Οδηγός υπερσυμπιεστή αυτοκινήτου: λειτουργία, ελαττώματα και συντήρηση

Ο υπερσυμπιεστής αυτοκινήτου, γνωστός και ως turbocompressor ή turbo, αποτελεί μία από τις σημαντικότερες καινοτομίες στη βιομηχανία αυτοκινήτων. Αυτό το σύστημα υπερπληρώσεως έχει μεταμορφώσει τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, προσφέροντας έναν συνδυασμό αυξημένης ισχύος και αποδοτικότητας κατανάλωσης.

Στο τρέχον περιβάλλον όλο και αυστηρότερων κανονισμών ρύπων και των τάσεων downsizing, η κατανόηση του πώς λειτουργεί και συντηρείται ο υπερσυμπιεστής γίνεται ουσιαστική για κάθε οδηγό. Από τις πρώτες εφαρμογές στη δεκαετία του 1960 μέχρι τους σύγχρονους κινητήρες, ο υπερσυμπιεστής εξελίχθηκε συνεχώς για να γίνει ένα αναπόσπαστο στοιχείο.

Ιστορική εξέλιξη των υπερσυμπιεστών αυτοκινήτων

Η υπερπλήρωση με τουρμπίνα στους θερμικούς κινητήρες προτάθηκε για πρώτη φορά το 1905 από τον ελβετό μηχανικό Alfred Büchi, και η εφεύρεσή του οδήγησε το μέλλον των κινητήρων εσωτερικής καύσης.

Στη βιομηχανία εμπορίου απέκτησε μορφή από τα μέσα της δεκαετίας του 1920, με αύξηση της ισχύος κατά περίπου 40%. Αρχικά, οι τουρμπίνες εφαρμόστηκαν σε μεγάλους κινητήρες — ναυτικούς πετρελαιολάδι, μηχανές locomotiva και σε αεροσκάφη λίγα χρόνια αργότερα.

Πρώτες εφαρμογές στα αυτοκίνητα

Η τουρμπίνα αναπτύχθηκε για πρώτη φορά σε αυτοκίνητα από τη General Motors το 1962 για τα μοντέλα Chevrolet και Oldsmobile Jetfire. Αυτά τα μοντέλα εξαιρέθηκαν από την παραγωγή ένα έτος αργότερα λόγω μειωμένης αξιοπιστίας.

Το 1973, η BMW εφάρμοσε το πρώτο αυτοκίνητο μαζικής παραγωγής εξοπλισμένο με υπερσυμπιεστή — το BMW 2002. Αργότερα, κι άλλοι κατασκευαστές άρχισαν να προσφέρουν αυτοκίνητα με υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες βενζίνης.

Λόγω της υψηλής κατανάλωσης καυσίμου και του φαινομένου turbo-lag, γνωστού ως καθυστέρηση απόκρισης της τουρμπίνας, οι κινητήρες με υπερπλήρωση εξαφανίστηκαν λίγα χρόνια αργότερα, αν και ήταν ισχυρότεροι από τους ατμοσφαιρικούς.

Αναγέννηση του υπερσυμπιεστή στη σύγχρονη εποχή

Με τον καιρό, η δημοτικότητά του αυξήθηκε ανεξαρτήτως αν πρόκειται για κινητήρες με ανάφλεξη με συμπίεση ή με ανάφλεξη με σπινθήρα. Σήμερα, οι υπερσυμπιεστές κυριαρχούν στη βιομηχανία αυτοκινήτων, και είναι σπάνιο να βρεις κινητήρα χωρίς υπερτροφοδότερο σύστημα.

Τι είναι και πώς λειτουργεί ο υπερσυμπιεστής αυτοκινήτου

[υπερσυμπιεστής αυτοκινήτου] denumită και turbo ή turbosuflantă, αποτελεί ένα σύνολο που χρησιμοποιεί ένα μέρος των καυσαερίων του κινητήρα. Ρυθμίζεται από μια βαλβίδα wastegate μέσα από τον ηλεκτρονικό εγκέφαλο του οχήματος, ανάλογα με τις ανάγκες, προστατεύοντας ολόκληρο το σύνολο του κινητήρα.

Κύριοι αρχές λειτουργίας:

• υπερπλήρωση του κινητήρα αξιοποιώντας την ενέργεια των καυσαερίων
• συμπίεση του αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα
• αύξηση της πίεσης εισαγωγής και κατά συνέπεια της ισχύος
• αύξηση της μέγιστης πίεσης στην καύση

Προσαρμογές που χρειάζονται για κινητήρες με turbo

Για να λειτουργήσει ένας κινητήρας με τουρμπίνα, σε σχέση με έναν μαζικά αέρας, πρέπει να προσαρμοστεί ώστε να ανταπεξέρχεται σε αυξημένες θερμικές και μηχανικές απαιτήσεις:

• περισσότερο στρες στον κινητήρα και υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας
• σημαντικά υψηλότερες επιδόσεις με αυξημένη συντήρηση
• πιο πολύπλοκο σύστημα που απαιτεί επιπλέον φροντίδα

Οι υπερσυμπιεστές διακρίνονται σε δύο μεγάλες ομάδες: με σταθερή γεωμετρία και με μεταβλητή γεωμετρία.

Κατασκευή και εξαρτήματα του υπερσυμπιεστή

Ο υπερσυμπιεστής αποτελείται από έναν άξονα, με τον ένα άκρο να φιλοξενεί τον ανεμιστήρα (compressor) και τον άλλο την τουρμπίνα.

Το μέρος “ψυχρό” - ο συμπιεστής

Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται σε μια θήκη τύπου σπειροειδή (melc) από αλουμίνιο, στην πλευρά του συμπιεστή. Αυτό είναι το μέρος “ψυχρό” όπου έχουμε:

• σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες αέρα
• την καθαρότερη πλευρά του υπερσυμπιεστή
• υπεύθυνο για τη συμπίεση του εισαγόμενου αέρα

Το μέρος “θερμό” - η τουρμπίνα

Στο μέρος της τουρμπίνας, οι αέρια φτάνουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, μέχρι και 1000°C. Εδώ υπάρχουν:

• ένα υλικό πιο ανθεκτικό — άνθρακα
• το πιο “σκούρο και βρώμικο” τμήμα της τουρμπίνας
• υπεύθυνο για την απορρόφηση ενέργειας από τα καυσαέρια

Τα οφέλη από την υλοποίηση του υπερσυμπιεστή

Περιβαλλοντικά οφέλη και απόδοση

• μειωμένες εκπομπές ρύπων — συμμόρφωση με ολοένα αυστηρότερα πρότυπα ρύπων
• αυξημένη ισχύς του κινητήρα — περισσότερη δύναμη με μικρότερο κυβισμό
• ταχύτερη επιτάχυνση — καλύτερη απόκριση στην επιτάχυνση
• μεγαλύτερο ροπόζωτο στην χαμηλή λειτουργία
• μειωμένη κατανάλωση καυσίμου — βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση
• downsizing — μείωση συνολικού κυβισμού

Αιτίες κύριες βλάβης του υπερσυμπιεστή

Ο υπερσυμπιεστής όπως έχει σχεδιαστεί προορίζεται να λειτουργεί σε όλη τη ζωή του κινητήρα χωρίς ειδική συντήρηση. Ωστόσο, στην πλειονότητα των περιπτώσεων, η βλάβη οφείλεται σε άλλες τεχνικές βλάβες ή λανθασμένες παρεμβάσεις.

Ακατάλληλες επεμβάσεις

Μια προσαρμογή που γίνεται κατά τη βελτίωση της απόδοσης ή της κατανάλωσης μπορεί να προκαλέσει:

• υπέρμετρη αύξηση της boost στην τουρμπίνα
• σημαντική μείωση ζωής
• υπέρβαση ορίων ιπποδύναμης από τον εργοστάσιο
• υψηλές θερμοκρασίες και ανεπαρκής λίπανση

Εισροή ξένων σωμάτων

Μία άλλη αιτία βλάβης της τουρμπίνας είναι η διείσδυση ξένων σωμάτων στη θήκη της τουρμπίνας ή του συμπιεστή. Ακόμη και μικρά αντικείμενα μπορούν να προκαλέσουν:

• βλάβες στα πτερύγια της υπερπλήρωσης -ανισορροπία στην συμπαγή περιστροφική μονάδα
• μη αναστρέψιμες φθορές

Στο μέρος του συμπιεστή, οι ακαθαρσίες διέρχονται μέσω:

• ελαττωματικού ή φραγμένου φίλτρου αέρα
• παραμέλησης περιοδικής συντήρησης

Στο μέρος της τουρμπίνας, μπορεί να εισέλθουν:

• ρύποι από το σύστημα εξαγωγής
• φθαρμένες φλάντσες

Προβλήματα λίπανσης και λίπανσης

Άλλη αιτία μπορεί να είναι εσφαλμένη παροχή λαδιού, που οφείλεται σε:

• χρήση ακατάλληλου λαδιού — εσφαλμένες προδιαγραφές
• βλάβη της αντλίας λαδιού — ανεπαρκής πίεση
• χαμηλό επίπεδο λαδιού — μείωση πίεσης
• μόλυνση λαδιού — δεν παρέχει σωλήνωση

Αυτά τα προβλήματα προάγουν:

• πρόωρη γήρανση των εξαρτημάτων του υπερσυμπιεστή
• παγίδευση της τουρμπίνας
• φθορά στους οριζόντιους και αξονικούς ελαιοφραγμούς
• αυξημένες τριβές και θερμοκρασίες

Προβλήματα στο σύστημα εξαγωγής

Ένα άλλο πιθανό αίτιο είναι το μπλοκαρισμένο σύστημα εξαγωγής, μια βλάβη που προκαλείται από:

• απόφραξη φίλτρου σωματιδίων
• φραγμένος καταλυτής
• αυξημένη αντίσταση αντίστροφης πίεσης στο σύστημα εξαγωγής

Συμπτώματα βλάβης του υπερσυμπιεστή

Απώλεια ισχύος χωρίς καπνό

Ένα σήμα είναι η απώλεια ισχύος χωρίς εξάτμιση καπνού, που συχνά συμβαίνει όταν η γεωμετρία μεταβλητή είναι κολλημένη. Σε αυτή την περίπτωση ελέγχονται:

• η αιτία της μπλοκαρισμένης γεωμετρίας μεταβλητής
• ο παλμοδείκτης ή ηλεκτρικός ενεργοποιητής
• το σύστημα ελέγχου του υπερσυμπιεστή

Απώλεια ισχύος με καπνό

Σε περίπτωση απώλειας ισχύος μαζί με καπνό, ελέγχεται:

• η διαδρομή εισαγωγής
• ο intercooler (ραγισμένος ή σπασμένος)
• τα σωληνά του πίεσης (ψευδείς αέριοι αερισμοί)
• η βαλβίδα EGR (να βρίσκεται σε ανοιχτή θέση)
• το περίβλημα του υπερσυμπιεστή (υπερθέρμανση)

Αιτίες για μαύρο καπνό και φθορά

• ελαττωματικό ή ρυθμισμένο σύστημα τροφοδοσίας
• βενζινοψεκαστήρες φθαρμένοι ή βρόμικοι
• βαλβίδα έγχυσης λιπαντικού προβληματική
• φθορά του κινητήρα — ελαιώματα, δαχτυλίδια εδράνων, κύλινδροι φθαρμένοι

Γαλάζιος καπνός — ένδειξη προχωρημένης φθοράς

Όταν ο κινητήρας εκπέμπει γαλάζιο καπνό (θα μπορούσε να σχετίζεται με ανάκτηση υπερπλήρωσης), κυριότεροι λόγοι μπορεί να είναι:

• προβλήματα στην πλευρά εισαγωγής
• αντίσταση στο σύστημα εξαγωγής
• διαρροές στην τουρμπίνα
• φραγή στο σύστημα κυκλοφορίας λαδιού από τον ένσφαιρο οριζόντιο μαλακό ή χαλασμένες τσιμουχές
• βρόμικο ρουλεμάν έδρανας
• φθαρμένα δαχτυλίδια στεγανοποίησης

Κατάσταση έκτακτης ανάγκης - σπασμένος υπερσυμπιεστής

Αν παρατηρήσετε στο σωλήνα εξαγωγής ένα λευκό πυκνό καπνό μαζί με απότομη επιτάχυνση, μπορεί να πρόκειται για σπασμένο υπερσυμπιεστή:

Σε αυτή την περίπτωση:

• σπάει ο άξονας του υπερσυμπιεστή
• όλος ο λαδωματικός λαδώματος περνά στον υπερσυμπιεστή και εκχέεται μέσω της εξαγωγής
• αναφλέγεται το λάδι
• ο κινητήρας τροφοδοτείται με λάδι και δεν σταματά

Άμεσες λύσεις:

1. Κλείσιμο της εισαγωγής με ένα πανί – “πνίξιμο” του κινητήρα
2. Μετάβαση στην τελευταία σχέση ταχυτήτων (μόνο μηχανικό κιβώτιο) – βίαιη απελευθέρωση του συμπλέκτη και πάτημα φρένου

Σωστή συντήρηση του υπερσυμπιεστή

Κατά την εκκίνηση του κινητήρα

Η εκκίνηση του κινητήρα απαιτεί περίπου 4-12 δευτερόλεπτα μέχρι το λάδι να διανεμηθεί από τον κινητήρα στον υπερσυμπιεστή:

• αποφύγετε την άμεση κίνηση του οχήματος
• περιμένετε σχηματισμό μεμβράνης λαδιού
• αποφύγετε απότομους αποθηκεύσεις
• διατηρείτε χαμηλές στροφές στις πρώτες στιγμές (κάτω από 2500-3000 rpm)

Σημασία της θερμοκρασίας λαδιού

Οι παράμετροι του λαδιού διαφέρουν όταν είναι κρύο:

• είναι πιο παχύ
• δεν μπορεί να προσφέρει βέλτιστη λίπανση
• πρέπει να φτάσει στη θερμοκρασία λειτουργίας

Δεν διαθέτουν όλα τα οχήματα αισθητήρες θερμοκρασίας λαδιού. Παρακολουθήστε τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού:

• να φτάσει στη θερμοκρασία λειτουργίας (85-95°C)
• περιμένετε λίγα επιπλέον λεπτά για θέρμανση λαδιού
• το λάδι θερμαίνεται πιο αργά από το ψυκτικό υγρό

Ορθολογική χρήση

Σε μια συνήθη χρήση, η μεγαλύτερη φθορά οφείλεται στις θερμικές καταπονήσεις — διαφορές θερμοκρασίας κατά τα διαδικαστικά έναρξης και διακοπής.

Πρόληψη φθοράς:

• αποφύγετε απότομες επιταχύνσεις σε χαμηλές στροφές
• μετά τους 2000-2200 rpm μπορείτε να επιταχύνετε πλήρως
• τηρείτε συνθήκες θέρμανσης του κινητήρα

Ψύξη μετά από κόπωση

Η ψύξη του υπερσυμπιεστή είναι πολύ σημαντική:

• μετά από μακρινές διαδρομές
• μετά από έντονο όχημα
• αφήστε το αυτοκίνητο στο ρελαντί τουλάχιστον 5 λεπτά
• το λάδι θερμαίνεται πολύ και ψύχει

Πρόληψη απόφραξης

Στην οδήγηση με χαμηλές στροφές ο υπερσυμπιεστής πιέζεται. Η οδηγική πόλη μπορεί να οδηγήσει σε απόφραξη του υπερσυμπιεστή:

• κάθε λίγες εβδομάδες βγαίνετε σε δρόμο χωρίς εμπόδια
• διατηρείτε υψηλή στροφή (4000-6000 rpm, ανάλογα με τον κινητήρα)
• τουλάχιστον 20 δευτερόλεπτα
• μειώστε τις επικαθίσεις από την εσωτερική καρδιά του υπερσυμπιεστή
• ξεμπλοκάρετε τον τουρμπίνα και αυξήστε τη ζωή

Εγγυήσεις για επισκευές του υπερσυμπιεστή

Όταν επισκευάζετε ή αντικαθιστάτε τον υπερσυμπιεστή, αναζητήστε υπηρεσίες που προσφέρουν:

• Κατάλληλο προσωπικό στον τομέα
• Εξοπλισμό τελευταίας τεχνολογίας για διάγνωση
• Εμπειρία σε υπερσυμπιεστές
• Εγγύηση εργασίας 12 μήνες, χωρίς περιορισμό χιλιομέτρων
• Ταχεία παράδοση εξαρτημάτων

Η σωστή συντήρηση του υπερσυμπιεστή είναι η καλύτερη επένδυση για την απόδοση και τη μακροζωία του κινητήρα. Εφόσον ακολουθήσετε αυτές τις συστάσεις, θα απολαμβάνετε έναν υγιή υπερσυμπιεστή σε ολόκληρη τη ζωή του οχήματος.