Турбонаддув обеспечивает двигателю, в котором он предусмотрен, преимущество над обычным атмосферным мотором такого же рабочего объема в мощности и крутящем моменте. Однако появление на двигателе системы, которая в дополнение к имеющимся деталям и узлам, способным выйти из строя, также когда-нибудь может потребовать ремонта, автоматически снижает общую надежность мотора.
Как устроен и работает
Схематически все просто. Турбокомпрессор, являющийся главным агрегатом системы, крепится к выпускному коллектору двигателя, а с воздушным фильтром и впускным коллектором соединен с помощью трубопроводов. Не всегда, но достаточно часто между турбокомпрессором и впускным коллектором в систему включают еще интеркулер, представляющий собой радиатор, предназначенный для охлаждения воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором в цилиндры двигателя.
В простейшем случае турбокомпрессор состоит из трех узловых секций - турбины, компрессора и корпуса подшипников, называемого также картриджем. Приводится в действие турбокомпрессор выхлопными газами. Это их поток, устремляясь с высокой скоростью из цилиндров и попав в турбину, раскручивает ее колесо, а вместе с ним вал ротора и закрепленное на противоположной стороне этого вала колесо компрессора. Компрессор втягивает предварительно очищенный в воздушном фильтре воздух, сжимает и под давлением гонит его по впускному тракту к цилиндрам двигателя. Помимо трех основных секций турбокомпрессоры могут оснащаться механизмами, предназначенными для регулирования давления наддува посредством перепускного клапана, предусмотренного в турбине, или с помощью изменения геометрии аппарата, направляющего поток выхлопных газов на лопатки колеса турбины.
Под термическим спудом
Условия, в которых работают детали турбокомпрессора, тепличными не назовешь. Температура выхлопных газов в некоторых режимах работы двигателя может превышать 650 градусов и, например, на бензиновых турбомоторах достигать даже 1000 градусов, что обуславливает сильный нагрев деталей, прежде всего турбинной секции и картриджа со стороны этой секции. Правда, эти детали рассчитаны на высокие термические нагрузки. И если по каким-то причинам нагрев не превысит норму, то ничего страшного с ними не произойдет. Другое дело масло, которое в турбокомпрессорах служит не только смазкой, но и с полной отдачей работает в качестве охлаждающей жидкости. Трудно назвать другое место в двигателе, где масло подвергается нагреву так же сильно, как в турбокомпрессоре, а действие высоких температур, как известно, ускоряет окисление, термическое разложение, образование нагара и потерю маслом рабочих свойств.
В то же время не менее трудно указать в двигателе другое место, которое больше турбокомпрессора нуждалось бы в качественной смазке. Статистика сервисов, занимающихся ремонтом агрегатов наддува, свидетельствует, что львиная доля обращений клиентов связана именно с проблемами смазки. Ротор турбокомпрессора в зависимости от режима работы мотора вращается со скоростью 50-250 тыс. об/мин. Никакая другая деталь в двигателе не вращается так быстро, хотя, разумеется, ухудшение качества моторного масла на долговечности остальных трущихся в моторе деталей тоже не может не сказаться.
Из-за масла
Моторные масла различаются по стойкости к окислению, моющей способности, склонности к образованию нагара и другим эксплуатационным характеристикам, что обязательно оговаривается в маркировках API и ACEA, указываемых в этикетках на емкостях с маслом. Масло с невысокими рабочими качествами быстрее теряет смазывающие свойства и коксуется. Продукты термического разложения откладываются внутри канала в трубке, по которой масло подводится к турбокомпрессору, ухудшая подачу к подшипникам ротора, а значит, смазку и охлаждение. Кроме того, коксование - основная причина выхода из строя уплотнений ротора, на кромках которых кокс откладывается, после чего масло из корпуса подшипников начинает проникать в турбину и компрессор. Это, во-первых, увеличивает расход масла на угар, во-вторых, не сулит ничего хорошего механизму регулирования давления наддува, катализатору и сажевому фильтру, если масло проникает в турбину, либо интеркулеру и деталям, которым приходится обрастать нагаром в камерах сгорания цилиндров двигателя, если масло прорывается в компрессорную секцию.
Сказанное объясняет, почему залитое в двигатель масло по уровню характеристик API и ACEA не должно быть хуже рекомендованного инструкцией по эксплуатации. Но даже если по эксплуатационным свойствам масло соответствует мотору, обслуживать систему смазки турбодвигателя необходимо по укороченному в сравнении с обычными моторами регламенту. Практика показывает, что мелкие, из-за чего не задерживаемые масляным фильтром и накапливающиеся в масле посторонние включения наиболее негативное влияние среди разнообразных пар трения в двигателе оказывают именно на подшипники в картридже турбокомпрессора. Поэтому масло вместе с фильтром в двигателях с турбонаддувом желательно менять не реже 7-7,5 тыс. км и использовать при замене не только качественное масло, но и качественный фильтр.
Различаются масла и по вязкости, которая характеризуется индексом SAE, указываемым на этикетках наряду с API и ACEA. Этот нюанс также нужно учитывать, памятуя, что картридж удален от масляного насоса, из-за чего подшипники турбокомпрессора смазываются в последнюю очередь. Слишком вязкое масло плохо поступает в картридж, что создает предпосылки для задержки со смазкой, масляного голодания, полусухого трения и износа подшипников. Это требует щепетильно подходить к выбору величины SAE масла в зависимости от температурных условий эксплуатации и до полного прогрева двигателя воздерживаться от резких разгонов и движения автомобиля в форсированных режимах.
Что он нам несет?
Еще одну угрозу турбокомпрессору несет в себе воздух. Случаи абразивного износа и даже механической деформации и повреждения лопаток колеса компрессора встречаются намного чаще, чем можно предположить.
Скорее всего, сказывается более сильное, чем в обычных двигателях, разряжение, которое создается во впускном тракте между воздушным фильтром и турбокомпрессором. Даже лучшие воздухофильтры не обеспечивают стопроцентную очистку поступающего воздуха - какая-нибудь мелочь через поры фильтровальной бумаги обязательно проскочит, а разряжение ей в этом только способствует.
Но главное заключается в том, что разряжение тем больше, чем сильнее загрязнен фильтр, и в результате на моторах с турбонаддувом чаще нарушается герметичность впускного тракта. Там, где в обычном двигателе ослабленное крепление какого-нибудь хомута на впускном патрубке еще ничем не чревато, в турбомоторе запросто может появиться прореха, в которую втягивается неочищенный воздух. Бывает, что в турбину влетает и что-нибудь более существенное, чем пыль. Например, оторвавшийся фрагмент фильтра. Это объясняет, почему на качестве и сроках замены воздушного фильтра экономить так же неразумно, как и на масле и его фильтре, а любой свист или другой посторонний звук, появившийся в районе впускного тракта, ни в коем случае нельзя оставлять без внимания.
Внешние факторы, или как же его остановить?
Как бы ни была высока температура выхлопных газов, можно сделать ее еще выше. Работа со сбитым углом опережения зажигания в бензиновом двигателе или углом опережения впрыска топлива в дизеле, использование бензина с октановым числом, отличающимся от рекомендуемого, добавление в дизельное топливо бензина, к которому нередко прибегают зимой в целях борьбы с выпадением парафина, ведут к увеличению температуры выхлопных газов сверх нормы. Перегреться турбокомпрессор также способен, если топливо не сгорает полностью в цилиндрах и какая-то его часть, будучи выброшенной в выхлопной коллектор, сгорит в турбине. Такое происходит, когда топливные форсунки льют, а не распыляют топливо как должно или когда плохо работают свечи зажигания, что, к слову, может быть связано не только со свечами, но и с другими деталями системы зажигания. Сильный перегрев опасен не только для масла - пострадать способны детали турбины, из чего становится понятно, почему любые неисправности в системах питания или зажигания турбированных двигателей должны устраняться на самой ранней стадии их проявления. Это же касается и повышенного расхода масла на угар по причине износа поршневых колец или маслосъемных колпачков клапанов - выброшенное в турбину масло превращается в нагар, а он способен заклинить клапан или лопатки в механизме управления давлением наддува. Никаких течей по трубке подвода масла к картриджу быть не должно - из-за них уменьшается расход масла через картридж, а оно, как о том говорилось, не только смазывает, но и охлаждает турбокомпрессор.
Последняя рекомендация опять-таки связана с перегревом - кратковременным, но резким, который случается, когда двигатель глушат сразу же после остановки автомобиля. Пока мотор работает, тепло от деталей турбокомпрессора отводится потоком масла, а в конструкциях с водяным охлаждением - еще и потоком охлаждающей жидкости. Как только мотор остановлен, проточное охлаждение прекращается, тепловой удар от нагретых деталей приходится на масло, задержавшееся внутри турбокомпрессора, в том числе и на его тонкую прослойку, оставшуюся в зазорах подшипников. Такой удар не выдержит даже самое лучшее масло. Поэтому после остановки автомобиля двигатель с турбонаддувом должен некоторое время поработать на холостых оборотах. При этом турбокомпрессор охлаждается не только за счет протока масла, но и благодаря тому, что температура выхлопных газов при работе на холостом ходу существенно ниже, чем под нагрузкой. Одновременно уменьшается скорость вращения ротора, и это тоже неплохо, так как после остановки двигателя ротору предстоит некоторое время вращаться по инерции, когда его подшипники остались на голодном масляном пайке, и во избежание продолжительного полусухого трения будет лучше, если ротор начнет останавливаться с 50 тыс., а не с 250 тыс. об/мин. Сколько дать двигателю поработать перед остановкой, зависит от интенсивности предшествующей нагрузки и температурных условий.
Источник: газета «Автобизнес Weekly»
Как устроен и работает
Схематически все просто. Турбокомпрессор, являющийся главным агрегатом системы, крепится к выпускному коллектору двигателя, а с воздушным фильтром и впускным коллектором соединен с помощью трубопроводов. Не всегда, но достаточно часто между турбокомпрессором и впускным коллектором в систему включают еще интеркулер, представляющий собой радиатор, предназначенный для охлаждения воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором в цилиндры двигателя.
В простейшем случае турбокомпрессор состоит из трех узловых секций - турбины, компрессора и корпуса подшипников, называемого также картриджем. Приводится в действие турбокомпрессор выхлопными газами. Это их поток, устремляясь с высокой скоростью из цилиндров и попав в турбину, раскручивает ее колесо, а вместе с ним вал ротора и закрепленное на противоположной стороне этого вала колесо компрессора. Компрессор втягивает предварительно очищенный в воздушном фильтре воздух, сжимает и под давлением гонит его по впускному тракту к цилиндрам двигателя. Помимо трех основных секций турбокомпрессоры могут оснащаться механизмами, предназначенными для регулирования давления наддува посредством перепускного клапана, предусмотренного в турбине, или с помощью изменения геометрии аппарата, направляющего поток выхлопных газов на лопатки колеса турбины.
Под термическим спудом
Условия, в которых работают детали турбокомпрессора, тепличными не назовешь. Температура выхлопных газов в некоторых режимах работы двигателя может превышать 650 градусов и, например, на бензиновых турбомоторах достигать даже 1000 градусов, что обуславливает сильный нагрев деталей, прежде всего турбинной секции и картриджа со стороны этой секции. Правда, эти детали рассчитаны на высокие термические нагрузки. И если по каким-то причинам нагрев не превысит норму, то ничего страшного с ними не произойдет. Другое дело масло, которое в турбокомпрессорах служит не только смазкой, но и с полной отдачей работает в качестве охлаждающей жидкости. Трудно назвать другое место в двигателе, где масло подвергается нагреву так же сильно, как в турбокомпрессоре, а действие высоких температур, как известно, ускоряет окисление, термическое разложение, образование нагара и потерю маслом рабочих свойств.
В то же время не менее трудно указать в двигателе другое место, которое больше турбокомпрессора нуждалось бы в качественной смазке. Статистика сервисов, занимающихся ремонтом агрегатов наддува, свидетельствует, что львиная доля обращений клиентов связана именно с проблемами смазки. Ротор турбокомпрессора в зависимости от режима работы мотора вращается со скоростью 50-250 тыс. об/мин. Никакая другая деталь в двигателе не вращается так быстро, хотя, разумеется, ухудшение качества моторного масла на долговечности остальных трущихся в моторе деталей тоже не может не сказаться.
Из-за масла
Моторные масла различаются по стойкости к окислению, моющей способности, склонности к образованию нагара и другим эксплуатационным характеристикам, что обязательно оговаривается в маркировках API и ACEA, указываемых в этикетках на емкостях с маслом. Масло с невысокими рабочими качествами быстрее теряет смазывающие свойства и коксуется. Продукты термического разложения откладываются внутри канала в трубке, по которой масло подводится к турбокомпрессору, ухудшая подачу к подшипникам ротора, а значит, смазку и охлаждение. Кроме того, коксование - основная причина выхода из строя уплотнений ротора, на кромках которых кокс откладывается, после чего масло из корпуса подшипников начинает проникать в турбину и компрессор. Это, во-первых, увеличивает расход масла на угар, во-вторых, не сулит ничего хорошего механизму регулирования давления наддува, катализатору и сажевому фильтру, если масло проникает в турбину, либо интеркулеру и деталям, которым приходится обрастать нагаром в камерах сгорания цилиндров двигателя, если масло прорывается в компрессорную секцию.
Сказанное объясняет, почему залитое в двигатель масло по уровню характеристик API и ACEA не должно быть хуже рекомендованного инструкцией по эксплуатации. Но даже если по эксплуатационным свойствам масло соответствует мотору, обслуживать систему смазки турбодвигателя необходимо по укороченному в сравнении с обычными моторами регламенту. Практика показывает, что мелкие, из-за чего не задерживаемые масляным фильтром и накапливающиеся в масле посторонние включения наиболее негативное влияние среди разнообразных пар трения в двигателе оказывают именно на подшипники в картридже турбокомпрессора. Поэтому масло вместе с фильтром в двигателях с турбонаддувом желательно менять не реже 7-7,5 тыс. км и использовать при замене не только качественное масло, но и качественный фильтр.
Различаются масла и по вязкости, которая характеризуется индексом SAE, указываемым на этикетках наряду с API и ACEA. Этот нюанс также нужно учитывать, памятуя, что картридж удален от масляного насоса, из-за чего подшипники турбокомпрессора смазываются в последнюю очередь. Слишком вязкое масло плохо поступает в картридж, что создает предпосылки для задержки со смазкой, масляного голодания, полусухого трения и износа подшипников. Это требует щепетильно подходить к выбору величины SAE масла в зависимости от температурных условий эксплуатации и до полного прогрева двигателя воздерживаться от резких разгонов и движения автомобиля в форсированных режимах.
Что он нам несет?
Еще одну угрозу турбокомпрессору несет в себе воздух. Случаи абразивного износа и даже механической деформации и повреждения лопаток колеса компрессора встречаются намного чаще, чем можно предположить.
Скорее всего, сказывается более сильное, чем в обычных двигателях, разряжение, которое создается во впускном тракте между воздушным фильтром и турбокомпрессором. Даже лучшие воздухофильтры не обеспечивают стопроцентную очистку поступающего воздуха - какая-нибудь мелочь через поры фильтровальной бумаги обязательно проскочит, а разряжение ей в этом только способствует.
Но главное заключается в том, что разряжение тем больше, чем сильнее загрязнен фильтр, и в результате на моторах с турбонаддувом чаще нарушается герметичность впускного тракта. Там, где в обычном двигателе ослабленное крепление какого-нибудь хомута на впускном патрубке еще ничем не чревато, в турбомоторе запросто может появиться прореха, в которую втягивается неочищенный воздух. Бывает, что в турбину влетает и что-нибудь более существенное, чем пыль. Например, оторвавшийся фрагмент фильтра. Это объясняет, почему на качестве и сроках замены воздушного фильтра экономить так же неразумно, как и на масле и его фильтре, а любой свист или другой посторонний звук, появившийся в районе впускного тракта, ни в коем случае нельзя оставлять без внимания.
Внешние факторы, или как же его остановить?
Как бы ни была высока температура выхлопных газов, можно сделать ее еще выше. Работа со сбитым углом опережения зажигания в бензиновом двигателе или углом опережения впрыска топлива в дизеле, использование бензина с октановым числом, отличающимся от рекомендуемого, добавление в дизельное топливо бензина, к которому нередко прибегают зимой в целях борьбы с выпадением парафина, ведут к увеличению температуры выхлопных газов сверх нормы. Перегреться турбокомпрессор также способен, если топливо не сгорает полностью в цилиндрах и какая-то его часть, будучи выброшенной в выхлопной коллектор, сгорит в турбине. Такое происходит, когда топливные форсунки льют, а не распыляют топливо как должно или когда плохо работают свечи зажигания, что, к слову, может быть связано не только со свечами, но и с другими деталями системы зажигания. Сильный перегрев опасен не только для масла - пострадать способны детали турбины, из чего становится понятно, почему любые неисправности в системах питания или зажигания турбированных двигателей должны устраняться на самой ранней стадии их проявления. Это же касается и повышенного расхода масла на угар по причине износа поршневых колец или маслосъемных колпачков клапанов - выброшенное в турбину масло превращается в нагар, а он способен заклинить клапан или лопатки в механизме управления давлением наддува. Никаких течей по трубке подвода масла к картриджу быть не должно - из-за них уменьшается расход масла через картридж, а оно, как о том говорилось, не только смазывает, но и охлаждает турбокомпрессор.
Последняя рекомендация опять-таки связана с перегревом - кратковременным, но резким, который случается, когда двигатель глушат сразу же после остановки автомобиля. Пока мотор работает, тепло от деталей турбокомпрессора отводится потоком масла, а в конструкциях с водяным охлаждением - еще и потоком охлаждающей жидкости. Как только мотор остановлен, проточное охлаждение прекращается, тепловой удар от нагретых деталей приходится на масло, задержавшееся внутри турбокомпрессора, в том числе и на его тонкую прослойку, оставшуюся в зазорах подшипников. Такой удар не выдержит даже самое лучшее масло. Поэтому после остановки автомобиля двигатель с турбонаддувом должен некоторое время поработать на холостых оборотах. При этом турбокомпрессор охлаждается не только за счет протока масла, но и благодаря тому, что температура выхлопных газов при работе на холостом ходу существенно ниже, чем под нагрузкой. Одновременно уменьшается скорость вращения ротора, и это тоже неплохо, так как после остановки двигателя ротору предстоит некоторое время вращаться по инерции, когда его подшипники остались на голодном масляном пайке, и во избежание продолжительного полусухого трения будет лучше, если ротор начнет останавливаться с 50 тыс., а не с 250 тыс. об/мин. Сколько дать двигателю поработать перед остановкой, зависит от интенсивности предшествующей нагрузки и температурных условий.
Сергей Боярских
Источник: газета «Автобизнес Weekly»
