Турбонаддув влаштований просто, надійний не завжди
Ідея застосування та перші конструкції систем наддуву двигунів з'являються вже на початку минулого століття. Дійсно, принцип цілком очевидний: чим більше палива спалити в циліндрі - тим більше утворюється газів при його згорянні - тим більша і сила їх розширення - і тим відповідно вища потужність двигуна.
Але збільшувати лише подачу палива марно – без кисню воно не згорятиме повністю. Тому, щоб підняти потужність, потрібно або збільшувати об'єм циліндрів, або подавати в той же об'єм більше повітря, в якому зможе згоряти більше палива.
Такі системи починають з'являтись на автомобілях з кінця 20-х – початку 30-х років ХХ століття, і сьогодні у серійному виробництві – кілька різновидів конструкцій наддуву. Це насамперед механічний компресор, що складається з ротора, що обертається з лопатками, що приводиться в дію ремінною передачею від двигуна або окремим електромотором. Цікавою конструкцією виступає хвильовий нагнітач, коли ротор має аксіально розташовані камери-осередки, проходячи через які вихлопні гази створюють розрядження, за рахунок чого всмоктується повітря. Не цілком типовий спіральний або G-подібний наддув, що складається з двох спіралеподібних частин – нерухомої зовнішньої (корпус) і рухомої внутрішньої (витіснювач), яка, обертаючись, здійснює коливальні рухи, через що утворюються серпоподібні порожнини, вони рухаються до центру, переміщуючи .
Але найбільшого поширення на сьогодні набув турбонаддув – компресор з приводом від турбіни, яким зараз оснащується більшість дизелів і цілий ряд бензинових моторів.
Принципова схема влаштування турбокомпресора досить проста. Вінскладається із встановлених на загальному валу та укладених у єдиний корпус двох турбін – роторів із лопатками, один обертається потоком вихлопних газів і відповідно обертає інший, який нагнітає повітря у циліндри. Однак технічно при цьому доводиться вирішувати цілу низку проблем, що робить турбокомпресор досить інженерно-складним і дорогим вузлом.
Насамперед, це проблема інерції турбіни, якій при підвищенні обертів ще потрібен деякий час, щоб розкрутитися. Звідси і виникає той відомий ефект "турбоями", коли на різке натискання газу двигун відгукується не відразу - спочатку "думає", а потім раптом різко "підхоплює". Інерційність тягне й іншу крайність: розкручуючи, на високих оборотах турбіна починає нагнітати повітря під надмірним тиском. І навпаки - при низьких оборотах, коли потік вихлопних газів невеликий, вона слабко крутиться.
Найбільш поширеним в автобудуванні рішенням виступає система управління тиском наддуву, в якій частина вихлопних газів може перепускатися повз турбіну. Таким чином, на високих оборотах скидається зайвий тиск, а на низьких, навпаки, створюється максимальний і весь потік прямує на турбіну, яка починає розкручуватися швидше, що дозволяє зменшити "турбояму". Технічно це реалізується за допомогою тарілчастих клапанів або поворотної заслінки, величиною відкриття яких через сервопривід керує електронний блок.
Для повної ліквідації «турбоями» та підвищення моменту на низьких оборотах у деяких «просунутих» моторів на додаток до турбокомпресора встановлюється механічний, який, маючи практично миттєвий відгук, закриває інерційні провали турбіни. Крім цього, досить перспективною в даний час виглядає конструкція турбіни із змінноюгеометрією, що має керовані поворотні лопатки, що дозволяє змінювати параметри турбіни у найширшому діапазоні.
Паралельно з конструкцією для боротьби з інерційністю дуже важливе значення мають матеріали, з яких виготовляються компресори: турбіна має бути легкою. А також дуже міцна: температура вихлопних газів, що надходять на її колесо, становить від 650-750 ° С у дизеля і може досягати 1 000 ° С у бензинового мотора, а частота обертання знаходиться в межах 4 000-21 000 об/хв. Тому колесо турбіни відливається у вакуумі із жароміцного нікелевого сплаву, а корпус – із високоміцних та високолегованих марок чавуну. Інновацією сьогоднішнього дня стали кераміка та полімери: з'являються такі конструкції, як, наприклад, монолітні турбіни із спеченого карбіду кремнію, які важать у 3 рази менше звичайних при тій же механічній міцності.
Виробники закладають у конструкцію досить пристойний ресурс, який у сучасних турбін практично дорівнює ресурсу двигуна. Але тільки за однієї умови – суворому дотриманні всіх запропонованих норм за періодичністю ТО та матеріалів, що використовуються для обслуговування. Турбокомпресор - це вузол, який практично весь час працює у важких умовах та в режимі високих навантажень. Тому його живучість досить легко знизити.
Перші вороги турбокомпресора – невчасна заміна олії або встановлення неякісного фільтра. У цьому випадку абразивні частинки (продукти роботи двигуна), що циркулюють по масляній системі, починають потрапляти в підшипниковий вузол турбокомпресора і викликають його знос. Від цього утворюється люфт ротора, що, у свою чергу, викликає знос ущільнювальних кілець і лопаток коліс турбіни, і в результаті компресор виходить з ладу. До того ж ефекту тарезультатам призводить розгерметизація впускного тракту і «підкачування» брудного повітря повз фільтр, при якій пил і пісок, що потрапляють ззовні, можуть сточити лопатки турбіни.
Дуже вимогливий турбокомпресор і до чіткої роботи інших систем двигуна - охолодження та прокачування олії. Особливо чутливим місцем на практиці виявляється підшипниковий вузол турбокомпресора, оскільки масло, що надходить до нього, крім безпосередньо змащування також виконує функції охолодження та демпфування ротора, гасячи його коливання. У разі погіршення прокачування масла підшипники компресора починають інтенсивно зношуватися - і незабаром стане необхідним ремонт.
Для турбокомпресорів дуже характерний ефект «снігової грудки», коли найменша несправність і навіть невелике порушення параметрів роботи в одному місці неминуче ведуть до появи пов'язаних з вузлом інших несправностей і, в результаті, поломки агрегату. І при цьому падіння потужності двигуна, підвищена витрата масла в моторі, поява масляних потік на патрубках впускного і випускного трубопроводів, раптом з'явився сторонній звук, чорне або синє забарвлення диму з вихлопної труби - все це може бути "симптомами початку хвороби". Виявивши їх, у сервіс їхати треба не відкладаючи.
Втім, зауважимо, що у машин, куплених новими в автосалоні і які обслуговуються за гарантією в дилерському сервісі, проблем з турбонаддувом у переважній більшості випадків не виникає. Регулярні ТО за технологією виробника машини та застосування сертифікованих матеріалів (масел, фільтрів тощо) забезпечують турбокомпресору надійність та безвідмовність. Але при купівлі «секонд-хенду», особливо того, що встиг поїздити після ремонту, можуть бути проблеми: невідомо як експлуатував і обслуговував свій автомобіль колишній власник.Тому після первинного огляду неодмінно варто заїхати на діагностику в автосервіс - за ремонт турбокомпресора менше $500-700 заплатити не вийде.