A turbófeltöltők és a töltőnyomás működésének, hibáinak és előnyeinek áttekintése

A töltőnyomás jeladók kulcsfontosságú alkatrészek, amelyek a turbófeltöltő teljesítményét felügyelik és szabályozzák a modern motorokban. Ezek a nagy pontosságú szenzorok a kényszerített feltöltési rendszerek nyomásának mérésével biztosítják az optimális üzemanyag-hatékonyságot és motorteljesítményt. A korszerű turbófeltöltők már önmagukban sem egyszerű szerkezetek, gondoljunk például a motor igényeinek jobban megfelelő, változtatható beömlési keresztmetszetű (VTG) rendszerekre.

A FAST az üzemanyagrendszer-alkatrészek és elektronikus üzemanyag-befecskendező rendszerek vezető gyártója. A vállalat több évtizedes tapasztalattal rendelkezik az autóipari utángyártott alkatrészek területén, és az üzemanyag-technológia, valamint a motorvezérlési megoldások terén innovatív úttörőnek számít.

Mi szól a turbó mellett? Előnyök és célok

Talán megér néhány mondatot annak taglalása, hogy mi szól a turbó mellett:

• A turbó jórészt kinőtte gyermekbetegségeit, például a turbónyomás késedelmes felépülése (turbólyuk) vagy az alacsony fordulatszámon fellépő nyomatékhiány.
• Nagyobb fajlagos teljesítmény. Ebből következik, hogy hasonló teljesítmény eléréséhez elég egy kisebb lökettérfogatú turbós verziót építeni, annak minden előnyével.
• A súrlódási veszteségek fordulatszám függőek. Mivel az ugyanakkora lökettérfogatú feltöltős motor nagyobb teljesítményű, a fajlagos teljesítményhez "hozzárendelt" veszteségek alacsonyabbak lesznek. Ennek az eredménye: alacsonyabb fajlagos fogyasztás.
• Kedvezőbb károsanyag kibocsájtási értékek.

Ezek az előnyök indokolják a turbó fokozott elterjedését. Ma már nemigen gyártanak dízelmotort turbó nélkül, Otto motorok esetében is belátható időn belül ez az arány eléri az 50%-ot. Egyes esetekben nem a teljesítmény emelése az elsődleges cél, hanem a nyomatékgörbe kisimítása, a maximális értékhez közeli nyomaték rendelkezésre állása már viszonylag alacsony percenkénti fordulatszámon.

Példa a nyomatékkisimításra: Opel Omega és Saab 9.5

Erre elég egy példát bemutatnunk. Miután a GM felvásárolta a Saab-ot, az Omega 3 literes V6-os 24 szelepes szívómotorja bekerült a Saab 9,5-be is, feltöltővel. Sokak megütközésére a teljesítmény nem hogy emelkedett volna, de valamennyit csökkent is.

A cél itt nyilvánvalóan nem a teljesítmény emelése volt, hanem egy alacsonyabb fordulatszámon nyomatékosabb motorkarakterisztika kialakítása. Ehhez a szokatlanul alacsony, mindössze 0,27 bar-os töltőnyomás is elég volt.

A BMW 760i példája: szívó kontra turbós motor

A szívó-, illetve feltöltött motor paraméterei közötti különbséget jól mutatja a következő összehasonlítás. A méltán híres gyártó két egykor kiemelkedő motorjának fontosabb adatai:

A szakmában sokak által a motorfejlesztés egyik csúcsának tartott motor mindent felvonultat, ami a nagy teljesítmény, kulturált motorműködés és a (relatíve) alacsony környezetszennyezés záloga, a közvetlen befecskendezéstől a változó szelepvezérlésig, a két, mindössze 0,7 bar töltőnyomású turbóig, a két töltőlevegő visszahűtőig. Az adatokból kiolvashatóan a turbó verzió a 22%-kal magasabb teljesítményt, 14%-kal alacsonyabb fordulatszámon adja le. Még érdekesebb a forgatónyomaték összehasonlítása: itt 25% a turbó előny, de még fontosabb, hogy ez már 1500 percenkénti fordulatszámon rendelkezésre áll, a szívónál csak 3950-nél. A 205 kg "súlyfelesleg" ellenére a turbó takarékosabb: "vegyes" fogyasztásra 12,9 litert ad meg a gyár, szemben a szívó 13,4 literével, bár ezek valószínűleg nem tarthatók könnyen.

Negatív hatások és kihívások

Bár a negatív hatások boncolgatása kissé hosszúra sikeredett, a turbó előnyei jelentősebbek, mint a hátrányai. Nézzük a negatív hatásokat:

• A feltöltött motorok előállítási költsége magasabb, ez az árcédulán is markáns jelet hagy. A turbó élettartama véges, nem mindig éri el a motor élettartamát. Az új turbó beszerzése jelentős tétel, a szakszerű javítás anyagi vonzata sem elhanyagolható kiadás.
• A turbómotorok esetében jelentősen megnő az égési csúcsnyomás. Ennek két ismert következménye is van: részben a motor mechanikus elemeit a megnövelt teljesítményre kell méretezni, másrészt szükséges a sűrítési arány csökkentése.
• A turbó szélsőséges terhelésnek van kitéve, részben az igen magas hőmérséklet (a kipufogógázok hőmérséklete közel lehet az 1000 Celsius fokhoz), részben az extrém magas fordulatszám (2-300.000 ford/perc) miatt. Erre a mindennapi használat során tekintettel kell lenni, a motorolaj kiválasztásától kezdve a hideg motor kíméletes hajtásáig, a hajszás autópálya szakaszok után felhevült feltöltő visszahűtéséig. Ilyenkor megállás után a motort 1-2 percig alapjáraton járni kell hagyni, ezzel elkerülhető, hogy az olaj beégjen.
• Az olaj hőterhelése turbómotorokon jelentősebb, azaz erősebb a motorolaj kokszosodási hajlama. Ebből részben az következik, hogy célszerű gyakrabban olajat cserélni, másrészt a kokszosodásnak jobban ellenállnak azok az olajok, melyeknek nem túl széles a viszkozitási sávja.
• Az elősűrített levegő hőmérséklete megemelkedik, ehhez kisebb sűrűség tartozik, így az előnyök egy része kárbavész. Ezért turbófeltöltés előnyei teljes egészében csak az elősűrített levegő visszahűtésével aknázhatóak ki. Az intercooler alkalmazásánál viszont számolni kell egy 15-20%-os nyomáseséssel. Ráadásul tömege, helyigénye, költségei vannak, és nem teszi egyszerűbbé a rendszert. Ez igaz a feltöltéssel gyakran együtt járó motorolajhűtőre is. Ha mindehhez hozzávesszük a turbó kenéséhez feltétlen szükséges olajcsöveket, az esetenként alkalmazott hűtővíz be-, és kiléptetést, a feltöltés szabályozását (waste-gate szelep, elektronikus szabályozás), talán érzékelhető, hogy nem egy teljesen problémamentes szerkezetről van szó.

Töltőnyomás és a motor élettartama

Gyakran vita tárgya: lerövidíti-e a megemelt turbónyomás a motor várható élettartamát? A korrekt, kendőzetlen válasz a kérdésre, hogy természetesen, igen. A dugattyútetőre ható nagyobb nyomás a teljes forgattyús mechanizmust, erőátvitelt jobban terheli, a forgattyús tengely csapágyazásánál kritikus helyzet alakulhat ki, az olajfilm itt esetleg megszakadhat, ez átmeneti súrlódáshoz, rosszabb esetben fémes súrlódáshoz vezethet, az égéstér magasabb hőmérséklete jobban igénybe veszi a szelepeket, dugattyút, dugattyúgyűrűket. Az, hogy a motor élettartama így mennyivel lesz rövidebb, nagyban függ a töltőnyomás emelésének mértékétől, és attól, hogy az emelt turbónyomást milyen mértékben használják ki.

Gyakori problémák és hibadiagnosztika

A turbófeltöltővel ellátott motorok teljesítményvesztésének gyakori oka a lecsökkent feltöltőnyomás. A hiba okának pontos behatárolása itt kiemelten fontos, egy téves "diagnózis" itt súlyos anyagi következményekkel járhat. Problémát idézhet elő a motor működésében és teljesítményében egyaránt. Észre időben!

Töltőnyomás szabályzó szelep meghibásodása

Tapasztalhatjuk akkor, ha meghibásodott a turbónyomás szabályzó szelep. A turbónyomás szabályzó szeleppel van a gond.

Tünetek:

• Kiszűrődő zaj. Ez a hang lehet sípolás vagy akár dübörgés is.
• Kipufogórendszer koromfekete füstöt bocsát ki magából. Kékesszürkés füst is megjelenhet.
• Csökkenhet a motor hatékonysága.
• Rángatásokat vagy lökéseket tapasztalunk.
• A motor teljesítménye ingadozik.
• Motor túlságosan sok üzemanyagot fog elhasználni.

Töltőnyomás mérése és szabályozása

A feltöltőnyomás értékének mérése menet közben történik, a Lancia ehhez van előkészítve. A turbó beépített helyzetében történő vizsgálatakor alapvetően három kérdés merül fel:

1. Mekkora a maximális töltőnyomás értéke?
2. Mekkora töltőnyomást enged a rendszer?
3. Mikor épül fel a turbónyomás, milyen fordulatszámtól áll rendelkezésre a szabályzott maximum 80-90 %-a?

A túlméretezett, vagy a motorhoz nem illeszkedő turbófeltöltők alapproblémája, hogy ez a fordulatszám túl magas. A turbó háza úgy van méretezve, hogy ellenálljon a turbó valamelyik kereke esetleges "robbanásának". Gondoljunk a percenkénti 2-300.000 fordulatra.

A motorteljesítmény (utólagos) emelésének egyik közkedvelt módja a feltöltőnyomás emelése. Gyakori tapasztalat, hogy ez kellő hozzáértés, körültekintés nélkül történik. A barkácsolás általában a waste-gate szelepet és annak működtető membránkamráját összekötő rudazat állítgatásával kezdődik, ehhez nagyon ritkán használnak műszert. Ha mégis, akkor nem veszik figyelembe, hogy a korszerűbb, ECU által szabályozott turbónyomású típusokon a waste-gate működtető membránjára korántsem a valós turbónyomás hat, hanem annál jóval kevesebb. A működtető membránt vezérlő "3 utas szelepet" az ECU szakaszosan, kitöltési tényezővel szabályozza. Ebből adódóan a 3 utas szelep előtt valós feltöltőnyomás mérhető, utána - a működtető membránnál - jelentős a nyomásesés. Sok esetben a waste-gate szelep nyitását a működtető membránra menő cső lehúzásával, elzárásával meggátolják. Ez a motor súlyos meghibásodását okozhatja.

Tömítési problémák és az intercooler

A turbófeltöltővel kapcsolatos egyik legnagyobb technikai kihívás a csapágyház megfelelő szintű elhatárolása, tömítése a turbina, illetve sűrítőtértől. Legtöbbször az olaj átszivárgása kerül szóba a forgó tengely mellett, a labirint tömítéseknél. Kevésbé "látványos", de a kipufogógáz, illetve levegő átszivárgása is jellemző. Az átszivárgási hajlam a három, egymástól - elvileg - elkülönített tér nyomásviszonyaitól függ, és természetesen a labirinttömítések állapotától.

• A turbinatérben uralkodó nyomás hatására a kipufogógázok bekerülhetnek az olajtérbe, az olaj tulajdonságai ezzel romlanak.
• A sűrítőoldalról magas feltöltőnyomásnál levegő bekerülhet az olajtérbe.
• Alacsony fordulatszámon, kis terhelésnél, motorfék üzemben viszont az alacsony sűrítőtéri nyomás miatt olaj átszivárgás következhet be, ami az égéstérbe kerül, és egészen durva kékes-szürkés füstködöt képes okozni. Környezetkárosító hatásán túl jelentős az olajpótlás költsége, még riasztóbb az esetleges katalizátor csere költsége.

A turbó utáni szakaszban a levegő kifújás nem csupán teljesítményvesztést okozhat, hanem a feltöltő tönkremeneteléhez is vezethet. Ennek az a magyarázata, hogy az "elvárt" töltőnyomásérték tartása érdekében - tömörzárási hiba esetén - az ECU fokozza a turbó terhelését, aminek következtében a feltöltő fordulatszáma olyan magas tartományba kerülhet, amit az már nem képes sérülés nélkül elviselni. A levegőkör tömítettségének ellenőrzése ezért is bír kiemelt fontossággal. Tapasztalataink szerint erre kevesek gondolnak. Egy rendesen telepakolt motortér részlete (MB 320E CDI).

A képen egy Peugeot 407 intercooler tömörzárás vizsgálatát figyelhetjük meg. A gyár által megadott maximális feltöltőnyomás értékét néhány tized bar-ral meghaladó nyomás alá helyezett töltőlevegő visszahűtő a nyomást nem ejtheti.

Mechanikai sérülések

A turbinakerék egy letörött darabja mélyen beágyazódott a katalizátorba. Piros keretben: a sűrítőkerék több helyen sérült, darabjai (jó esetben) a katalizátorban. Sárga keretben: a labirint tömítés nem tudta útját állni az olajbetörésnek. A turbó tengelyének oldalirányú mozgatásával, alkalmas műszer segítségével megállapítható annak axiális játéka. Ez jelen esetben 0,54 mm, ami öt-hatszorosa, mint amit a gyártó megenged. Fotónk egy megviselt turbinakereket és a hozzá kapcsolódó alkatrészeket mutatja. A túl nagy axiális játék eredménye a turbinakerék sérülése (1). Megfigyelhető a dugattyúgyűrűhöz hasonló kialakítású labirinttömítés (2), a turbinakerék oldali csapágy (3) és a turbó tengelyének egy részlete (4) a ráégett olajmaradványokkal. A turbó tengelyének ilyen mérvű ütése (0,33 mm) eleve megpecsételi a feltöltő sorsát. A tengely törése is előfordul. Előfordul, hogy a turbó meghibásodását a két leömlőről leváló részecskék okozzák. Ilyen esetben természetesen mindkét leömlőt is cserélni kell.

tags: #bmw #e46 #toltonyomas #abra