Loading ...
Турбонаддув. Ремонт турбокомпрессоров.
Автосервис Контроль Трнас Сервис производит диагностику и ремонт турбокомпрессоров быстро и надежно. Качесто гарантировано.
Принцип работы турбокомпрессора для дизельного двигателя.
Исходя из названия Турбокомпрессор — это компрессор, или подругому воздушный насос, который приводится от турбины. Турбина вращается за счет потока отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах от 1000 до 130000 об/мин.
Передача энергии от турбины к компрессору осуществляется за счет жесткой оси. Свежий воздух поступает в компрессор через воздушный фильтр, сжимается и продается во впускной коллектор двигателя. Мощность зависит от количества воздуха. Чем больше воздуха подается в цилиндр, тем больше топлива может сгореть, что повышает мощность двигателя.
Существует зависимость между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Турбина и компрессор будут вращаться настолько быстро, насколько большую энергию имеют отработавшие газы.
2.1.1. Турбина.
Турбина состоит из корпуса и ротора. Отработавшие газы из выпускного коллектора двигателя попадают в приемный патрубок турбокомпрессора. Там они проходят по постепенно сужающемуся внутреннему каналу корпуса турбины, благодаря чему ускоряются, а пройдя корпус в форме улитки, направляются к ротору турбины и приводят ее во вращение.
Скорость вращения турбины зависит от размера и формы канала в ее корпусе, а размеры турбины и ее корпуса зависят от конкретного двигателя.
В зависимости от сферы применения корпусы турбин различаются, например, корпус турбины двигателя грузовика может быть разделен на два параллельных канала (для повышения мощности), благодаря чему ротор вращают уже два потока отработавших газов.
Зачастую в турбокомпрессоры с большим объемом устанавливают дополнительное кольцо с направляющими лопатками. Оно выполняет две задачи: облегчает создание постоянного потока отработавших газов на роторе турбины и позволяет регулировать отток газов внутри ее корпуса.
Корпус и ротор турбины отливается из сплава с высокой термостойкостью. Часть, через которую входят отработавшие газы, называются впуском, а часть, идущую к выхлопной трубе — выпуском.
Ротор турбины жестко крепится на оси. Так как материал оси отличается от материала ротора турбины, то для их соединения используют следующий способ. Ось и ротор раскручивают до больших скоростей в обратных направлениях, затем их прижимают друг к другу и, благодаря выделевшемуся теплу от трения эти части сплавляются, образуя неразъемное соединение. Для того, чтобы тепло от ротора не передавалось оси, ее делают пустотелой. Ось изготавливается с высокой точностью. На оси со стороны турбины имеется углубление, в котором запрессовано уплотнительное кольцо. Выступающий бортик, на который будет запрессовано кольцо, обрабатывается с высокой точностью. После того, как ось изготовлена, она должна быть отбалансирована с максимальной возможной точностью, прежде чем она будет установлена в корпус.
2.1.2. Компрессор.
Компрессор состоит из корпуса и ротора.
Размеры компрессора определяются количеством воздуха, а, следовательно, мощностью, требуемой для двигателя.
Ротор компрессора жестко закреплен на оси турбины и следовательно вращается с той же скоростью, что и ротор турбины.
Лопатки ротора компрессора изготавливаются из алюминия и имеют специальную форму, чтобы воздух засасывался через центр ротора. Всасываемый воздух при помощи лопаток отбрасывается на стенку компрессора, сжимается и через впускной коллектор попадает в двигатель. Корпус компрессора, как и лопатки, изготовлен из алюминия.
2.1.3. Ось.
Ось образует центральную часть турбокомпрессора, расположенную между турбиной и компрессором. Ось вращается в подшипниках скольжения. Смазка турбокомпрессора производится от системы смазки двигателя. Моторное масло по каналам проходит между корпусом и подшипниками, а также между подшипниками и осью.
Масло не только служит для смазки, но и охлаждает ось, подшипники и корпус.
Для уплотнения и предотвращения утечек масла с двух сторон турбокомпрессора устанавливаются маслоотражательные прокладки. С двух сторон устанавливаются уплотнительные кольца для предотвращения утечки воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом оси. В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе оси, поэтому часть газов и воздуха из турбины попадают в корпус оси и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.
Все масляные уплотнения динамического типа, т.е. работают на принципе разности давлений.
Когда обороты двигателя низкие или он работает без нагрузки, давление в корпусе оси больше, чем в компрессоре.
В компрессоре воздух отжимается от центра на периферию и благодаря этому сжимается. Подобный эффект мы можем наблюдать при размешивании жидкости в чашке. Воздух в компрессоре завихрятся и отбрасывается на стенки компрессора, сжимается, после чего поступает в двигатель. Скорость вращения оси турбокомпрессора может быть настолько высокой, что избежать утечек масла, используя обычные манжеты, как в коробке передач невозможно.
Поэтому в корпус оси устанавливают несколько уплотнительных колец, с помощью различных методов для достижения наиболее качественного уплотнения тех мест, в которых возможна утечка масла.
Вот некоторые из них:
• Механический сливной маслопривод турбокомпрессора.
В таком турбокомпрессоре главную роль при уплотнении играет уплотнительное кольцо. Когда двигатель работает на малых оборотах либо без нагрузки, за ротором компрессора образуется область пониженного давления. Когда масло проходит через кольцо, то оно отбрасывается к наружной стороне кольца и остается в корпусе оси, в то время как газы продолжают свое движение в компрессоре. В данном случае уплотнительное кольцо, вращающееся на большой скорости вместе с осью турбокомпрессора, действует как центробежный сепаратор масла.
• Пластина для отвода масла
Большинство производителей турбокомпрессоров в той или иной форме используют эту схему. Это неподвижная пластина, расположенная поперечно со стороны компрессора и всегда выше уровня масла. Масло, идущее от уплотнительных колец, стекает по внутренней стороне пластины к отверстию для слива масла. Газы засасываются легче, чем более тяжелое масло.
Со стороны турбины проблема отвода масла не так важна, так как в нормальных условиях давление в турбине всегда выше, чем в корпусе оси.
Любая конструкция корпуса оси подразумевает также необходимость максимального снижения теплообмена между турбиной с уплотнительными кольцами и компрессором. С этой целью со стороны турбины устанавливается термоизоляционная прокладка, а в корпусе оси имеется множество элементов для теплообмена. Например, на корпусе оси могут использоваться ребра охлаждения.
2.2. Поиск неисправностей в турбокомпрессорах дизельных двигателей
На нормально работающем двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, компрессор может безотказно работать в течении долгих лет.
Неисправности появляются чаще всего из-за недостаточного количества масла, попадания в турбокомпрессор посторонних предметов, загрязненного масла.
Ремонт турбокомпрессора может производить, лишь убедившись в отсутствии неисправностей двигателя.
Чаще всего встречаются следующие проявления неисправностей, связанных с турбокомпрессором:
• Двигатель не развивает полную мощность.
• Черный дым из выхлопной трубы.
• Синий дым из выхлопной трубы.
• Повышенный расход масла.
• Шумная работа турбокомпрессора.
2.2.1. Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы.
Причиной такой неисправности является недостаточное поступление воздуха в двигатель. Это может произойти из-за засорения канала подвода воздуха либо его утечка из выпускного коллектора.
Для диагностики нужно запустить двигатель и прослушать шум, производимый турбокомпрессором.
По свисту можно довольно быстро определить утечку воздуха между выходом турбокомпрессора и двигателем. После этого проверьте воздушный фильтр на засоренность. Для дополнительной диагностики проверьте количество поступающего воздуха, пользуясь техническими данными производителя турбокомпрессора. Затем заглушите двигатель, снимите уплотнение между воздушным фильтром и турбокомпрессором и убедитесь в отсутствии засорения и повреждений этого канала. Если, не смотря на то, что все это в порядке, неисправность осталась, проверьте уплотнения турбокомпрессора, коллектор и крепление глушителя, чтобы убедиться, что там нет засорения или посторонних предметов. Проверьте отсутствие трещин, затяжку гаек выпускного коллектора, отсутствие повреждений соединений и прокладок системы выпуска.
Теперь повращайте ось турбокомпрессора, чтобы установить, свободно ли она вращается, нет ли повышенного износа или повреждения ротора турбины или компрессора. Если при вращении турбокомпрессора рукой ротор турбины и компрессора задевает или трется о корпус — налицо явный износ.
Если после проверки всех элементов неисправности не обнаружены, значит, падение мощности возникло не из-за турбокомпрессора. Необходимо искать неисправность в самом двигателе.
2.2.2. Синий дым из выхлопной трубы.
Появление синего дыма является следствием сгорания масла, причиной которого может быть либо его утечка в турбокомпрессоре, либо неисправности в двигателе.
Прежде всего проверьте воздушный фильтр: любое препятствие на пути воздуха к турбокомпрессору может стать причиной утечки масла со стороны компрессора. В этом случае за ротором компрессора образуется разряжение, что вызывает засасывание масла из корпуса оси в компрессор.
Следующим этапом проверки будет снятие корпусов турбины и компрессора для проверки свободного вращения оси и отсутствия поврежденных роторов.
Затем проверьте сливной маслопровод от турбокомпрессора к корпусу двигателя на отсутствие повреждений, сужений и пробок. Засорение этого маслопровода или повышенное давление в картере двигателя (в большинстве случаев вызываемое засорением системы вентиляции картера) приводит к тому, что масло из турбокомпрессора не возвращается в масляный картер двигателя. Проверьте, не повышено ли давление газов в картере. Используйте масло, рекомендуемое производителем для данного двигателя.
В последнюю очередь снимите выпускной коллектор двигателя и проверьте отсутствие следов масла. Если и эта проверка окажется успешной, ищите неисправность в двигателе.
2.2.3. Повышенный расход масла (без синего дыма).
Проверьте воздушный фильтр, а затем крепления корпуса турбины турбокомпрессора и давление в нем. Оцените люфт оси турбокомпрессора, проверьте отсутствие следов износа от трения ротора компрессора и турбины о стенки соответствующих корпусов.
Если ничего необычного не выявлено, следует искать неисправность за пределами турбокомпрессора.
Иногда постоянная утечка масла происходит через турбину турбокомпрессора при том, что она находится в исправном состоянии. Практика показывает, что это происходит из-за засоренного сливноого маслопровода или повышенного давления в масляном картере двигателя. Так как по этому маслопроводу течет не только масло, но и большое количество газов, то идеальной формой для этого маслопровода была бы прямая труба, отходящая от турбокомпрессора и без изгибов идущая в масляный картер двигателя, вывод которой в картере располагался бы чуть выше нормального уровня масла в нем.
Однако большинство сливных маслопроводов очень редко бывают подобной формы. При значительном износе двигателя возникают трудности со сливом масла. Важным фактором является и диаметр маслопровода.
2.2.4. Шумная работа турбокомпрессора.
Проверьте все трубопроводы, находящиеся под давлением: вход и выход турбокомпрессора, систему выпуска. Проверьте легкость вращения оси турбины и отсутствие трения роторов турбины и компрессора и их повреждения посторонними предметами. Если установлено, что роторы трутся или повреждены, снимите и замените турбокомпрессор.
• Полностью снимите маслопровод и трубку сапуна. Тщательно проверьте, не засорились и не повреждены ли они.
• Ни в коем случае не используйте герметик для крепления подающего и сливного маслопроводов турбокомпрессора. Большинство герметиков при контакте с горячим маслом растворяются в нем. Такое загрязненное масло теряет свои свойства и преобретает такие, которые могут повредить подшипники и кольца турбокомпрессора. Очень часто остатки герметика вызывают засорение масляных каналов внутри турбокомпрессора.
• Не забудьте смазать турбокомпрессор перед его установкой.
• Промойте двигатель, замените масло, установите новые масляный и воздушный фильтры.
Следует обращать внимание на правильность эксплуатации двигателя с турбокомпрессором, а именно запуск и остановка двигателя. Если заглушить двигатель, работающий на высоких оборотах, турбокомпрессор продолжает вращаться без смазки, потому что давление моторного масла отсутствует. При этом повреждаются подшипники и кольца турбокомпрессора.
Кроме того, очень важно дать двигателю поработать на холостых оборотах минимум 30 секунд, прежде чем давать ему полную нагрузку (по тем же причинам, что и при остановке).
Нужно регулярно заменять масло и фильтр, используя масло, подходящее для данного турбокомпрессорного двигателя.
Поиск неисправности на дизельном двигателе с турбокомпрессором
1. Если двигатель не развивает полную мощность, и при его работе выделяется черный дым, необходимо проверить следующие элементы:
— воздушный фильтр;
— крепления воздухоотводов;
— выпускной коллектор, его уплотнения систему выпуска;
— турбокомпрессор (следы трения роторов турбины и компрессора).
2. Если при работе двигателя выделяется синий дым и расходуется много масла, нужно проверить следующие элементы:
— воздушный фильтр;
— подшипники и уплотнительные кольца турбокомпрессора (отсутствие повреждений);
— турбокомпрессор (отсутствие засорения загрязненным маслом);
— трубу сливного маслопровода и сапун двигателя.
3. Если турбокомпрессор шумит при работе, следует проверить следующие элементы:
— крепления воздуховодов;
— систему выпуска;
— подшипники (отсутствие повреждений из-за нехватки масла или загрязненного масла).
2.3. Неисправности турбокомпрессоров.
Существуют три главных причины повреждения турбокомпрессоров:
— недостаток масла;
— попадание посторонних предметов;
— загрязненное масло.
2.3.1. Недостаток масла.
Первыми выходят из строя из-за недостатка масла подшипники. После выхода из строя одного или нескольких подшипников могут последовать другие повреждения, такие как трение роторов турбины и компрессора, износ уплотнительных колец. В худшем случае может даже треснуть ось турбины. В нормальных условиях ось и подшипники работают при температурах 60-90°С. В случае нехватки масла резко увеличивается теплоотдача на ротор турбины. Это тепло в совокупности с теплом, выделяющимся при трении в подшипниках, поднимает температуру оси до приблизительно 400°С, приводя к коксованию остатка масла и вызывая перегрев оси. Кроме того, перегреваются все подшипники и корпус оси. Последний деформируется, а материал подшипников наваривается на ось турбокомпрессора. В случае биения оси возникают значительные повреждения на внешних частях впускного канала, а уплотнительные кольца утрачивают свои свойства. Рабочая поверхность подшипника изношивается из-за недостатка масла. При высокой температуре, возникающей вследствие трения при биении оси, алюминиевые подшипники плавятся. Бронзовые подшипники в случае перегрева теряют оловянный слой и изменяют цвет.
2.3.2. Попадание посторонних предметов.
Попадающие из двигателя обломки деталей, например, части клапанов или поршневых колец, вызывают серьезные повреждения ротора турбины.
Повреждения ротора компрессора могут быть вызваны множеством причин. Например, если во впускной канал компрессора попадает твердый предмет, края лопаток ротора компрессора попадает твердый предмет, края лопаток ротора компрессора сбиваются, а если мягкий (кусок ткани или резины) — гнутся. Абразивные материалы, такие как песок или грязь, быстро сошлифовывают лопатки ротора компрессора.
Следствием этого явления будет также разбалансировка оси и роторов турбины и компрессора. После этого дальнейшие повреждения неизбежны.
Разбалансированный ротор может повредить подшипники. При скоростях вращения, достигающих 130000 об/мин, даже легкий дисбаланс может увеличиться до огромных размеров.
2.3.3. Загрязненное масло
Турбокомпрессор смазывается фильтруемым маслом. При загрязнении масла происходят повреждения деталей.
Кроме того, при этом быстро изнашивается рабочая поверхность подшипника. В данном случае рабочая поверхность в некоторых местах повреждена настолько, что даже каналы для подвода масла начинают закрываться.
В крайних случаях внутренняя и наружная поверхности подшипника стачиваются настолько, что полностью удаляется слой олова.
Густое масло задерживается на внутренних перегородках корпуса оси и снижается герметичность, вызывая большие утечки масла. Густое масло может также закоксовываться под воздействием тепла и затем стать причиной последующих повреждений подшипников и уплотнений.
Загрязнения могут даже глубоко процарапать внешнюю поверхность подшипника. Для сравнения слева показан новый подшипник.
Что касается алюминиевых вкладышей, загрязнения могут задерживаться на их поверхности и вследствие этого вызывать значительные отложения на оси подшипника и в его корпусе.
Отложение закоксованного масла на роторе турбины может быть вызвано дефектом системы герметичности турбокомпрессора, загрязненным маслом в корпусе оси или оттоком масла в систему выпуска из-за сильного износа самого двигателя. Это может быть также вызвано повышенным давлением в масляном картере двигателя, засорением сливного маслопровода турбокомпрессора или загрязнением воздушного фильтра.
В заключение следует отметить, что всех вышеописанных неисправностей можно избежать при правильном и регулярном обслуживании двигателя.
Устройство современного турбокомпрессора:
1 — корпус подшипников — металлический корпус системы подшипников обеспечивает местоположения для плавающей системы подшипника вала турбины и компрессора, который может вращаться со скоростью до 170,000 оборотов/минут. Cложная геометрическая конструкция для охлаждения. Основные требования: качество обработки, жесткость, термостойкость;
2 — турбинное колесо — установлено в корпусе турбины и соединено штифтом, который вращает крыльчатку компрессора. Покрыто никелиевым сплавом. Сделано из прочных и стойких сплавов. Выдерживает температуры работы до 760 °C. Основные требования: стойкость к изнашиванию, к деформациям, к коррозии;
3 — перепускной клапан — управляемый пневматическим приводом, при определенной величине давления наддува направляет часть отработавших газов в обход турбины, тем самым ограничивает давление наддува ДВС. Ограничение давления наддува осуществляют с целью защитить двигатель от перегрузки;
4 — корпус (улитка) турбины — изготавливается из различных сортов сфероидированного чугуна, чтобы противостоять тепловому воздействию и разрушению. Как и крыльчатка, профиль улитки обработан до полного соответствия форме лопастей крыльчатки. Впускной фланец улитки турбины работает как установочная база для закрепления турбины, несущая нагрузку. Основные требования: ударопрочность, стойкость к окислению, жаропрочность, жаростойкость, легкость механической обработки;
5 — масляные каналы;
6 — вал ротора;
7 — подшипник скольжения — изготовлен из специально разработанных бронзовых или медных сплавов. Специально разработанный производственный процесс предназначен, чтобы создать подшипники с необходимыми качествами термостойкости и износостойкости. Стопорные, упорные стальные кольца и масляные проточки изготавливаются особенно точно. Осевое давление поглощается бронзовым гидродинамическим подшипником осевого давления, расположенным в конец сборки вала. Точная калибровка обеспечивает равномерную нагрузку подшипника.
8 — компрессорное колесо — выполнено из алюминиевых сплавов методом литья, на некоторых моделях крыльчаток, для очень тяжелой и продолжительной работы при больших температурах, лопасти изготавливаются из титана. Точные размеры лопастей крыльчатки и точная механическая обработка важны для нормальной работы компрессора. Расточка и полирование повышает коэффициенты сопротивления усталости. Крыльчатка расположена на сборке вала. Основные требования: высокое сопротивление усталости, растяжению, коррозии;
9 — корпус (улитка) компрессора — отлита из алюминия. Используются различные сплавы для различных типов компрессоров. Используются как вакумное литье так «песочное» литье. Точная финальная обработка для соблюдения размеров и качества поверхностей, необходимые для нормальной работы турбины. Основные требования: прочность к ударным и механическим нагрузкам, высокое качество обработки и точные размеры;
10 — пневмопривод перепускного клапана — управляет перепускным клапаном, для ограничения давления наддува и защиты двигателя от перегрузок.
Общее устройство турбокомпрессора включает в себя основные части: корпус компрессора 1, компрессорное колесо 2, вал ротора 3, корпус турбины 4, турбинное колесо 5 и корпус подшипников с ротором в сборе.
— Корпуса турбины и компрессора в обиходе называют «улитки». Турбинный корпус связан с выпускным, а компрессорный — с впускным трубопроводами.
— В корпусе подшипников установлен ротор в сборе, представляющий собой вал, на котором жестко закреплены турбинное и компрессорное колеса с лопастями. Ротор вращается на подшипниках скольжения. Они смазываются и охлаждаются моторным маслом, поступающим из системы смазки двигателя. Для снижения температуры корпуса в нем могут быть предусмотрены каналы подачи охлаждающей жидкости.
Работа турбокомпрессора происходит под воздействием потока отработавших газов, вращающих турбинное колесо и вал ротора. Установленное на том же валу компрессорное колесо нагнетает воздух во впускной трубопровод. На некоторых режимах работы мотора проявляют себя особенности турбонаддува:
— «Турбояма» («турболаг») — задержка увеличения оборотов и мощности двигателя при резком нажатии на педаль акселератора («газа»). Эффект связан с инерционностью системы — требуется время, чтобы ускорившийся поток выхлопных газов раскрутил турбину. Основной способ устранения — снижение размеров и массы вращающихся деталей для облегчения их быстрого раскручивания. Однако это ведет к снижению производительности турбокомпрессора и для сохранения необходимого давления наддува приходится увеличивать частоту вращения ротора или применять корпус турбины с изменяемым проходным сечением.
— «Турбоподхват» — возникает при увеличении оборотов и скорости движения выхлопных газов после преодоления «турбоямы». Вследствие этого резко увеличивается давление наддува, создаваемого турбокомпрессором и, соответственно, мощность двигателя. Чтобы исключить перегрузку деталей кривошипно-шатунного механизма и детонацию (в бензиновых двигателях), необходимо такое же резкое ограничение давления наддува.
Факторы, влияющие на срок службы турбокомпрессора
Анализ повреждений турбокомпрессоров показывает, что около 40% повреждений являются следствием попадания посторонних предметов на лопатки компрессорного или турбинного колес. Еще 40% повреждений вызваны неисправностью системы смазки. Оставшиеся 20% повреждений вызваны другими причинами.
К посторонним предметам, которые часто попадают на лопатки турбинного колеса, относятся: отломившиеся части клапанов и камеры сгорания; неправильно установленная прокладка(части прокладки могут оторваться и попасть в выпускной коллектор); болты, гайки и шайбы, которые при замене турбокомпрессора падают в выпускной коллектор; отломившиеся части поршней ДВС. Все эти предметы, даже при незначительном своем размере, приводят к серьезному повреждению турбинного колеса.
Повреждение компрессорного колеса от попадания посторонних предметов случается реже, чем турбинного колеса. К посторонним предметам, попадающим на компрессорное колесо, относятся: элементы воздушного фильтра; кусочки резины или армирующей проволоки, оторвавшиеся от впускных патрубков; болты, гайки и шайбы, попавшие во впускной патрубок при замене турбокомпрессора.
Неисправностей системы смазки, вызывающих повреждения турбокомпрессора, может быть несколько. Наиболее часто встречаются отложения в трубопроводах, по которым подается и отводится масло в турбокомпрессор. Эти отложения значительно уменьшают площадь проходного сечения трубопровода, а иногда и полностью забивают трубопроводы. Для нормальной работы турбокомпрессора очень важно, чтобы при тяжелых условиях работы подавалось определенное производителем количество масла в подшипники турбокомпрессора. Масло перед подачей в подшипники обязательно должно пройти через фильтр. При постоянной подаче чистого масла в необходимых количествах подшипники турбокомпрессора могут проработать тысячи часов без заметного износа.
Повреждения турбокомпрессора могут быть вызваны также повышенной температурой отработавших газов при работе машины на больших высотах над уровнем моря. Любой двигатель, который работает при температурах близким к предельным на уровне моря, превысит эти температуры на высоте 1500м над уровнем моря. Также работа на таких высотах над уровнем моря может привести к превышению максимальной скорости вращения вала турбокомпрессора. Поэтому необходимо в соответствии с требованиями производителя изменить систему подачи топлива. Кроме этого, на увеличение температуры отработавших газов занчительное влияние оказывают: позднее зажигание, бедная сместь и поздний момент впрыска.
Повышенное сопротивление на впуске, причинами которого могут быть воздушный фильтр, поврежденные соединения или патрубки недостаточного диаметра, ведет к уменьшению количества воздуха, поступающего в цилиндры, и повышению температуры отработавших газов. Повышенное сопротивление на впуске и работа на больших высотах над уровнем моря могут привести к поломке корпуса турбинного колеса и даже к поломке самого турбинного колеса под действием высоких температур.
Если не менять воздушный фильтр в соответствии с требованиями производителя, то существует высокая вероятность отложения грязи в корпусе компрессорного колеса, что приведет к уменьшению поступления воздуха в цилиндры и далее к перегреву. Так же неплотно прилегающие прокладки во впускном и выпускном коллекторе приводят к уменьшению подачи воздуха.
Иногда соединения турбокомпрессора с впускным и выпускными коллекторами сделаны так, что расширение выпускного коллектора и других частей, соединенных с турбокомпрессором, вызывают действие больших нагрузок на элементы турбокомпрессора. Эти нагрузки могут привести к изменению размеров корпусов турбинного и компрессорного колес так, что колеса начнут тереться по корпусам. Недостаточно жесткое крепление турбокомпрессора к двигателю, которое не может предотвратить чрезмерную вибрацию турбокомпрессора, может вызвать так же искажение формы элементов турбокомпрессора и привести к поломкам.
Поломку турбокомпрессора можно практически исключить, если не допускать попадания посторонних предметов на лопатки турбинного и компрессорного колес, превышения допустимых температур работы турбокомпрессора и если обеспечить подачу качественного масла в турбокомпрессор в требуемом количестве.
Характерные поломки/повреждения деталей турбокомпрессора:
1. Многочисленные повреждения лопаток компрессорного колеса.
Причина: Попадание посторонних предметов. При ремонте необходимо заменить компрессорное колесо на новое.
2. Многочисленные повреждения лопаток турбинного колеса.
Причина: Попадание посторонних предметов. При ремонте необходимо заменить вал на новый.
3. Применение герметиков ведет к тому, что уменьшается площадь проходного сечения канала подачи/слива масла в/из ТКРа.
4. Повышенный износ шейки вала.
Причина: Количество или давление масла , подаваемого в ТКР, меньше требуемого. При ремонте возможно придется заменить вал на новый. В большинстве случаев вал не меняется.
5. Значительный неравномерный износ шейки вала.
Причина: Грязное масло. При ремонте необходимо вал заменить на новый.
6. Значительный неравномерный износ подшипника.
Причина: Грязное масло. При ремонте все подшипники заменяются на новые.
7. Пригоревшее масло в масляных каналах подшипников (для сравнеия левый подшипник чистый).
Причина: Перегрев двигателя или резкое выключение двигателя, некачественное масло. При ремонте все подшипники заменяются на новые.
8. Пригоревшее масло на поверхности вала.
Причина: Перегрев двигателя или резкое выключение двигателя, некачественное масло. При ремонте вал очищается от этого нагара.
9. Сквозные трещины в корпусе турбинного колеса.
Причина: Перегрев корпуса(позднее зажигание, бедная смесь, момент впрыска). При ремонте корпус необходимо заменить на новый.
Что нужно смотреть при покупке турбированного автомобиля?
Сначала заглянем под капот и проверим
1 — Состояние масла в двигателе — Черный цвет масла говорит о недостаточно хорошем обслуживании авто прежним владельцем;
2 — Отметки в сервисной книжке — Важно убедиться в том, что машина регулярно проходила ТО;
3 — Масляные подтеки вокруг турбины (ТКРа) — Масло вокруг ТКРа говорит о плохом ремонте ТКРа или изношенности деталей ТКРа;
4 — Покрашенный корпус турбинного колеса — Краска скрывает следы плохого ремонта;
5 — Подтеки ОЖ вокруг ТКРа — Следы охлаждающей жидкости вокруг ТКРа свидетельствуют о негерметичности соединений трубопроводов системы охлаждения;
6 — Положение патрубков и соединеий ТКРа — Перекосы в соединениях и загибы патрубков ТКРа говорят о некачественном ремонте и установке турбокомпрессора;
7 — Выпускной клапан на шланге привода перепускного клапана — Наличие этого девайса повышает давление наддува ТКРа. ТКР работает при большем давлении, чем то, которое было установлено производтелем ТКРа. Это может привести к поломке ТКР, поэтому установка такого клапана без согласия производителя ТКРа ведет к автоматическому аннулированию гарантии на ТКР;
8 — Привод перепускного клапана — Если привод заменен на такой, у которого давление срабатывания больше, чем у штатного, то последствия см. выше;
9 — Царапины и др. — Следы от ключа на штанге привода перепускного клапана. Возможно следы от недавней регулировки максимального давления наддува, что категорически запрещается практически всеми производителями ТКРов;
10 — Состояние воздушного фильтра — Следы масла на воздушном фильтре могут свидельсвовать об износе двигателя;
11 — Сквозные трещины на впускном патрубке турбокомпрессора — Через эти трещины в ТКР попадает неочищенный воздух, твердые частицы в его составе вызывают довольно серьезные повреждения компрессорного колеса турбокомпрессора;
12 — Радиальный люфт компрессорного колеса — Ход компрессорного колеса ввер вниз более 0,8мм свидельтвует о износе подшипников ТКРа;
13 — Следы трения о корпус на компрессорном колесе — Если владелец вам резрешит снять воздушный фильтр и т.п., то необходимо убедиться в отсутсвии следов трения или контакта между компрессорным колесом и корпусом. Наличие таких следов свидельствует о сильном износе подшипников ТКРа и о необходимости немедленного ремонта ТКРа;
14 — Трещины на шланге привода перепускного клапана- Наличие этих трещин ведет к увеличению давления наддува ТКРа(пункты 7 и 8);
15 — Трещины на интеркуллере — Наличие этих трещин ведет к уменьшению давления наддува и количества воздуха, поступающего в цилиндры;
16 — Трещины на патрубках интеркуллера — Последствия см. пункт 15;
17 — Следы масла в районе трубки подачи масла в турбокомпрессор — Негерметичность гидролинии подачи масла в ТКР ведет к масляному голоданию ТКРа с последующим выходом его из строя;
18 — Следы масла в районе трубки подачи масла в турбокомпрессоре — Негерметичность гидролинии подачи масла в ТКР ведет к масляному голоданию ТКРа с последующим выходом его из строя;
19 — Дренажная масляная трубка ТКРа — Загибы и пережимы на данной трубке ведут к тому, что масло начнет просачиваться через уплотнения в корпусе ТКРа, и как следствие, у авто будет выхлоп голубого цвета;
20 — Загибы на патрубках системы вентиляции картера — Эти загибы могут привести к образованию выхлопа голубого цвета.
Теперь проверим машину на ходу
1 — Свист при ускорении — Свист при ускорении автомобиля говорит о большом дисбалансе ТКРа или негерметичности впускной системы двигателя;
2 — Скрип или вой(как сирена) при ускорении — Наличие данного вида шума свидельствует о чрезмерном износе подшипников ТКРа;
3 — Слабый разгон — Причиной слабого разгона является небольшое давление наддува, которое может быть вызвано неисправностью механизма перепускного клапана, утечкой воздуха или другим повреждением ТКРа;
4 — Слишком быстрый разгон — Повышенное давление наддува, причиной которого может быть неисправный или неправильно отрегулированный перепускной клапан;
5 — Детонация — Причинами детонации могут быть: неправильно отрегулированная система зажигания, топливо низкого качества, чрезмерно высокое давление наддува и плохое обслуживание двигателя;
6 — Голубой выхлоп при разгоне — Причинами этого явления могут быть неисправная система вентиляции картера или износ ЦПГ двигателя;
7 — Голубой выхлоп при замедлении авто — Голубой выхлоп при замедлении авто свидельствует об износе ЦПГ двигателя.
Самая последняя проверка. После ходовых испытаний дайте двигателю поработать 10минут на холостых оборотах, а затем проверьте:
1 — Голубой выхлоп на холостых оборотах — Причинами данного явления могут быть: негерметичность уплотнений ТКРа, чрезмерный износ подшипников ТКРа, неиспраность системы вентиляции картера и неиспраность дренажной гидролинии ТКРа;
2 — Черный выхлоп на холостых оборотах — Причинами данного явления могут быть: износ ТНВД, износ форсунок и неправильно отрегулированная система подачи топлива;
3 — Белый выхлоп на холостых оборотах — Причинами данного явления могут быть: повреждения в блоке двигателя, трещины в головке блока и выход из строя прокладки головки блока. Очень редко причиной белого выхлопа является ТКР.
Автосервис Контроль Трнас Сервис производит диагностику и ремонт турбокомпрессоров быстро и надежно. Качесто гарантировано.
Принцип работы турбокомпрессора для дизельного двигателя.
Исходя из названия Турбокомпрессор — это компрессор, или подругому воздушный насос, который приводится от турбины. Турбина вращается за счет потока отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах от 1000 до 130000 об/мин.
Передача энергии от турбины к компрессору осуществляется за счет жесткой оси. Свежий воздух поступает в компрессор через воздушный фильтр, сжимается и продается во впускной коллектор двигателя. Мощность зависит от количества воздуха. Чем больше воздуха подается в цилиндр, тем больше топлива может сгореть, что повышает мощность двигателя.
Существует зависимость между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Турбина и компрессор будут вращаться настолько быстро, насколько большую энергию имеют отработавшие газы.
2.1.1. Турбина.
Турбина состоит из корпуса и ротора. Отработавшие газы из выпускного коллектора двигателя попадают в приемный патрубок турбокомпрессора. Там они проходят по постепенно сужающемуся внутреннему каналу корпуса турбины, благодаря чему ускоряются, а пройдя корпус в форме улитки, направляются к ротору турбины и приводят ее во вращение.
Скорость вращения турбины зависит от размера и формы канала в ее корпусе, а размеры турбины и ее корпуса зависят от конкретного двигателя.
В зависимости от сферы применения корпусы турбин различаются, например, корпус турбины двигателя грузовика может быть разделен на два параллельных канала (для повышения мощности), благодаря чему ротор вращают уже два потока отработавших газов.
Зачастую в турбокомпрессоры с большим объемом устанавливают дополнительное кольцо с направляющими лопатками. Оно выполняет две задачи: облегчает создание постоянного потока отработавших газов на роторе турбины и позволяет регулировать отток газов внутри ее корпуса.
Корпус и ротор турбины отливается из сплава с высокой термостойкостью. Часть, через которую входят отработавшие газы, называются впуском, а часть, идущую к выхлопной трубе — выпуском.
Ротор турбины жестко крепится на оси. Так как материал оси отличается от материала ротора турбины, то для их соединения используют следующий способ. Ось и ротор раскручивают до больших скоростей в обратных направлениях, затем их прижимают друг к другу и, благодаря выделевшемуся теплу от трения эти части сплавляются, образуя неразъемное соединение. Для того, чтобы тепло от ротора не передавалось оси, ее делают пустотелой. Ось изготавливается с высокой точностью. На оси со стороны турбины имеется углубление, в котором запрессовано уплотнительное кольцо. Выступающий бортик, на который будет запрессовано кольцо, обрабатывается с высокой точностью. После того, как ось изготовлена, она должна быть отбалансирована с максимальной возможной точностью, прежде чем она будет установлена в корпус.
2.1.2. Компрессор.
Компрессор состоит из корпуса и ротора.
Размеры компрессора определяются количеством воздуха, а, следовательно, мощностью, требуемой для двигателя.
Ротор компрессора жестко закреплен на оси турбины и следовательно вращается с той же скоростью, что и ротор турбины.
Лопатки ротора компрессора изготавливаются из алюминия и имеют специальную форму, чтобы воздух засасывался через центр ротора. Всасываемый воздух при помощи лопаток отбрасывается на стенку компрессора, сжимается и через впускной коллектор попадает в двигатель. Корпус компрессора, как и лопатки, изготовлен из алюминия.
2.1.3. Ось.
Ось образует центральную часть турбокомпрессора, расположенную между турбиной и компрессором. Ось вращается в подшипниках скольжения. Смазка турбокомпрессора производится от системы смазки двигателя. Моторное масло по каналам проходит между корпусом и подшипниками, а также между подшипниками и осью.
Масло не только служит для смазки, но и охлаждает ось, подшипники и корпус.
Для уплотнения и предотвращения утечек масла с двух сторон турбокомпрессора устанавливаются маслоотражательные прокладки. С двух сторон устанавливаются уплотнительные кольца для предотвращения утечки воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом оси. В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе оси, поэтому часть газов и воздуха из турбины попадают в корпус оси и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.
Все масляные уплотнения динамического типа, т.е. работают на принципе разности давлений.
Когда обороты двигателя низкие или он работает без нагрузки, давление в корпусе оси больше, чем в компрессоре.
В компрессоре воздух отжимается от центра на периферию и благодаря этому сжимается. Подобный эффект мы можем наблюдать при размешивании жидкости в чашке. Воздух в компрессоре завихрятся и отбрасывается на стенки компрессора, сжимается, после чего поступает в двигатель. Скорость вращения оси турбокомпрессора может быть настолько высокой, что избежать утечек масла, используя обычные манжеты, как в коробке передач невозможно.
Поэтому в корпус оси устанавливают несколько уплотнительных колец, с помощью различных методов для достижения наиболее качественного уплотнения тех мест, в которых возможна утечка масла.
Вот некоторые из них:
• Механический сливной маслопривод турбокомпрессора.
В таком турбокомпрессоре главную роль при уплотнении играет уплотнительное кольцо. Когда двигатель работает на малых оборотах либо без нагрузки, за ротором компрессора образуется область пониженного давления. Когда масло проходит через кольцо, то оно отбрасывается к наружной стороне кольца и остается в корпусе оси, в то время как газы продолжают свое движение в компрессоре. В данном случае уплотнительное кольцо, вращающееся на большой скорости вместе с осью турбокомпрессора, действует как центробежный сепаратор масла.
• Пластина для отвода масла
Большинство производителей турбокомпрессоров в той или иной форме используют эту схему. Это неподвижная пластина, расположенная поперечно со стороны компрессора и всегда выше уровня масла. Масло, идущее от уплотнительных колец, стекает по внутренней стороне пластины к отверстию для слива масла. Газы засасываются легче, чем более тяжелое масло.
Со стороны турбины проблема отвода масла не так важна, так как в нормальных условиях давление в турбине всегда выше, чем в корпусе оси.
Любая конструкция корпуса оси подразумевает также необходимость максимального снижения теплообмена между турбиной с уплотнительными кольцами и компрессором. С этой целью со стороны турбины устанавливается термоизоляционная прокладка, а в корпусе оси имеется множество элементов для теплообмена. Например, на корпусе оси могут использоваться ребра охлаждения.
2.2. Поиск неисправностей в турбокомпрессорах дизельных двигателей
На нормально работающем двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, компрессор может безотказно работать в течении долгих лет.
Неисправности появляются чаще всего из-за недостаточного количества масла, попадания в турбокомпрессор посторонних предметов, загрязненного масла.
Ремонт турбокомпрессора может производить, лишь убедившись в отсутствии неисправностей двигателя.
Чаще всего встречаются следующие проявления неисправностей, связанных с турбокомпрессором:
• Двигатель не развивает полную мощность.
• Черный дым из выхлопной трубы.
• Синий дым из выхлопной трубы.
• Повышенный расход масла.
• Шумная работа турбокомпрессора.
2.2.1. Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы.
Причиной такой неисправности является недостаточное поступление воздуха в двигатель. Это может произойти из-за засорения канала подвода воздуха либо его утечка из выпускного коллектора.
Для диагностики нужно запустить двигатель и прослушать шум, производимый турбокомпрессором.
По свисту можно довольно быстро определить утечку воздуха между выходом турбокомпрессора и двигателем. После этого проверьте воздушный фильтр на засоренность. Для дополнительной диагностики проверьте количество поступающего воздуха, пользуясь техническими данными производителя турбокомпрессора. Затем заглушите двигатель, снимите уплотнение между воздушным фильтром и турбокомпрессором и убедитесь в отсутствии засорения и повреждений этого канала. Если, не смотря на то, что все это в порядке, неисправность осталась, проверьте уплотнения турбокомпрессора, коллектор и крепление глушителя, чтобы убедиться, что там нет засорения или посторонних предметов. Проверьте отсутствие трещин, затяжку гаек выпускного коллектора, отсутствие повреждений соединений и прокладок системы выпуска.
Теперь повращайте ось турбокомпрессора, чтобы установить, свободно ли она вращается, нет ли повышенного износа или повреждения ротора турбины или компрессора. Если при вращении турбокомпрессора рукой ротор турбины и компрессора задевает или трется о корпус — налицо явный износ.
Если после проверки всех элементов неисправности не обнаружены, значит, падение мощности возникло не из-за турбокомпрессора. Необходимо искать неисправность в самом двигателе.
2.2.2. Синий дым из выхлопной трубы.
Появление синего дыма является следствием сгорания масла, причиной которого может быть либо его утечка в турбокомпрессоре, либо неисправности в двигателе.
Прежде всего проверьте воздушный фильтр: любое препятствие на пути воздуха к турбокомпрессору может стать причиной утечки масла со стороны компрессора. В этом случае за ротором компрессора образуется разряжение, что вызывает засасывание масла из корпуса оси в компрессор.
Следующим этапом проверки будет снятие корпусов турбины и компрессора для проверки свободного вращения оси и отсутствия поврежденных роторов.
Затем проверьте сливной маслопровод от турбокомпрессора к корпусу двигателя на отсутствие повреждений, сужений и пробок. Засорение этого маслопровода или повышенное давление в картере двигателя (в большинстве случаев вызываемое засорением системы вентиляции картера) приводит к тому, что масло из турбокомпрессора не возвращается в масляный картер двигателя. Проверьте, не повышено ли давление газов в картере. Используйте масло, рекомендуемое производителем для данного двигателя.
В последнюю очередь снимите выпускной коллектор двигателя и проверьте отсутствие следов масла. Если и эта проверка окажется успешной, ищите неисправность в двигателе.
2.2.3. Повышенный расход масла (без синего дыма).
Проверьте воздушный фильтр, а затем крепления корпуса турбины турбокомпрессора и давление в нем. Оцените люфт оси турбокомпрессора, проверьте отсутствие следов износа от трения ротора компрессора и турбины о стенки соответствующих корпусов.
Если ничего необычного не выявлено, следует искать неисправность за пределами турбокомпрессора.
Иногда постоянная утечка масла происходит через турбину турбокомпрессора при том, что она находится в исправном состоянии. Практика показывает, что это происходит из-за засоренного сливноого маслопровода или повышенного давления в масляном картере двигателя. Так как по этому маслопроводу течет не только масло, но и большое количество газов, то идеальной формой для этого маслопровода была бы прямая труба, отходящая от турбокомпрессора и без изгибов идущая в масляный картер двигателя, вывод которой в картере располагался бы чуть выше нормального уровня масла в нем.
Однако большинство сливных маслопроводов очень редко бывают подобной формы. При значительном износе двигателя возникают трудности со сливом масла. Важным фактором является и диаметр маслопровода.
2.2.4. Шумная работа турбокомпрессора.
Проверьте все трубопроводы, находящиеся под давлением: вход и выход турбокомпрессора, систему выпуска. Проверьте легкость вращения оси турбины и отсутствие трения роторов турбины и компрессора и их повреждения посторонними предметами. Если установлено, что роторы трутся или повреждены, снимите и замените турбокомпрессор.
• Полностью снимите маслопровод и трубку сапуна. Тщательно проверьте, не засорились и не повреждены ли они.
• Ни в коем случае не используйте герметик для крепления подающего и сливного маслопроводов турбокомпрессора. Большинство герметиков при контакте с горячим маслом растворяются в нем. Такое загрязненное масло теряет свои свойства и преобретает такие, которые могут повредить подшипники и кольца турбокомпрессора. Очень часто остатки герметика вызывают засорение масляных каналов внутри турбокомпрессора.
• Не забудьте смазать турбокомпрессор перед его установкой.
• Промойте двигатель, замените масло, установите новые масляный и воздушный фильтры.
Следует обращать внимание на правильность эксплуатации двигателя с турбокомпрессором, а именно запуск и остановка двигателя. Если заглушить двигатель, работающий на высоких оборотах, турбокомпрессор продолжает вращаться без смазки, потому что давление моторного масла отсутствует. При этом повреждаются подшипники и кольца турбокомпрессора.
Кроме того, очень важно дать двигателю поработать на холостых оборотах минимум 30 секунд, прежде чем давать ему полную нагрузку (по тем же причинам, что и при остановке).
Нужно регулярно заменять масло и фильтр, используя масло, подходящее для данного турбокомпрессорного двигателя.
Поиск неисправности на дизельном двигателе с турбокомпрессором
1. Если двигатель не развивает полную мощность, и при его работе выделяется черный дым, необходимо проверить следующие элементы:
— воздушный фильтр;
— крепления воздухоотводов;
— выпускной коллектор, его уплотнения систему выпуска;
— турбокомпрессор (следы трения роторов турбины и компрессора).
2. Если при работе двигателя выделяется синий дым и расходуется много масла, нужно проверить следующие элементы:
— воздушный фильтр;
— подшипники и уплотнительные кольца турбокомпрессора (отсутствие повреждений);
— турбокомпрессор (отсутствие засорения загрязненным маслом);
— трубу сливного маслопровода и сапун двигателя.
3. Если турбокомпрессор шумит при работе, следует проверить следующие элементы:
— крепления воздуховодов;
— систему выпуска;
— подшипники (отсутствие повреждений из-за нехватки масла или загрязненного масла).
2.3. Неисправности турбокомпрессоров.
Существуют три главных причины повреждения турбокомпрессоров:
— недостаток масла;
— попадание посторонних предметов;
— загрязненное масло.
2.3.1. Недостаток масла.
Первыми выходят из строя из-за недостатка масла подшипники. После выхода из строя одного или нескольких подшипников могут последовать другие повреждения, такие как трение роторов турбины и компрессора, износ уплотнительных колец. В худшем случае может даже треснуть ось турбины. В нормальных условиях ось и подшипники работают при температурах 60-90°С. В случае нехватки масла резко увеличивается теплоотдача на ротор турбины. Это тепло в совокупности с теплом, выделяющимся при трении в подшипниках, поднимает температуру оси до приблизительно 400°С, приводя к коксованию остатка масла и вызывая перегрев оси. Кроме того, перегреваются все подшипники и корпус оси. Последний деформируется, а материал подшипников наваривается на ось турбокомпрессора. В случае биения оси возникают значительные повреждения на внешних частях впускного канала, а уплотнительные кольца утрачивают свои свойства. Рабочая поверхность подшипника изношивается из-за недостатка масла. При высокой температуре, возникающей вследствие трения при биении оси, алюминиевые подшипники плавятся. Бронзовые подшипники в случае перегрева теряют оловянный слой и изменяют цвет.
2.3.2. Попадание посторонних предметов.
Попадающие из двигателя обломки деталей, например, части клапанов или поршневых колец, вызывают серьезные повреждения ротора турбины.
Повреждения ротора компрессора могут быть вызваны множеством причин. Например, если во впускной канал компрессора попадает твердый предмет, края лопаток ротора компрессора попадает твердый предмет, края лопаток ротора компрессора сбиваются, а если мягкий (кусок ткани или резины) — гнутся. Абразивные материалы, такие как песок или грязь, быстро сошлифовывают лопатки ротора компрессора.
Следствием этого явления будет также разбалансировка оси и роторов турбины и компрессора. После этого дальнейшие повреждения неизбежны.
Разбалансированный ротор может повредить подшипники. При скоростях вращения, достигающих 130000 об/мин, даже легкий дисбаланс может увеличиться до огромных размеров.
2.3.3. Загрязненное масло
Турбокомпрессор смазывается фильтруемым маслом. При загрязнении масла происходят повреждения деталей.
Кроме того, при этом быстро изнашивается рабочая поверхность подшипника. В данном случае рабочая поверхность в некоторых местах повреждена настолько, что даже каналы для подвода масла начинают закрываться.
В крайних случаях внутренняя и наружная поверхности подшипника стачиваются настолько, что полностью удаляется слой олова.
Густое масло задерживается на внутренних перегородках корпуса оси и снижается герметичность, вызывая большие утечки масла. Густое масло может также закоксовываться под воздействием тепла и затем стать причиной последующих повреждений подшипников и уплотнений.
Загрязнения могут даже глубоко процарапать внешнюю поверхность подшипника. Для сравнения слева показан новый подшипник.
Что касается алюминиевых вкладышей, загрязнения могут задерживаться на их поверхности и вследствие этого вызывать значительные отложения на оси подшипника и в его корпусе.
Отложение закоксованного масла на роторе турбины может быть вызвано дефектом системы герметичности турбокомпрессора, загрязненным маслом в корпусе оси или оттоком масла в систему выпуска из-за сильного износа самого двигателя. Это может быть также вызвано повышенным давлением в масляном картере двигателя, засорением сливного маслопровода турбокомпрессора или загрязнением воздушного фильтра.
В заключение следует отметить, что всех вышеописанных неисправностей можно избежать при правильном и регулярном обслуживании двигателя.
Устройство современного турбокомпрессора:
1 — корпус подшипников — металлический корпус системы подшипников обеспечивает местоположения для плавающей системы подшипника вала турбины и компрессора, который может вращаться со скоростью до 170,000 оборотов/минут. Cложная геометрическая конструкция для охлаждения. Основные требования: качество обработки, жесткость, термостойкость;
2 — турбинное колесо — установлено в корпусе турбины и соединено штифтом, который вращает крыльчатку компрессора. Покрыто никелиевым сплавом. Сделано из прочных и стойких сплавов. Выдерживает температуры работы до 760 °C. Основные требования: стойкость к изнашиванию, к деформациям, к коррозии;
3 — перепускной клапан — управляемый пневматическим приводом, при определенной величине давления наддува направляет часть отработавших газов в обход турбины, тем самым ограничивает давление наддува ДВС. Ограничение давления наддува осуществляют с целью защитить двигатель от перегрузки;
4 — корпус (улитка) турбины — изготавливается из различных сортов сфероидированного чугуна, чтобы противостоять тепловому воздействию и разрушению. Как и крыльчатка, профиль улитки обработан до полного соответствия форме лопастей крыльчатки. Впускной фланец улитки турбины работает как установочная база для закрепления турбины, несущая нагрузку. Основные требования: ударопрочность, стойкость к окислению, жаропрочность, жаростойкость, легкость механической обработки;
5 — масляные каналы;
6 — вал ротора;
7 — подшипник скольжения — изготовлен из специально разработанных бронзовых или медных сплавов. Специально разработанный производственный процесс предназначен, чтобы создать подшипники с необходимыми качествами термостойкости и износостойкости. Стопорные, упорные стальные кольца и масляные проточки изготавливаются особенно точно. Осевое давление поглощается бронзовым гидродинамическим подшипником осевого давления, расположенным в конец сборки вала. Точная калибровка обеспечивает равномерную нагрузку подшипника.
8 — компрессорное колесо — выполнено из алюминиевых сплавов методом литья, на некоторых моделях крыльчаток, для очень тяжелой и продолжительной работы при больших температурах, лопасти изготавливаются из титана. Точные размеры лопастей крыльчатки и точная механическая обработка важны для нормальной работы компрессора. Расточка и полирование повышает коэффициенты сопротивления усталости. Крыльчатка расположена на сборке вала. Основные требования: высокое сопротивление усталости, растяжению, коррозии;
9 — корпус (улитка) компрессора — отлита из алюминия. Используются различные сплавы для различных типов компрессоров. Используются как вакумное литье так «песочное» литье. Точная финальная обработка для соблюдения размеров и качества поверхностей, необходимые для нормальной работы турбины. Основные требования: прочность к ударным и механическим нагрузкам, высокое качество обработки и точные размеры;
10 — пневмопривод перепускного клапана — управляет перепускным клапаном, для ограничения давления наддува и защиты двигателя от перегрузок.
Общее устройство турбокомпрессора включает в себя основные части: корпус компрессора 1, компрессорное колесо 2, вал ротора 3, корпус турбины 4, турбинное колесо 5 и корпус подшипников с ротором в сборе.
— Корпуса турбины и компрессора в обиходе называют «улитки». Турбинный корпус связан с выпускным, а компрессорный — с впускным трубопроводами.
— В корпусе подшипников установлен ротор в сборе, представляющий собой вал, на котором жестко закреплены турбинное и компрессорное колеса с лопастями. Ротор вращается на подшипниках скольжения. Они смазываются и охлаждаются моторным маслом, поступающим из системы смазки двигателя. Для снижения температуры корпуса в нем могут быть предусмотрены каналы подачи охлаждающей жидкости.
Работа турбокомпрессора происходит под воздействием потока отработавших газов, вращающих турбинное колесо и вал ротора. Установленное на том же валу компрессорное колесо нагнетает воздух во впускной трубопровод. На некоторых режимах работы мотора проявляют себя особенности турбонаддува:
— «Турбояма» («турболаг») — задержка увеличения оборотов и мощности двигателя при резком нажатии на педаль акселератора («газа»). Эффект связан с инерционностью системы — требуется время, чтобы ускорившийся поток выхлопных газов раскрутил турбину. Основной способ устранения — снижение размеров и массы вращающихся деталей для облегчения их быстрого раскручивания. Однако это ведет к снижению производительности турбокомпрессора и для сохранения необходимого давления наддува приходится увеличивать частоту вращения ротора или применять корпус турбины с изменяемым проходным сечением.
— «Турбоподхват» — возникает при увеличении оборотов и скорости движения выхлопных газов после преодоления «турбоямы». Вследствие этого резко увеличивается давление наддува, создаваемого турбокомпрессором и, соответственно, мощность двигателя. Чтобы исключить перегрузку деталей кривошипно-шатунного механизма и детонацию (в бензиновых двигателях), необходимо такое же резкое ограничение давления наддува.
Факторы, влияющие на срок службы турбокомпрессора
Анализ повреждений турбокомпрессоров показывает, что около 40% повреждений являются следствием попадания посторонних предметов на лопатки компрессорного или турбинного колес. Еще 40% повреждений вызваны неисправностью системы смазки. Оставшиеся 20% повреждений вызваны другими причинами.
К посторонним предметам, которые часто попадают на лопатки турбинного колеса, относятся: отломившиеся части клапанов и камеры сгорания; неправильно установленная прокладка(части прокладки могут оторваться и попасть в выпускной коллектор); болты, гайки и шайбы, которые при замене турбокомпрессора падают в выпускной коллектор; отломившиеся части поршней ДВС. Все эти предметы, даже при незначительном своем размере, приводят к серьезному повреждению турбинного колеса.
Повреждение компрессорного колеса от попадания посторонних предметов случается реже, чем турбинного колеса. К посторонним предметам, попадающим на компрессорное колесо, относятся: элементы воздушного фильтра; кусочки резины или армирующей проволоки, оторвавшиеся от впускных патрубков; болты, гайки и шайбы, попавшие во впускной патрубок при замене турбокомпрессора.
Неисправностей системы смазки, вызывающих повреждения турбокомпрессора, может быть несколько. Наиболее часто встречаются отложения в трубопроводах, по которым подается и отводится масло в турбокомпрессор. Эти отложения значительно уменьшают площадь проходного сечения трубопровода, а иногда и полностью забивают трубопроводы. Для нормальной работы турбокомпрессора очень важно, чтобы при тяжелых условиях работы подавалось определенное производителем количество масла в подшипники турбокомпрессора. Масло перед подачей в подшипники обязательно должно пройти через фильтр. При постоянной подаче чистого масла в необходимых количествах подшипники турбокомпрессора могут проработать тысячи часов без заметного износа.
Повреждения турбокомпрессора могут быть вызваны также повышенной температурой отработавших газов при работе машины на больших высотах над уровнем моря. Любой двигатель, который работает при температурах близким к предельным на уровне моря, превысит эти температуры на высоте 1500м над уровнем моря. Также работа на таких высотах над уровнем моря может привести к превышению максимальной скорости вращения вала турбокомпрессора. Поэтому необходимо в соответствии с требованиями производителя изменить систему подачи топлива. Кроме этого, на увеличение температуры отработавших газов занчительное влияние оказывают: позднее зажигание, бедная сместь и поздний момент впрыска.
Повышенное сопротивление на впуске, причинами которого могут быть воздушный фильтр, поврежденные соединения или патрубки недостаточного диаметра, ведет к уменьшению количества воздуха, поступающего в цилиндры, и повышению температуры отработавших газов. Повышенное сопротивление на впуске и работа на больших высотах над уровнем моря могут привести к поломке корпуса турбинного колеса и даже к поломке самого турбинного колеса под действием высоких температур.
Если не менять воздушный фильтр в соответствии с требованиями производителя, то существует высокая вероятность отложения грязи в корпусе компрессорного колеса, что приведет к уменьшению поступления воздуха в цилиндры и далее к перегреву. Так же неплотно прилегающие прокладки во впускном и выпускном коллекторе приводят к уменьшению подачи воздуха.
Иногда соединения турбокомпрессора с впускным и выпускными коллекторами сделаны так, что расширение выпускного коллектора и других частей, соединенных с турбокомпрессором, вызывают действие больших нагрузок на элементы турбокомпрессора. Эти нагрузки могут привести к изменению размеров корпусов турбинного и компрессорного колес так, что колеса начнут тереться по корпусам. Недостаточно жесткое крепление турбокомпрессора к двигателю, которое не может предотвратить чрезмерную вибрацию турбокомпрессора, может вызвать так же искажение формы элементов турбокомпрессора и привести к поломкам.
Поломку турбокомпрессора можно практически исключить, если не допускать попадания посторонних предметов на лопатки турбинного и компрессорного колес, превышения допустимых температур работы турбокомпрессора и если обеспечить подачу качественного масла в турбокомпрессор в требуемом количестве.
Характерные поломки/повреждения деталей турбокомпрессора:
1. Многочисленные повреждения лопаток компрессорного колеса.
Причина: Попадание посторонних предметов. При ремонте необходимо заменить компрессорное колесо на новое.
2. Многочисленные повреждения лопаток турбинного колеса.
Причина: Попадание посторонних предметов. При ремонте необходимо заменить вал на новый.
3. Применение герметиков ведет к тому, что уменьшается площадь проходного сечения канала подачи/слива масла в/из ТКРа.
4. Повышенный износ шейки вала.
Причина: Количество или давление масла , подаваемого в ТКР, меньше требуемого. При ремонте возможно придется заменить вал на новый. В большинстве случаев вал не меняется.
5. Значительный неравномерный износ шейки вала.
Причина: Грязное масло. При ремонте необходимо вал заменить на новый.
6. Значительный неравномерный износ подшипника.
Причина: Грязное масло. При ремонте все подшипники заменяются на новые.
7. Пригоревшее масло в масляных каналах подшипников (для сравнеия левый подшипник чистый).
Причина: Перегрев двигателя или резкое выключение двигателя, некачественное масло. При ремонте все подшипники заменяются на новые.
8. Пригоревшее масло на поверхности вала.
Причина: Перегрев двигателя или резкое выключение двигателя, некачественное масло. При ремонте вал очищается от этого нагара.
9. Сквозные трещины в корпусе турбинного колеса.
Причина: Перегрев корпуса(позднее зажигание, бедная смесь, момент впрыска). При ремонте корпус необходимо заменить на новый.
Что нужно смотреть при покупке турбированного автомобиля?
Сначала заглянем под капот и проверим
1 — Состояние масла в двигателе — Черный цвет масла говорит о недостаточно хорошем обслуживании авто прежним владельцем;
2 — Отметки в сервисной книжке — Важно убедиться в том, что машина регулярно проходила ТО;
3 — Масляные подтеки вокруг турбины (ТКРа) — Масло вокруг ТКРа говорит о плохом ремонте ТКРа или изношенности деталей ТКРа;
4 — Покрашенный корпус турбинного колеса — Краска скрывает следы плохого ремонта;
5 — Подтеки ОЖ вокруг ТКРа — Следы охлаждающей жидкости вокруг ТКРа свидетельствуют о негерметичности соединений трубопроводов системы охлаждения;
6 — Положение патрубков и соединеий ТКРа — Перекосы в соединениях и загибы патрубков ТКРа говорят о некачественном ремонте и установке турбокомпрессора;
7 — Выпускной клапан на шланге привода перепускного клапана — Наличие этого девайса повышает давление наддува ТКРа. ТКР работает при большем давлении, чем то, которое было установлено производтелем ТКРа. Это может привести к поломке ТКР, поэтому установка такого клапана без согласия производителя ТКРа ведет к автоматическому аннулированию гарантии на ТКР;
8 — Привод перепускного клапана — Если привод заменен на такой, у которого давление срабатывания больше, чем у штатного, то последствия см. выше;
9 — Царапины и др. — Следы от ключа на штанге привода перепускного клапана. Возможно следы от недавней регулировки максимального давления наддува, что категорически запрещается практически всеми производителями ТКРов;
10 — Состояние воздушного фильтра — Следы масла на воздушном фильтре могут свидельсвовать об износе двигателя;
11 — Сквозные трещины на впускном патрубке турбокомпрессора — Через эти трещины в ТКР попадает неочищенный воздух, твердые частицы в его составе вызывают довольно серьезные повреждения компрессорного колеса турбокомпрессора;
12 — Радиальный люфт компрессорного колеса — Ход компрессорного колеса ввер вниз более 0,8мм свидельтвует о износе подшипников ТКРа;
13 — Следы трения о корпус на компрессорном колесе — Если владелец вам резрешит снять воздушный фильтр и т.п., то необходимо убедиться в отсутсвии следов трения или контакта между компрессорным колесом и корпусом. Наличие таких следов свидельствует о сильном износе подшипников ТКРа и о необходимости немедленного ремонта ТКРа;
14 — Трещины на шланге привода перепускного клапана- Наличие этих трещин ведет к увеличению давления наддува ТКРа(пункты 7 и 8);
15 — Трещины на интеркуллере — Наличие этих трещин ведет к уменьшению давления наддува и количества воздуха, поступающего в цилиндры;
16 — Трещины на патрубках интеркуллера — Последствия см. пункт 15;
17 — Следы масла в районе трубки подачи масла в турбокомпрессор — Негерметичность гидролинии подачи масла в ТКР ведет к масляному голоданию ТКРа с последующим выходом его из строя;
18 — Следы масла в районе трубки подачи масла в турбокомпрессоре — Негерметичность гидролинии подачи масла в ТКР ведет к масляному голоданию ТКРа с последующим выходом его из строя;
19 — Дренажная масляная трубка ТКРа — Загибы и пережимы на данной трубке ведут к тому, что масло начнет просачиваться через уплотнения в корпусе ТКРа, и как следствие, у авто будет выхлоп голубого цвета;
20 — Загибы на патрубках системы вентиляции картера — Эти загибы могут привести к образованию выхлопа голубого цвета.
Теперь проверим машину на ходу
1 — Свист при ускорении — Свист при ускорении автомобиля говорит о большом дисбалансе ТКРа или негерметичности впускной системы двигателя;
2 — Скрип или вой(как сирена) при ускорении — Наличие данного вида шума свидельствует о чрезмерном износе подшипников ТКРа;
3 — Слабый разгон — Причиной слабого разгона является небольшое давление наддува, которое может быть вызвано неисправностью механизма перепускного клапана, утечкой воздуха или другим повреждением ТКРа;
4 — Слишком быстрый разгон — Повышенное давление наддува, причиной которого может быть неисправный или неправильно отрегулированный перепускной клапан;
5 — Детонация — Причинами детонации могут быть: неправильно отрегулированная система зажигания, топливо низкого качества, чрезмерно высокое давление наддува и плохое обслуживание двигателя;
6 — Голубой выхлоп при разгоне — Причинами этого явления могут быть неисправная система вентиляции картера или износ ЦПГ двигателя;
7 — Голубой выхлоп при замедлении авто — Голубой выхлоп при замедлении авто свидельствует об износе ЦПГ двигателя.
Самая последняя проверка. После ходовых испытаний дайте двигателю поработать 10минут на холостых оборотах, а затем проверьте:
1 — Голубой выхлоп на холостых оборотах — Причинами данного явления могут быть: негерметичность уплотнений ТКРа, чрезмерный износ подшипников ТКРа, неиспраность системы вентиляции картера и неиспраность дренажной гидролинии ТКРа;
2 — Черный выхлоп на холостых оборотах — Причинами данного явления могут быть: износ ТНВД, износ форсунок и неправильно отрегулированная система подачи топлива;
3 — Белый выхлоп на холостых оборотах — Причинами данного явления могут быть: повреждения в блоке двигателя, трещины в головке блока и выход из строя прокладки головки блока. Очень редко причиной белого выхлопа является ТКР.