Турбонаддув японских автомобилей

Неважно, какая надпись нанесена на ваш автомобиль: "TURBO" или "TWIN TURBO", речь в том и другом случае идет о турбонаддуве. В этой статье речь пойдёт о том, что же такое турбонаддув, как с ним обращаться, чтобы он как можно дольше не доставлял хлопот, и что можно сделать, если эти хлопоты возникнут.

Принципиальных различий в устройстве турбонаддува (далее по тексту - т/н) нет, есть различия в размерах, конструкции некоторых узлов, исполнении т/н. Рассмотрим его работу и устройство на примере одного из самых массовых, хотя и не самого надежного т/н Toyota СТ-20.

Турбокомпрессор в разрезе

1. улитка компрессора
2. корпус
3. стопорные кольца
4. стяжной хомут
5. улитка турбины
6. уплотнительное кольцо со стороны турбины (аналогичное есть со стороны компрессора, на рис. его не видно)
7. колесо турбины
8. промежуточные втулки подшипников скольжения
9. упорный подшипник скольжения
10. колесо компрессора
11. гайка

Термин "турбина", часто применяемый для обозначения т/н, не совсем соответствует истине, так как турбина является всего лишь одной из составных частей т/н. Т/н состоит из корпуса, вала с крыльчатками, двух опорных и одного упорного подшипников скольжения, системы уплотнений, двух улиток, в которых вращаются крыльчатки. На всю эту конструкцию навешен пневмопривод, приводящий в действие байпасный (перепускной) клапан (на некоторых моделях он отсутствует). Назначение байпасного клапана - регулировать обороты турбины и, соответственно, производительность компрессора. Когда давление воздуха на выходе из компрессора начинает превышать оптимальное, срабатывает пневмопривод, открывающий клапан. В результате часть выхлопных газов напрямую выходит в выхлопную систему, и обороты турбины снижаются. Сама турбина - это крыльчатка, неразъемно насаженная на вал и приводящая во вращение другую крыльчатку - компрессор. Турбина изготовлена из жаростойкого сплава, компрессор - алюминиевый, вал - обычная среднелегированная сталь. Отремонтировать эти детали невозможно, их можно только заменить. Исключение составляет изношенный вал, который иногда можно перешлифовать и под получившийся размер изготовить новые подшипники.

Корпус т/н представляет собой сплошную отливку из чугуна, в которой на подшипниках вращается вал. Изнашиваются обычно постель под подшипники и гнездо под уплотнительное кольцо. Исправить можно расточкой под новый размер. Улитка турбины - чугунная деталь сложной формы. Именно она формирует газовый поток, вращающий турбину. Улитка компрессора представляет собой алюминиевую отливку с механически обработанным местом под компрессор. Вращающийся компрессор засасывает воздух через центральное отверстие, сжимает его и по кольцевому каналу подает в двигатель.

На первый взгляд, конструкция проста. Но высокая точность изготовления всех без исключения деталей, сложные поверхности, точное литье могут создать много проблем даже в условиях хорошо оборудованной мастерской. Тем более что далеко не каждый конкретный т/н можно отремонтировать, порой проще собрать из имеющихся деталей другой.

Как же все это работает? Говорят: "Турбина включилась, и я попер..." Это в корне неправильно, так как т/н начинает свою работу с первыми оборотами двигателя и заканчивает ее уже после того, как двигатель остановился. При первых вспышках в цилиндрах двигателя выхлопные газы из коллектора сразу же попадают в улитку турбины и начинают вращать вал с крыльчатками. Пока обороты двигателя невелики, давление и скорость выхлопных газов недостаточны, поэтому компрессор вращается на холостом ходу, не создавая излишнего сопротивления на всасывании, просто перемешивает воздух. Нажимаем на педаль газа. Обороты двигателя растут, на панели загорается зеленая лампочка "TURBO" (если она есть), и вы чувствуете ощутимый толчок в спину. Помните: "Турбина включилась..." Она просто вышла на свои рабочие обороты, кстати, очень высокие: 110-115 тысяч об/ мин. Теперь компрессор не просто месит воздух, а эффективно сжимает его и посылает в двигатель. При этом срабатывает соответствующая сервисная система в карбюраторе (ТНВД ли, EFI, неважно), двигатель получает в цилиндры больший весовой заряд топливной смеси, резко (на 50-70 %) возрастает его мощность и, соответственно, расход топлива.

Турбонаддуву приходится работать в далеко не легких условиях: высокая температура, высокие окружные скорости (скорость на концах лопаток, в зависимости от модели т/н, примерно такая же, как у пистолетной пули - около 300 м/сек). Скорости вращения подшипников также близки к предельно допустимым, чтобы снизить их, приходится идти на различные ухищрения. Что же позволяет работать т/н в таких условиях долго и надежно?

Как только вы завели двигатель, начинает работать масляный насос. Масло по системе каналов под давлением поступает на подшипники т/н, и вал начинает вращаться на масляном клине. При этом свою порцию масла получает и упорный подшипник. Чем больше обороты двигателя, тем больше масла поступает на вал турбины и его подшипники. Эти подшипники изготовлены из специально подобранных материалов, для них выбраны оптимальные зазоры: при меньших зазорах возникает опасность подклинивания подшипников при тепловом расширении, при больших - опасность срыва масляного клина и работы в условиях полужидкостного трения, к тому же возникает перекос вала и идет интенсивный износ уплотнительного кольца. Поскольку зазоры в парах вал - подшипник, подшипник - корпус очень малы и соизмеримы с размерами ячеек масляного фильтра, то следует помнить о чистоте масла и состоянии масляного фильтра.

Долговечность подшипников скольжения, в отличие от подшипников качения, не зависит в такой мере от частоты вращения. Коэффициент трения у правильно рассчитанных и работающих в условиях жидкостной смазки подшипников скольжения равен 0,001-0,005. Однако, при неблагоприятных условиях работы (высокая вязкость масла, высокие окружные скорости, малые зазоры) коэффициент трения достигает 0,1-0,2, что приводит к снижению оборотов т/н, а следовательно, и снижению его эффективности и повышению нагарообразования из-за повышения теплоотвода. Подшипники скольжения надежно работают при температуре не более 150 градусов С. При более высоких температурах возникает опасность разрыва масляного слоя в результате разжижения масла. Кроме того, при высоких температурах обычные минеральные масла быстро окисляются и теряют свои смазочные свойства.

При полужидкостной смазке непрерывность масляного слоя нарушена, и поверхности вала и подшипника на участках большей или меньшей протяженности соприкасаются своими микронеровностями. При граничной системе смазки поверхности вала и подшипников соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, разделительный масляный слой здесь вообще отсутствует.

Пока двигатель вращается, и масляный насос создает давление, исправный т/н работает нормально. Но рано или поздно вы заглушите двигатель, он остановится, остановится и масляный насос, давление масла в системе мгновенно упадет до нуля, а вал с крыльчатками, который имеет приличный вес и вращается с очень большой скоростью, мгновенно остановиться не сможет. Но масляного клина уже нет. Возникает полужидкостная смазка, переходящая в граничную. В тяжело нагруженных подшипниках возникает перегрев, расплавление, схватывание и заедание подшипника. Плюс грязное масло, и в результате идет интенсивный износ. А допустимый износ подшипников составляет 0,03-0,06 мм в зависимости от модели т/н. Выводы делайте сами.

Это одна из проблем, возникающих в ходе работы т/н. Для того, чтобы она не стала основной, во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое несложно выбрать среди большого числа существующих хороших масел. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув - не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр.

И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы т/н. Как мы уже отмечали, в жизни т/н есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей т/н, а следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю и т/н прогреться. Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут. В процессе работы крыльчатка турбины и вал сильно нагреваются. Масло, поступающее для смазки подшипников, нагнетается с большой интенсивностью и успевает снять нагрев с вала, не успев перегреться само. При резкой остановке двигателя прокачка масла прекращается, раскаленная крыльчатка турбины отдает большую часть тепла валу, и масляная пленка, покрывающая детали, разогревается до температуры горения. Идет интенсивное нагарообразование в районе уплотнительного кольца и несколько меньшее - в районе подшипников и на внутренних поверхностях корпуса т/н. Спасает только то, что масло, предназначенное для таких двигателей, изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но и оно имеет свои пределы. Владельцам автомобилей Nissan следует помнить, что в этих автомобилях т/н работают в более напряженном тепловом режиме, чем, например, у автомобилей Toyota. Значительно облегчает жизнь и продлевает срок службы т/н турботаймер. Он установлен не на всех автомобилях, но эта функция есть во многих охранных сигнализациях.

Приведем пример из практики. Отремонтированный турбонаддув, отработав 6000 км без всяких замечаний, вдруг резко заверещал. Дело было зимой, в морозы. Как рассказывал хозяин машины, он спешил, поэтому, выехав из Арсеньева во Владивосток (путь неблизкий), всю дорогу гнал, сколько можно, благо машина и дорога позволяли. Приехал домой, поставил машину на стоянку, сразу же заглушив двигатель. На улице мороз далеко за 20 градусов С. Утром завел - резкий, неприятный металлический вой турбонаддува. Оказалось, что от резкого перепада температур чугунная улитка турбины деформировалась, и крыльчатка стала ее задевать. Под увеличительным стеклом на подшипниках отчетливо просматривались следы станочной обработки, износ отсутствовал. После замены улитки т/н работал без замечаний.

Это был т/н фирмы Toyota СТ-20, двигатель 2LT. Аналогичные случаи были и на других т/н этой фирмы - СТ-9, СТ-12. Но может возникнуть ситуация еще хуже, когда от перепадов температур и старости возникает трещина в конце кольцевого канала улитки турбины. Распространяясь дальше, она может привести к разрыву окна байпасного клапана и, в результате, к полному выходу т/н из строя. Ремонт в этом случае невозможен. Подобные моменты делают ремонт т/н фирмы Toyota похожим на лотерею - кому как повезет: может проработать и 3 месяца, и 3 года. Поэтому лучше всего заменить т/н на новый, хотя это и значительно дороже.

Такая же беда часто случается с т/н Garret, изготовленными в Японии, крайне редко с т/н фирмы Mitsubishi, но никогда не встречалась нам на т/н Nissan Motors. Последние, несмотря на большие неудобства при снятии - постановке и разборке - сборке, поражают своей добротностью. Встречаются они и на тойотовском двигателе MTEU. но уже без надписи Nissan Motors. Заменить их можно турбонаддувом от двигателя VG-20.

Если у вашей машины пошел интенсивный белый дым из глушителя и упала мощность - т/н надо срочно сдавать в ремонт или менять на новый, потому что в нем изношены подшипники и уплотнительное кольцо около крыльчатки турбины. В результате масло под давлением устремляется в выхлопную трубу, где испаряется и вылетает наружу, создавая дымовую завесу. Расход масла может возрасти до 2-3 литров на 100 км пробега. Бывает и так, что дымовой завесы нет, но автомобиль не может развить мощность, лампочка "TURBO" не загорается, у дизельных двигателей появляется постоянный черный дым на оборотах - все это говорит о том, что скорее всего т/н тоже изношен, и к тому же основательно забит нагаром, поэтому компрессор из-за повышенного сопротивления вращению не развивает рабочих оборотов, а двигателю не хватает воздуха. Эта неисправность характерна в основном для т/н Nissan Motors и Garret.

Несколько слов о снятии и установке турбонаддува, хотя это в большей степени представляет интерес для специалистов. При демонтаже очень неудобно, а порой просто тяжело отсоединить т/н от выхлопного коллектора и приемной трубы глушителя. Поэтому многие автомеханики, стремясь сделать все как можно проще, допускают распространенную ошибку: они снимают стяжной хомут между улиткой турбины и корпусом, а затем с помощью молотка и зубила снимают т/н. В результате они деформируют посадочные плоскости и гнут вал турбины. Теперь эти железки можно только выбросить. Снимать турбонаддув надо целиком, только после этого можно отсоединять улитку турбины, так как эта операция сама по себе требует зачастую больших физических усилий.

При демонтаже надо внимательно и аккуратно обращаться с подающей трубкой масляной системы. Эта трубка имеет очень тонкие стенки, ее легко можно перегнуть, и т/н, сев на голодный масляный паек, работает после такого ремонта очень недолго. Порой хватает 15-20 мин, чтобы окончательно привести в негодность только что отремонтированный или новый агрегат.

При установке т/н сложностей обычно не возникает, хотя есть некоторые тонкости: перед установкой через сливное отверстие в т/н надо залить 30-50 граммов моторного масла (в зависимости от размеров) и пальцем (пальцем, а не отверткой) повращать вал. Затем масло можно слить, так как свою роль оно уже выполнило, масляная пленка на деталях теперь есть, а при установке т/н на место вы все равно разольете это масло или на себя, или на двигатель - по вашему усмотрению. Еще раз убедитесь в исправности масляной магистрали, проверьте, чтобы в т/н не попали посторонние предметы, наличие которых может привести к печальным последствиям, и установите турбонаддув на место.

Итак, т/н установлен, все подсоединено, можно заводить. Не спешите. Заведите двигатель, дайте ему прогреться до рабочей температуры, и лишь когда двигатель и т/н прогреются, начинайте постепенно увеличивать обороты. 1500 об/мин - на 5-10 секунд задержитесь и прислушайтесь к работе т/н. Сбросьте обороты секунд на 20-30. Увеличьте обороты до 2000 и проделайте все то же самое. И так далее, вплоть до красной зоны, Примерно на 2500-3000 об/мин должен появиться характерный звук работающего турбонаддува: легкий чистый свист (некоторые говорят "вой", кому как нравится). Особенно отчетливо этот звук слышен в течение нескольких секунд при резком сбросе оборотов.

Если в процессе запуска послышался металлический звук на каких-то оборотах и выше (звук характерный и отличный от звука, издаваемого исправным т/н), не насилуйте напрасно турбонаддув, он не притрется, а неприятности могут быть. Надо сразу заглушить двигатель, снять т/н, найти и устранить причину этого звука. Но прежде чем снимать, вспомните, что очень похожий звук издает ненатянутый ремень генератора. Поэтому если есть подозрения, что это он может быть источником подобного звука, смочите ремень водой. Звук исчез? Значит, причина действительно была в ремне, и его надо подтянуть. Остался? Значит, надо все-таки снимать турбонаддув и искать неисправность в нем.

После замены или ремонта турбонаддува желательно сразу же заменить масло и фильтр. А лучше это сделать еще перед демонтажем, чтобы новый т/н сразу работал на чистом масле.

Как видите, ничего сложного в эксплуатации турбонаддува нет, требуется лишь элементарная аккуратность: вовремя меняйте масло и масляный фильтр, используйте нужные сорта масла, не перегревайте т/н (к перегреву приводят неисправности в системе зажигания или впрыска, длительная езда на высоких оборотах). Следите за состоянием воздушного фильтра, забитый воздушный фильтр создает повышенное сопротивление на всасывании и производительность компрессора резко снижается. Порванный фильтр пропускает частицы пыли, которые, соударяясь с крыльчаткой компрессора на высокой скорости, изнашивают ее, а заодно и двигатель.

Таким образом, срок службы турбонаддува, в основном, зависит от вашего с ним обращения. Выполняя перечисленные выше рекомендации, вы сможете избавить себя от лишних проблем. Но если возникли какие-то неполадки с т/н, не затягивайте с ремонтом, так как порой хватает нескольких дней для того, чтобы сделать ремонт вашего турбонаддува невозможным. Если т/н не подлежит ремонту, а заменить его нечем, можно попытаться заменить его турбонаддувом с другой модели, от двигателя, обладающего примерно такими же характеристиками, хотя это тоже не всегда возможно и связано с большими переделками. Работать такой т/н будет, хотя и хуже штатного, при условии, что вы найдете человека, который возьмется за такую работу, да и стоить это будет дороже, чем просто ремонт т/н. Но этот путь все-таки лучше, чем заглушка на месте турбонаддува, потому что двигатель изначально все-таки был изготовлен для работы с турбонаддувом и очень отличается от такого же двигателя без т/н (например, двигатели 2L и 2LT). У турбинированного двигателя усилены вкладыши, более мощный коленвал, совершенно другие фазы газораспределения, по-другому отрегулированы и настроены топливная аппаратура, система зажигания и т.д. К тому же машина с заглушенным турбонаддувом по динамике напоминает утюг. И если тот же Nissan Largo даже с работающим т/н не отличается особой резвостью, то об автомобиле с заглушенным и говорить нечего.

Но если вам все же придется заглушить турбонаддув, постарайтесь сделать это грамотно, не создавая лишнего сопротивления на всасывании и выхлопе, это ослабляет и без того ослабленный двигатель. А лучше походите по разборкам и постарайтесь найти свой агрегат, пусть не рабочий, но подлежащий восстановлению. Это окупится и сбереженными при езде нервами, и возможностью лишний раз не попасть в аварийную ситуацию.