Что такое расчетный наддув
Хитрости наддува и их отображение
Итак, Citroen С5, 2.2 HDI, код двигателя 4НХ.
На четвертой передаче в районе 90 км/ч происходит все то, о чем рассказал клиент. С упавшей тягой и горящими лампочками на панели возвращаюсь в гараж. Еще раз смотрю все сканером. Да. В памяти ЭБУ двигателя висит ошибка: Р0245 «Высокое давление в турбокомпрессоре».
При этом в записи по ошибке видно следующее:
Управление сканер отображает в процентах, дословно, «циклическое соотношение открытия электроклапана давления турбины». На холостом ходу 53-55%, на 3500 об/мин 5%.
Поднял авто и снял защиту моторного отсека. Турбокомпрессор находится в крайне недоступном даже для осмотра месте. Попросил друга завести машину и погазовать. Кое- как приловчился, чтобы видеть шток привода регулировки турбокомпрессора. При запуске двигателя шток вакуумного привода втянулся, при 3500 об/мин выдвинулся в исходное положение. Опять, вроде, все правильно. По стремянке добрался до электромагнитного клапана и снял вакуумный шланг привода управления наддувом. Шток выдвинулся. Съехал с подъемника и прокатился с отсоединенным вакуумным шлангом. Та же картина. Я имею ввиду появление ошибок и пропадание тяги. Еще раз на сканер. С отсоединенным вакуумом давление наддува на 3500 об/мин даже увеличилось до 1950-2050 mbar. Странновато. Но выводы, как говорится, налицо. Проблема с механизмом управления наддувом в турбине. Что же еще может быть. Хоть мне и не хотелось, но видно придется снимать турбину и, скорее всего, везти в ремонт. Это был уже вечер пятницы. И снятие, соответственно, отложили на понедельник.
В понедельник, прежде чем приступить к демонтажу сего агрегата, позвонил в ОДО «Турбоком». Этот звонок решил ход всех дальнейших действий. Общался я с инженером. Хороший и внимательный человек. Во-первых, он просветил меня, что у данного турбокомпрессора управление производится не так, как в обычном случае. То есть когда шток выдвинут (отсутствие вакуума), турбина раскручивается по максимуму, создавая максимальный наддув. А когда шток втянут, соответственно, наддув создается минимальный. Во-вторых, управление производится не перекрытием байпасного канала, а изменением положения лопаток в улитке. Про это «во-вторых» я, правда, знал. Но это «во-первых» явилось для меня откровением, так как разрушало мои представления о логике французской инженерной мысли. Неужели нельзя было разработать ПРАВИЛЬНЫЙ привод. Я имею ввиду, логичный. Пропал вакуум, пропал наддув. Есть вакуум, есть наддув. А так получается в случае пропадания вакуума (это зачастую просто треснувший шланг) я разгоняюсь до 4-й без вакуума, давление 2165 mbar рвет мне патрубки и интеркуллер. Еще газуя на холостом ходу, заметил, что патрубки раздуваются очень сильно. То есть, я считаю, какая-никакая угроза поломки из-за перенаддува есть. Иначе бы не появлялись ошибки. Или ошибки должны появиться при первых же прогазовках. Напомню: на холостом ошибка не появлялась.
Также инженер мне посоветовал на всякий случай проверить правильность показания датчика давления.
Сразу же его и проверил, включив в его воздушную магистраль свой манометр (рис. 2). Здесь оказалось все в порядке. Показания манометра и датчика практически идентичны.
Проверил наддув на 3500 об/мин, подключив вакуумный шланг управления наддувом к внешнему вакуумному насосу (своим легким). Давление сразу упало практически до атмосферного.
При пробной поездке аварийный режим больше не включался. Исчезла проблема и с ESP.
Неисправный клапан Bosch 0928400309 в дальнейшем будет заменен. С клиентом этот вопрос согласован.
Конечно, этот метод отображения данных я запомню. Но когда чинишь технику, которая сконструирована по законам механики и электротехники, хотелось бы, чтобы дилерская программа корректно отображала эти законы. Тогда будет меньше путаницы. Возможно, диагносту дилерского центра это все давно известно. Но большинству подобная информация достается по крупицам из интернета или практической наработкой.
Надеюсь, эта статья кому-то даст новые знания и поможет не наткнуться на «грабли» в виде снятия-установки турбокомпрессора, только для того, чтобы узнать, что он полностью работоспособен.
Наддув двигателей внутреннего сгорания, турбонаддув
Схемы наддува
Для обеспечения наддува необходим компрессор, который должен сжимать воздух и нагнетать его в двигатель. Для работы необходимо вращать вал компрессора. Для привода компрессора можно использовать разные схемы.
Трубонаддув
Для вращения вала компрессора можно использовать энергию отработавших газов, добавив в систему турбины. Выхлопные газы будут вращать турбинное колесо, установленное ка одном валу с компрессорным колесом. Компрессор, в свою очередь будет сжимать воздух и подавать его в двигатель. Такая схема называется турбонаддувом. По сравнению с приводным нагнетателем турбонаддув обладает большей задержкой, так как связь между двигателем и системой наддува не жесткая.
Как работает турбонаддув?
Смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр двигателя, смесь сжимается при движении поршня вверх, затем она воспламеняется, из-за расширения газов, поршень вытесняется вниз. Двигаясь он вращает коленвал. Затем при движении воздуха вверх, через открывшиеся клапаны отработанные газы поступают в выходной коллектор.
Поток газов имеет некоторую остаточную энергию достаточную для вращения рабочего колеса турбины. Частицы газа воздействуют на лопатки турбинного колеса, заставляя его вращаться. Турбинное и компрессорное колесо установлены на одном валу. При вращении турбины вращается и компрессор. В компрессоре лопатки рабочего колес воздействуют на воздух, попадающий из атмосферы. В результате этого воздействия частицы воздуха начинают вращаться вместе с колесом. При высокой скорости вращения частицы воздуха будут отбрасываться к периметру колеса в спиральный отвод и принудительно нагнетаться в во впускной коллектор, а затем и в полость цилиндра.
Комбинированные схемы
Сжатие воздуха может быть не одноступенчатым, а двухступенчатым. Причем рабочее колесо компрессора приводится во вращение турбиной, а для привода второй ступени используется механическая передача, соединенная с коленвалом. Такая схема позволяет сочетать достоинства приводного нагнетателя и турбонаддува, и делает работ у двигателя более приемистой. Однако недостаток приводного нагнетателя в виде плохой экономичности также никуда не пропадает.
Двухступенчатым может быть не только компрессор, но и турбина. Вторая ступень может использовать для привода во вращение вентиляторов и других вспомогательных устройств, или быть соединена с коленвалом.
Дизель-турбина
На некоторых режимах работы турбина может развивать мощность достаточную для ее применения в качестве первичного двигателя.
В этом случае двигатель и компрессор связывают механически, а между двигателем и турбиной осуществляется газовая связь. Подобный агрегат называют дизель-турбиной. Такая схема эффективна при очень высоких температурах отработанных газов. Для обеспечения надежности работы турбины рабочую температуру приходится снижать, что негативно сказывается на КПД агрегата.
Охлаждение при наддуве, для чего нужен интеркулер?
В процессе сжатия воздух нагревается, теплый воздух имеет меньшую плотность чем холодный. Плотный холодный воздух позволит повысить эффективность работы двигателя, поэтому для отвода ненужного тепла, используется интеркулер.
Регулирование турбонаддува
Мощность наддува на некоторых режимах может быть избыточна, то есть воздух может сжиматься слишком сильно. Поэтому работу наддува нужно регулировать.
Для ограничения подачи компрессора можно установить на его входе или выходе сопротивление, в виде шайбы с отверстием расчетного диаметра. При увеличении расхода через отверстие сопротивление будет расти, что в свою очередь будет затруднять поступление воздуха в компрессор и или выход из него, за счет этого будет ограничиваться подача воздуха в двигатель.
Подобное сопротивление можно установить и перед турбиной. Но установка сопротивления увеличивает потери, что отрицательно скажется на КПД.
Для того, чтобы сбрасывать часть воздуха только при определенном давлении на выходе компрессора можно установить предохранительный клапан. Запорный элемент клапан поджат пружиной, когда усилия от давления воздуха будет достаточно, чтобы сжать пружину клапан откроется и сбросить часть воздуха обратно в атмосферу.
Перепускной клапан
Вестгейт или перепускной клапан позволяет пустить часть отработанных газов в обход турбины. Запорный элемент клапана поджат пружиной.
Давление отработанных газов воздействует на запорный элемент клапана, с другой стороны на него действует усилие пружины. Когда усилие от давления газов будет выше чем усилие пружины, клапан откроется и пропустить часть газов в обход пружины. Это достаточно простая и эффективная схема регулирования, которая применяется на большинстве современных двигателей с турбонаддувом. Однако часть энергии тратится впустую, что снижает КПД. Конечно можно направить поток газа не в выхлопную систему, а на другую турбину, для привода вспомогательных механизмов, но это усложнит конструкцию и сделает ее более дорогой.