АБВ на турбото

„Нищо не може да замени работния обем“ – гласи древна американска мъдрост. Тя обаче не е изглежда особено меродавна от около 15 години – защото „конете“ растат, а кубиците остават или непроменени, или биват намалени. Да, говорим за Downsizing. Намаляването на броя и на обема на цилиндрите означават по-малко вътрешно триене на двигателя и с това – по-нисък разход на гориво. Комбинацията от турбокомпресор и директно впръскване на горивото осигурява редуциране на вредните емисии и на горивната консумация без загуба на динамиката. От малък 1,6-литров бензинов мотор с 4 цилиндъра производителите изстискват до 270 к.с. (Peugeot RCZ-R). В не толкова далечното минало за подобна мощностна характеристика бяха нужни шест или дори осем цилиндъра.

Функцията на турбокомпресора

Турбокомпресорът използва енергията на отработените газове, за да повиши налягането в цилиндрите с допълнителна доза въздух и по този начин да вдигне мощността. Ето защо турбодвигателите се наричат и мотори със свръхпълнене. Самият турбокомпресор се състои от две турбинни колела – „топло“ и „студено“. Те са свързани помежду си с вал, но са поставени в два отделни корпуса. „Топлото“ колело, нарично още турбина, е разположено в изпускателния тракт на мотора. Чрез налягането на горещите отработени газове турбината се завърта – и то много бързо, с до 300 000 об/мин. Със същата скорост се завърта и „студеното“ колело, което е разположено във всмукателния тракт на мотора. То засмуква свеж въздух, нагнетява го в корпуса и го вкарва под високо налягане в цилиндрите. Към увеличеното количество въздух сега може да бъде впръскано и допълнително гориво и така мощността на двигателя нараства. Допълнително по-мощните мотори разполагат и с интеркулер. Неговата задача е да отвежда част от топлината, която се образува при сгъстяването на въздуха. Тъй като при увеличение на температурата обемът на газовете също се увеличава и съответно при намаляването й се свива, охлаждането на постъпващия в мотора въздух позволява количеството на този въздух да бъде по-голямо. Това увеличава коефициента на полезно действие и мощността на двигателя.

За разлика от турбодвигателите, моторите без свръхпълнене засмукват свеж въздух само благодарение на подналягане в цилиндрите. То се осъществява посредством движението на буталото надолу в един от четирите работни такта на мотора – всмукването.

BMW 2002 Turbo е първият сериен модел с турбокомпресор.

Счупени лагери на турбото

Управление на свръхпълненето

За да не достигне налягането на турбото прекалено високи стойности при високи обороти, е нужно специално регулиране – в противен случай последствията се изразяват в пренатоварването на турбото и на други компоненти на мотора. Въпросното регулиране обикновено става посредством клапана, познат като „уейстгейт“, монтиран в „топлата“ част на турбото. Когато е отворен, този клапан пуска газовете покрай „студеното“ колело, така че оборотите на турбината и налягането на свръхпълнене да бъдат редуцирани. Кога и за колко дълго този клапан е отворен, се определя от актуатор. Обикновено той се състои от мембрана и пружина и е свързан със „студената“ част на турбото.

Повече мощност при по-високо налягане на турбото

При тунинга често се увеличава налягането на турбото с цел допълнително повишение на мощността. Това често се постига с по-късно отваряне на уейстгейт-клапана. Това става по механичен път посредством увеличение на предварителното натягане на пружината. През 90-те години силно разпространени са турбокомпресорите с допълнителен клапан, който намалява налягането при актуатора. Този допълнителен клапан се управлява по механичен път от купето на автомобила. При модерните автомобили се използват електромагнитни клапани, които могат да бъдат препрограмирани (посредством чиптунинг). Разпространената наскоро функция Overboost (повишено налягане на турбото за кратко време) се постига именно с контрол върху магнет-вентила.

Променлива геометрия

Вместо с уейстгейт турбомпресорите най-вече на дизеловите мотори разполагат със специални лопатки, които регулират потока на газовете от „топлото“ колело. Такива турбокомпресори са с т.нар. „променлива геометрия“. В ниския до среден оборотен диапазон лопатките се отварят само минимално, което е достатъчно за ефективен поток от газове към турбината и за „отзивчиви“ спонтанни реакции на мотора. При пълно натоварване лопатките се отварят изцяло. Системите с променлива геометрия са чувствителни на високи температури и поради тази причина се използват само при дизелови двигатели, където температурата на отработените газове по принцип е значително по-ниска. Само Porsche има турбокомпресор с променлива геометрия при бензинов двигател (в 911 Turbo). Високите температури изискват употребата на скъпи материали, които се оказват прекалено скъпи за масови модели.

Дефекти по турбокомпресорите – понякога помага само химията

Рядко причина за дефекти по турбокомпресорите е нормалното износване. В много случаи причина за проблемите е недостатъчното снабдяване с масло. Лагерите на вала между „топлото“ и „студеното“ колело се смазват постоянно посредством интегриран маслен кръг. Когато снабдяването с масло не е достатъчно, по лагерите се образуват отлагания. В най-лошия случай валът може да се скъса. Причина за лошото мазане могат да бъдат старо масло, замърсявания в горивото, задръстен маслен филтър и задръстени маслени тръбопроводи на мотора. При всички случаи загасването на горещия мотор веднага, без поне минута работа на празен ход, трябва да бъде избягвано. След бързо каране по магистрала с много газ страната на турбото с отработените газове се нагорещява екстремно (до 1000 градуса по Целзий). След угасване на мотора се прекъсва и подаването на масло и антифриз към турбото. Така топлината няма как да бъде отведена и „неподвижното“ масло може да коксува и по този начин маслените тръбопроводи да бъдат задръстени и мазането да бъде прекъснато. Опасно е и изгарянето на масло в мотора – защото неговите отлагания могат да запушат маслените тръбопроводи или да попаднат върху турбината. Това води до термични проблеми, разбалансиране на турбото и затрудняване на работата му. Така замърсени турбокомпресори могат да бъдат третирани със специални спрейове и в най-добрия случай проблемът може да бъде отстранен и без демонтаж на турбото – което всъщност е най-евтината форма на ремонта му. Специалният спрей може да разтвори замърсявания като коксувания, гума и боя от турбото без да уврежда катализатора.

Повреди по турбото заради филтър за частици

До проблем с турбото могат да доведат и дефекти по изпускателната система. Склонност към такива имат дизелови двигатели с филтри за твърди частици. Когато тези филтри се задръстят – например в случаите на интензивно градско шофиране, в изпускателния тракт се образува обратно налягане, което действа директно върху турбината. Силите върху нея могат да бъдат толкова силни, че срещу вала й да се образува удар. Оттам се получава типичен симптом – свирене на турбото. То може да се появи и в началната фаза на влошено мазане. Който чуе подобни звуци от турбомотора си, трябва бързо да закара автомобила си в сервиз. Механични дефекти (например смачкване при паркиране) по ауспуховата система, които пречат на потока на газовете, имат същия опасен ефект. Подобни, на пръв път безобидни щети, трябва да бъдат отстранявани максимално бързо при турбоавтомобили.

Щети заради чужди тела

Друга честа причина за щети по турбокомпресорите са чужди тела, които влизат във всмукателния тракт. С оглед на високата ротационна скорост дори най-малките частици могат да причинят сериозни щети. При автомобили с висок пробег по принцип „студеното“ колело на турбото е сериозно „загладено“ с годините. В следствие на това в най-добрия случай се намалява мощността на мотора – заради намаленото количество постъпващ въздух. Увредените лопатки по компресорното колело стават причина за дисбаланс, който от своя страна да увреди вала или неговите лагери или да причини теч в маслените тръбопроводи. В последния стадий въртящите се турбинни колела започват да стържат в корпуса на турбото и то се разрушава напълно. Повредите по компресорните колела се откриват сравнително лесно – след демонтаж на турбопътищата и преглед с лупа. По-трудно е от страната на отработените газове, където турбинното колело се вижда чак след цялостния демонтаж на турбото. Тук обикновено няма чужди тела, които да увреждат турбинното колело, обикновено причина за проблемите са дефектиращи части като например изпускателния колектор. Много трябва да се внимава и при ремонт след скъсан ангренажен ремък например – ако тогава всички метални частици от увредените клапани или бутала не бъдат внимателно отстранени, при пускането на мотора отново може да се стигне до тотална щета.

Дефекти може да има също по актуатора и уейстгейта – например по магнет-вентила, мембраната или маркучите между отделните компоненти, системата за отваряне/затваряне на актуатора.

В бъдеще се очаква много модели да преминат към електрически турбокомпресори.

В много случаи ремонтът си заслужава

Дали ще бъде загуба на мощност, свирене, повишен разход на масло или пушек – при всеки един от тези симптоми на проблем с турбото трябва да се обърнете към сервиз. Само там точно ще могат да открият причината за дефекта, другото е като хвърляне на боб. При това много от проблемите с турбото могат да се появят „инкогнито“ – без видими за лаик последствия. А когато турбокомпресорът стане на парчета, той може да счупи и самия двигател. Загубата на масло пък може да съсипе скъпия катализатор. В повечето случаи ремонтът на турбото не е баснословно скъп и си заслужава инвестицията – дори при по-стари автомобили. Самият ремонт обаче не може да бъде поверен на всеки сервиз, за подобна операция се изискват опит и специални инструменти. Ето защо много сервизи предлагат цялостна смяна на турбото, което обикновено струва над 2000 лева. Ремонтирането на турбината е по-евтино – обикновено между 300 и 600 лева.

Рециклирани турбокомпресори

Дори и обикновените сервизи се справят с демонтажа на турбото. След това то се изпраща при специалист. Той проверява внимателно какви са пораженията и се заема с ремонта. На много места се предлагат рециклирани турбокомпресори с гаранция на цени от около 500 лева нагоре – в пъти по-евтино от покупката на ново турбо. Много важно е да бъдат отстранени и всички дефекти по периферията около турбината – за да не се стигне в бъдеще до същия проблем.