруживает себя свистом выходящего через дефект сжатого воздуха.

Демонтаж турбокомпрессора

1. Остудите мотор и слейте антифриз.
2. Отключите от корпуса узла масляные магистрали, и патрубки охлаждения.
3. Отверните крепеж фланцев улиток. Чтобы не повредить грани болтов или гаек, используйте для этого только накидные и торцевые ключи.
4. Отсоединение фланца улитки компрессора от впускного коллектора, как правило, не составляет труда. Фланец улитки турбины обычно крепко пригорает к выхлопной системе. Для разъединения этого стыка следует использовать WD-40, а если это не помогает, то и деревянную киянку.

Что такое картридж турбины

Картриджем турбокомпрессора двигателя называют узел, состоящий из корпуса подшипников, вкладышей и установленного в них вала с крыльчатками. Поступающий в продажу, он не требует балансировки вала с крыльчатками или других подготовительных операций и после удаления консервирующий смазки полностью готов к установке.

https://youtube.com/watch?v=HGcIrc4S69I

Принцип действия турбокомпрессора

Принцип действия системы турбонагнетателя следующий:

• Выхлопные газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, вращают колесо турбины.
• Вращение турбинного колеса передается на компрессорное колесо, так как они закреплены на одной оси.
• Компрессор сжимает воздух из воздухозаборника и направляет его в промежуточный охладитель.
• Интеркулер охлаждает воздух и далее он поступает во впускное отверстие цилиндра двигателя.

Турбокомпрессор дает возможность регулировать давление выхлопных газов на лопатках турбины, чтобы избежать избыточного давления наддува в системе. Это делается с помощью перепускного клапана, который управляется пневматически или электрически. В свою очередь, приводом управляет электронный блок управления, который получает информацию от датчиков давления.

Изменяемая геометрия выхлопных лопаток

Используемые турбокомпрессоры оснащены панелью управления выхлопом с изменяемой геометрией. Рулевые колеса в турбокомпрессоре — это лопатки, прикрепленные к общему кольцу, расположенному по окружности ротора турбины. Пневматический привод используется для управления их наклоном (положением лопастей по отношению к ротору). Возможность изменения угла наклона лопастей приводит к тому, что поток воздуха, возможно без турбулентности, течет к ротору турбины. На малых оборотах руль наклонён под большим углом так, чтобы наддув был как можно более высоким, не оказывая отрицательного воздействия на турбокомпрессор. Описанное решение работает и тогда, когда необходимо снизить уровень подзарядки. В этом случае лопатки установлены таким образом, чтобы поток был турбулентным. Это приводит к снижению давления наддува. Преимуществами этого решения являются более высокий КПД, чем в случае перепускного клапана, более низкая температура и давление выхлопных газов (без потери мощности), меньшее время отклика турбокомпрессора

После внедрения в автомобили турбонагнетателей с изменяемой геометрией рулевых колес они использовались только в дизельных двигателях. Это было связано с несколько более низкой температурой выхлопных газов. В двигателях с искровым зажиганием температура выхлопных газов превышает 900 ° C, что требует использования более дорогих строительных материалов. Первым автомобилем, который использовал этот тип турбокомпрессора, был Porsche 911, для которого BorgWarner специально разработал турбокомпрессор. Однако представители компании не раскрыли, какой материал, способный выдерживать преобладающие высокие температуры выхлопных газов, был использован в конструкции описываемого элемента.

В дизельных двигателях избыточный лямбда-фактор воздуха не имеет значения, и подача воздуха не ограничивается дроссельной заслонкой, несмотря на ее наличие

Однако это важно в двигателях с искровым зажиганием. Именно в этом типе питания важной проблемой, связанной с работой турбокомпрессора, является поддержание лямбда — коэффициента избытка воздуха около единицы

Зачем? Потому что при малых нагрузках на привод или, например, снятие ноги с педали акселератора (закрытие дроссельной заслонки), воздушный поток не является непрерывным. Это создает тяжелые условия для работы компрессора, ротор которого вращается с довольно высокой скоростью. В результате перед дроссельной заслонкой создается давление наддува. Для предотвращения этого используется продувочный клапан, иначе известный как сливной клапан.

Перспективным решением является управление турбонагнетателем с помощью электрических приводов, а не пневматических приводов, как описано выше. Главное преимущество — ускорение реакции силового агрегата, в том числе турбины, на резкое нажатие на педаль акселератора.

Это делается таким образом, что при нажатии педали акселератора включается электродвигатель, который предназначен для получения подходящей высокой скорости вращения компрессора. После достижения соответствующей частоты вращения турбина включается (один компрессор и вал турбины с использованием муфты). Еще одно преимущество этого решения состоит в том, что контроллер не допускает слишком высоких частот вращения турбины. Конечно, описываемое современное решение оснащено датчиками и драйверами, чтобы работа турбокомпрессора была максимально эффективной.

Турбокомпрессоры похожи на настоящее и будущее современной автомобильной промышленности, по крайней мере, в обычных приводных агрегатах. Автомобильное будущее еще не определено. Ведутся работы по различным источниками энергии и альтернативным видам топлива. Однако это планы на будущее. А пока давайте наслаждаться тем, что у нас есть, то есть бензиновыми или дизельными агрегатами с турбонаддувом.

Визуальный осмотр

В самом начале проведения диагностики проверяется уровень и качество моторного масла

Также очень важно, чтобы внутрь турбокомпрессора не попадали сторонние предметы

Затем можно приступать к анализу выхлопного газа. Уменьшение мощности и общей динамики, а также черный выхлоп указывает на переобогащение топливной смеси. Это может быть вызвано недостаточным количеством подаваемого в цилиндры кислорода из-за неисправностей в системе впуска. Иногда мощность падает из-за утечек на выпуске.

Для проверки потребуется завести двигатель и послушать нет ли посторонних шумов при работе турбокомпрессора. Не должно быть свистящих или скрипящих звуков, шума прорывающегося воздуха в местах соединения и тому подобного. Проверяются на герметичность патрубки по которым подается воздух в мотор. Наличие любых неплотностей или повреждений недопустимо

Важно проверить состояние воздушного фильтра – загрязнения снижают его пропускную способность, что ведет к недостаточному количеству воздуха в цилиндрах

Появление белого или сизого дыма может быть вызвано как неисправность самого компрессора, так и других узлов двигателя. На эту проблему может также указать и резко возросший расход масла.

При таких обстоятельствах следует еще раз перепроверить воздушный фильтр и ротор турбины. Забитый фильтр не пропускает достаточного количества воздуха, а это ведет к перепаду давления между корпусом и картриджем с подшипниками, из него начинает течь масло и попадать в корпус компрессора. Если и здесь все в порядке, тогда следует осмотреть сливной маслопровод на присутствие перегибов, повреждений и т.п.

Динамический наддув

На процессы газообмена оказывает влияние не только установка фаз газораспределения, но и геометрия впускных и выпускных каналов. Движение поршня на такте всасывания при открытии впускного клапана создает волну всасывания, которая отражается от открытого конца впускного трубопровода и возвращается к впускному клапану в виде волны давления. Эти волны давления могут быть использованы Для увеличения массового расхода воздуха на впуске. Кроме геометрии впускного трубопро­вода интенсивность этого эффекта наддува, основанного на газодинамике, также зависит от величины оборотов двигателя.

Инерционный наддув

В системах инерционного наддува каждый цилиндр снабжен отдельным впускным каналом определенной длины, обычно соединяю­щимся с общей камерой. По этим впускным каналам волны давления могут распространяться независимо друг от друга (рис. «Принцип инерционного наддува» ). Длины отдельных впускных каналов адапти­рованы к установке фаз газораспределения таким образом, чтобы в желаемом диапазоне оборотов двигателя за счет волны давления, проходящей через открытый впускной клапан, достигалось увеличение массы заряда.

В то время как длина каналов должна быть адаптирована к диапазону оборотов двигателя, диаметры каналов должны быть согласованы с рабочим объемом цилиндра. В системе впуска, показанной на рисунке «Принцип изменения геометрии впускного трубопровода«, возможно переключение между двумя системами каналов различной длины. Переклю­чающий клапан или заслонка закрывается в нижнем диапазоне оборотов двигателя, и всасываемый воздух поступает в цилиндры через более длинные впускные трубопро­воды. При высоких оборотах переключаю­щий клапан открыт, и воздух поступает через короткий впускной трубопровод.

Наддув с использованием специально настроенных впускных каналов (резонансный наддув)

При определенных оборотах двигателя возникает резонанс колебаний газа во впускном трубопроводе, вызванных возвратно поступательным движением поршня, что создает дополнительный эффект наддува.

При таком варианте наддува короткие трубопроводы соединяют группы цилиндров двигателя с резонансными ресиверами с такими же интервалами, как промежутки между вспышками в цилиндрах (рис. «Принцип наддува с использованием специально настроенных впускных каналов» ).

Эти ресиверы сообщаются с атмосферой или общей камерой посредством специально отрегули­рованных трубок и резонаторов Гельмгольца. Длина и диаметр трубопроводов опреде­ляются диапазоном оборотов двигателя, в котором должен возникать эффект допол­нительного резонансного наддува (рис. «Повышение коэффициента наполнения цилиндра зарядом при помощи динамического наддува» ).

Впускные трубопроводы с изменяемой геометрией

Поскольку эффект динамического наддува зависит от режима работы (величины оборотов) двигателя, изменяемая геометрия впускного трубопровода позволяет получить практически идеальную кривую крутящего момента. Регулируемые системы могут быть реализованы посредством изменения длины впускных каналов за счет переключения между системами каналов различной длины или диаметра, попеременного перекрытия отдельных каналов в системах с несколькими наборами впускных каналов или пере­ключения между различными впускными объемами. Эти переключения могут осущест­вляться электрическими или электропневматическими клапанами или заслонками.

Преимущества и недостатки турбонаддува

1 . Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.2 . Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.3 . Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.4 . Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.5 . На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.6 . Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

Признаки того, что турбина «умирает»

Выход турбины из строя во многих случаях происходит очень быстро, причин тому несколько: это может быть, как уже упоминалось, недостаток масла, попадание твердыми частицами по колесу компрессора и по колесу ротора турбины, также к поломке может привести ДТП

Однако чаще турбонагнетатель приходит в негодность постепенно, и у автовладельца есть время обратить внимание и принять необходимые меры по устранению причин поломки либо обратиться к специалистам

Выделяется несколько наиболее распространенных признаков выхода из строя турбины. К ним относятся следующие:

• наличие посторонних шумов со стороны турбины во время работы силовой установки (свист либо гул);
• появление сизого дыма из выхлопной системы;
• резко увеличивается расход масла;
• падает давление наддува.

Для определения поломок на ранних стадиях, достаточно внимательно слушать свой автомобиль. Например, у машины упала мощность или она утратила динамику, это говорит о том, что турбина не создает достаточного давления.

Иногда причиной тому служит повышенное противодавление из-за сильного загрязнения катализатора. Также к этому могут привести и неисправности электромагнитного клапана (управляющего вакуумом турбины), что тоже влечет понижение мощности двигателя.

Если же эти элементы работают исправно, тогда стоит проверить перепускную заслонку или изменяемую геометрию. Часто при агрессивном стиле езды поток отработанных газов идет мимо клапана, либо поврежденная изменяемая геометрия, цепляет корпус турбокомпрессора и не направляет воздух на колесо турбины. В таком случае коэффициент полезного действия турбины сильно падает. Если таким образом выявить причину поломки не удалось, тогда потребуется демонтаж турбокомпрессора с силовой установки.

На скорый выход из строя турбину и возможный признак дефекта может также указать дым из выхлопной системы.

Виды и срок службы турбокомпрессоров

Основным недостатком работы турбины является возникающий на малых оборотах двигателя эффект «турбоямы». Он представляет собой временную задержку отклика системы на изменение оборотов двигателя. Для устранения этого недостатка разработаны различные виды турбокомпрессоров:

• Система twin-scroll, или раздельный турбокомпрессор. Конструкция имеет два канала, которые разделяют камеру турбины и, соответственно, поток отработавших газов. Это обеспечивает более быстрое реагирование, максимальную производительность турбины, а также предотвращает перекрытие выпускных каналов.
• Турбина с изменяемой геометрией (с переменным соплом). Такая конструкция чаще используется на дизеле. Она предусматривает изменение сечения входа в колесо турбины за счет подвижности ее лопастей. Смена угла поворота позволяет регулировать поток отработавших газов, благодаря чему происходит согласование скорости отработавших газов и рабочих оборотов двигателя. На бензиновом двигателе турбина с изменяемой геометрией часто устанавливается на спортивных автомобилях.К минусам турбокомпрессоров можно отнести и небольшой срок службы турбины. Для бензиновых двигателей он в среднем составляет 150 000 километров пробега машины. В свою очередь, ресурс турбины дизельного двигателя несколько больше и в среднем достигает 250 000 километров. При постоянной езде на высоких оборотах, а также при неправильном подборе масла сроки эксплуатации могут сократиться в два или даже в три раза.В зависимости от того, как работает турбина, на бензиновом или дизельном двигателе, можно судить о ее исправности. Сигналом о необходимости проверки узла является появление синего или черного дыма, снижение мощности двигателя, а также появление свиста и скрежета. Для профилактики неисправностей необходимо вовремя менять масло, воздушные фильтры и регулярно проходить техобслуживание.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОНАДДУВА

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля. 2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем. 3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов. 4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД. 5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги. 6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

О НЕДОСТАТКАХ

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки. Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Преимущества и недостатки установки турбонаддува

Прежде чем бездумно устанавливать под капот турбину, уповая на повышение мощности лучше детально проанализировать преимущества и недостатки нагнетателя.

Благодаря турбокомпрессору можно получить:

• Увеличение мощности до 80%.
• При повышении производительности, не увеличивается объем камеры сгорания.
• Улучшение качества сгорания топлива.
• Увеличение концентрации воздуха при лучшем сгорании уменьшает выброс химических реагентов в атмосферу.

С другой стороны, установка турбины имеет ряд недостатков:

• Стоимость. Помимо дорогостоящей установки, быстрый износ конструкции «выльется» в «круглую» сумму.
• На низких оборотах двигатель может не выдавать необходимую мощность. В первую очередь – это связано с низким исходящим потоком газов. Их силы не хватает, чтобы разогнать лопасти крыльчатки до нужной скорости – эффект «турбоямы».
• Усиленные требования к моторному маслу, поскольку детали двигателя и турбины смазываются одним типом масла.
• Быстрый износ деталей цилиндропоршневой группы, за счет возрастания концентрации картерных газов.

Снятие и установка турбокомпрессора Mitsubishi Pajero

Общие сведения

Впускной и выпускной коллекторы и турбокомпрессор

Проверка пневмопривода регулятора наддува

Снятие

Установка

Видео про «Снятие и установка турбокомпрессора» для Mitsubishi Pajero

Почему сдох Pajero? Удаление EGR ЕГР Установка турбины

одна из причин почему турбина кидает масло двигатель 4м40,Мицубиси паджеро(Mitsubishi Pajero)

Как убить Mitsubishi Pajero 4 Ремонт турбины

Принцип работы автомобильного турбокомпрессора

Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры. Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

• при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
• поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
• так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.