ТУРБОНАДДУВ
Принципиальных различий в устройстве турбонаддува нет, есть различия в размерах, конструкции некоторых узлов. Рассмотрим его работу и устройство на примере одного из самых массовых.
Термин "турбина", часто применяемый для обозначения турбонаддува, не совсем соответствует истине, так как турбина является всего лишь одной из составных частей этого агрегата. Турбонаддув состоит из корпуса, вала с крыльчатками, двух опорных и одного упорного подшипников скольжения, системы уплотнений, двух улиток, в которых вращаются крыльчатки. К этой конструкции подведен пневмопривод, приводящий в действие байпасный (перепускной) клапан (на некоторых моделях он отсутствует). Назначение байпасного клапана – регулировать обороты турбины и, соответственно, производительность компрессора. Когда давление воздуха на выходе из компрессора начинает превышать оптимальное, срабатывает пневмопривод, открывающий клапан. В результате часть выхлопных газов напрямую выходит в выхлопную систему, и обороты турбины снижаются.
Сама турбина – это крыльчатка, неразъемно насаженная на вал и приводящая во вращение другую крыльчатку – компрессор. Турбина изготовлена из жаростойкого сплава, компрессор – алюминиевый, вал – обычная среднелегированная сталь. Отремонтировать эти детали невозможно, их можно только заменить. Исключение составляет изношенный вал, который иногда можно перешлифовать и под получившийся размер изготовить новые подшипники.
Корпус турбонаддува представляет собой сплошную отливку из чугуна, в которой на подшипниках вращается вал. Изнашиваются обычно постель под подшипники и гнездо под уплотнительное кольцо. Исправить можно расточкой под новый размер. Улитка турбины – чугунная деталь сложной формы. Именно она формирует газовый поток, вращающий турбину. Улитка компрессора представляет собой алюминиевую отливку с механически обработанным местом под компрессор. Компрессор засасывает воздух через центральное отверстие, сжимает его и по кольцевому каналу подает в двигатель.
На первый взгляд, конструкция проста. Но высокая точность изготовления всех без исключения деталей, сложные поверхности, точное литье могут создать много проблем для ремонта.
Как работает турбонаддув? При первых вспышках в цилиндрах двигателя выхлопные газы из коллектора сразу же попадают в улитку турбины и начинают вращать вал с крыльчатками. Пока обороты двигателя невелики, давление и скорость выхлопных газов недостаточны, компрессор вращается на холостом ходу, не создавая излишнего сопротивления на всасывании, просто перемешивает воздух. Нажимаем на педаль газа. Обороты двигателя растут, на панели загорается зеленая лампочка (если она есть), и вы чувствуете ощутимый толчок в спину. Турбина вышла на свои рабочие обороты, кстати очень высокие: 110-115 тыс. об/мин. Теперь компрессор не просто месит воздух, а эффективно сжимает его и посылает в двигатель. При этом срабатывает соответствующая сервисная система в карбюраторе, двигатель получает в цилиндры больший весовой заряд топливной смеси, резко (на 50-70%) возрастает его мощность и, соответственно, расход топлива.
Турбонаддуву приходится работать в условиях высокой температуры и высоких окружных скоростей – скорость на концах лопаток примерно такая же, как у пистолетной пули, около 300 м/сек. Скорости вращения подшипников также близки к предельно допустимым. Что же обеспечивает турбонаддуву возможность работать в таких условиях долго и надежно?
Как только вы завели двигатель, начинает работать масляный насос. Масло по системе каналов под давлением поступает на подшипники турбонаддува, и вал начинает вращаться на масляном клине. При этом свою порцию масла получает и упорный подшипник. Чем больше обороты двигателя, тем больше масла поступает на вал турбины и его подшипники. Эти подшипники изготовлены из специально подобранных материалов, для них выбраны оптимальные зазоры: при меньших зазорах возникает опасность подклинивания подшипников при тепловом расширении, при больших – опасность срыва масляного клина и работы в условиях полужидкостного трения, к тому же возникает перекос вала и идет интенсивный износ уплотнительного кольца. Поскольку зазоры в парах вал-подшипник, подшипник-корпус очень малы и соизмеримы с размерами ячеек масляного фильтра, то следует заботиться о чистоте масла и состоянии масляного фильтра.
Долговечность подшипников скольжения, в отличие от подшипников качения, не зависит в такой мере от частоты вращения. Коэффициент трения у правильно рассчитанных и работающих в условиях жидкостной смазки подшипников скольжения равен 0,001-0,005. Однако, при неблагоприятных условиях работы (высокая вязкость масла, высокие окружные скорости, малые зазоры) коэффициент трения достигает 0,1-0,2, что приводит к снижению оборотов турбонаддува, а следовательно, и снижению его эффективности и повышению нагарообразования. Подшипники скольжения надежно работают при температуре не более 150°С. При более высоких температурах возникает опасность разрыва масляного слоя в результате разжижения масла. Кроме того, при высоких температурах обычные минеральные масла быстро окисляются и теряют свои смазочные свойства.
Пока двигатель вращается, и масляный насос создает давление, исправный турбонаддув работает нормально. Но рано или поздно вы заглушите двигатель, он остановится, остановится и масляный насос, давление масла в системе мгновенно упадет до нуля, а вал с крыльчатками, который имеет приличный вес и вращается с очень большой скоростью, мгновенно остановиться не сможет. Но масляного клина уже нет. Возникает полужидкостная смазка, переходящая в граничную. В подшипниках возникает перегрев, расплавление, схватывание и заедание подшипника. Плюс грязное масло, и в результате идет интенсивный износ. А допустимый износ подшипников составляет 0,03-0,06 мм в зависимости от модели турбонаддува.
Вывод из сказанного очевиден: во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом.
И еще. У турбонаддува есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; нагрев и тепловое расширение деталей идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю и турбонаддуву прогреться. Если надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу, дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут. За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут. В процессе работы крыльчатка турбины и вал сильно нагреваются. Масло, поступающее для смазки подшипников, нагнетается с большой интенсивностью и успевает снять нагрев с вала, не успев перегреться само. При резкой остановке двигателя прокачка масла прекращается, раскаленная крыльчатка турбины отдает большую часть тепла валу, и масляная пленка, покрывающая детали, разогревается до температуры горения. Идет интенсивное нагарообразование в районе уплотнительного кольца и несколько меньшее – в районе подшипников и на внутренних поверхностях корпуса т/н. Спасает только то, что масло, предназначенное для таких двигателей, изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но и оно имеет свои пределы.
На некоторых иномарках установлен турботаймер, регулирующий работу турбонаддува и продлевающий срок его службы.
КАК ДИАГНОСТИРУЕТСЯ ВЫХОД ИЗ СТРОЯ ТУРБОНАДДУВА?
Если у вашей машины пошел интенсивный белый дым из глушителя и упала мощность – турбонаддув надо срочно сдавать в ремонт или менять на новый, потому что в нем изношены подшипники и уплотнительное кольцо около крыльчатки турбины. В результате масло под давлением устремляется в выхлопную трубу, где испаряется и вылетает наружу, создавая дымовую завесу. Расход масла может возрасти до 2-3 литров на 100 км пробега.
Бывает и так, что дымовой завесы нет, но автомобиль не может развить мощность, лампочка на панели не загорается, у дизельных двигателей появляется постоянный черный дым на оборотах – все это говорит о том, что скорее всего турбонаддув изношен, и к тому же основательно забит нагаром, поэтому компрессор из-за повышенного сопротивления вращению не развивает рабочих оборотов, а двигателю не хватает воздуха.
Снимать турбонаддув надо целиком и только потом можно отсоединять улитку турбины, так как эта операция сама по себе требует зачастую больших физических усилий.
При демонтаже надо внимательно и аккуратно обращаться с подающей трубкой масляной системы. Эта трубка имеет очень тонкие стенки и ее легко можно деформировать.
Монтаж турбонаддува сложностей не возникает, хотя есть некоторые тонкости: перед установкой через сливное отверстие в турбонаддув надо залить 30-50 граммов моторного масла и повращать вал. Затем масло можно слить, так как свою роль оно уже выполнило, масляная пленка на деталях есть. Еще раз убедитесь в исправности масляной магистрали, проверьте, чтобы в турбонаддув не попали посторонние предметы, наличие которых может привести к печальным последствиям, и установите турбонаддув на место.
После замены или ремонта турбонаддува желательно сразу же заменить масло и фильтр. А лучше это сделать еще перед демонтажем, чтобы новый агрегат сразу работал на чистом масле.
И последнее: не перегревайте турбонаддув (к перегреву приводят неисправности в системе зажигания или впрыска, длительная езда на высоких оборотах). Следите за состоянием воздушного фильтра, забитый воздушный фильтр создает повышенное сопротивление на всасывании и производительность компрессора резко снижается. Порванный фильтр пропускает частицы цыли, которые, соударяясь с крыльчаткой компрессора на высокой скорости, изнашивают ее, а заодно и двигатель.
КАК БЫТЬ, ЕСЛИ ТУРБОНАДДУВ НЕ ПОДЛЕЖИТ РЕМОНТУ, А НОВОГО НЕТ?
Если турбонаддув не подлежит ремонту, а заменить его нечем, можно попытаться заменить его турбонаддувом с другой модели, от двигателя с примерно такими же характеристиками, хотя это тоже не всегда возможно и связано с большими переделками. Но этот путь все-таки лучше, чем заглушка на месте турбонаддува, потому что двигатель изначально все-таки был изготовлен для работы с турбонаддувом и очень отличается от такого же двигателя без турбонаддува. У турбинированного двигателя усилены вкладыши, более мощный коленвал, совершенно другие фазы газораспределения, по-другому отрегулированы и настроены топливная аппаратура, система зажигания и т.д.