В погоне за мощностью
ПОЧЕМ КИЛОВАТТ?
Основная идея турбонаддува – использовать часть энергии отработавших газов для привода компрессора, повышающего подачу воздуха в цилиндры двигателя. Энергия, выбрасываемая в атмосферу с горячими газами, немалая – примерно треть теплоты сгорания топлива! Но лишь небольшую часть этих потерь удается вернуть и использовать в деле – таковы законы термодинамики. Например, поставим в поток газов колесо турбины, пусть оно приводит какой-нибудь потребитель вроде генератора. Просто? Не спешите с выводами. Крошечное турбинное колесо выдает полную мощность при очень высоких оборотах – до сотен тысяч в минуту. Как их увязать с оборотами генератора? Его пришлось бы подключить через громоздкий и дорогой понижающий редуктор. Но выгода от снятой с турбины мощности в этом случае невелика – стоило ли огород городить? Оказывается, при разумном подходе мощность турбины можно использовать не напрямую. За счет ее форсируют процессы в самом двигателе!
Еще в начале прошлого века поняли, что на общем валу с турбиной уживется колесо компрессора, который станет сжимать воздух и нагнетать его в цилиндры. При соответствующей подаче топлива за счет лучшего наполнения цилиндров мощностные показатели существенно растут. Для выпускной системы турбина – это помеха, но за каждый потерянный на ней ватт можно получить значительно большую прибавку эффективной мощности двигателя.
Однако есть нюансы, осложняющие реализацию турбонаддува. Нельзя просто так оснастить им двигатель, который на это не рассчитан. Давление в конце такта сжатия получается слишком большим, что порождает опасность детонации, а выросший крутящий момент увеличивает напряжения в деталях и грозит поломками. Ужесточаются требования к смазке и охлаждению. Наконец, надо менять настройки систем питания, зажигания, газораспределения и выпуска. Короче, наддувный и атмосферный двигатели далеко не одно и то же.
Пару турбина–компрессор называют турбокомпрессором – ТК. Мощность турбины, как и любого двигателя, связана с крутящим моментом через число оборотов. Чем турбина меньше, тем выше оптимальное число оборотов – у некоторых частота вращения достигает 200–250 тысяч в минуту. Хотя крутящий момент невелик, получаемой мощности достаточно для привода колеса компрессора, нагнетающего воздух. Но при сжатии он нагревается – плотность получается ниже оптимальной, поэтому воздух пропускают через промежуточный охладитель, размещенный обычно спереди радиатора системы охлаждения. На это опять-таки тратится часть мощности, но конечный выигрыш больше. Термодинамика – наука сложная!
ГЛАЗ ДА ГЛАЗ
Наука и технологии на месте не стоят – нынче срок службы ТК, если с ним грамотно обращаются, сопоставим со сроком службы двигателя. Увы, многие владельцы пренебрегают уходом – отсюда поломки, а ведь цены ТК на фирменных станциях обслуживания с 1500 у. е. только начинаются.
Вал ТК вращается в подшипниках скольжения, масло к которым поступает из системы смазки двигателя, а затем стекает в поддон картера. Износ двигателя сказывается на состоянии ТК довольно своеобразно: пока прорыв газов через поршневые кольца в пределах нормы и давление в картере не слишком велико, вал ТК хорошо смазывается без излишнего расхода масла через лабиринтные уплотнения. Если же давление чрезмерное, масла в картер вытекает меньше, зато больше – из корпусов подшипников через зазоры наружу. Масло подхватывается потоком газов и воздуха: синий дым за машиной показывает, что ТК стал заложником безобразного состояния двигателя.
Для контроля давления газов в картере есть высокоточные, дорогие манометры, подключать которые к сильно изношенному двигателю сразу не стоит – можно повредить прибор. Тут достаточно простого приспособления на принципе сообщающихся сосудов, показанного на рисунке. Это изогнутая в виде латинской буквы U прозрачная трубка либо две трубки, связанные гибким шлангом, в которые налита подкрашенная вода. Один конец «прибора» связан с внутренней полостью картера через маслозаливную горловину, другой – с атмосферой. На исправном двигателе при минимальных оборотах холостого хода перепад давлений составляет около 20 мм. На повышенных оборотах, особенно под нагрузкой, он может возрасти до 100 мм. На двигателях с наддувом давление в картере выше атмосферного!
Конечно, давление в картере зависит не только от состояния цилиндро-поршневой группы и режима работы, но и от эффективности вентиляции картера. Трубки, забитые отложениями, обычно нет смысла чистить – лучше их заменить.
А вот другой случай. Двигатель, турбокомпрессор, система вентиляции в порядке, а расход масла велик. Тут виновником может оказаться засорившийся воздушный фильтр: разрежение во впускном патрубке стало больше, из зазоров в лабиринтных уплотнениях ТК масло сильней отсасывается в поток воздуха и попадает в цилиндры двигателя. Здесь ТК стал строгим экзаменатором, напоминающим хозяину о необходимости во- время менять воздушный фильтр.
КАК ПО МАСЛУ
Недостаточное давление масла губительно для подшипников ТК! Норма – около 4 бар – и пленка масла надежно разделяет вращающийся с огромными оборотами вал и неподвижные детали. Если же давление низкое и масляного клина нет, подшипникам и валу конец! Прикиньте: допустим, диаметр вала – 6 мм, а частота вращения – «всего лишь» 120 000 об/мин, значит, окружная скорость вала относительно подшипников – почти 38 м/с. Если не будет смазки, то при такой скорости полусухого (а тем более сухого!) трения катастрофа неминуема.
Давление в системе смазки нужно держать под контролем, но многие современные автомобили позволяют судить о нем весьма ориентировочно – полагаться на штатный указатель, лампочку и т.д. не стоит. Для проверки требуется точный манометр в наборе с переходниками. Вывернув штатный датчик давления масла, ввертываем штуцер из набора и подключаем прибор. Давление ниже нормы означает, что, скорее всего, изношен маслонасос либо забита сетка маслоприемника. Поддон картера придется снимать, иначе машину не починишь. Отслуживший насос остается заменить новым – его ремонт сложен и себя не оправдывает. Сетку маслоприемника обычно удается очистить или промыть.
Еще одна любопытная деталь – тонкая, с изгибами трубка, по которой масло подается к турбокомпрессору. Ее длина на некоторых двигателях достигает метра, а ведь рядом раскаленный выпускной коллектор. Пока двигатель работает, такое соседство не очень опасно, масло постоянно течет внутри трубки и перегреться не успевает. А вот после выключения горячего двигателя оно образует в трубке прочные, как на сковородке, смолистые отложения. Проходное сечение трубки постепенно сокращается, а с ним и подача масла к ТК. Недосмотрите – беда гарантирована!
Значит, трубку надо проверять. Довольно часто бывает разумнее заменить ее новой – очистка оказывается слишком сложным делом.
Частенько турбокомпрессоры ломаются у забывчивых либо «экономных» владельцев, редко меняющих масло. В старом масле много абразивных частиц, и хотя их размеры микроскопически малы, подшипники ТК изнашиваются гораздо интенсивней. Зазоры растут – масляная пленка разрывается, после чего наступает неизбежный конец.
Забывчивым гражданам рекомендуем все важные действия с автомобилем, включая смену масла, записывать если не в сервисную книжку, то хотя бы в блокнот. А «экономным»... – этим уж ничем не поможешь. Легкомыслие таблетками не лечится.
В заключение «утешим»: поломка ТК еще не повод отчаиваться и искать покупателя на автомобиль. Нужный агрегат можно приобрести не только на фирменной станции (за немалые деньги): специализированные сервисные центры способны предложить восстановленный турбокомпрессор за приемлемую цену – в зависимости от модели она колеблется между 9000 и 15 000 руб. Хотим лишь предупредить: прежде чем поставить ТК на машину, обязательно устраните причину поломки предыдущего!
11324