Регулировка геометрии турбины своими руками на дизеле m57

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Рассматривая принцип работы турбонаддува, мы затронули проблемы, ограничивающие эффективность газовых турбокомпрессоров. Турбина с изменяемой геометрией позволяет расширить зону действия турбонаддува и сделать двигатель более приемистым. Поговорим не только об устройстве системы, но и о симптомах неисправности клапана управления, чистке и регулировке VNT-турбонагнетателей.

Устройство VNT-турбины

На рисунке изображена турбина с изменяемой геометрией, устанавливаемая на автомобили Volkswagen, Skoda. Общее устройство турбокомпрессора и принцип нагнетания дополнительного воздуха не отличается от обычных турбокомпрессоров. Основная особенность в поворотных лопатках, механизме управления и вакуумном приводе.

Принцип работы

Поворотные лопатки вращаются на осях, установленных в опорном кольце. К оси каждой лопатки прикреплены тяги управления, которые при монтаже входят в зацепление с регулировочным кольцом. Направляющий рычаг соединяет регулировочное кольцо с рычагом тяги управления и осью вакуумного привода поворотных лопаток.

При изменении положения оси вакуумного привода регулировочное кольцо проворачивается на определенный угол. За счет этого происходит поворот оси лопаток в опорном кольце. Они синхронно меняют свое положение, изменяя тем самым сечение для потока выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией основывается на регулировании потока отработавших газов, направляемых на колесо турбины. Регулировка позволяет подстраивать проходное сечение для потока отработавших газов под режим работы двигателя.

Как изменяется давление наддува?

Когда мы рассматривали принцип работы системы изменяемой геометрии впускного коллектора, то говорили о зависимости скорости потока газов от проходного сечения канала. При одинаковом давлении скорость потока газа будет выше в канале с суженым сечением.

Для быстрого выхода турбины в зону эффективной работы на низких оборотах двигателя необходимо высокое давление наддува. В таком режиме работы лопатки уменьшают сечение канала, по которому отработанные газы движутся к крыльчатке турбины. В итоге повышается давление наддува.

В зоне высоких оборотов двигателя увеличивается объем выхлопных газов. Небольшое сечение канал приведет к чрезмерному подпору выхлопных газов, что приведет к плохому наполнению цилиндров свежим зарядом ТПВС. Поэтому с повышением оборотов двигателя лопатки меняют свое положение, увеличивая сечение для прохождения выхлопных газов.

Система в разрезе

Лопатки расположены перпендикулярно радиальным линиям, что равняется узкому сечению для потока выхлопных газов. Обеспечивается быстрое нарастание наддува и прибавка крутящего момента в зоне низких оборотов двигателя.
Ступенчатое расположение лопаток – большое сечение для потока выхлопных газов. Этот же режим используется в качестве аварийного, когда система самодиагностики регистрирует некорректную работу системы, отсутствует питание на электромагнитном клапане.

Управление геометрией

Изменение геометрии турбины осуществляется блоком управления двигателем. Принцип работы рассмотренной выше системы предполагает наличие электромагнитного клапана управления наддувом. Управляется клапан ШИМ-сигналом. Изменяя скважность сигнала, ЭБУ двигателя устанавливает необходимое разряжение в вакуумной среде привода поворотных лопаток. При таком управлении ЭБУ может плавно и точно управлять регулировочным кольцом, что обеспечивает эффективное сгорание ТПВС на всех режимах работы двигателя.

Когда электромагнитный клапан обесточен, в вакуумной среде атмосферное давление, лопатки установлены в ступенчатом положении. Для плавной регулировки давления наддува ЭБУ постоянно опрашивает датчиковую аппаратуру двигателя.

Принципиальное отличие

Автомобильные газовые турбины всех типов имеют 3 режима работы:

Устройство турбины с фиксированной геометрией – это всегда компромисс между скоростью выхода в зону эффективности, величиной наддува и границей пиковой мощности. На эти параметры влияет диаметр каналов для движения газов, соотношение площади индюсера и эксдюсера, Area/Radius хаузинга, конструкция клапана wastegate, blow-off. Но из-за того, что характеристики турбины закладываются еще на стадии проектирования, ее рабочая зона довольно узкая.

Преимущества

Возможные неисправности

Усложнение конструкции турбины неминуемо приводит к увеличению риска поломки. Но в случае с работой изменяемой геометрии ситуация не так плоха, как может показаться. У механизма лишь несколько основных проблем:

движение лопаток с подклиниванием. Происходит из-за критического износа трущихся пар и при нагарообразовании. Углеродистые и масляные отложения препятствуют плавному перемещению регулировочного кольца;
заклинивание лопаток в одном из положений. Из-за критического нагарообразования силы вакуума недостаточно для перемещения регулировочного кольца;
неисправность вакуумного привода поворотных лопаток, клапана управления давлением турбонаддува.

Среди основных симптомов поломки – подергивания при разгоне, потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива и появление на панели приборов индикации Check Engine.

Турбонаддув сегодня является одним из самых распространенных способов, который позволяет существенно увеличить мощность бензинового или дизельного двигателя без увеличения рабочего объема силового агрегата. Установка турбокомпрессора также является более эффективным решением по сравнению с механическими нагнетателями.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, турбина или компрессор. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках указанных способов увеличения мощности силовой установки.

Основой турбонаддува является подача воздуха в цилиндры ДВС под давлением. Чем больше воздуха удается подать в мотор, тем большее количество топлива получается сжечь. Гражданские версии турбомоторов имеют не слишком большой наддув, которого достаточно для достижения необходимых показателей. Вполне очевидно, что для достижения максимальной производительности на двигатели устанавливаются турбины, которые способны обеспечить высокое давление. В этой статье мы поговорим о том, для чего нужен актуатор на турбине, каков принцип работы актуатора турбины, а также как производится проверка актуатора турбины и настройка данного элемента.

Актуатор турбины: особенности работы

Актуатор, он же вестгейт или вакуумный регулятор — клапан для сброса избыточного давления воздуха на высоких оборотах двигателя. Задачей данного решения является своеобразная защита турбокомпрессора и двигателя. Указанный регулятор для защиты от избыточных нагрузок находится в выпускном коллекторе (фактически, на самой турбине), местом установки является область перед турбиной.

Работает вестгейт по следующему принципу: если обороты двигателя высокие, в результате чего растет давление отработавших газов и давление надувочного воздуха, тогда открывается клапан. Его открытие перенаправляет часть выхлопных газов в обход турбинного колеса.

Другими словами, отработавшие газы, вращающие крыльчатку турбинного колеса и вал, на котором параллельно установлена крыльчатка компрессорного колеса, перепускаются. В результате интенсивность работы турбины снижается, уменьшается подача воздуха в цилиндры ДВС.

Так происходит в том случае, когда турбинное колесо раскручивается выхлопными газами до слишком высоких оборотов, в результате чего актуатор инициирует срабатывание обходного клапана, то есть отработавшие газы проходят мимо турбинного колеса. Получается, вестгейт попросту не позволяет турбонагнетателю раскручиваться до максимума под действием слишком сильного потока выхлопа на высоких оборотах мотора.

Добавим, что турбомоторы с завода изначально точно настроены. Во время тюнинга ДВС или установки турбонаддува на атмосферный мотор актуатор необходимо настраивать отдельно. Настройка и регулировка актуатора турбины является важным моментом, так как от нормальной работы системы зависит исправность двигателя и турбокомпрессора. Вестгейт желательно настраивать при помощи спецоборудования, но также это можно сделать самостоятельно, о чем мы расскажем ниже.

Распространенные неисправности вестгейта

Теперь давайте поговорим о частых неисправностях, при которых неизбежна замена актуатора турбины или требуется ремонт данного элемента. Начнем с того, что причин для выхода из строя указанной детали несколько. Прежде всего, ломаются электронные компоненты, возможны неисправности электромотора, а также происходит поломка зубьев шестерней привода клапана.

В ряде случаев проблема устраняется после диагностики в специализированных сервисах по ремонту турбин. Специалисты проводят проверку работоспособности контроллера, выполняют целый ряд тестов. Частой неисправностью, которую помогает устранить ремонт актуатора турбины без замены, является вышедшая из строя манжета (мембрана актуатора турбины).

Рекомендуем также прочитать статью о том, какое устройство имеет турбина дизельного двигателя. Из этой статьи вы узнаете об особенностях турбокомпрессоров для силовых агрегатов данного типа.

В полседнем случае к поломке приводит значительный пробег и естественный износ деталей, в результате часто указанная манжета повреждается. Для устранения необходимо снять актуатор турбины, после чего из корпуса вынимается старая мембрана. Далее поверхности следует обезжирить, после чего новая манжета приклеивается клеем к корпусу с двумя колпачками и дополнительно проходит процесс круговой завальцовки. Затем производится настройка актуатора турбины.

Как отрегулировать актуатор турбины

Итак, перейдем к регулировкам. В самом начале отметим, что ответственность за возможные последствия, к которым может привести регулировка актуатора турбины своими руками, целиком и полностью ложится на плечи владельца автомобиля. Другими словами, если вы не уверены в своих силах, тогда лучше доверить указанную процедуру опытным специалистам.

Еще хотелось бы добавить, что многие водители прибегают к манипуляциям с вестгейтом не только по причине неполадок, но и в целях увеличения производительности и повышения давления наддува, то есть реализуют своеобразный тюнинг системы.

Для того чтобы увеличить давление, существует несколько доступных вариантов. Самым простым считается замена пружины регулятора. Чем большую упругость имеет пружина, тем большее давление будет выдавать турбина до момента срабатывания клапана.
Еще одним вариантом выступает затяжка или послабление конца регулятора, что непосредственно влияет на открытие и закрытие заслонки. Если конец расслаблен, тогда тяга клапана удлиняется, затягивание приведет к укорачиванию. Чем короче тяга, тем плотнее будет закрываться заслонка. Соответственно, для открытия потребуется большее давление и временной промежуток. Это позволяет турбине выходить на высокие обороты, причем происходит это достаточно быстро.
Третьим вариантом для увеличения наддува является буст-контроллер. Данный механизм представляет собой соленоид, который способен подменить реальные данные по давлению. Такое устройство ставится перед актуатором, главной задачей является снижение показателя давления, от которого зависит работа вестгейта. Буст-контроллер фактически частично перепускает воздух, что не позволяет актуатору оценивать реальное давление.

в самом начале со штока снимается скоба, далее ключом ослабляется гайка;
затем плоскогубцами подтягивается регулировочный винт вестгейта. Делать это нужно против часовой стрелки;
подтяжка происходит до того момента, пока калитка не окажется полностью закрытой;

Чтобы ответить на вопрос, как проверить актуатор турбины самому, достаточно просто постучать по калитке. Дребезга и вибраций быть не должно. По окончании винт проворачивается еще на 2-3 или даже 4 витка по резьбе. Следует учитывать, что один такой оборот практически равен показателю чуть более 0.3 Бар на мембране.

Завершением процесса регулировки можно считать затяжку гайки ключом на 10, а также установку скобы на место. В результате после такой настройки актуатор должен иметь максимальную степень закрытия. После можно запустить двигатель и проверить работу устройства на разных режимах работы ДВС. Посторонних звуков от вестгейта на перегазовках и при глушении мотора быть не должно, давление наддува также прогнозируемо достигает желаемых показателей.

Устройство VNT-турбины

Принцип работы

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией основывается на регулировании потока отработавших газов, направляемых на колесо турбины. Регулировка позволяет подстраивать проходное сечение для потока отработавших газов под режим работы двигателя.

Как изменяется давление наддува?

Система в разрезе

Лопатки расположены перпендикулярно радиальным линиям, что равняется узкому сечению для потока выхлопных газов. Обеспечивается быстрое нарастание наддува и прибавка крутящего момента в зоне низких оборотов двигателя.
Ступенчатое расположение лопаток – большое сечение для потока выхлопных газов. Этот же режим используется в качестве аварийного, когда система самодиагностики регистрирует некорректную работу системы, отсутствует питание на электромагнитном клапане.

Управление геометрией

Принципиальное отличие

Автомобильные газовые турбины всех типов имеют 3 режима работы:

Преимущества

Возможные неисправности

движение лопаток с подклиниванием. Происходит из-за критического износа трущихся пар и при нагарообразовании. Углеродистые и масляные отложения препятствуют плавному перемещению регулировочного кольца;
заклинивание лопаток в одном из положений. Из-за критического нагарообразования силы вакуума недостаточно для перемещения регулировочного кольца;
неисправность вакуумного привода поворотных лопаток, клапана управления давлением турбонаддува.

Как настроить геометрию турбины на автомобиле Ford Mondeo 4, а так же длину упорного винта и длины акктуатора.

И так прежде чем перейдем к рассмотрению и анализу наших графиков-замеров. Учтите прежде чем настраивать турбину нужно убедиться в работоспособности всех исполнительных механизмов, вакумного насоса, герметичности вакуумных трубок, и самого актуатора. Иначе результат будет не в лучшую сторону это точно)

И так Рассмотрим в вкратце принцип действия нашего турбокомпрессора. На картинке мы видим сам исполнительный механизм геометрии турбины. Который как раз и управляет ее скоростью вращения. Для этого здесь есть два регулировочных винта и гайки. Первое это настройка оптимальной высоты упорного винта. Чем ниже его высота тем эффективнее его производительность при меньшей скорости газов. Из опыта было установлено что при минимальном значении на моей турбине слышен посторонний свист, причем очень громкий. Так что здесь нужно быть очень осторожным. Чуть позже я расскажу каким методом я выставил это значение.

Следующий параметр это оптимальная длина штока актуатора, если длина штока будет слишком маленькая то геометрия не сможет выйти в минимальное значение производительности. Как итог высокие обороты турбины передув, ошибки, повышенный износ и т.д.

Если же длина штока будет слишком большой то может не хватить вакуума, что бы вывести шток в положение максимальной производительности турбины на низких и средних оборотах двигателя. То есть будет очень большой провал в тяге при наборе скорости и т.д.

И так рассмотрим сначала первый график.

- Красный график это положение исполнительного механизма турбины в процентах. На более старых версиях программы это значение было в вольтах. Но как по мне в процентах гораздо удобнее и понятно.

- Зеленый график – давление в топливной рампе.

- Бирюзовый – давление во впускном коллекторе в Мпа.

- Розовый – количество оборотов двигателя.

- Синий положение педали газа.

- Сиреневый – температура воздуха во впускном коллекторе.

Рассмотрим верхний красный график. Как видим минимальное значение – это когда отсутствует вакуум, логично что это значение должно быть нулевым. Но в моем датчике это 2 %. Но я не стал его пока трогать, оставил все как есть. Максимальное значение 97% . То есть ход штока от максимума к минимуму составляет 95%. Как мне кажется должно значение быть около 100%. И данная длина штока немного коротковата. Т.к. не на данном участке давление растет до максимального значения и не падает ниже. То есть здесь явный передув, хотя ошибки при этом не загорается. Следствие передув небольшой! Но во время езды при резком нажатии на газ иногда появлялись провалы, а при наборе рывки. И как видно из графика турбина пыталась минимизировать свои значения и шток начал стучать в дно графика и давление начало скакать.

На данном графике на котором я езжу после настройки 106% но выставлял сразу вроде как 104% возможно при затяжки контргаек немного сместил… Я хотел выставить значение в пределах 102% с небольшим запасом хода штока. Но даже с такими данными график существенно изменился. Передува явно нет. Авто отлично набирает скорость. Хорошая динамика и нет передува. Как видим давление к 4000 постепенно падает. И геометрия доходит до 8% максимум. Тоесть работает во всем своем рабочем диапазоне. Поэтому решил ориентироваться именно на такие параметры. Думаю они будут у каждого немного отличаться но не значительно.

И еще заметил , что при 95% на первом графике амплитуда хода штока гораздо больше чем на на графике со 104%. Поэтому эксперименты будут продолжены но только в других сериях) Так что если не подписаны Вы знаете что делать.

И так - зная в каких пределах должен ходить шток Вы без проблем сможете его настроить.

А что же с упорным винтом? На моих турбинах он был выкручен по разному… Хмм очень странно. Но стендов у нас нет … исходя из логики Решено было найти минимальное значение при котором будет наивысшая эффективность надува турбины при минимальных оборотах. Так как мне вообще не нравиться как тянет авто на низких оборотах. Ну что же зная чо и как за что отвечает приступаем к настройке турбины.

Первым делом нам нужно настроить упорный винт (так. Как меняя его, мы изменим максимальных ход штока турбины, а как мы помним это очень важный параметр! Но как же узнать насколько мы его повернули? А очень просто: в первом варианте я пробовал использовать вакууометр. Но он максимум может создать у меня 0,5 бара вакуума, при этом шток немного не доходит до конца, до нашего упорного винта, а это не допустимо для точности измерения. да и не у каждого под рукой он будет! Но к счастью у нас есть вакуумный насос)) Кстати шанс повредить мембрану подавая максимальный вакум на актуатор очень велик. Так что будьте предельно внимательны. Подумайте может все таки не стоит трогать? Если боитесь то можете приобрести вакуометр и безопасно им настраивать. Но я посчитал что производитель учел такую нагрузку))) И так открываем капот, можно снять фильтр воздушный для удобства, ноя не снимал так как до трубок я спокойно могу дотянуться. Cнимаем с дальнего клапана N 75 две вакумные трубки соединяем их вместе, при помощи переходника. В моем инструменте как раз они были поэтому не пришлось что либо колхозить. Далее идем в автомобиль подсоединяем наш кабель ELM 327 и на ноутбуке запускаем программу ForScan . Открываем таблицу с измерениями по умолчанию у вас уже будут с замеров сохраненные значения. Нас интересует только 2 VanePos и Давление во впускном коллекторе. Заводим авто включаем плэй. И смотрим на диаграмму-график. Не забудьте взять ручку и листок бумаги так как все данные будем вносить в таблицу.

И так Vane Pos у нас будет постоянное значение. Это наше опорное значение зная его после всех манипуляций мы сможем вернуться в исходное состояние настройки трубины Если что то пойдет не так. Так что будьте внимательны. Оно немного будет колебаться из-за вибраций и погрешности в механизма штока. Но это не главное. Главное произвести замеры нажимая на газ 800 1500 2000 2500. И занести их в таблицу. Далее лезем под авто, производитель как будто знал что мы сюда полезем здесь есть окошечко прямо к турбине. К нашему упорному винту головкой на 8 отжимаем стопорную гайку. Далее шестигранником Т9 поворачиваем на пол оборота против часовой стрелки (это будет приблизительно 2-3%) можно на ¼ оборота для точности измерения.

Заводим авто записываем VanePos в таблицу и снова снимаем замеры при разных оборотах и вносим в таблицу. Потом снова глушим откручиваем еще на пол оборота наш упорный винт, и измеряем. Я крутил до тех пор пока не начался страшный свист) но к тому времени значения давления стали уменьшаться. В итоге у нас получиться таблица с исходными данными. На основе ее выбирал максимальную производительность турбины до 2500 оборотов. У меня получилось значение 112% далее как я и говорил появлялся странный свист. Поэтому не стал дальше крутить.)

Вот так выглядит моя таблица измерений. На основе нее выставляем 112% и зажимаем контргайку. Не знаю конечно насколько такой метод правильный но факт того что на низах тяга стала больше это факт. Но вот на верхах уменьшилась) тоесть такой настройкой я уменьшил турбояму. Тоесть тяга стала более равномерной с низов. И подхват стал чуть ниже 2000 оборотов. Хотя до настройки был выше 2000 оборотов.

800 1500 2000 2500 3000

106% 104 121 142 161 -

109% 106 127 145 163 -

112% 107 129 146 171

113,5% 108 124 147 166 -

114% 108 129 143 159 165

115% 108 128 141 146 -

После того как настроили упорный винт осталось отрегулировать длину штока. Как мы помним она должна быть в пределах 100% . Максимальное значение мы уже знаем оно 112% минимальное можно узнать отсоеденив вакум от актуатора, и в программе Forscan посомтреть значение VAnePos у меня оно 2%. Тоесть длина штока должна быть около 102%. Если VanePos 0% то длина 100%. И так приступаем отжимаем стопорную гайку штока и крутим пол оборота в любую сторону главное запомнить куда)). Но я смог разконтрагаить только без вакуума. А вот подкрутить подстроечную гайку только при заведенном авто и при правильно подключенных вакумных трубках… Так как тогда шток находится приблизительно по середине он легко крутится. После глушим зажимаем контрагайку соединяем вакуумные трубки между собой вместе заводим и смотрим значение VanePos если начало уменьшаться то мы направильном пути. Смотрим сколько % полоборота и докручиваем в необходимую сторону. Зажимаем все и едем тестировать! Снимая при этом график замера разгона. И смотрим что бы значения положения VanePos не выходило за рамки дозволенного, и при этом смотрим график давления как изменился Ну и оцениваем как стала авто ехать хуже или лучше.

Кабель ELM- 327 покупал ЗДЕСЬ или ЗДЕСЬ

Вакуометр можно купить ЗДЕСЬ

Читайте также: