Турбіна: як працює, чому ламається і чи легко ремонтується

Турбіна: як працює, чому ламається і чи 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: жорсткого зв'язку з будь-якими рухаються двигуна у нього немає. Це прерогатива, наприклад, компресора, який приводиться безпосередньо зі шківа коленвала. На перший погляд «турбіна» влаштована просто: уявіть собі вал, на шпалери кінцях якого розташовані дві крильчатки. Крильчатки поміщені в герметичні корпуса, «закручені» на один оборот ніби черепашки равлики. 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 вхідну систему двигуна: потрапляє в циліндри, проходячи через проміжний охолоджувач-радіатор (інтеркулер). Стисненого повітря потрібно охолодження, тому що при стисненні повітря неминуче нагрівається. Подавати нагріте повітря в камери згоряння безглуздо: вмить падає ККД двигуна.

Турбокомпресор оснащений рядом компонентів, що забезпечують його регулювання, управління і контроль. Часто на дизельних двигунах застосовуються турбіни з «змінною 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 щодо насосного колеса. Лопаті наводяться від окремого актуатора, керованого соленоидом. 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. Зі збільшенням 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 оппозітних 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 в два роздільних каналу. Такий поділ (буквально як в колекторі типу 4-2-1, також відомому як «павук») дозволяє знизити засунений газів у випускному колекторі, поліпшити його продування 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 відведення надлишку стисненого компресором повітря в момент різкого закриття дроселя (відпускання педалі газу). Якщо цей повітря не стравлювати, він піде з впускного колектора назад в протихід обертанню крильчатки, в результаті чого можливе пошкодження елементів ротора компресора.

Також турбокомпресори оснащуються перепускний заслінкою або клапаном на випуску. Цей клапан називається «Уестгейт» (від англ. Wastegate - дослівно «ворота розтрати», або просто перепускний клапан). Він служить для того, щоб направляти частину потоку вихлопних газів в обхід турбіни. При цьому обмежується і контролюється швидкість обертання ротора турбокомпресора. Уестгейт наводиться 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 мастилі і охолодженні моторним маслом, 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 примхливим 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 і мотора, і турбіни.

Причини поломок турбіни

Недолік змащення й охолодження

Найчастіше турбіна виходить з ладу через нестачу 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: масло не тільки змащує, а й охолоджує. Зазвичай через масляного голодування нормальна робоча температура підшипників і вала турбіни підскакує з 60-90 ° С до 400 ° С (до невідведених тепла додається тепло, що виділяється в підшипниках при терті). При такій температурі залишки масла буквально горять, коксуються і ще сильніше засмічують маслопроводящіе канали та отвори в підшипниках. Працюючі «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 корпусу ( «равлики»). Турбокомпресор отримає серйозні пошкодження і 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, в 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 в картриджі зберігається повітряна пробка, яку масло не в змозі продавити.

Повільне масляне голодування розвивається в умовах невеликого недоліку масла через, наприклад, зниження продуктивності масляного насоса, закоксованность масляної магістралі або їх перегинів.

Періодичне масляне голодування зазвичай відбувається при різкій зупинці турбомотора після серйозних навантажень. В цьому випадку припиняється мастило та охолодження, але в порожнинах турбіни зберігається висока температура, при якій масло коксується 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.

забруднена олія

Нерідко моторне масло містить в собі частинки зносу тертьових деталей двигуна. Якщо фільтр не затримує абразив, то він неминуче потрапить в масляні канали турбіни (і інші важливі деталі двигуна). В результаті власник зіткнеться з поломкою, викликаної зносом 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 через руйнування або пошкодження її лопатей твердими частинками, лежать за межами її корпусу. Щоб досягти лопатей ротора, зазвичай це ротор компресора, сторонні частинки повинні потрапити під вхідну систему двигуна. Як правило сміття проривається через зношений повітряний фільтр або через нещільні з'єднання впускних патрубків. Дрібні частинки викликають локальні пошкодження крайок ротора або їх сошліфовиваніє.

Підпір картерних газів

Картерів 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 клапанною кришкою і в картері) утворювалося б надлишковий тиск, здатне видавити будь ущільнення двигуна (першими в цьому випадку здаються сальники коленвала або розподілвалів). До того ж картерів гази несуть в собі частинки згорілого 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 стіканню масла з каналів турбіни назад в двигун. В цьому випадку масло буде шукати собі іншу дорогу. Масло може просочуватися в холодну (компресорну) частина: звідси воно 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'язаним зі станом ЦПГ.

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

Також картерів гази можуть досягти точок змащення і охолодження підшипників. В цьому випадку відбувається масляне голодування, закоксовиваніє маслопроводящіх каналів. Все це знову призводить до виходу турбокомпресора з ладу.

Симптоми несправності турбіни

Будь-який дефект в системі наддуву повітря зазвичай пов'язані з несвоєчасним і неякісним обслуговуванням автомобіля або його експлуатацією в граничних режимах. Регулярні ТО за технологією виробника машини і застосування сертифікованих матеріалів (мастил, фільтрів і т.д.) забезпечують турбокомпресору надійність і безвідмовність.

Причини поломок 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 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 через несправну систему 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, що валить з вихлопної труби при прискоренні, є причиною згоряння масла в циліндрах двигуна. Воно туди може потрапити через витоки в турбокомпресорі. Якщо масло потрапляє в камери згоряння, то його сліди можна виявити в інтеркулере і у впускному колекторі.

Чорний колір вихлопних газів свідчить про згорянні в циліндрах збагаченої паливної суміші. В цьому випадку слід шукати витоки повітря в «холодній» 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 витоках 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: лагодження або заміна?

Перш ніж зважитися на маніпуляції з турбіною потрібно визначити причину несправності і усунути її адже справа може бути зовсім не в турбіні. Якщо ж за підсумками діагностики була «засуджена» турбіна, то і тут не варто поспішати з заміною. Турбокомпресор - вузол, що складається з ряду компонентів, що підлягають заміні та, іноді, ремонту. Можна окремо поміняти будь-який з роторів, актуатор, клапани та навіть корпус турбіни. Також продаються ремкомплекти турбін з усіма необхідними ущільненнями. 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 обома роторами. Вартість картриджа варіюється від 200 до 350 рублів. Заміна обійдеться ще в 200 рублів.

«Базовий» варіант ремонту турбіни - це її заміна цілком. вартість «Б / вушних» турбін на популярні моделі автомобілів варіюється від 180 до 500 рублів. Вартість нових і відновлених турбін: від 600 до 1500 біл. рублів і вище.

У будь-якому випадку, несправну турбіну слід продіагностувати і визначити вийшли з ладу деталі. «Точкова» заміна деталей може продовжити життя турбокомпресору і заощадити гроші.