Більшість двигунів уже давно оснащуються системами турбонаддува. Без турбін дизельні мотори не обходяться вже років 20, а бензинові мотори почали повальний перехід на наддув років 15-10 назад. З турбінами силові агрегати стали швидше і могутніші, але у власників автомобілів додалося клопоту. Сьогодні ми поговоримо про те, що таке турбіна, навіщо вона потрібна і як вибрати хорошу колишню в експлуатації турбіну.
Що таке турбіна?
Взагалі правильно і грамотно цей вузол називається турбокомпресор. Він складається з трьох основних частин. З корпусу турбіни ( «гаряча» частина, укладена в чавунний «равлик»), з корпусу компресора ( «холодна» частина в алюмінієвому корпусі) і розташованого між ними корпусу підшипників (він же «картридж»). У корпусах крильчаток при роботі турбіни створюється підвищений тиск газів, а в картриджі - розрядження.
Усередині картриджа перебуває ротор (вал), на кінцях якого закріплені крильчатки турбіни і компресора. Зазвичай на крильчатку поміщається від 9 до 12 лопастей. Вал кріпиться на опорному і впорному підшипниках, які представляють собою втулки, в яких утримується і обертається вал. Однак сьогодні широке поширення також отримують і турбіни з кульковими підшипниками.
У підшипниках турбіни обов'язково має бути масло, яке утворює масляний клин, на якому і обертається ротор турбіни - він немов левитує на тонкому шарі масла, ковзає без опору і не зачіпаючи поверхню картриджа.
Масло безперервно подається в картридж і зливається з нього. Для того щоб масло не тікало з корпусу підшипників в корпусу турбіни і компресора, використовуються сталеві кільця ущільнювачів. Вони хитро встановлені - з осьовим і торцевих зазором. Потрібне ущільнення досягається при роботі турбіни.
Саме тому, продаж картриджів для турбін пропонує багато магазинів, і саме тому їх треба купувати якісні.
Як працює турбіна?
Турбокомпресор приводиться в рух потоком вихлопних газів. Гази розкручують крильчатку турбіни, одночасно з цим обертається і крильчатка компресора, яка усмоктує повітря і створює необхідний тиск. У турбокомпресора робочий діапазон не безмежний. Так, при недостатньому потоці вихлопних газів продуктивність турбіни не висока - створюваний тиск наддуву відносно невеликий. А ось якщо мотор «розкрутити», то він почне виробляти достатню вихлопних газів, і тоді турбіна вийде на свою максимальну продуктивність. Як кажуть в народі, «турбіна включиться». Однак для того, щоб турбіна дула завжди, майже з холостих оборотів, виробники застосовують різні хитрощі.
Як управляється турбіна?
Турбіна - це завжди компромісне рішення. Наприклад, для цивільного дизелька важливо мати хорошу тягу на низах. Для цього виробники створюють турбокомпресори, ротори яких розкручуються до високих робочих оборотів при низькій швидкості роботи мотора. Але що трапиться з такою турбіною, якщо водій вирішить викрутити мотор до відсічення? В цьому випадку вона може вийти на позамежну швидкість роботи, виникне так званий «Передув», від якого не буде добре ні самій турбіні, ні двигуну. Як бути? Потрібно управляти продуктивністю турбіни!
Найпростіше рішення полягає у використанні перепускного клапана (байпас, уестгейт). Цей клапан відкривається після досягнення максимального значення наддуву, і відпрацьовані гази через нього йдуть прямо в вихлопну систему, минаючи колесо турбіни. Просто, надійно, але не дуже гнучко. За відкриття клапана відповідає пневматичний актуатор.
Більш гнучке рішення полягає в управлінні напрямком потоку вихлопних газів. Для цього в «равлику» гарячої частини на шляху потоку газів встановлюються лопатки, кут атаки яких регулюється. На невисоких оборотах, коли газів мало, кут атаки лопаток великий: вони буквально направляють і відхиляють гази на лопасті турбіни. Коли тиск наддуву зростає, потужність мотора і кількість вироблених вихлопних газів виростає, лопатки стають уздовж потоку газів, не надаючи на них ніякого направляючого впливу. Таке рішення називається «керованої геометрією». За керування положенням лопаток відповідає пневматичний привід, або електронний з сервомотором. Останній точніше, але в разі чого з ним більше клопоту в плані ремонту та калібрування. Хоча ремонт турбін можна доручити професіоналам, тоді вас ця проблема не обходитиме.
Тут же згадаємо, що пропускні клапани використовуються на турбінах бензинових і дизельних моторів. А керована геометрія - це доля турбін дизельних двигунів. Лише на оппозитних турбобензинових моторах спортакарів Porsche використовуються турбіни з керованою геометрією. Справа в тому, що температура вихлопних газів бензинових моторів дуже висока і використання лопаток з непростим механізмом приводу вимагає використання дорогих жароміцних сплавів.
Також на високоспритних і потужних двигунах використовується перепускний клапан у впускному колекторі. Він служить для скидання надлишкового тиску наддуву в тих випадках, коли, наприклад, після інтенсивного розгону водій відпускає акселератор (при цьому дросель закривається), а потік і тиск повітря у впуску дуже високий. У цьому випадку повітря необхідно стравити, інакше навантаження на крильчатку компресора і ротор в цілому критично зросте.
Які різновиди турбін бувають?
Крім типу управління турбіни можна розділити ще на кілька типів. Турбокомпресори можуть бути поодинокими, так і парними: наддув може бути подвійним, потрійним і навіть четверним (є й такі мотори). У цьому випадку застосовується дуже складна розводка впускного і випускного колектора, обвідні канали перепускних клапанів для реалізації ступеневого наддуву або паралельної роботи декількох турбокомпресорів.
Також існують так звані «твінскрольні» турбіни. Вони застосовуються на легкових бензинових моторах і на вантажних дизельних. Суть в тому, що потоки вихлопних газів від циліндрів збираються в два роздільних канали - заради виключення взаємного протитиску і гармонізації імпульсів вихлопних газів, в результаті приводить до невеликого поліпшення паливної економічності. До крильчатки турбіни гази надходять по двох каналах.
І останнє віяння в моді на турбокомпресори - компресор з електричним приводом. Тобто, робота вихлопних газів не використовується. Замість крильчатки турбіни використовується потужний електромотор, що працює від 48-вольтової електромережі. Компресорна частина влаштована, можна сказати, традиційним чином.
Як вибрати вживану турбіну?
Ведеться багато суперечок про те, що краще: відновлювати турбіну або купувати б.в. Якщо говорити об'єктивно, то б.в. турбіна дешевше відновленої на заводі-виробника приблизно в 3 рази. Так, б.в. турбіна має деякий знос. Але в її захист скажімо, що відновлені на заводі-виробнику турбіни оснащуються доступними розхідниками і картриджами від китайських виробників. Оригінальна нова турбіна на популярні автомобілі коштує від 1000 до 4000 доларів. Тому багато, зіставляючи суми, в тому числі приходять і до вибору б.в. турбін.
Отже, на що звернути увагу при виборі турбіни? Перш за все, повинен бути відсутнім люфт ротора. Для цього торкаємося кінчиків вала пальцями і намагаємося розхитати турбіну. Поздовжнього осьового люфту бути не повинно (вірніше, він повинен бути, але в межах від 0,06 до 0,09 мм - а цього «пальцометром" не відчуєш). Радіальний (поперечний) люфт допускається - це саме той зазор, який заповнюється маслом, на якому обертається ротор. Але крильчатки ні в якому разі не повинні зачіпати за корпус. Також на лопастях не повинно бути пошкоджень і відколів. Корпуси турбіни повинні бути сухими - без потьоків масла, які свідчать про знос і негерметичність ущільнень. Улітку холодна частина взагалі повинна бути сухою зсередини. Також важливо щоб трубки, по яких масло подається в турбіну і зливається з неї, були не просто обрізані, а ще й завальцьовані (сплющені і як би запечатані) - заради запобігання потрапляння бруду в картридж.