Historia turbosprężarek
Zasada działania i korzyści turbosprężarki
Użytkowanie turbosprężarek
Diagnostyka turbosprężarki

Historia turbosprężarek

Historia turbosprężarek jest niemal tak stara, jak historia silnika spalinowego. Już Gottlieb Daimler i Rudolf Diesel prowadzili pod koniec XIX wieku badania nad zwiększeniem mocy i zużycia paliwa ich silników dzięki wstępnemu sprężaniu powietrza.

W pierwszych latach XX w. szwajcarski fizyk Alfred Buchi zaproponował zwielokrotnienie mocy uzyskiwanych z jednostki pojemności skokowej silników tłokowych nie tylko dzięki wstępnemu sprężaniu, ale i schładzaniu powietrza zasilającego. Opracowany przez niego wykres przedstawiający teoretyczne efekty zastosowania turbosprężarki (krórą też sam wynalazł w 1901 roku) jest po prawie stlu latach wykorzystywany praktycznie jedynie w części dotyczącej dwóch najniższych linii, czuli w granicach 60% przyrostu mocy silnika.
W 1938 roku w firmie Swiss Machine Works Saurer została skonstruowana pierwsza turbosprężarka do silnika samochodu ciężarowego. Chevrolet Corvair Monza i Oldsmobile Jetfire (1962 i 1963 r.) to pierwsze seryjnie produkowane samochody osobowe z turbodoładowaniem. Nie uzyskały jednak powodzenia na rynku, ponieważ okazały się kapryśne w eksploatacji.
Po pierwszym kryzysie naftowym turbodoładowanie stało się rozwiązaniem standardowym w wysokoprężnych silnikach pojazdów ciężarowych. Dalszy wzrost liczby turbosprężarek w samochodach wymusiły w latach 80 coraz surowsze regulacje dotyczące emisji spalin. Od lat 70 turbosprężarka znajduję też zastosowanie w sporrtach motorowych, szczególnie w wyścigach formuły 1, i od tego momentu następuje wzrost popularności turbodoładowania samochodów osobowych. Jednak rzeczywisty przełom w turbodóładowaniu pojazdów tej grupy nastąpił w 1978 roku wraz z wproowadzeniem silnika ZS z turbodoładowaniem w modelu Mercedes-Benz 300SD, a następnie (1981) w samochodzie VW Golf Turbodiesel.

Zasada działania i korzyści turbosprężarki

W silnikach z doładowaniem turbosprężarkowym energia zawarta w spalinach (oddawana przez pozostałe rodzaje silników bezużyteczne do atmosfery) używana jest do napędu turbiny osadzonej na wspólnym wale ze sprężarką wirową. Sprężarka zasysa i spręża powietrze, tłocząc je do cylindrów silnika. Turbosprężarka nie jest więc połączona z silnikiem w sposób mechaniczny, dzięki czemu korzyści płynące z jej zastosowania są następujące:

Turbosprężarka jest tak zaprojektowana, aby mogła bezawaryjnie współpracowac z silnikiem przez cały okres jego eksploatacji. Nie wymaga ona jakichkolwiek specjalnych remontów, a obsługa powinna ograniczać się tylko do kilku podstawowych czynności zgodnych z instrukcją użytkowania dostarczoną przez producenta. Czynności te obejmują:

- okresowe wymiany oleju;
- utrzymywanie w pełnej sprawności systemu filtracji oleju (filtr oleju, przewody);
- kontrolę ciśnienia oleju przy różnych stanach pracy silnika;
- utrzymywanie sprawności filtracji powietrza (filtr powietrza, przewody).

Średnio 90% zdarzających się awarii turbosprężarek powodują następujące przyczyny:

- ciała obce dostające się do kolektora wydechowego lub ssącego (zniszczenie łopatek wirników turbin lub sprężarek;
- zanieczyszczony olej (skutek zatkania, zniszczenia lub złej jakości filtra oleju, niesprawnych jego zaworów lub też nieodpowiedniej jakości oleju silnikowego);
- przerwy w dopływie oleju powtarzające się w krótkich okresach (co 4-5 sekund), powodujące cierne i termiczne zniszczenie powierzchni łożysk.

Ostatni z wymienionych czynników może pojawić się:

- po wymianie turbosprężarki bez zalania jej olejem;
- po długim okresie nie używania samochodu;
- na skutek nieodpowiedniego uruchomienia silnika po wymianie lub naprawie turbosprężarki;
- jako efekt niskiego ciśnienia oleju w źle działającym układzie smarowania lub znacznego zanieczyszczenia oleju.

Przyczyną znacznego spadku ciśnienia oleju w łożyskowaniu wirnika może być:

- zgięty, złamany lub niedrożny przewód smarujący turbosprężarkę;
- niesprawna pompa olejowa
- zanik smarowania z pwodu zbyt długiej pracy pojazdu na dużej pochyłości terenu.

Częstą przyczyną przedwczesnego zużycia łożysk jest ich przegrzanie spwodowane nadmierną temperaturą spalin lub zbyt szybkim wyłączeniem silnika po pracy. Zaleca się pozostawienie silnika po pracy na czas 2-3 minut na biegu jałowym (czas potrzebny do ostudzenia sprężarki). Wysokie temperatury korpusu wydechowego mogą bowiem przenosić się na jej część środkową, czyli łożyskowanie wału, powodując wypalenie oleju i korozję łożysk.

Uszkodzenia termiczne występują również na pierścieniu i rowkach wału turbiny, a także na jej łożysku. Zwęglony olej powoduję zatkanie kanałów olejowych korpusu środkowego. Nagromadzenie się węgla zwiększa tarcie, co w konsekwencji prowadzi do zgięć i pęknięć części turbosprężarki. Przyczyną tego może być (poza już wymienionymi):

- nieszczelność komór wirników pwodująca przedmuchy powietrza i spalin;
- niesprawność wtryskiwaczy;
- złe zamocowanie korpusu turbiny;
- niesprawne odprowadzenie oleju (zakłócenia w odpowietrzaniu skrzyni korbowej silnika).

Wszystkich wymienionych uszkodzeń można uniknąć, stosując regularne przeglądy turbosprężarki. W praktyce zdarza się, że w pełni sprawna turbosprężarka wymieniana jest na nową, choć nie ona jest przyczyną niewłaściwego działania silnika. Uszkodzenie turbosprężarki można podejrzewać dopiero wtedy, gdy wykluczy się inne ewentualne przyczyny.

Diagnostyka turbosprężarki

Odczuwalna jest strata mocy lub czarny dym występuje w spalinach, więc eliminujemy kolejne z możliwych przyczyn tych zjawisk:

- Czy filtr powietrza nie jest nadmiernie zanieczyszczony?
- Czy ciśnienie powietrza nie jest zbyt niskie?
- Czy wtryskiwacze działają poprawnie?

W spalinach widoczny jest niebieski dym, sprawdzamy kolejno:

- Czy układ odpowietrzający skrzynię korbową jest drożny?
- Czy świece zapłonowe (w silniku benzynowym) są w pełni sprawne?
- Czy układ smarowania działa prawidłowo?

Dopiero wyeliminowane tego rodzaju usterek pozwala przypuszczać, że nastąpiło uszkodzenie turbosprężarki. Części turbosprężarek produkowane są z wielką precyzją i z bardzo starannie dobieranych materiałów. Ich wirniki obracają się z prędkościami przekraczającymi 200 000 obr./min. Dlatego wszelkie naprawy powinny być wykonywane przez wysokiej klasy specjalistów w odpowiednich warsztatach.