Budowa turbosprężarki samochodowej i zasada jej działania powinna być znana wszystkim użytkownikom pojazdów osobowych wyposażonych w ten podzespół. Znajomość ta pozwala bowiem kierowcom dostrzec konieczność dbałości o odpowiedni sposób eksploatacji turbiny w związku z jej funkcjonowaniem w ekstremalnych warunkach. Wirnik turbo obraca się z prędkością nawet 200 tysięcy razy na minutę, a temperatura panująca w układzie może osiągnąć nawet 500 stopni Celsjusza. Wszystkie te czynniki bierze się oczywiście pod uwagę w procesie produkcji turbosprężarek, wykonując je z wytrzymałych materiałów najwyższej jakości. Sam kierowca może jednak przyczynić się do wydłużenia jej żywotności głównie dzięki odpowiednim przyzwyczajeniom i zmianie dotychczasowego (najczęściej zbyt dynamicznego i agresywnego) stylu jazdy.
Budowa turbosprężarki nie jest skomplikowana, podobnie jak mechanizm jej działania w samochodzie osobowym. Składa się ona z dwóch wirników: turbiny i sprężarki, łożyska ślizgowego oraz kadłuba: turbiny, sprężarki i środkowego. W skład podzespołu wchodzą ponadto kanały olejowe, pierścienie uszczelniające, łożysko oporowe i wałek. Wszystkie elementy współpracują ze sobą, w związku z czym do prawidłowego funkcjonowania turbosprężarki konieczny jest ich dobry stan techniczny. Dzięki temu pojazd wyposażony w układ turbodoładowania otrzymuje zwiększoną moc silnika spalinowego przy jednoczesnym niewielkim zużyciu paliwa. Doładowywanie odbywa się bowiem za pośrednictwem energii spalin.
Główne zadania turbosprężarki
Turbosprężarki montuje się obecnie do większości jednostek napędowych. Spotykamy je zarówno w silnikach benzynowych jak i wysokoprężnych Diesla. Dzięki ich zastosowaniu napęd lepiej radzi sobie na dużych wysokościach i w pracy z dużym obciążeniem. Pojazdy wyposażone w turbosprężarki emitują ponadto mniejszą ilość spalin i cechują się lepszymi wynikami wydajności od pojazdów wyposażonych w silniki wolnossące tej samej pojemności, ale bez turbiny. Pozwala im na to sprężone powietrze, które dostarczane jest do cylindrów znajdujących się wewnątrz silnika. Turbosprężarka jest również pomocna przy tuningu pojazdu osobowego – dzięki niej kierowcy unikają konieczności zmiany silnika na większy. Zastosowanie podzespołu nie wpływa ponadto na konieczność zwiększenia masy pojazdu. To informacja szczególnie istotna dla kierowców samochodów sportowych i wyścigowych, w których niewielkie gabaryty mają szczególne znaczenie. Znając już główne zastosowania turbin, przyjrzyjmy się temu, jak wygląda budowa turbosprężarki.
Budowa turbosprężarki i jej działanie
Ponieważ do napędu turbiny wykorzystuje się energię spalin, podstawowym elementem jej budowy są wirniki osadzone na wspólnym wale. Pierwszy z nich znajduje się w turbinie, a wspomniane spaliny napędzają go do prędkości kilkuset tysięcy obrotów na minutę. One zaś napędzają wirnik sprężarki. Spaliny kumulują się i przechodzą przez koło turbiny w obudowie. W ten sposób powstaje spadek ciśnienia i temperatury, który stopniowo przekształca się w energię kinetyczną napędzającą koło turbiny. Jak działa turbosprężarka? Jej moc zwiększa się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika lub temperatury obecnych w układzie spalin. Gazy, docierając do wirnika sprężarki, otrzymują wysoką prędkość głównie przez to, że zostają zassane. Sprężone, przyspieszone powietrze dociera w ten sposób do dyfuzora, opuszczając koło kompresji. Tu energia kinetyczna przekształca się w naporową, co skutkuje wzrostem ciśnienia i temperatury. On przekłada się na zwiększenie mocy silnika odczuwalnej przez użytkownika pojazdu.
Ponieważ sprężone powietrze charakteryzuje się zbyt wysokim poziomem temperatury dla wydajnego spalania mieszanki paliwowej, koniecznie należy go schłodzić. W układach doładowania powszechnie stosuje się chłodnice międzystopniowe (intercoolery). Schłodzić turbinę do bezpiecznej temperatury jest w stanie również olej silnikowy. To jednocześnie on, przepuszczany za pośrednictwem specjalnych kanalików, odpowiednio smaruje cały układ turbodoładowania.
Turbosprężarka stanowi jeden z najistotniejszych elementów współczesnego silnika samochodowego. Dlatego też do jej produkcji używa się materiałów dobrej jakości, umożliwiających jej długotrwałą eksploatację. Korpusy turbin odlewa się ze stopu Ni-Resist, który składa się z niklu, chromu, miedzi, krzemu i manganu, natomiast do produkcji wirników wykorzystuje się materiał Inconel (nikiel, chrom, kobalt, żelazo), MARM247 (chrom, żelazo, niob, molibden, tytan, aluminium, węgiel) lub czysty tytan. Kadłub sprężarki najczęściej odlewa się ze stopów aluminium, a wałki tworzy się ze stali chromowo-niklowo-wolframowej.
Pierwsze objawy uszkodzenia turbiny
Wszystkie z wymienionych materiałów stosowanych do produkcji turbosprężarek charakteryzują się wysoką wytrzymałością i żaroodpornością. Nie oznacza to jednak, że część ta nie jest bezawaryjna. Zwykle jej żywotność dorównuje wytrzymałości silnika pojazdu. Zdarzają się jednak sytuacje, w których turbina ulega nagłym awariom i usterkom. Z tego względu konieczna jest znajomość pierwszych objawów nieprawidłowości, jakie może manifestować układ turbodoładowania. W ten sposób można uniknąć większych problemów niż brak mocy silnika.
Zwykle jako pierwsze symptomy nieprawidłowości w funkcjonowaniu turbosprężarki wskazuje się spadek mocy doładowania silnika pojazdu oraz dziwne odgłosy, dobiegające spod jego maski (gwizdy, świsty, stukanie). Kierowcy zauważają również wycieki i utratę oleju lub zwiększony jego udział w procesie spalania. Zmiana zabarwienia spalin na czarne, niebieskie, a nawet białe również powinna wzbudzić nasz niepokój. Bagatelizowanie tych objawów może doprowadzić nawet do unieruchomienia silnika w wyniku dotarcia do układu opiłków lub drobnych części uszkodzonej turbosprężarki. Z tego względu zaleca się niezwłoczny kontakt ze specjalistami, którzy podpowiedzą kierowcy, w jaki sposób najlepiej naprawić napotkaną usterkę.
Regeneracja turbosprężarki
Regeneracja lub całkowita wymiana turbosprężarki na nowy komponent zalecana jest w przypadku stwierdzenia jakichkolwiek jej uszkodzeń. Zwykle nawet niewielkie usterki uniemożliwiają dalsze poruszanie się pojazdem z turbiną, która nie działa prawidłowo. Takie ryzykowne zachowanie może bowiem skutkować awarią całego silnika. Znając budowę turbosprężarki, nietrudno bowiem wywnioskować, że jej usterka wiąże się z możliwością wystąpienia uszkodzenia układu smarowania czy wydechowego. W związku z tym, bez względu na to jaki typ turbosprężarki zainstalowano w naszym samochodzie, zalecamy czujność i ostrożność w przypadku pojawienia się pierwszych objawów nieprawidłowego funkcjonowania turbosprężarki.
Poszczególne etapy naprawy turbosprężarek następują po sobie w określonej kolejności. Serwisanci i mechanicy zawsze rozpoczynają od szczegółowej diagnostyki stanu technicznego i sposobu działania turbosprężarki. W tym celu należy zdemontować ją z pojazdu i rozłożyć na poszczególne elementy. Te następnie czyści się, a niektóre dodatkowo piaskuje. Uszkodzone komponenty wymienia się na nowe, a całość ponownie składa. Przed zakończeniem prac nad naprawą turbiny należy wyważyć jej rdzeń i wyregulować wirnik zgodnie z parametrami technicznymi. Dokonuje się tego wyłącznie przy użyciu specjalistycznych wyważarek i maszyn.
