Biorąc pod uwagę obowiązujące powszechnie prawa fizyki i chemii, do poprawnej pracy silnika spalinowego, oprócz oczywiście parametrów konstrukcyjnych, niezbędne są ...

Artykuł pochodzi z serwisu Volkswagen Golf MK II. Autorem artykułu jest PaYaca. Artykuł umieszczony za jego zgodą przez Rafał P.

Wstęp

Biorąc pod uwagę obowiązujące powszechnie prawa fizyki i chemii, do poprawnej pracy silnika spalinowego, oprócz oczywiście parametrów konstrukcyjnych, niezbędne są dwa czynniki: paliwo oraz tlen zawarty w powietrzu atmosferycznym potrzebny do spalania paliwa. Powinny one być mieszane w tzw. stosunku stechiometrycznym, czyli zapewniającym całkowite spalanie mieszanki paliwowo powietrznej (w wyniku której nie pozostaje zarówno niespalone paliwo jak i tlen). Najprostsza metoda zwiększenia mocy silnika wydaje się więc zwiększenie ilości podawanej mieszanki. Ilość wtryskiwanego paliwa - mówimy tutaj o silnikach wtryskowych sterowanych mikroprocesorem - ustalana jest przez elektroniczne układy pomiarowo-sterujące które w wyniku bieżących pomiarów zachodzących procesów ustalają jaka ilość powietrza dostaje się do komory spalania i ustalają odpowiednia dawkę wtryskiwanego paliwa. Jak zwiększyć ilość dostarczanej mieszanki jeżeli objętość komory spalania jest stała? Proste - należy wpompować jej więcej pod większym ciśnieniem. Do tego właśnie służą sprężarki.

Sprężarka, jak każde urządzenie mechaniczne, nie jest oczywiście perpetuum mobile i musi być napędzana w jakiś sposób. Sposoby są generalnie trzy:

• Odebrać część mocy z wału napędowego silnika. Sprężarka odbiera moc z wału napędowego za pomocą np. paska klinowego czy wielorowkowego. Mechaniczne sprężarki doładowujące, m.in. sprężarka wirnikowa, zwana tez sprężarką Rootsa, bębnowa sprężarka o nazwie Comprex, pracująca według zasady silnika Wankla sprężarka Ro czy też sprężarki VW typu G60 i G40 - są napędzane od silnika za pomocą pasów klinowych. Zaleta tego rozwiązania jest stosunkowo prosta konstrukcja napędu, natomiast minusem jest duża strata na wyjściowej mocy silnika (w przypadku sprężarki G60 zabiera ona aż 35% procent mocy wyjściowej). W końcowym rozrachunku jednak jest to bilans dodatni, nawet bardzo. Pozytywnym efektem jest tez również wzrost momentu obrotowego silnika w niskim zakresie obrotów oraz zwiększona moc w całym zakresie obrotów czego rezultatem jest brak zjawiska tzw. "turbo- dziury"; na takiej zasadzie działa turbina G60; sprężarki takie zwane są tez często sprężarkami mechanicznymi.

• Wykorzystać energie gazów spalinowych wylatujących z ogromna prędkością z komory spalania poprzez zawory i kolektory wydechowe do napędu sprężarki; ten sposób napędu odejmuje najmniej mocy wyjściowej silnika ale ma swoje duże minusy - taka sprężarka ma cholernie ciężkie warunki pracy spowodowane wysoka temperatura i agresywnością środowiska chemicznego gazów wylotowych; inna wada jest bezwładność wirnika takiej sprężarki powodująca spore opóźnienia w dostarczaniu sprężonego powietrza oraz obecność tzw. "turbo-dziury", tzn. zaczyna ona działać (kręcić się z odpowiednia prędkością obrotowa dopiero powyżej pewnej prędkości obrotowej silnika). Na takiej zasadzie pracują np. sprężarki Garret, Holset, Mitsubishi, Schwitzer, KKK czy Toyota. Silniki z takimi sprężarkami pracują zwykle dosyć "brutalnie", czyli moment załączenia się sprężarki jest wyraźnie odczuwalny przez kierowcę, ale są z kolei bardzo sprawne; sprężarki te nazywane są powszechnie turbosprężarkami (wydechowymi), często tez po prostu turbinkami. Na zdjęciach poniżej sprężarki Garreta, Holseta, Schwitzera, KKK.
  

• Zastosować elektryczny napęd sprężarki - czyli energię bierzemy z układu elektrycznego samochodu. W związku z tym ze nie jest to małe zapotrzebowanie (szczytowo nawet parę kilowatów), problem nie jest tak trywialny jak się wydaje; wymaga to zastosowania odpowiedniego alternatora który z kolei poważnie osłabia silnik itp. Z drugiej strony metoda ta jest pozbawiona podstawowej wady sprężarki wydechowej - pracuje praktycznie w całym zakresie obrotów podobnie jak sprężarka z napędem mechanicznym, również w dolnym zakresie obrotów. Oprócz tego wielka zaleta - prostota montażu. Krąży tak wiele legend na temat przyrostu mocy przy pomocy takich sprężarek (tzw. elektro-turbo), że właściwie nie wiadomo co jest prawdą a co nie. Dopóki ktoś ze znajomych nie zamontuje sobie takiego układu pozostaje nam tylko "gdybanie". W teorii - bardzo przyjemny i cichy (!) układ.

NA CO ZWRACAĆ SZCZEGÓLNĄ UWAGĘ?

Bardzo ważną sprawą jest uświadomienie sobie że sprężarki i turbosprężarki są smarowane i chłodzone tym samym olejem co silnik. W niektórych samochodach (np. Nissan 200ZX i 300ZX, Alfa Romeo 156 2.4 JTD, Toyota Celica GT4, Golf Mk2 1.6 TD) turbina jest dodatkowo chłodzona płynem chłodniczym (z układu chłodzenia).

W sprężarkach wydechowych zdarzają się przypadki zatarcia turbiny już po 80-100 tysiącach kilometrów sportowej jazdy. najczęściej jest już wtedy za późno na uratowanie całego podzespołu. Dymienie z rury wydechowej i znaczne zużycie oleju świadczą, że nadpalona została uszczelka i pierścień dystansowy. Uszkodzenia tego nie można stwierdzić jednoznacznie w pracującej turbinie - do tego celu konieczny jest jej demontaż.

Metaliczne stuki i głośna praca turbosprężarki wydechowej, jak również brak efektu "turbo" zazwyczaj świadczą o wytopionych łożyskach ślizgowych które są bardzo wrażliwe na wysoką temperaturę. Takie uszkodzenie stosunkowo łatwo jest zidentyfikować po zdjęciu przewodu doprowadzającego czyste powietrze do turbiny. Po zdjęciu przewodu możemy zobaczyć wirnik i grzybek przypominające śmigło wentylatora. Po schłodzeniu silnika należy wziąć suwmiarkę i zmierzyć luz wałka wirnika. Luzy rzędu 0,3-1,1mm pozwalają mieć jeszcze nadzieję na naprawę tzw. I zakresu - czyli samych łożysk ślizgowych plus ewentualnie szlif wałka. Znacznie większe luzy oznaczają kosztowną wymianę całego wnętrza turbiny - czyli naprawę II/III zakresu. Ponieważ turbina, a szczególnie jej obudowa pracuje w bardzo wysokiej temperaturze, często zdarza się że nieudolni naśladowcy Colina McRae po prostu powodują nadpalenie obudowy. Powstają wtedy głębokie pęknięcia i wypalone zostaje gniazdo zaworu upustowego. Niestety taki stan turbiny kwalifikuje ją do wymiany. Wymiana turbiny na sprawną nie jest niestety tania, ale w tym przypadku będzie absolutnie konieczna.

W przypadku sprężarek mechanicznych objawami które powinny wzbudzić nasz niepokój jest narastający wraz ze zwiększaniem obrotów "gwizd" dochodzący z okolic sprężarki. Najczęściej świadczy to o zużytych listwach uszczelniających wirnik (przedmuchy na styku listwa-obudowa) lub zużytych łożyskach wałeczkowych wałka i wirnika. W tych przypadkach konieczna będzie wymiana listew lub łożysk. Stan uszczelniaczy olejowych sprawdzamy po zdjęciu przewodów doprowadzających powietrze od filtra i odprowadzających sprężone powietrze. Duża ilość świeżego oleju świadczy o wyrobionych simmeringach - tutaj też niezbędna będzie ich wymiana.
Ponieważ sprężarki napędzane są zwykle paskiem (wielorowkowym lub zębatym) - częste kontrole stanu paska są konieczne. W przypadku zauważenia najmniejszych rys, przetarć lub pęknięć na powierzchni bezwzględnie należy wymienić pasek. Zerwanie krótkiego paska pośredniego w przypadku np. sprężarki VW G60 lub G40 oznacza zniszczenie sprężarki i spory wydatek na nową lub sprawną używaną.
Naprawy uszkodzonego wirnika w przypadku sprężarek mechanicznych są dużo droższe niż w przypadku turbosprężarek. Co gorsza, awaria (wykruszenie) elementu wirnika najczęściej powoduje zniszczenia kwalifikujące sprężarkę jako złom użytkowy. Cena nowej sprężarki również wielokrotnie przewyższa koszt nowej turbosprężarki.

JAK ZAPOBIEGAĆ AWARIOM?

Podstawową sprawą jest stosowanie olejów syntetycznych najwyższej klasy! Każda obsługa i przegląd samochodu powinna obejmować pomiar ciśnienia doładowania i drożność przewodów doprowadzających olej do sprężarki. W wielu typach samochodów, zwłaszcza w tych starszych produkowanych do lat dziewięćdziesiątych, położenie i kształt przewodów olejowych sprzyjały powstawianiu zatorów (tak np. jest w przypadku starych Nissanów 200 ZX gdzie przewód olejowy zagięty jest pod kątem prostym. Na załamaniu bardzo szybko osadzają się zanieczyszczenia rozpuszczone w oleju (powstałe jako produkt spalania) i przewód po prostu się zatyka. W konsekwencji sprężarka traci chłodzenie i smarowanie przez co bardzo szybko ulega zniszczeniu. Stosowanie najlepszych jakościowo olejów syntetycznych w znacznym stopniu ogranicza wytrącanie się stałych osadów z oleju przez co ryzyko powstania zatorów jest znacznie mniejsze.

Kolejną przyczyną kłopotów mogą być zbyt rzadkie zmiany oleju. Pomimo że obecnie w nowoczesnych silnikach wymianę oleju producent zaleca nawet co 20 tysięcy kilometrów - w przypadku silników z turbo jest to grube nieporozumienie!! W silnikach turbodoładownaych olej należy zmieniać częściej niż w silnikach wolnossących. Nawet jeżeli stosuje się najwyższej klasy oleje syntetyczne, wymiana powinna następować najwyżej co 10 tys. km, a najlepiej już co 7-8 tysięcy i koniecznie wraz z filtrem olejowym. Przy filtrze też nie należy przesadnie oszczędzać i kupować produkty markowe zapewniające skuteczną filtrację cząstek stałych o jak najmniejszej średnicy.

Wszyscy użytkownicy samochodów z turbo muszą pamiętać, że turbosprężarki powinno się używać dopiero po osiągnięciu przez silnik temperatury rzędu 85-90 stopni C, co odpowiada mniej więcej wartości temperatury przy której otwiera się termostat. Do czasu osiągnięcia przez silnik tej temperatury nie jest wskazane przekraczanie obrotów rzędu 2-2,5 tysiąca obr/min, czyli wartości przy której zwykle załącza się turbosprężarka. W przeciwnym razie niedostatecznie rozgrzany, a więc gęsty olej dużo gorzej smaruje elementy sprężarki. W takich warunkach o uszkodzenie nie jest trudno.

O istnieniu sprężarki musimy pamiętać nie tylko podczas uruchamiania silnika i rozpoczynania jazdy. Równie ważny jest moment wyłączenia zapłonu i unieruchomienia silnika. Zarówno przy sprężarkach jak i turbosprężarkach nie wolno wyłączać zapłonu natychmiast po zakończeniu jazdy. Silnik powinien jeszcze popracować na wolnych obrotach minutę lub dwie aby olej schłodził elementy turbiny i wytworzył tzw. film olejowy na łożyskach i wirniku, co zapobiegnie pracy tych elementów "na sucho" przy ponownym uruchomieniu zimnego już silnika.

Bardzo ważny jest również sposób uruchamiania silnika po dokonanej wymianie oleju i filtra. Czynności jakie należy wtedy wykonać są następujące:

• "zakręcić" kilka razy rozrusznikiem z odłączonym zapłonem (np. zdjąć przewody ze świec lub w przypadku diesla odłączyć pompę wtryskową)
• odpowietrzyć przewód ciśnieniowy doprowadzający olej do turbiny i zdjąć przewód powrotu oleju z turbiny
• ponownie zakręcić kilka razy rozrusznikiem aż olej pojawi się w otworze odpływowym turbiny
• założyć ponownie przewód odpływowy i uruchomić silnik
• pozostawić na kilka minut silnik pracujący na wolnych obrotach, absolutnie nie wolno dodawać gazu w tym czasie!
• przejechać kilka kilometrów stopniowo zwiększając prędkości obrotowe na poszczególnych biegach. Nie wyłączać zapłonu natychmiast po wprowadzeniu silnika na wysokie obroty - pozbawimy wtedy turbinę smarowania (patrz wyżej)
• sprawdzić ciśnienie oleju oraz, o ile mamy taka możliwość, ciśnienie w cylindrach. Pamiętajmy że nie mogą występować przedmuchy do skrzyni korbowej! Grozi to zapowietrzeniem układu olejowego i zniszczeniem turbiny.

UWAGI KOŃCOWE

Pamiętajmy że sprężarka nie jest elementem dodatkowego wyposażenia samochodu! Silnik turbo został zaprojektowany specjalnie dla warunków pracy jakie wynikają z obecności sprężarki. Nie należy jeździć po demontażu uszkodzonej sprężarki. W ten sposób możemy łatwo spowodować uszkodzenie silnika

Nie dopatrujmy się awarii sprężarki w każdym przypadku kiedy zauważymy jakiekolwiek niedomagania silnika lub spadek mocy. Bardzo często winą za wszystkie takie objawy obarczamy turbinę i jako zużytą (choć jest w doskonałym stanie) wymieniamy na nową lub używaną, za niemałe zresztą pieniądze. Nic bardziej błędnego! Bezwarunkowo powinniśmy najpierw sprawdzić wszystkie pozostałe elementy silnika oraz przeprowadzić dokładną kontrolę wartości regulacyjnych (w tym kąt wyprzedzenia zapłonu). Często w przypadku zauważenia silniejszego dymienia uważamy, że przyczyną jest zużyta turbina. Zanim ja wymontujemy i oddamy do regeneracji sprawdźmy jednak czy np. filtr powietrza nie jest przypadkiem mocno zanieczyszczony. A może dymienie jest skutkiem zużycia gładzi cylindrów w efekcie czego olej przedostaje się do komory spalania.

Przy hałasach dochodzących z okolic turbiny sprawdźmy czy wszystkie połączenia śrubowe sprężarki trzymają tak jak trzeba. Często mogą ulec one poluzowaniu i powodować taki niepokojący hałas.

PAMIĘTAJMY o trzech najważniejszych wrogach turbin:

1. Niedostatecznej ilości oleju
2. Zanieczyszczeniach stałych w oleju
3. Zanieczyszczeniach w doprowadzanym powietrzu

Sprawdzajmy często stan filtra powietrza - jego uszkodzenia lub nieszczelności pomiędzy krawędzią obudowy a wkładem filtra mogą spowodować dostanie się cząstek stałych. Ponieważ wirnik turbiny pracuje z bardzo dużą prędkością obrotową (nawet 100-150 tysięcy obrotów/minutę) nawet drobniutka cząstka stała może doprowadzić do uszkodzenia łopatek wirnika! W takiej sytuacji wirnik traci swoją stabilność dynamiczną (wyważenie dynamiczne) i uszkodzeniu ulegają pierścienie uszczelniające

Na koniec jeszcze jedna uwaga: przy zmianie turbiny powinniśmy ją zastąpić taki samym modelem o takich samych parametrach. Zmiana turbiny na inna niż oryginalnie montowana może się odbyć jedynie w specjalistycznym zakładzie wraz z dokonaniem odpowiednich przeróbek i regulacji. Zostawcie takie rzeczy prawdziwym fachowcom!

Mam nadzieję że tych kilka uwag pomoże Wam dłużej i w sposób bezstresowy eksploatować swoje autka wyposażone w turbodoładowanie.

Artykuł pochodzi z serwisu Volkswagen Golf MK II. Autorem artykułu jest PaYaca. Artykuł umieszczony za jego zgodą przez Rafał P.

Pozdrawiam,
Rafał P.
Rudy 600