Od chwili, gdy turbosprężarki na stałe zagościły w silnikach naszych ciągników, uchodzą za jeden z najbardziej awaryjnych podzespołów. Czy słusznie? Częściowo tak, ale to, jak długo będą bezawaryjnie pracować, zależy głównie od nas samych – użytkowników.
Zadzwonił do nas znajomy rolnik i opowiedział, że pożyczył starego 6-cylindrowego Ursusa. Po kilku dniach z przerażeniem odkrył, że ciągnik nie ma mocy, bardzo nierówno pracuje i dymi, a co najgorsze, turbina niemal klekocze. Jak byśmy nie nazwali tych objawów, sprawa wydaje się jasna – padło turbo.
Zużyło się? Ogólnie rzecz biorąc tak. I tak było w przypadku naszego kolegi, gdy turbosprężarka gwałtownie zakończyła swój żywot. Zanim jednak przejdziemy do tego, dlaczego tak się stało w tym konkretnym przypadku, to trzeba zajrzeć głębiej – do środka turbiny i chociaż ogólnie poznać jej budowę. Nie będziemy się tu zbytnio zagłębiać w prawa termodynamiki gazów i spróbujemy to objaśnić naprawdę prosto.
Jak zbudowane jest turbo?
Schematycznie jest to oś, na której obu końcach umieszczone są wirniki poruszające się w odpowiednio ukształtowanych obudowach, które przypominają nieco muszle. Jedna połowa takiej turbiny zwana jest “gorącą”, a druga “zimną” – jednak nie sugerujcie się nazwą i nie dotykajcie jej w czasie pracy, bo zapewniam, że nawet ta “zimna” strona jest bardzo rozgrzana.
Wylatujące z kolektora wydechowego gazy spalinowe kierowane są do “gorącego” wirnika, który odbierając im część energii, obraca się, a gazy przepuszcza dalej. Wirując, powoduje przeniesienie przez swoją oś obrotów na drugą stronę i wymusza tym samym obroty drugiego wirnika. Ten z kolei obracając się, powoduje zasysanie powietrza, co na wylocie strony “zimnej” skutkuje jego niewielkim sprężeniem. Takie powietrze o większym niż atmosferyczne ciśnieniu trafia do komory spalania w cylindrach. I tu nasuwa się pierwsze pytanie: co takie sprężone powietrze nam daje?
Ano dość sporo, bo wypełniając cylinder, zawiera (dzięki sprężeniu) w swojej objętości więcej tlenu niż taka sama objętość powietrza niesprężonego. I tu oczywiście ta dodatkowa porcja tlenu (w powietrzu) powoduje lepsze i wydajniejsze spalanie, a co za tym idzie więcej energii generowanej z jednego suwu pracy cylindra silnika. Przypomnijmy jeszcze, że więcej energii to oczywiście więcej uzyskiwanej mocy. Wróćmy jednak do turbiny i jej budowy, bo to nie wszystko.
Mamy więc obracający się w obudowie zespół składający się z osi i dwóch wirników. Musi być on rzecz jasna doskonale wyważony, ponieważ napędzany strumieniem spalin może się obracać nawet powyżej 200 tys. obrotów na minutę. I tu tkwi problem, a właściwie kilka. Pokrótce przyjrzyjmy się im.
– Na obracający się z tak ogromną prędkością element działają olbrzymie siły, które bardzo starają się go rozerwać. Dlatego zarówno materiały, z jakich wykonane są wirniki z osią, jak i ich późniejsza obróbka muszą być kosmicznej wręcz jakości i precyzji. Przy takich obrotach nawet ułamek grama pomyłki przy wyważeniu elementów może wywołać bicie całego obracającego się podzespołu i jego szybkie zniszczenie.
– Strumień spalin wydostający się z kolektorów uderza w łopatki wirnika i nagrzewa go do ogromnej temperatury. Pracujący w takich warunkach wirnik jest cały czas rozgrzany do czerwoności i nie może się schłodzić. Jedynym elementem, przez który częściowo oddaje on część tego ogromnego ciepła, jest oś turbosprężarki. I tu właśnie rodzi się dosyć poważny problem konstrukcyjny, bo obracająca się z ogromną prędkością oś turbiny musi być jakoś ułożyskowana.
– W najprostszych i najtańszych turbosprężarkach o stałej wydajności stosowane są łożyska ślizgowe, czyli najprościej rzecz ujmując tulejki z odpowiednio wytrzymałych stopów. W bardziej technicznie zaawansowanych turbinach, jakie możemy dziś spotkać w nowoczesnych ciągnikach, występują złożone ułożyskowania kulkowe. Jedne i drugie muszą być odporne na ultrawysokie temperatury i przeciążenia oraz odpowiednio smarowane. I tu przejdźmy do głównego problemu uszkodzenia turbosprężarek w ciągnikach – zatarcia z braku wystarczającego smarowania.
Turboproblem? Gdy turbina się zacina
Przyglądając się umieszczeniu turbiny na silniku ciągnika, widać na pierwszy rzut oka, że jest ona zamontowana dość wysoko, tuż obok kolektora wydechowego. Dzieje się tak dlatego, że dynamika przepływu spalin i wykorzystywania ich energii właściwie wyklucza mocowanie jej gdzie indziej na korpusie ciągnikowego silnika. Rodzi to czasem techniczne problemy, bo do turbosprężarki musi być podawane wysokie ciśnienie oleju silnikowego. Ma on dwa zadania. Po pierwsze smarowanie ułożyskowań turbiny i drugie, równie ważne, odprowadzanie przez olej ciepła z jej wnętrza, czyli chłodzenie.
Oba te wykonywane przez olej zadania mają ogromny wpływ na trwałość samej turbosprężarki. Nawet niewielkie odchyłki w ciśnieniu, jakości samego oleju czy nawet w chwilowym braku smarowania natychmiast powodują gwałtowne zużycie jej wewnętrznych mechanizmów. Zapewne wszyscy z was znają podstawowe zalecenie użytkowania ciągników z turbiną. Mówi ono, żeby po ciężkiej pracy przed zgaszeniem ciągnika dać mu chwilę popracować na jałowych obrotach celem wystudzenia turbiny.
Jest to wskazane dlatego, że po wyłączeniu silnika przestaje pracować także pompa olejowa dostarczająca ciśnienie do wnętrza turbiny. Gdy silnik nagle gaśnie, to sam rozpędzony wirnik turbosprężarki kręci się jeszcze dłuższą chwilę samą siłą bezwładności. Kręci się rozgrzany i rozpędzony bez dostarczanego mu olejowego smarowania, a to negatywnie wpływa na jego żywotność.
Czy to oznacza, że wystarczy raz nagle tak zgasić silnik w ciągniku i po turbinie? Oczywiście, że nie. Jej trwałość jest obliczona na wiele godzin pracy w niezwykle trudnych warunkach i jedno takie awaryjne zastopowanie pracy nic jej nie zrobi. Ważne, abyśmy jak najczęściej pamiętali i stosowali zalecenie użycia jałowych obrotów.
A co poza tym może zaszkodzić turbosprężarce w naszym traktorze? Oczywiście niewłaściwy, czy dokładnie rzecz ujmując niezgodny z zaleceniami producenta olej silnikowy o innej niż założono klasie lepkości. Także długotrwała i ponadnormatywna praca bez okresowej wymiany oleju w silniku lawinowo wpływa na zużycie elementów turbiny. Trzeba pamiętać, że ten środek smarny tworzy na elementach ruchomych warstwę filmu olejowego, która chroni przed negatywnym wpływem tarcia elementów ruchomych. Im lepszy olej, tym lepsza ochrona.
Turbosprężarka nie jest także właściwie i pod pełnym ciśnieniem smarowana w momencie rozruchu silnika. Chwilę trwa, zanim zgromadzony w misce olej zostanie przepchnięty przez pompę i dotrze do każdego zakamarka silnika i turbiny. Dlatego każda instrukcja mówi o “łagodnym starcie” silnika i kategorycznie zabrania wkręcania go na wysokie obroty tuż po uruchomieniu ciągnika.
Awaria turbosprężarki – czy jest aż tak źle?
Niewątpliwie turbosprężarka w nowoczesnym ciągniku należy do dość kosztownych podzespołów. Jej cena nie jest oczywiście marketingową wydmuszką, bo podzespoły i stopy metali użyte do jej budowy to często naprawdę kosmiczne technologie. Awarię turbiny jednak da się często w porę przewidzieć, a ją samą można poddać regeneracji. Taka “reanimacja” jest opłacalna i skuteczna, o ile niedomagania zostaną przez nas w porę wykryte.
Nasz znajomy rolnik korzystający z pożyczonego Ursusa musiał w końcu kupić nową turbosprężarkę. Kosztowało go to zaledwie 1000 zł, bo i ciągnik nie należał do nowoczesnych. Na pytanie, czy choć zmienił olej w silniku, odpowiedział, że nie.
Naszym zdaniem jednak powinien to zrobić.
