Турбіна: як працює, чому ламається і легко ремонтується

Турбіна: як працює, чому ламається і легко ремонтується

Турбіна, або, як її правильно називати – турбокомпресор, служить для нагнітання повітря в циліндри двигуна. Чим більше повітря потрапляє в циліндри, тим більше палива можна з ним змішати і отримати в результаті більш високі характеристики потужності двигуна без збільшення його робочого об'єму.

Як влаштована турбіна

Турбокомпресор має привід від потоку вихлопних газів: жорсткій зв'язку з якимись рухомими частинами двигуна у нього немає. Це прерогатива, наприклад, компресора, який наводиться безпосередньо зі шківа коленвала. На перший погляд «турбіна» влаштована просто: уявіть собі вал, на шпалери кінцях якого розташовані дві крильчатки. Крильчатки поміщено в герметичний корпус, «закручені» на один оборот ніби мушлі равлика. Турбінне колесо приводиться від потоку вихлопних газів: вихлопні гази впливають на лопаті турбіни, розкручують його і йдуть далі в вихлопну систему через центральний отвір равлики. Сполучене валом з турбінним колесом компресорне (насосне) колесо починає обертатися з тією ж швидкістю і нагнітати повітря у впускний колектор. Компресор всмоктує повітря через центральний отвір, передає його до лопаток. При цьому забезпечується нагнітання повітря під заданим тиском. Стиснене повітря прямує далі у впускну систему двигуна: потрапляє в циліндри, проходячи через проміжний охолоджувач-радіатор (інтеркулер). Стиснутого повітря потрібне охолодження, т. к. при стисненні повітря неминуче нагрівається. Подавати нагріте повітря в камери згоряння безглуздо: миттєво падає ККД двигуна.

Турбокомпресор оснащений рядом компонентів, що забезпечують його регулювання, управління і контроль. Часто на дизельних двигунах застосовуються турбіни з «змінюваною геометрією». Геометрія тут дійсно змінюється, але не турбіни як такої, а її направляючого апарату, який представляє собою вбудовані в «равлика» турбіни планки-лопаті. Ці лопаті, подібно закрилками на крилах літака, змінюють своє положення відносно насосного колеса. Лопаті приводяться від окремого актуатора, керованого соленоїдом. Чим нижче швидкість роботи дизельного двигуна, тим менше потік і тиск вихлопних газів. Отже, лопатки приймають великий кут атаки, щоб сильніше направляти гази на лопаті турбіни. Із зростанням обсягу вихлопних газів кут атаки лопаток направляючого механізму знижується. Направляючого апарату у турбін бензинових двигунів не буває – в ньому немає потреби. Єдині бензинові турбомотори з регульованою геометрією направляючого апарату турбіни застосовуються на 4 - і 6-циліндрових опозитних моторах Porsche.

Зате на бензинових моторах все більшого поширення набувають двопоточні турбіни, в англійській термінології twinscroll. Суть в тому, що випускний колектор, підвідний вихлопні гази до турбіни, «збирає» гази у два роздільних каналу. Такий поділ (буквально як в колекторі типу 4-2-1, також відомому як «павук») дозволяє знизити протитиск газів у випускному колекторі, поліпшити його продувку і в підсумку трохи підвищити ефективність двигуна. До того ж і потік газів до турбіни в цьому випадку більш рівномірний.

Будь-які автомобільні турбіни оснащуються перепускним клапаном (байпас, від англ. bypass – обхід). Цей клапан служить для стравлювання надлишку стисненого компресором повітря в момент різкого закриття дроселя (відпускання педалі газу). Якщо повітря не стравлювати, він піде з впускного колектора назад у протихід обертання крильчатки, в результаті чого можливе пошкодження елементів ротора компресора.

Також турбокомпресори оснащуються перепускний заслінкою або клапаном на випуску. Цей клапан називається «уэстгейт» (від англ. wastegate – дослівно «ворота розтрати», або просто перепускний клапан). Він служить для того, щоб спрямовувати частину потоку вихлопних газів в обхід турбіни. При цьому обмежується і контролюється швидкість обертання ротора турбокомпресора. Уэстгейт приводиться від спеціального актуатора («вакуумника»), який управляється соленоїдом. Зазвичай соленоїд пов'язаний і з актуатором, і з впускним колектором вакуумними трубками.

Важливою частиною будь-якого турбокомпресора є підшипники, на яких утримується і обертається вал. Підшипники обов'язково потребують змащення й охолодження моторне масло, яке підводиться до них по спеціально виділених каналах. Іноді, в основному на гоночних автомобілях, підшипники турбокомпресора охолоджуються антифризом (він омиває обойми, а не самі підшипники).

Турбокомпресор в цілому не вважається проблемним і капризним елементом силового агрегату. Ця деталь здатна не доставляти проблем весь термін служби двигуна. Якщо економити на обслуговуванні силового агрегату або їздити агресивно і неакуратно, знижується термін служби мотора, і турбіни.

Причини поломок турбіни

Недолік змащення й охолодження

Найчастіше турбіна виходить з ладу із-за нестачі мастила підшипників, на які спирається її вал. Причини, які призвели до масляного голодування, слід шукати поза турбіни. Ця поломка призводить до зносу підшипників і їх перегріву: олія не лише змащує, але і охолоджує. Зазвичай через масляного голодування нормальна робоча температура підшипників і вала турбіни підскакує з 60-90°С до 400°С (до неотведенному тепла додається тепло, що виділяється в підшипниках при терті). При такій температурі залишки масла буквально горять, коксуются і ще сильніше засмічують маслопроводящие канали та отвори в підшипниках. Працюють «на суху» перегріті підшипники швидко зношуються, зазор збільшується до неприпустимих розмірів. В таких умовах вал турбіни може втратити центрування. Це в свою чергу призведе до того, що ротори турбокомпресора почнуть зачіпати за корпуса («равлик»). Турбокомпресор отримає серйозні пошкодження або заклинить, або зруйнуються його внутрішні деталі.

Те, як швидко відбудеться поломка турбіни і наскільки серйозними будуть наслідки, залежить від характеру масляного голодування. Брак масла може настати швидко. Наприклад, у разі обриву маслопроводящей трубки або різкого зменшення продуктивності масляного насоса. Різке масляне голодування може погубити відремонтовану або нову встановлену турбіну. Ця неприємність трапляється при неправильній установці турбокомпресора, коли в масляних каналах у картриджі зберігається повітряна пробка, яку олія не в змозі продавити.

Повільне масляне голодування розвивається в умовах невеликого нестачі масла з-за, наприклад, зниження продуктивності масляного насоса, закоксованности масляної магістралі або їх згинання.

Періодичне масляне голодування звичайно відбувається при різкій зупинці турбомотора після серйозних навантажень. В цьому випадку припиняється змащення та охолодження, але в порожнинах турбіни зберігається висока температура, при якій масло коксуется і якщо не забиває масляні канали, то зменшує площу їх перетину. У перспективі це може призвести до повільного масляного голодування і пов'язаних з ним поломки.

Забруднене масло

Нерідко моторне масло містить в собі частинки зносу тертьових деталей двигуна. Якщо фільтр не затримує абразив, то він неминуче потрапить у масляні канали турбіни (і інші важливі деталі двигуна). В результаті власник зіткнеться з поломкою, викликаної спрацюванням підшипників, збільшенням радіального люфту. У будь-якому випадку факти, що призводять до поломки, знаходяться в двигуні, а не в турбіні.

Попадання сторонніх предметів

І тут причини несправності турбіни, які сталися руйнування або пошкодження її лопатей твердими частками, що лежать за межами її корпусу. Щоб досягти лопатей ротора, зазвичай це ротор компресора, сторонні частинки повинні потрапити у впускну систему двигуна. Як правило сміття проривається через зношений повітряний фільтр або через нещільні з'єднання впускних патрубків. Дрібні частинки викликають локальні пошкодження кромок ротора або їх пришліфування.

Підпір картерних газів

Картерні гази так чи інакше циркулюють в двигуні. Вони утворюються при прориві газів з циліндрів через поршневі кільця. Будь двигун оснащений системою вентиляції цих газів: без неї всередині двигуна (під клапанної кришкою і в картері) утворювалося б надлишковий тиск, здатне видавити будь-які ущільнення двигуна (першими в цьому випадку здаються сальники коленвала або розподільних валів). До того ж картерні гази несуть в собі частинки незгорілого палива, які зазвичай фільтруються у вихлопній системі.

Одним словом, якщо система вентиляції картерних газів засмічується або її продуктивність знижується з інших причин, надлишковий тиск може перешкоджати стікання олії з каналів турбіни назад у двигун. В цьому разі масло буде шукати собі іншу дорогу. Масло може просочуватися в холодну (компресорну) частина: звідси вона потрапляє в інтеркулер, а звідти – у впускні канали і, отже, в камери згоряння. Тут воно просто згоряє. В результаті можна зіткнутися з «жором масла», ніяк не пов'язаних із станом ЦПГ.

Якщо олія буде йти в гарячу (турбінну) частина, то воно теж згорить під дією високих температур. Правда, згорання призведе до утворення масляного нальоту – закоксовування – всередині «равлики». Деколи доводиться стикатися з тим, що кількість відкладень буває настільки великим, що ротор турбіни починає зачіпати за нього і перестає вільно обертатися.

Також картерні гази можуть досягти точок змащення й охолодження підшипників. В цьому випадку відбувається масляне голодування, закоксовування маслопроводящих каналів. Все це знову призводить до виходу турбокомпресора з ладу.

Симптоми несправності турбіни

Будь-які несправності в системі наддуву повітря зазвичай пов'язані з несвоєчасним і неякісним обслуговуванням автомобіля або його експлуатацією у граничних режимах. Регулярні ТО за технологією виробника машини і застосування сертифікованих матеріалів (масел, фільтрів тощо) забезпечують турбокомпресора надійність і безвідмовність.

Причини поломки турбокомпресора зазвичай криються не в ньому самому, а в двигуні. Якщо турбіна почала подавати тривожні сигнали, то крім її ремонту потрібно подбати про пошук несправності і її усунення. Можливо поломку викликала та чи інша підсистема силового агрегату. Якщо не усунути несправність, відремонтований або новий турбокомпресор, встановлений замість дефектного, швидко вийде з ладу.

Симптоми несправності турбіни можна умовно розділити на кілька великих частин.

1. Падіння потужності двигуна, зниження розгінної динаміки. Цей симптом відчувається моментально водієм. Не складно здогадатися, що несправність слід шукати в недостатньому надходженні повітря в двигун із-за несправної системи управління наддувом або його пошкодження. Якщо при цьому в моторному відсіку з'являється задимлення, то слід шукати витік вихлопних газів.

2. Дим з вихлопної труби підозрілого кольору: сизого (білого, синього) або чорного. Дим світлого кольору, валящий з вихлопної труби при прискоренні, є причиною згорання масла в циліндрах двигуна. Воно туди може потрапити через витоки в турбокомпресорі. Якщо масло потрапляє до камери згоряння, то його сліди можна виявити в интеркулере і у впускному колекторі.

Чорний колір вихлопних газів свідчить про згорянні в циліндрах збагаченої паливної суміші. В цьому випадку слід шукати витоки повітря в «холодної» частини турбокомпресора, включаючи інтеркулер і впускний колектор.

1. Зниження рівня масла – цей симптом може свідчити як про згорянні масла в циліндрах, так і про його витоки і згорянні всередині «равлики» турбіни.

2. Сторонні шуми при роботі турбокомпресора можуть бути викликані як витоками повітря або вихлопних газів, так і механічними ушкодженнями турбіни (її крильчаток або підшипників).

Ремонт турбіни: ремонт чи заміна?

Прежде чем решиться на манипуляции с турбиной нужно определить причину неисправности и устранить ее ведь дело может быть вовсе не в турбине. Если же по итогам диагностики была «приговорена» турбина, то и тут не стоит спешить с заменой. Турбокомпрессор – узел, состоящий из ряда компонентов, подлежащих замене и, иногда, ремонту. Можно отдельно поменять любой из роторов, актуатор, клапаны и даже корпус турбины. Также продаются ремкомплекты турбин со всеми необходимыми уплотнениями. Корпус, як правило, розбірний: окремо йдуть «равлики» турбіни і компресора і центральна частина, звана «картриджем». В картридж входить центральна частина турбіни з підшипниками, сальниками, валом і двома роторами.

Підбір турбіни або компонентів можливий у нашому інтернет-магазині "GlobalCars"
 

+380677210505

+380957210505

+380937210505