Неисправности дизельных двигателей с турбонаддувом

1. Общие сведения о наддуве в дизельных двигателях

Основная идея наддува — увеличение заряда и мощности двигателя путем подачи в цилиндры воздуха повышенной плотности под избыточным давлением > [2, c. 116].

Наддув связан с предварительным сжатием, поступающего в двигатель воздуха, а увеличение заряда по сравнению с его величиной при атмосферных параметрах и определяется отношением плотностей (при = const):

(1)

Сжатие воздуха обычно осуществляется в компрессоре (инерционный наддув, т. е. повышение давления путем использования волновых явлений при неустановившемся течении воздуха во впускном трубопроводе, применяется сравнительно редко в двигателях малой мощности) и связано с увеличением не только давления, но и температуры. Непосредственно за компрессором давление =, температура =. Изменение плотности воздуха существенно зависит от степени повышения давления и его охлаждения (рисунок 1).

Наибольшее увеличение плотности достигается при изотермическом сжатии (= =const), когда /. Отсюда необходимость охлаждения наддувочного воздуха за компрессором. Например, в судовых дизелях воздух охлаждается в поверхностных охладителях, прокачиваемых забортной водой, позволяющих при умеренных габаритах и гидравлических сопротивлениях = 150ч250 мм вод. ст. понизить температуру воздуха за компрессором до уровня, который превышает данную температуру забортной воды на 10−15°С.

Рисунок 1 — Зависимость плотности воздуха от давления

Следовательно, в ресивере двигателя с наддувом:

;

В случае равенства =, пренебрежения величиной и потерей давления в фильтре компрессора () увеличение заряда можно определить величиной :

(2)

Соотношение (2) справедливо и при последовательном, например, двухступенчатом сжатии воздуха, когда для принятых допущений общая степень повышения давления

Из выражения нетрудно получить связь со степенью наддува двигателя:

(3)

При условии, =, , и

а в случае равенства к. п. д. для сравниваемых двигателей устанавливаем идентичность степеней наддува и повышения давления:

. (4)

Наиболее просто наддув можно получить при механическом приводе компрессора от вала двигателя. Такой наддув получил название механического, и система наддува состоит из компрессора, подающего воздух непосредственно в ресивер двигателя или через воздухоохладитель.

При умеренных степенях 1,35 механический наддув получил распространение на четырехтактных двигателях. Двухтактные двигатели, оборудуемые продувочными насосами для осуществления процессов газообмена, также являются двигателями с механическим наддувом. Двигатель с приводом компрессора от вала обладает высокой приемистостью — способностью принимать нагрузку при ее набросе (быстром увеличении). Но затраты мощности на привод компрессора снижают эффективность наддува. При =1,24ч1,35 относительная мощность для привода компрессора = составляет 3−5% и возрастает до 10% при = 1,5, что уже ведет к заметному снижению механического к. п. д. (<) и ограничивает рост при повышенных давлениях .

Решение было найдено применением компрессора с газотурбинным приводом, использующим энергию выпускных газов двигателя. Такая система получила название газотурбинного наддува. Турбокомпрессор, конструктивно объединяющий компрессор обычно центробежного типа и турбину, является главным элементом системы.

Однако в ряде случаев и при газотурбинном наддуве сохраняется механический привод дополнительного наддувочного компрессора или турбокомпрессора, позволяющий получить недостающую энергию от вала двигателя при пусковых и долевых режимах или в случае высоких значений отдавать избыточную мощность турбины при полных нагрузках валу двигателя [2, c. 125].

Системы газотурбинного наддува с элементами механического наддува относятся уже к комбинированным системам.

В общем случае система наддува включает турбокомпрессоры, работающие на выпускных газах, дополнительные компрессоры с механическим приводом, воздухоохладители, ресиверы, коллекторы, трубопроводы, составляющие газовоздушный тракт двигателя. В ней протекают процессы преобразования энергии с целью обеспечения двигателя воздухом, поэтому систему наддува называют также системой воздухоснабжения.

Получение заданных степеней наддува, как это следует из формулы (3), зависит не только от давления, но и от качества рабочих процессов, оцениваемых величинами коэффициента наполнения, параметра /б, а также от механического к. п. д. двигателя. Чем совершеннее рабочий процесс (выше и меньше б), тем меньший заряд воздуха необходим для реализации заданного значения и тем ниже давление наддува. Совместно с избытком продувочного воздуха (величиной коэффициента продувки) снижение б влияет на энергетический баланс турбокомпрессора, так как оно ведет к росту температуры выпускных газов, снижению расхода воздуха и гидравлических сопротивлений трактов.

Таким образом, возможности наддува теснейшим образом связаны с конструкцией, схемой газообмена, уровнем форсировки и характером эксплуатационных режимов двигателя. Последнее вытекает из характеристик систем наддува, представляющих собой зависимости относительных значений средних давлений воздуха в ресивере / и газа перед турбиной / от расхода воздуха через двигатель или газа через турбину. По кривым /=f (), / f () совмещаемым с характеристикой компрессора /= f (), можно проследить за условиями воздухоснабжения на различных режимах, изменением перепадов давления между ресивером и коллектором, а также выяснить возможность согласования рабочей линии компрессора / - (,) с областью устойчивых его режимов и высоких к. п. д.

Можно сформулировать следующие общие требования, которым должны удовлетворять системы наддува:

— эффективное использование энергии газов — получение максимальной мощности турбины и к. п. д. турбокомпрессора при высокой экономичности работы двигателя на эксплуатационных режимах;

— обеспечение двигателя воздухом при пусках и малых нагрузках и его приемистости на переходных режимах, а также устойчивой работой компрессора на установившихся режимах;

— система наддува не должна быть излишне сложной в конструктивном отношении, в управлении и обслуживании.

К системам наддува могут быть предъявлены и специальные требования, например введение регулируемого воздухоснабжения с целью обеспечения необходимого запаса крутящего момента при пониженных частотах вращения.

Полнее удовлетворяет указанным требованиям и лучше приспособлен к газотурбинному наддуву четырехтактный двигатель. Его рабочий цикл с насосными ходами поршня обладает саморегулированием процессов газообмена: при пусках и малых нагрузках смена заряда происходит независимо от работы турбокомпрессора, при полных нагрузках высокое качество газообмена (п0,95ч0,98; 1,1ч1,3) обеспечивается при минимальных перепадах давления между ресивером и коллектором (0,95ч0,98). Отсюда возможности получения повышенных параметров газа перед турбиной, увеличения ее мощности и степени, наддува двигателя при относительно меньших давлениях и удельных расходах воздуха g_в = 5,2ч5,3 кг/(л.с.*ч).

Этим и объясняется сравнительно простая организация газотурбинного наддува четырехтактных дизелей, получившего распространение уже в конце 30-х гг. Даже при невысоком к. п. д. турбокомпрессора (= 0,35ч0,40) заданные параметры наддува удавалось обеспечить путем увеличения работы вытеснения поршня и повышения давления газа перед турбиной. Газотурбинный наддув двухтактных дизелей с присущими им потерей давления на продувку цилиндров, повышенным расходом воздуха и более низкой температурой газов реализуется труднее и требует более тщательной доводки элементов системы. Турбокомпрессоры для наддува двухтактных дизелей начали применяться лишь в 50-е гг.

В четырехтактных двигателях достигнуты и наиболее высокие степени наддува (= 3,5). На подавляющем большинстве двигателей осуществлен газотурбинный наддув при импульсном подводе газов к турбине с одноступенчатыми сжатием и охлаждением воздуха. Выпуск газов производят в разделенный выпускной трубопровод малого объема (), что позволяет [2, c. 131]:

а) реализовать энергетические преимущества импульсного способа наддува;

б) интенсифицировать продувку камеры сгорания и понизить теплонапряжепность ее элементов (особенно выпускных клапанов);

в) обеспечить подходящую приемистость двигателя, так как энергия на участках импульсов давления температуры газа при мгновенных набросах нагрузки зависит от подачи топлива.

Условия построения характеристики газотурбинного наддува (рисунок 2) вытекают из равенства расходов воздуха через двигатель и компрессоры () и давлений / и / (потерей давления в воздухоохладителе пренебрегаем). Отсюда совпадение рабочей линии компрессора /) с расходной характеристикой двигателя /= (). Благодаря насосным ходам и малой энергии газов на пусковых режимах и малых ходах (до точки а) газообмен протекает, как и в обычном двигателе без наддува (= 1), но с некоторым превышением давления над. Продувка камеры сгорания при этих режимах затруднена из-за большой фазы перекрытия, клапанов возможен заброс газов, ухудшение газообмена, сопровождаемое дымным выпуском и загрязнениями камеры сгорания и трактов. Теоретически продувка камеры сгорания начинается с точки k, когда при дальнейшем увеличении нагрузки р_s > р_т.

Наиболее полно энергетические преимущества импульсного подвода газа выражены при непрерывном его поступлении к отдельным секторам разделенного соплового аппарата турбины (обычно при общем числе цилиндров, кратном трем, когда импульсы давления в каждом подводе чередуются через 240° поворота вала и турбина работает с полной пропускной способностью).

Рисунок 2. Характеристика газотурбинного наддува четырехтактного дизеля: 1, 2 — //= () — рабочая линия компрессора и расходная линия двигателя; 3 -/() расходная линия турбины; 4 — граница помпажа компрессора; - - - линии 1, 2, 3 при наддуве .

2. Контроль и диагностика процессов воздухоснабжения

Задача диагностики системы воздухоснабжения состоит в том, чтобы своевременно обнаруживать нарушения в работе ее отдельных элементов, что позволит избежать нежелательных последствий в работе двигателя, а определение степени изменения состояния элементов системы даст возможность обоснованно планировать профилактические работы [2, c. 173].

Излагаемые методы диагностики систем воздухоснабжения двигателей с турбонаддувом основываются на анализе эталонных и измеренных значений параметров, к числу которых относятся расход воздуха, давление и температура воздуха и газов, частота вращения турбокомпрессора и температура воды, поступающей в воздухоохладитель. Точки замеров перечисленных параметров показаны на рисунке 3.

Методы определения расхода воздуха. Расход воздуха является одним из основных параметров, характеризующих эффективность системы воздухоснабжения. Поэтому нахождение простого и достаточно точного метода его оценки в эксплуатации является необходимым условием реализации задач диагностики.

Существует ряд способов определения расхода воздуха на двигателе, из числа которых могут быть отмечены следующие: 1) посредством дроссельной шайбы (измерение); 2) на основе измерения динамического напора с помощью насадок Пито-Прандтля; 3) на основе анализа выпускных газов; 4) на основе измерения статических параметров воздуха в конфузоре компрессора.

1. Метод измерения расхода воздуха с помощью дроссельной шайбы является наиболее надежным и точным (погрешность не превышает +2%), но для его реализации на входе в компрессор необходимо устанавливать прямолинейную трубу длиной не менее 25 диаметров, что при больших размерах турбокомпрессоров и ограниченных пространствах машинного отделения бывает невозможно.

2. В основу второго метода определения расхода воздуха положена зависимость скорости потока, а с ней и расхода, от динамического напора. В коротких трубопроводах при турбулентном течении скорость потока по сечению существенно различна, и это вынуждает для достижения требуемой точности в 1−2% измерять динамический напор в 20 точках и более, что требует установки большого количества трубок Пито-Прандтля и ограничивает возможности этого метода.

3. Метод определения расхода воздуха по данным анализа выпускных газов широко применяется в судовых испытаниях, но его погрешность достигает 3,5% и, что самое важное, он трудоемок и при существующих средствах анализа газов не поддается автоматизации.

Наиболее простым и легко реализуемым, например, в судовых условиях является последний метод, основанный на определении расхода воздуха по перепаду статических давлений во входном патрубке (конфузоре) компрессора, измеряемых в его входном и выходном сечениях (рисунок 4, а). Предполагается, что в конфузоре — установившееся течение с однородными свойствами вдоль потока в каждом поперечном сечении.

На основании уравнения неразрывности расход воздуха через конфузор может быть определен по выражению

(5)

где — постоянная, включающая коэффициент расхода, плотность воздуха и др., предварительно определяемая при эксперименте; - перепад статического давления в конфузоре, измеряемый с помощью установленных в конфузоре датчиков, дающих погрешность не более 1% (рисунок 4, а) [2, c. 177].

Рисунок 4 — Измерение производительности компрессора После подсчета его необходимо привести к стандартным внешним

условиям:

(6)

3. Регулировки, неисправности дизельных двигателей с турбонаддувом и способы их устранения

Опишем данный аспект применительно к легковым автомобилям.

Осмотр двигателя на предмет неисправностей, вызванных неправильной работой турбонагнетателя.

Тревожные признаки — плохая работа на холостом ходу, потеря мощности, или синевато-серый или белый дым, выходящий из выхлопной трубы. Чрезмерный выход масляных паров из крышки клапанного механизма или системы вентиляции картера — также причина для беспокойства.

Подходящий метод проверки — испытание на утечку, которое показывает состояние компрессионных колец, клапанов впуска и выпуска, прокладки головки блока цилиндров, и присутствия трещин в блоке или головке блока цилиндров. Она производится путем опрессовки камеры сгорания и наблюдения за количеством утечек и местами утечки. Количество утечки измеряется путем регулирования давления сжатого воздуха в камере сгорания до удобного значения. 10 бар — наиболее удобное давление, поскольку давление, остающееся в камере сгорания — остаток в процентах после утечки. Утечку можно локализовать путем прослушивания выхлопной трубы на предмет утечек через выхлопные клапана, воздушного фильтра на предмет утечек через впускные клапана, и через крышку маслозаливной горловины на предмет утечки через поршневые кольца. Повреждение прокладки головки блока цилиндров или трещины в водяной рубашке, обнаружатся как пузыри в системе охлаждения.

Проверка на утечки должна быть выполнена на теплом двигателе, с обоими закрытыми клапанами и поршнем в верхней мертвой точке.

Рисунок 5 — Проверка на утечки — наиболее сложное испытание, изобретенное для определения целостности камеры сгорания. Регулятор контролирует давление в цилиндре. Манометр № 1 показывает это давление. Манометр № 2 показывает давление, остающееся в цилиндре после всех утечек Выводы по проведенным измерениям можно сделать по следующим значениям:

9.7 -10 бар — Очень хорошо

9,2 — 9,6 бара — Пригодно к эксплуатации 8,9 — 9,1 бара — Хорошо, но меньше нормы

8.8 бара или меньше — Необходимо устранять неисправность Проверка на утечку превосходит старый способ проверки компрессии по нескольким пунктам. Состояние батареи и стартера не имеет значения. Разница в зазорах клапанов не будет иметь значения. Положение распредвала не влияет на измерения.

Уплотнение прокладки головки блока цилиндров может легко быть проверено химическим способом, который распознает следы продуктов сгорания, которые нашли путь в систему охлаждения.

Область вокруг камеры сгорания — этим примерно и ограничены неисправности двигателя, вызванные турбонагнетателем. Маловероятно, что любое другое повреждение может быть даже отдаленно связано с турбонагнетателем [1, c. 197].

Рисунок 6 — Измеритель соотношения воздух / топливо. — обязательный прибор для испытаний и поиска неисправностей

Осмотр системы турбонаддува на предмет неисправностей

Двигатель не заводится

Турбонагнетатель может создавать проблемы при запуске только, если неисправность связана с утечкой воздуха в системе. Это относится к автомобилям с впрыском, оборудованным датчиком массового расхода и карбюраторным системам с протяжкой воздуха. Утечка воздуха при наличии датчика массового расхода уменьшит величину сигнала датчика, создавая условия обеднения смеси при пуске.

Обнаружение вакуумных утечек — стандартная диагностическая процедура. Та же самая техника применяется, когда присутствует турбонагнетатель, за исключением того, что утечка происходит наружу. Утечки наружу должны быть огромны, чтобы влиять на запуск. Следует искать разъединенные шланги, большие трещины в шлангах, и другие подобные вещи.

Неустойчивый холостой ход

Менее существенные утечки, чем те, которые вызывают затруднения при запуске, могут ухудшать качество холостого хода. Соотношение воздух / топливо на холостом ходе будет всегда критической регулировкой. Используйте требуемые приборы, и проведите соответствующие регулировки. Эти утечки будут, вероятно, происходить из корпуса дроссельной заслонки.

Пропуски зажигания

Турбонагнетатель может создавать два условия, при которых в двигателе будут пропуски зажигания: обедненная смесь и необходимость более высокого напряжения, чтобы воспламенить более плотную смесь в камере сгорания. На автомобиле, оборудованном впрыском топлива, турбонагнетатель иногда может вызвать обеднение смеси при давлении во впускном коллекторе равном или около атмосферного давления. Это вызвано тем, что турбонагнетатель фактически будет поднимать давление со, скажем, 380 мм рт. ст. вакуума допустим до 250 мм рт. ст. Чтобы транспортное средство не разгонялось, нужно немного закрыть дроссельную заслонку, таким образом, сигнал от датчика положения дроссельной заслонки уменьшается. Этот сигнал снизит количество топлива при любом расходе воздуха, вызывая обеднение смеси.

Любые пропуски зажигания, при полностью открытой заслонке, вызванные обеднением смеси, очень серьезны, и нужно предпринять необходимые меры, перед тем как опять поднимать уровень наддува. Нехватка топлива значительно поднимает температуру в камере сгорания. Теплота — причина детонации, которая является основой высокой эффективности. Любое обеднение смеси должно устраняться без промедления.

Обеднение топливовоздушной смеси может легко быть обнаружено некоторыми из портативных датчиков кислорода.

С необходимостью увеличенного напряжения на свечах зажигания иногда сталкиваются вследствие того, что смесь воздух / топливо в камере сгорания является фактически электрическим изолятором. Чем большее количество воздуха и топлива накачивает в камеру сгорания турбонагнетатель, тем больше сопротивление, следовательно, большее напряжение нужно, чтобы создать искровой разряд в зазоре между электроламп. Этой проблеме можно помочь, увеличив напряжение в системе зажигания и / или, установив новые свечи зажигания.

Потеря мощности

Устранение такой проблемы как потеря мощности должно быть сосредоточено вокруг проверки и оптимизации давления наддува, установки угла опережения зажигания, соотношения воздух / топливо, датчика положения дроссельной заслонки, и обратного давления в выхлопной системе.

Чрезмерное давление наддува

Превышение давления наддува — повод для беспокойства. Так как на вестгейт возложена ответственность за регулирование давления, это, конечно, первый кандидат на проверку, когда сталкиваются с превышением давления наддува. К неисправности могут иметь отношение следующие узлы вестгейта:

Сигнальная линия

Вестгейт может работать неправильно, если будет получать неправильный сигнал, сигнальная линия может быть забитой, или может иметь утечку. Проверьте обе причины. Также, нужно проверить соединения на обоих концах сигнальной линии [1, c. 202].

Привод вестгейта

Фактически единственная часть привода, вызывающая отказ — внутренняя диафрагма. На интегрированном приводе, самая простая проверка — дунуть в сигнальный канал, сигнальный канал должен быть полностью закрыт. Любая утечка — доказательство неисправности и требует замены привода. Такая же проверка может использоваться на внешнем вестгейте, за исключением того, что давление должно прикладываться к атмосферной стороне диафрагмы. Сторона диафрагмы со стороны клапана почти всегда разрабатывается с учетом небольшой утечки вокруг штока клапана; таким образом, проверка клапанной стороны будет показывать утечку вокруг направляющей стержня также как и поврежденную диафрагму.

Вестгейт — клапан, управляемый давлением наддува, который обеспечивает подачу к турбине количесвтва выхлопных газов, необходимого для создания заданного давления наддува. Вестгейт направляет лишние выхлопные газы в обход турбины, в выхлопную систему.

Клапан вестгейта

Клапан вестгейта может быть заклинен и не будет открываться, или может находится в неправильном положении. Это требует снятия и разборки механизма клапана вестгейта, для выяснения и устранения причины.

Выхлопная труба

Выхлопная труба может часто вызывать превышение давления наддува. Часто для нормальной работы вестгейта необходимо повышенное давление в выхлопной системе. Это особенно верно при использовании интегрированного вестгейта. Проблема может быть усугублена тенденцией производителей использовать турбины меньшего, чем нужно размера. Совокупность этих факторов может создать условия для превышения давления наддува, когда что-то в выхлопной системе ломается и понижает обратное давление.

Кожух турбины

Если турбосистема или система собственной постройки имеет проблему превышения давления наддува, но выхлопная труба и вестгейт в полном порядке, скорость вращения турбины может быть слишком высока для системы двигатель / турбонагнетатель. Это означает, что кожух турбины турбонагнетателя слишком мал, таким образом, превышается скорость вращения турбины и создает слишком высокое давление наддува. Ответ состоит в том, чтобы увеличить отношение A/R кожуха турбины, снизить скорость вращения турбины, которая в свою очередь уменьшит тенденцию к превышению давления наддува.

Низкое или медленно нарастающее давление наддува

Турбонагнетатель

Несколько параметров турбонагнетателя могут являться причиной низкого или инерционного давления наддува. Большинство причин происходит или из-за плохо работающей новой установки или из-за старой системы с новыми проблемами.

Утечки на выхлопе

Большие утечки отработанных газов перед турбиной могут вносить вклад в замедленную реакцию. Большие утечки будут не только слышны, они должны быть огромны. Если не найдено отверстие, в которое Вы можете вставить карандаш, не стоит ожидать, что причина замедленной реакции — утечки на выхлопе.

Гайка крепления колеса компрессора

Гайка фиксации компрессора, если она не затянута, позволит валу проворачиваться внутри колеса компрессора. Необходим доступ к рабочему колесу турбины, для фиксации вала при затяжке гайки фиксации компрессора. Эти гайки вообще затягиваются с моментом приблизительно 25 кг*см. Это может быть приблизительно так, затягиваем гайку, пока она не коснется колеса компрессора, затем довернем её на четверть оборота. При затяжке гайки компрессора, важно не допускать никакой боковой нагрузки на вал турбины.

Отсутствие воздушного фильтра

Износ рабочего колеса компрессора может понижать давление наддува. Работа без воздушного фильтра, в конечном счете, приведет к износу рабочего колеса компрессора до такой степени, что оно больше не сможет нагнетать воздух. Когда начинается процесс износа, рабочее колесо компрессора будет терять свою эффективность, приводя к повышению температуры воздуха, которая в свою очередь может приводить к проблемам с детонацией.

Вестгейт

Механические неисправности, из-за которых вестгейт не может полностью закрываться, вызывают большую утечку выхлопных газов мимо турбонагнетателя, вызывая инерционную медленную реакцию.

Неисправный клапан вестгейта вообще редко будет препятствовать созданию нормального явления турбонагнетателем, но потребуются гораздо большие обороты двигателя, чтобы достигнуть нормального давления наддува. Если, например, клапан вестгейта заклинен в положении максимального давления наддува, система должна развить достаточно оборотов только для того, чтобы количество газов превысило размеры утечки перед тем, как создать какое-нибудь давления наддува.

Выхлопная труба

Любые неисправности в выхлопной трубе, которые создают препятствие для выхода выхлопных газов, будут причиной более высокого порога наддува и / или более низкого значения максимального наддува. Нужно проверить давление в трубе выше любого возможного препятствия. Вообще, обратное давление более 0,7 бара, вызывает почти полную потерю наддува. Обратное давление более 0,15 бара нежелательно при любых обстоятельствах, даже если не вызывает потери абсолютного давления наддува.

Воздушный фильтр

Если воздушный фильтр меньше требуемого размера или слишком загрязнен, то он не позволит системе функционировать на ожидаемом уровне. Это условие также создает плохой побочный эффект в виде увеличения температуры на впуске.

Впускные шланги компрессора

Почти всегда, воздушный фильтр или измеритель расхода воздуха будут соединены с входом компрессора турбонагнетателя гибким патрубком того или иного вида. Если фильтр или расходомер являются узкими частями системы, возможно создание разрежения, достаточного, чтобы сплющить соединительные шланги. Обычный признак сплющенного шланга — внезапная потеря наддува. Сила, действующая на большие шланги от небольшой разницы давлений, может быть достаточно большой.

Пропуски зажигания

Любые пропуски зажигания при работе с наддувом вызваны неисправностью системы зажигания или слишком бедной для горения топливовоздушной смеси. Отсутствие воспламенения смеси может быть вызвано неисправными свечами, проводами, катушкой зажигания или всеми перечисленными неисправностями одновременно. Если зажигание работает должным образом, то проблема может быть в соотношении воздух / топливо.

Потеря тяги

Явная неисправность при полностью открытой дроссельной заслонке — чрезмерно богатое соотношение воздух / топливо, вызывающее падение тяги. Это проявляется в потере мощности, при полностью открытой заслонке, часто сопровождаемой черным дымом из выхлопной трубы.

Другой частой причиной потери тяги, также при полностью открытой дроссельной заслонке, является значительное уменьшение опережения зажигания. Неисправный датчик детонации может вызывать такие же признаки. Опасный побочный эффект позднего зажигания — значительное повышение температуры выхлопных газов. Повреждение выпускного коллектора и / или турбины могут стать следствием умень шения опережения зажигания.

Детонация

Металлический звук детонации — ясный сигнал того, что здоровье Вашего двигателя находится под угрозой. Все усилия должны быть сфокусированы на избавлении системы от детонации. Можно долго диагностировать разнообразные причины детонации, но двигатель с турбонаддувом, работающий с детонацией, должен рассматриваться как результат несерьезного подхода к проектированию. Вообще, все проблемы с детонацией возникают от одного из следующих шести пунктов. Вероятность каждого из них как источника проблемы — приблизительно соответствует порядку, в котором они перечислены.

Октановое число

Октановое число топлива — критерий его стойкости к самовозгоранию, или детонации. Чем больше октановое число, тем выше эта стойкость. Качество топлива относительно постоянно, но когда оно под сомнением, желательно сменить марку топлива.

Настройка зажигания

Неправильная установка угла опережения зажигания редко является неисправностью системы, скорее всего это неточность регулировки. Проверка статического и максимального угла опережения зажигания практически всегда покажет имеющееся несоответствие в системе зажигания. Система управления углом опережения зажигания по датчику детонации может быть причиной многих неисправностей, одна из которых — ошибка в распознавании детонации и действиях по ее устранению.

Если возможна неисправность датчика детонации, обратитесь к инструкции по эксплуатации системы или, в случае штатной системы, к инструкции к транспортному средству.

Бедная смесь

Обедненная рабочая смесь способствует детонации, потому что меньшее количество испаренного топлива, поглощает меньшее количество теплоты. Таким образом, бедная смесь увеличивает количество тепла, основной причины детонации. Двигатель с турбонаддувом требует слегка более богатых смесей, чем обычный атмосферный двигатель, при этом дополнительное топливо действует подобно жидкому промежуточному охладителю. Назовем это штатным промежуточным охладителем.

Противодавление отработанных газов

Слишком маленькая турбина будет блокировать выхлопные газы в выпускном коллекторе, или является, в некотором смысле, сужением в выхлопной системе и приведет к увеличению обратного давления в системе. Противодавление удерживает горячие газы в камере сгорания. Неисправность любого вида, которая увеличивает противодавление, серьезно ухудшает детонационную стойкость двигателя.

Промежуточный охладитель

Промежуточный охладитель серьезно влияет на порог детонации двигателя с турбонаддувом. Что-либо, что снижает эффективность промежуточного охладителя, понижает порог детонации. Кроме удаления различного мусора, вроде мусора, застрявшего перед промежуточным охладителем, единственное необходимое периодическое обслуживание состоит в удалении масляного налета изнутри, который накапливается при нормальной эксплуатации. Масляный налет заметно уменьшает эффективность промежуточного охладителя

Температура окружающей среды

Бывают дни, когда все работает не так как должно, и температура окружающей среды, конечно, вносит в это свой вклад. Системы турбо-наддува, работающие с высокими уровнями наддува, обычно работают на грани порога детонации и могут легко преодолеть эту страшную границу, если температура окружающей среды изменится в худшую сторону [1, c. 207].

4. Направления совершенствования воздухоснабжения дизельных двигателей с турбонаддувом в будущем

Если снабдить промежуточным охлаждением оборудование, относящееся к турбонагнетателю, можно добиться хороших результатов.

Хотя научные основы промежуточного охлаждения известны автомобильным конструкторам всего мира, следующие несколько лет должны продемонстрировать значительные усовершенствования в этой области. Усовершенствования будут выражены изменением в компоновке. Когда одна из крупнейших автомобильных компаний строит автомобиль, который она называет Супер Купе, и размещает интеркулер в таком месте, что единственный путь для охлаждающего воздуха проходит через радиатор системы охлаждения и радиатор кондиционера, это проблема компоновки. Возможно, что интеркулеры с холодильником могут однажды получить практическое применение. Потребуются новые процессы и методы, поскольку холодильные компрессоры потребляют больше мощности, чем могут добавить лучшие интеркулеры. Периодически подключаемый интеркулер, когда нагнетаемый воздух направляют непосредственно в двигатель на всех давлениях наддува, когда нет необходимости в охлаждении, может однажды улучшить отзывчивость всей системы.

Также следующим возможным изменением может стать управление давлением наддува.

Правильное управление вестгейтом может сделать турбину более отзывчивой, а так же улучшить кривую крутящего момента. В то время как на максимальную мощность повлиять можно незначительно, кривая крутящего момента с приподнятым одним или обоими концами, позволила бы автомобилю быть более динамичным. Электронное управление сигналом привода вестгейта будет той основой, которая обеспечит эти улучшения. Обычные вестгейты начинают открываться в точке значительно ниже желаемого наддува и затем ползут к положению, требуемому для управления давлением наддува. Такое раннее открытие отнимает у турбины полезную энергию, из которой можно было бы извлечь пользу, увеличив скорость вращения. Наличие вестгейта, который открывается и пускает в обход турбины существенную долю энергии, когда турбина нуждается в ней — изначально является не совсем рациональным. Электроника изменит эту ситуацию. Подъем нижнего конца кривой крутящего момента или сглаживание ровного участка на этой кривой может быть достигнуто программированием сигналов наддува. Так же могут быть запрограммированы различные уровни наддува дня разных передач.

Заключение

Турбонаддув всегда привлекал к себе внимание инженеров и энтузиастов как способ значительного повышения мощности двигателя. Появившись почти сто лет назад, он и сегодня с успехом используется для форсирования двигателей внутреннего сгорания, будь то дизельный двигатель для трактора или мотор для полноприводного автомобиля WRC.

Будучи признанным во всем мире как рецепт высокой мощности, турбонаддув позволяет успешно модернизировать существующие двигатели. Установив систему турбонаддува на серийный мотор автомобиля, при грамотном подходе, можно добиться увеличения мощности в 1,5 — 2 раза. При соответствующей подготовке возможно получение невообразимой для серийного двигателя отдачи. Вы когда-нибудь выдели на дороге Ford Focus с двигателем, развивающим мощность 300 л.с.

Однако при всех своих преимуществах двигатели с наддувом имеют слабое место — система их воздухоснабжения. Поэтому способы устранения неисправностей данной системы, а также её регулировки и технического обслуживания очень важны для стабильной и эффективной работы данного вида двигателей, в какой отрасли бы они не применялись.

1. Белл К. — Maximum Boost / Турбонаддув. Проектирование, установка и испытания систем турбонаддува, М., «Автохаус», 1997. — 221 с.

2. Возницкий И. В. И др. Рабочие процессы судовых дизелей. М., «Транспорт», 1981. — 208 с.

3. Симсон А. Э. и др. Турбонаддув высокооборотных дизелей. М., «Машиностроение», 1976. -288 с.

4. Хинин И. С., Аболгин Э. В., Лямцев Б. Ф. и др. Автомобильные двигатели с турбонаддувом / - М.: Машиностроение, 1991. — 336 с.

двигатель турбонаддув газотурбинный дизельный