Ах, это красивое сложносоставное наполовину иноземное слово «турбонаддув»! Такое высокотехнологичное и не очень понятное. Еще и пугающее: фольклор российских автолюбителей переполнен ужасающими историями о том, как «турбина отрыгнула», как «погнала масло», как «тяга умерла». Естественно, в самый неподходящий момент и в самой необитаемой точке мира. Но стоит ли так сильно бояться турбонаддува, чтобы отказывать себе в ощущении подхвата, который обеспечивают оснащённые этой системой двигатели? Сегодня попытаемся разобраться в принципах работы турбины и основных её неисправностях.
Мощности всегда не хватает
Мощности всегда не хватает – это факт. Это проблема, с которой столкнулось всё прогрессивное человечество практически сразу, как только вдоволь насладилось прелестями только что изобретённого двигателя внутреннего сгорания и внезапно осознало, что надо больше. После этого началась безумная гонка моторов, в ходе которой инженеры разных стран наперебой соревновались в создании самых огромных движков с невероятным количеством цилиндров.
Логика в целом понятна. Источник энергии – это сгорающая топливовоздушная смесь (ТВС). Чем больше горючки мы вливаем в цилиндры, тем пламеннее молотит железное сердце. Это всё, конечно, логично, но, исходя из пространственно-геометрической разумности, мы быстро упираемся в физически допустимый размер камеры сгорания. И если для трансокеанских судов построение двигателей размером с небольшой состав в длину и «хрущёвку» в высоту, в принципе, возможно, то в автомобилях подобные номера не проходят однозначно.
Фото: kor, depositphotos.com
Однако ТВС состоит из двух компонентов – топлива и воздуха. И воздух, в отличие от жидкого топлива, можно смело сжимать и подавать под давлением в компактных объёмах в больших количествах. Поэтому ради увеличения мощности бесконечно увеличивать размеры камеры сгорания нет никакой необходимости.
Эту банальную истину автомобильные инженеры осознали довольно быстро. Уже сам Даймлер батюшка наш Готлиб в конце XIX века, а вместе с ним и прочие передовые умы наступающей тотальной углеводородной эры начали экспериментировать с наддувом. Но все пошло по пути механического нагнетания, и потребовалось лет 15-20, чтобы внимание переключилось на турбины, а опыты с ними принесли первые результаты.
Результаты эти оказались, прямо скажем, жидковаты, да и разные источники путаются в показаниях, указывая разные даты и разных героев турбопрорыва. Поэтому данный этап, а вместе с ним и последующее развитие технологии с попеременными победами-поражениями мы оставим за кадром. Лучше сразу перейдём непосредственно к турбине.
Имя ему – легион
Турбонагнетатель, турбина, наддув, турбо, «улитка» – у этой системы так много названий, что запутаться можно. Но все они с большей или меньшей степенью точности и адекватности описывают одну и ту же систему, состоящую из двух секций: турбинной и компрессорной или, соответственно, горячей и холодной.
Фото: Quentin Schwinn, wikipedia.org
Принцип работы элементарен. В основе всего – два колеса с лопатками той или иной конфигурации. Они жёстко соединены валом, поэтому когда выхлопные газы в горячей секции подхватывают турбинное колесо, моментально начинает вращаться компрессорное колесо холодной секции, закачивающее и сжимающее воздух из атмосферы. Количество этого воздуха по сравнению с естественной подачей в камеру сгорания значительно больше. Как следствие – повышение эффективности сгорания, снижение расхода, улучшение экологических показателей и прочие преимущества.
Повторимся – это именно базовый принцип стандартной турбины. Дальнейшее – уже технологические извращения, призванные ещё сильнее повысить эффективность, экологичность и все остальные радости жизни. Среди таких наворотов – двойной турбонаддув, изменяемая геометрия и другие забавные штуки.
Разминая на досуге мозги, инженеры накрутили столько высокотехнологичной жести, что современная турбина стала представлять собой очень сложное устройство, состоящее из множества компонентов. Однако так как в основе всего продолжает лежать описанная схема, наиболее распространённые поломки даже на самых сверхъестественных по своей конструкции агрегатах идентичны. Хотя, конечно, есть и специфические исключения. Все изучить в рамках одной публикации невозможно, так что сфокусируемся на главных.
Познакомимся ближе
Прежде чем перейти к неисправностям, быстренько пробежимся по основным компонентам. Помимо собственно турбины, состоящей из двух «улиток», объединённых так называемым картриджем, в котором находится вал, в конструкции практически любой системы имеются следующие элементы.
Интеркулер. Несмотря на своё замысловатое название, это простой теплообменник. Такой же, как и любые другие, которые все мы часто называем радиаторами. В буквальном переводе intercooler – промежуточный охладитель, который охлаждает воздух перед подачей в двигатель. Элемент очень ответственный, поскольку избыточное тепло не только вредно, но и очень опасно. А возникает оно по вполне естественным физическим причинам – из-за сжатия воздуха и повышения давления.
Фото: Светлана Парфёнова
Врата расточительства. Пардон, перепускной клапан, по-английски именуемый wastegate (вестгейт). Перепускной клапан открывается и закрывается, регулируя количество выхлопных газов, проходящих через турбину, и предотвращая её слишком быстрое вращение. Чем быстрее вращается турбина, тем быстрее вращается компрессор, а значит, тем больше воздуха поступает в двигатель. Но слишком уж быстро, чтобы не размолотить всю систему в клочья, она крутиться не должна.
Фото: Светлана Парфёнова
Продувочный клапан. Это тоже в некотором роде перепускной клапан, для краткости нередко именуемый байпасом и представляющий собой клапан сброса давления, установленный на стороне компрессора. Его задача состоит в том, чтобы сбрасывать избыточное давление наддува, возникающее в системе при закрытии дроссельной заслонки.
Трубопроводы «горячей» и «холодной» стороны. Тут всё элементарно, и путаницы возникнуть не должно, поскольку напрямую связано с температурой. Любые трубопроводы, по которым перемещаются горячие выхлопные газы к турбокомпрессору или от него, обычно называют «горячими» трубопроводами. Соответственно, «холодная сторона» турбонагнетателя – это все трубопроводы, по которым сжатый воздух поступает от турбокомпрессора к корпусу дроссельной заслонки. Интеркулер также является частью «холодной стороны».
Фото: Светлана Парфёнова
Масло – всему голова
Система турбонаддува довольно надежна и способна исправно проработать долгие десятки тысяч километров без ремонтного вмешательства. Случаев, когда она бесперебойно пахала по 100-150 тысяч километров на бензиновых двигателях, довольно много. На дизельных её потенциал ещё больше и упирается в 200-300 тысяч пробега.
Тем не менее вопросики всё равно возникают. Наиболее распространённые связаны с моторным маслом. Как вы уже наверняка поняли, в системе турбонаддува очень, прямо очень много движущихся частей. Там все постоянно крутится-вертится, сопрягающиеся поверхности трутся, подшипники вращаются… Поэтому качественно смазывать этот механический канкан надо беспрестанно.
Если использовать неподходящие (не соответствующие рекомендации производителя транспортного средства, загрязнённые, с истекшим срок службы) продукты или нарушать установленные интервалы замены, фантастически пышный букет проблем расцветёт очень скоро.
Фото: lorakss, depositphotos.com
Современные турбокомпрессоры развивают скорость от 130 000 до 300 000 оборотов в минуту. При таких высоких оборотах крайне важно, чтобы элементы трения постоянно смазывались. Распространённой проблемой является недостаточная смазка из-за нерегулярной замены масла и фильтров. Недостаток моторного масла возникает при засорении масляных магистралей, которое может быть вызвано различными причинами: осадком, нагаром и взвесью в масле, его низким качеством, высоким содержанием сажи в масле. В некоторых моделях автомобилей с завода устанавливаются тонкие масляные фильтры, которые засоряются и ограничивают поток.
А там, где есть масло, есть и прокладочки-уплотнения. С течением времени они теряют свою герметичность. Из-за этого возникают утечки. Обнаружить их, как правило, несложно, но только если они происходят наружу. Но когда масло убегает внутрь, сделать это гораздо проблематичнее, да и связано появление таких утечек с эксплуатационным износом и обусловлено избыточным давлением. Причин много, и в поисках подходящего лечения иногда приходится разбирать чуть ли не половину двигателя. Радует, что, во-первых, турбинный маслогон – не массовое явление, а во-вторых, каждый двигатель обычно имеет собственные болячки. А они давно известны и хорошо изучены, поэтому обеспечить превентивные меры защиты совершенно несложно.
Следим и слушаем
Недостаточное давление наддува тоже приводит к проблемам. Если оно слишком низкое, двигатель не получит достаточные порции воздуха, и мощность снизится.
Низкое давление в компрессоре может быть вызвано тем, что колесо компрессора либо не вращается вовсе, либо вращается слишком медленно. Когда оно не движется, это обычно указывает на проблему с подшипником внутри турбокомпрессора. Если вращается, но слишком медленно, это, скорее всего, является результатом засорения системы, снижения вакуума в двигателе или проблем с перепускным клапаном турбокомпрессора – тем самым вестгейтом. Часто падение давления сопровождают странные звуки. Вообще, стоит сказать, что турбины склонны в случае болезни издавать непонятные, ненормальные шумы. Поэтому прислушаться к ним никогда лишним не будет.
Фото: Светлана Парфёнова
Но вернемся к вестгейту. Как правило, сам клапан неубиваем. Однако его актуатор может закиснуть, заржаветь, погнуться. Не то чтобы он совсем хиленький, но трудится он в довольно сложных условиях, и потому следить за его состоянием, особенно на больших пробегах или если автомобиль долго ездит без нагрузки (то есть без использования наддува), надо внимательно. Нагрев также не добавляет актуатору здоровья и служит причиной всевозможных деформаций, из-за которых в дальнейшем он не может корректно функционировать.
Попадающий мусор, который клинит клапан, тоже ни к чему хорошему не приводит, поскольку ход штока сокращается, и актуатор теряет возможность полноценной работы.
Хотя это уже третий тип проблем.
Нахватался грязи
Грязь – это тоже довольно распространённая причина серьёзных неполадок. И не только с вестгейтом. Во время своей напряжённой вахты турбокомпрессор всасывает огромное количество воздуха через воздушный фильтр. Поэтому наличие качественного и своевременно заменяемого фильтра – это принципиальное условие исправного функционирования агрегата. Его несоблюдение неизменно приводит к попаданию посторонних предметов, недостаточной проницаемости и тому подобным проблемам и к повреждению лопастей компрессора на холодной части или снижению эффективности.
То же самое относится к лопастям турбины на горячей стороне. Им могут навредить остатки старых частиц от предыдущего турбокомпрессора, поломка выпускного коллектора, нагар или что-то подобное. Причем турбокомпрессор может отправиться к праотцам за долю секунды.
Фото: brane.zivko.gmail.com, depositphotos.com
Также стоит иметь в виду, что, когда выхлопная система двигателя засоряется, чаще всего – из-за забитого катализатора или полумертвого сажевого фильтра, между турбокомпрессором и засорившимся участком скапливается большое количество выхлопных газов под давлением. В такой ситуации эти газы не могут вовремя выйти через выпускную систему автомобиля и отдать своё тепло, что приводит к перегреву турбокомпрессора. Когда это происходит, возникает проблема: повышенное давление выхлопных газов оказывает огромное противодавление, то есть давление на турбокомпрессор в направлении оси. А это приводит к преждевременному износу осевого подшипника турбокомпрессора, повышению температуры и даже разрыву «горячей улитки».
Не доводи до жары
Нельзя не сказать несколько слов про перегрев. Турбокомпрессоры, как правило, подвергаются воздействию высоких температур и их перепадам. В дизельных двигателях температура достигает 800-850 °C, а в бензиновых – более 1000-1100 °C. Нередко проблемы с топливной системой приводят к превышению этих температурных значений и фатальному перегреву турбокомпрессора.
Фото: ADDRicky, depositphotos.com
Например, в бензиновых двигателях при недостаточном давлении в системе подачи топлива смесь становится слишком бедной, температура выхлопных газов чрезмерно повышается, и турбокомпрессор перегревается. В дизельных двигателях, пожалуй, основной причиной перегрева являются неисправные форсунки. Перегрев чаще всего выражается в посинении вала, соединяющего колеса. Этот признак означает, что металл перегрелся, потерял прочность и эластичность из-за изменения своей структуры. Погнутый вал приводит к сильному дисбалансу, а дисбаланс в турбокомпрессоре – верный признак поломки.
* * *
Ну, вот, скажет кто-то, дочитав до конца, хотели развенчать страшилки, а накидали их ещё больше. Да, спорить не станем. Страшилки и даже более – кошмарики есть. Но их не больше, чем у любой другой системы. Однако в турбокомпрессоре принципиальное значение имеет качество и периодичность регулярного обслуживания, а так же используемых расходников. Если с ними все чётко и по графику – проблем с турбинкой возникнуть не должно. А описанные жути – так это чтобы не особо усердные товарищи почаще обращали внимание на то, что у них там происходит под капотом.
