- Turbiny zwiększają moc i oszczędność paliwa, kluczowe przy emisjach i downsizingu
- Historia: 1905, pierwsze auta turbo 1962 i 1973; renesans i dominacja teraz
- Działanie: energią gazów wydechowych doładowuje, sterowane wastegate i ECU
- Wymaga wyższego obciążenia termicznego i mechanicznego, oraz bardziej skomplikowanego serwisu
Turbina samochodowa, znana również jako turbokompressor lub turbosprężarka, stanowi jedną z najważniejszych innowacji w przemyśle motoryzacyjnym. Ten system doładowania zrewolucjonizował silniki spalinowe, oferując doskonałe połączenie większej mocy i oszczędności paliwa.
W obecnym kontekście coraz surowszych norm emisji i trendu downsizingu, zrozumienie działania i konserwacji turbiny staje się kluczowe dla każdego kierowcy. Od pierwszych zastosowań w latach 60. do silników nowoczesnych, turbina rozwijała się nieustannie, stając się nieodzownym komponentem.
Historia ewolucji turbosprężarek samochodowych
Doładowanie turbosprężarką w silnikach spalinowych zostało po raz pierwszy zaproponowane w 1905 roku przez szwajcarskiego inżyniera Alfreda Büchiego; jego wynalazek stał się przyszłością silników spalinowych.
W przemyśle komercyjnym zyskało kształt od lat dwudziestych XX wieku, osiągając wzrost mocy silnika o około 40%. Początkowo turbiny były wprowadzane do dużych silników - statków diesel, lokomotyw i silników lotniczych kilka lat później.
Pierwsze zastosowania w samochodach
Turbina została po raz pierwszy opracowana do samochodów w roku 1962 przez firmę General Motors dla modeli z gamy Chevrolet i Oldsmobile Jetfire. Te modele zostały wycofane z produkcji rok później z powodu niskiej niezawodności.
W 1973 roku BMW wprowadziło pierwsze auto produkcyjne z turbodoładowaniem – BMW 2002. Inni producenci zaczęli oferować auto napędzane silnikami turbo benzynowymi.
Z powodu wysokiego zużycia paliwa i zjawiska turbo-lag, czyli opóźnienia w reakcji turbiny, silniki z turbodoładowaniem zniknęły kilka lat później, chociaż były mocniejsze od silników naturalnie aspirujących.
Renesans turbiny w erze nowoczesnej
Z upływem czasu popularność turbiny samochodowej rosła, niezależnie od tego, czy chodzi o silniki z zapłonem iskrowym, czy z zapłonem przez kompresję. Obecnie turbiny dominują w przemyśle motoryzacyjnym, więc niewielu producentów oferuje silniki wolnossące.
Co to jest i jak działa turbina samochodowa
Turbina samochodowa, nazywana również turbo lub turbosprężarką, to zestaw, który wykorzystuje część gazów wydechowych wydobywanych z silnika. Jest sterowana przez zawór wastegate za pośrednictwem elektronicznego układu sterowania pojazdu, w zależności od potrzeb, chroniąc cały układ napędowy.
Principle działania:
- Doładowanie silnika poprzez wykorzystanie energii gazów spalonych
- Sprężanie powietrza, które trafia do silnika
- Zwiększenie ciśnienia doładowania i w konsekwencji mocy silnika
- Zwiększenie maksymalnego ciśnienia w komorze spalania
Adaptacje niezbędne dla silników z turbodoładowaniem
Aby turbina mogła działać poprawnie, silnik turbo w porównaniu do silnika wolnossącego musi być przystosowany do wyższych obciążeń termicznych i mechanicznych:
- Silnik mocno obciążony i wyższe temperatury pracy
- Znacznie wyższa wydajność przy wyższych wymaganiach serwisowych
- Bardziej skomplikowany system, który wymaga dodatkowej opieki
Turbosprężarki dzielą się na dwie główne grupy: o stałej geometrii i z geometrią zmienną.
Budowa i komponenty turbiny
Turbosprężarka składa się z wału, na jednym końcu umieszczony jest rotor kompresora, a na drugim końcu – rotor turbiny.
Część zimna – kompresor
Te elementy są osadzone w obudowie w kształcie ślimaka, wykonanej z aluminium po stronie sprężarki. Nazywana jest stroną zimną, gdzie panują:
- Relatywnie niskie temperatury powietrza
- Czystsza część turbosprężarki
- Odpowiedzialna za sprężanie powietrza doladowania
Część gorąca – turbina
Po stronie turbiny, zwanej stroną gorącą, gazy osiągają temperatury sięgające nawet 1000°C. Tutaj mamy:
- Materiał bardziej wytrzymały – żeliwo
- Najciemniejsza i najbardziej zabrudzona część turbiny
- Odpowiedzialna za wyłapywanie energii z gazów wydechowych
Zalety zastosowania turbiny
Turbina odgrywa kluczową rolę w współczesnych pojazdach z kilku powodów:
Korzyści środowiskowe i wydajnościowe
- Niższe emisje zanieczyszczeń – zgodność z surowszymi normami emisji
- Większa moc silnika – większa moc z mniejszej pojemności
- Szybsze przyspieszenie – lepsza odpowiedź na pedał gazu
- Większy moment obrotowy – dostępny przy niższych obrotach
- Niższe zużycie paliwa – lepsza efektywność energetyczna
- Downsizing – zmniejszenie całkowitej pojemności silnika
Główne przyczyny uszkodzenia turbiny
Turbosprężarka, tak jak jest zaprojektowana, powinna pracować przez cały czas eksploatacyjny silnika bez specjalnych interwencji serwisowych. Jednak uszkodzenie turbiny najczęściej wynika z innych wad technicznych lub nieprawidłowych ingerencji.
Nieprawidłowe ingerencje
O źle przeprowadzony remap na samochodzie, w celu zwiększenia mocy lub zmniejszenia emisji paliwa, może spowodować:
- Zbyt wysokie doładowanie turbiny
- Znaczne skrócenie żywotności
- Przekroczenie limitów obrotów wału
- Wysokie temperatury i niedostateczne smarowanie
Wnikanie obcych ciał
Innym powodem uszkodzenia turbiny jest wnikanie obcych ciał do obudowy turbiny lub sprężarki. Nawet obiekty o niewielkich rozmiarach, przy wysokich prędkościach obrotowych turbiny (100 000–280 000 obr/min), mogą powodować:
- Uszkodzenia łopatek turbosprężarki
- Nierównowagę zespołu obrotowego
- Nieodwracalne uszkodzenia komponentów
Po stronie sprężarki, zanieczyszczenia dostają się przez:
- Uszkodzony, nieodpowiedni lub zatkany filtr powietrza
- Zaniedbanie przeglądów okresowych
Po stronie turbiny, mogą dostać się:
- Zanieczyszczenia z układu wydechowego
- Uszkodzone materiały uszczelniające
Problemy z smarowaniem i olejem
Niewłaściwe doprowadzenie oleju może być spowodowane przez:
- Używanie niewłaściwego oleju – nieprawidłowe specyfikacje
- Uszkodzenie pompy olejowej – zbyt niskie ciśnienie
- Niski poziom oleju – ograniczenie ciśnienia oleju
- Zanieczyszczony olej – nie zapewnia odpowiedniego smarowania
Te problemy sprzyjają:
- Przedwczesnemu starzeniu się elementów turbiny
- Zatarciu turbiny
- Uszkodzeniu łożysk (osiowych i promieniowych)
- Zwiększeniu tarcia i temperatur
Problemy w układzie wydechowym
Innym możliwym powodem jest zatkany układ wydechowy, awaria spowodowana przez:
- Zanieczyszczenie filtra cząstek stałych
- Zablokowany katalizator
- Zwiększony opór w układzie wydechowym
Objawy uszkodzonej turbiny
Utrata mocy bez dymu
Jednym z objawów jest utrata mocy bez dymu, występująca tylko w turbosprężarkach o stałej geometrii, gdy geometria jest zablokowana. W takim przypadku należy sprawdzić:
- Przyczynę zablokowania geometrii zmiennej
- Siłownik próżniowy lub elektroniczny
- System sterowania turbosprężarki
Utrata mocy z dymem
W przypadku utraty mocy z towarzyszącym dymem należy sprawdzić:
- Ścieżkę dolotową
- Intercooler (pęknięty lub uszkodzony)
- Przewody ciśnienia (wyciek ciśnienia doładowania)
- Zawór EGR (zablokowany w pozycji otwartej)
- Obudowę turbiny (przegrzaną)
Przyczyny utraty mocy z czarnym dymem
- Uszkodzony lub źle wyregulowany układ zasilania
- Zużyte lub zabrudzone wtryskiwacze
- Rozregulowana pompa wtryskowa
- Zużycie silnika – pierścienie, gniazda zaworów, cylindry zużyte
Dym niebieski – oznaka zaawansowanego zużycia
Gdy silnik wydziela niebieski dym (wymagana regeneracja turbiny), główne przyczyny mogą być:
- Problemy po stronie dolotu
- Opór w układzie wydechowym
- Utrata na turbinie
- Zatkana droga olejowa w łożysku
- Brudny rotor sprężarki
- Zużyte uszczelnienia
Sytuacja awaryjna – zerwana turbina
W przypadku, gdy na przewodzie wydechowym widoczny jest gęsty biały dym i następuje gwałtowne przyspieszenie, możemy mieć do czynienia z zerwaną turbiną:
W takim przypadku:
- wał turbiny pęka
- cały olej przechodzi przez turbo i jest wyrzucany na wydech
- dochodzi do samozapłonu oleju
- silnik jest zasilany olejem i nie wyłącza się
Szybkie rozwiązania awaryjne:
- Zatkowanie dolotu za pomocą szmaty – uduszenie silnika
- Przejście na ostatni bieg (tylko skrzynia manualna) – gwałtowne zwolnienie sprzęgła i użycie hamulca
Gwizd turbiny – przyczyny i znaczenie
Każdy turbokompressor wydający odgłos podczas przyspieszania powinien budzić podejrzenia, chyba że mamy aktywny zawór BOV ( Blow Off ).
Zawór BOV – normalny odgłos
Zawór BOV jest systemem uwalniania ciśnienia w turbosprężarkach:
- Daje charakterystyczny dźwięk przy zmianie biegów
- Zapobiega powstawaniu fal ciśnienia w komorze sprężania
- Zmniejsza zużycie turbiny i silnika
Nienormalny gwizd turbiny
Jeżeli podczas przyspieszania pojawia się nagły gwizd:
- Ten dźwięk nie powinien być lekceważony
- Zwłaszcza jeśli pojawia się nagle, a nie progresywnie
- Jeśli dźwięk przechodzi w głośny świst, życie turbiny może być na granicy zakończenia
Boost leak – utrata ciśnienia
Gwizd nie zawsze pochodzi z turbiny. Na trasie dolotowej możemy mieć:
- Luźny lub pęknięty przewód (wyciek ciśnienia doładowania)
- Utrata powietrza – silnik zasysa powietrze fałszywe
- Jednoczesna utrata mocy
- Łatwe do zweryfikowania wzrokowo
Prawidłowa konserwacja turbiny
Podczas uruchamiania silnika
Rozbiór oleju w turbinie następuje po około 4–12 sekundy od uruchomienia, aby olej mógł dotrzeć do turbiny:
- Unikaj natychmiastowego ruszania pojazdem
- Zaczekaj na utworzenie filmu olejowego
- Unikaj gwałtownych przyspieszeń
- Utrzymuj niskie obroty w pierwszych minutach (poniżej 2500–3000 obr/min)
Znaczenie temperatury oleju
Parametry oleju różnią się gdy olej jest zimny:
- Jest gęstszy
- Nie może zapewnić optymalnego smarowania
- Musi osiągnąć temperaturę roboczą
Nie wszystkie pojazdy mają [senzor temperatury oleju]. Obserwuj temperaturę płynu chłodniczego:
- Aby osiągnąć temperaturę roboczą (85–95°C)
- Aby pozostawać dodatkowe kilka minut na nagrzanie oleju
- Olej nagrzewa się wolniej niż płyn chłodniczy
Prawidłowa eksploatacja
W normalnej eksploatacji największe zużycie wynika z obciążeń termicznych – różnic temperatur przy uruchamianiu i wyłączaniu.
Zapobieganie zużyciu:
- Unikaj gwałtownego przyspieszania przy niskich obrotach
- Po 2000–2200 obr/min można przyspieszać pełną mocą
- Przestrzegaj warunków rozgrzewania silnika
Chłodzenie po wysiłku
Chłodzenie turbiny jest bardzo ważne:
- Po długich trasach
- Po forsownym przejeździe
- Pozostaw autko na biegu jałowym przez co najmniej 5 minut
- Olej jest bardzo ciepły i pełni rolę chłodniczą
Zapobieganie zatorom
Podczas jazdy suboptymalnej turbina się męczy. Miesięczny ruch po mieście sprzyja zatykaniu turbiny:
- Co kilka tygodni wyjedź na drogę otwartą
- Utrzymuj wysokie obroty (4000–6000 obr/min, w zależności od silnika)
- Co najmniej 20 sekund
- Zmniejsz osady kalaminowe wewnątrz turbiny
- Otwórz turbosprężarkę i wydłuż jej żywotność
Gwarancje na naprawy turbiny
Przy naprawie lub wymianie turbiny poszukuj usług oferujących:
- Wykwalifikowany personel w dziedzinie
- Sprzęt najnowszej generacji do diagnostyki
- Ogromne doświadczenie w turbodoładowaniach
- Gwarancja wykonania pracy 12 miesięcy, bez ograniczeń kilometrów
- Szybka dostawa części
Prawidłowa konserwacja turbiny to najlepsza inwestycja w wydajność i długowieczność silnika. Przestrzeganie tych zaleceń zapewni Ci funkcjonującą turbinę przez cały okres eksploatacyjny pojazdu.
