Турбонагнітач - найскладніший і найтендітніший механізм сучасного автомобіля. Цей пристрій потребує великої уваги і догляду за певними правилами, інакше він може стати причиною багатьох технічних проблем, і фінансових втрат для власника автомобіля. Про головні правила експлуатації турбонагнітачів, відмінності їх ремонту і конструкцій - наша серія статей. У другій статті директор київської компанії «ТУРБОБОСС» Віктор Васильович Бондар розповідає про причини довговічності турбонагнітачів.
Принцип дії турбонагнітачів однаковий і для вантажних, і для легкових автомобілів, однак перші за розмірами, природно, більші. Їх оберти менші, зате на сучасних тягачах вони створюють достатньо високий тиск (на двигунах DAF - 2 бар, MAN - 1.4 бар), а їх пробіг набагато солідніший. Якщо на легковому автомобілі турбонагнітач служить 250-300 тис. км пробігу, то норма для вантажівок - 700-800 тис. км. На тягачах Mercedes і Volvo трапляються агрегати, які відпрацювали вдвічі більше. У цього явища є своя причина.
Якщо з двигуном, пальним, мастилом і повітрям все в ідеалі, на довговічність турбонагнітача впливає головним чином подача мастила. Турбонагнітачі для легковиків не поступалися б за пробігом своїм вантажним "колегам", проте їм заважає інший режим експлуатації. Річ в тім, що в момент запуску двигуна підшипники турбіни "сухі", оскільки магістраль не встигає відразу подати на них мастило, і упродовж якихось мікросекунд пара вал-підшипник зазнає механічного тертя. При виключенні двигуна відбувається те ж саме: вал турбонагнітача продовжує обертатися, а мастило до нього вже не надходить. У ці моменти механізм зношується набагато інтенсивніше: зникає мастильна "постіль" вала, і він починає торкатися поверхні бронзової втулки. При цьому відбувається мікроналипання молекул бронзи на вал, і якщо цей процес розпочався, далі він проходить все інтенсивніше. Чим вищі антифрикційні властивості пари вал-підшипник, тим менше неприємностей для турбіни при запусках і зупинках двигуна.
Велика, у порівнянні з вантажівками, частота включень-виключень двигуна і визначає зниження ресурсу турбокомпресора на легкових автомобілях. Адже тягач в рейсі їде сотні кілометрів без зупинки, і його турбонагнітач працює весь час в одному режимі (без "сухого" тертя).
Проблеми, які виникають внаслідок тертя в парі вал-втулка, фірми-виробники вирішують по-різному. Одні насичують поверхневий шар вала турбіни сіркою. Сірка вал не зміцнює, але покращує його антифрикційні властивості. Інші замість сірки застосовують азотування з метою надання поверхневому шару вала максимальної твердості. Треті застосовують різні способи термічного або СВЧ-гартування. Мета у всіх одна - підвищити зносостійкість пари заради тих кількох мікросекунд, коли під час запуску двигуна пара вал-підшипник працює без мастила.
Турбінний вал - найдорожча частина турбонагнітача. Тому в разі будь-яких ознак несправності (турбіна посвистує, або двигун починає диміти, або в ньому зменшується тяга), слід негайно звернутися на сервіс: якщо довести турбонагнітач до поломки ротора, вартість ремонту подвоїться.
Слід пам'ятати: якщо після інтенсивного руху заглушити двигун, то в турбонагнітачі припиняється циркуляція мастила, а його залишки можуть пригоріти на роторі, і цей кокс швидко виведе турбонагнітач з ладу. Тому після інтенсивної їзди не глушіть двигун відразу, а дайте йому попрацювати ще 2 - 3 хвилини. Автомобілі Iveco, наприклад, взагалі оснащені системою турботаймера, і навіть якщо витягнути із замка запалювання ключ, двигун продовжить працювати, щоб турбіна не остигала занадто швидко.
Найбільш вразливий вузол турбонагнітача - це підшипники і ротор, тобто обидві крильчатки, з'єднані валом. Вони працюють в критичних режимах. Швидкість ковзання вала в підшипнику досягає 70 м/с! Окружна швидкість лопатей крильчатки "зашкалює" за 600 м/с! На таких надзвукових режимах навіть мікроскопічний сторонній предмет у повітряних чи вихлопних потоках виводить турбонагнітач з ладу. Тому для його нормальної роботи потрібна по-перше, висока очистка повітря, по-друге - якісне мастило і подача його під розрахунковим тиском, а по-третє - якісне пальне. Найменший збій з подачею мастила виводить ротор з ладу: при таких обертах без змащення будь-який підшипник моментально згорить. Найменші часточки сажі або мастила з двигуна, тим більше - окалина або шматочки поршневих кілець, можуть пошкодити крильчатку. Тобто для нормальної роботи турбокомпресора повинна бути справна ще й поршнева група двигуна.
Найбільш вразливий вузол турбонагнітача - це підшипники і ротор. Швидкість ковзання вала в підшипнику досягає 70 м/с ! А окружна швидкість лопатей крильчатки «зашкалює» за 600 м/с !
Крім того, дуже високі вимоги пред'являються до матеріалу, з якого виготовляються крильчатки. Турбінна, наприклад, повинна витримувати температуру від 900ОС і вище (в деяких турбінах робоча температура досягає 1100ОС). Тому вона робиться з дуже тугоплавкого кобальто-нікелевого сплаву з цілим пакетом спеціальних присадок. Залізо в такому сплаві відсутнє взагалі, як шкідлива домішка.
Компресорна крильчатка закріплюється до валу гайкою через набір спеціальних шайб (одна з них працює в парі з опорним підшипником, а в другій є канавка під компресійне кільце, яке утримує масло з боку компресора). Вона виготовляється з високоякісного алюмінієвого сплаву, і повинна протистояти повітряній ("кавітаційній") корозії, витримувати дуже високі відцентрові навантаження, а також не деформуватися в процесі роботи.
Оскільки в турбонагнітачі є вал і змащення, повинні бути і ущільнення, що запобігають течам масла. Надзвукових швидкостей обертання ротора не витримають ніякі сальники, вони згорять у перші ж секунди роботи. Тому в турбонагнітачах застосовуються ущільнення динамічного типу, так звані лабіринтові, що відкидають масло назад у систему, і перешкоджають перетіканню газів і мастила між вихлопною і нагнітальною порожнинами корпусу. Заводська назва лабіринтових ущільнень - "компресійні кільця".
На ротор діють різні навантаження, в т.ч. й осьові, викликані поздовжнім тиском вихлопних газів на турбінну крильчатку (за законом збереження енергії тиск з боку вихлопу завжди буде більшим, ніж тиск нагнітання). Тому, аби уникнути осьових зміщень, у конструкції турбонагнітача передбачений упорний підшипник ковзання, у якого сталева котушка, що притримує вал, обертається в бронзовій обоймі, нерухомо закріпленій у корпусі. Звичайно, цей вузол теж повинен протистояти інтенсивному зношуванню.
Турбінний вал - найдорожча частина турбонагнітача. Тому в разі будь-яких ознак несправності, слід негайно звернутися на сервіс.
Чавунна частина корпусу на інжекторному двигуні спочатку дуже нагрівається (часом аж до темно-червоного кольору), а потім остигає до температури навколишнього середовища. Внаслідок різких температурних коливань (особливо взимку), чавун почне потроху розтріскуватися. Це відбувається поступово, упродовж років, але все одно чавунна частина корпусу турбонагнітача - один з найбільш термонапружених вузлів автомобіля. Як вже зазначалося, неякісне мастило в таких умовах підгорає, що відразу видно на чавуні.
В наступній статті поговоримо про деякі відмінності "співробітництва" турбонагнітача з іншими системами автомобіля.
Підготував Сергій Пархомов, журнал autoExpert №9 2012.
