Turbónyomás Szabályzás és Hibái: Mindent a Töltőnyomás Vezérléséről

A modern gépjárművek motorjai egyre nagyobb teljesítményt és hatékonyságot nyújtanak, melynek egyik kulcsfontosságú eleme a turbófeltöltés. Jóllehet számos feltöltési mód létezik, a személygépkocsi esetében leginkább a turbófeltöltés terjedt el. A turbó szabadalmi bejelentése immár több, mint száz éves, de személygépkocsiban történő alkalmazására csak 1973-ban került sor először. Abban az évben jelent meg a Porsche Turbo 911 és a BMW 2002 Turbo is. A következő évben már a Saab is gyártott turbófeltöltővel szerelt gépkocsit. A turbó mellett csak két gyártó tartott ki konzekvensen, a Porsche és a Saab. A töretlen fejlesztőmunka eredménye önmagáért beszél, elég csak a Saab 2,3 Aero 260 lóerős teljesítményére utalni. Ez a nagytestű, nehéz limuzin 80-ról 120 km/óra között valamivel gyorsabb, mint pl. a 2,7 literes szívómotoros, nála jóval könnyebb, jóval kisebb, áramvonalasabb Porsche Boxster, ami még akkor is elismerésre méltó, ha jól tudjuk: a Boxster a bajor cégnek csupán a belépő modellje.

Ahhoz, hogy megértsük a turbófeltöltés lényegét és a nyomásszabályzás fontosságát, tekintsük át a működési elvét. Mivel a belsőégésű motor teljesítménye arányos annak hengereiben elégetett tüzelőanyag/levegő keverékének mennyiségével, a feltöltés lényege: megnövelni a hengerekbe jutó töltet mennyiségét. Ily módon megnő a volumetrikus hatásfok, emelkedik az effektív középnyomás, mivel a dugattyútetőre munkaütemben nagyobb nyomás hat. Ezzel emelkedik a motor forgatónyomatéka, ebből adódóan a teljesítménye is. A turbófeltöltők alapvető működési elve azon alapul, hogy a kipufogógázt, ami veszendőbe menne, munkára fogjuk. A tökéletes égéshez több levegő szükséges, amit a szívó motorok már nem tudnak biztosítani. A turbó feladata az, hogy több levegőt ad a keverékhez. Ennek köszönhetően a több üzemanyag ég el, a teljesítmény pedig nő.

A járműmotorokon alkalmazott ismertebb feltöltési módok a következőképpen csoportosíthatók:

Mechanikus feltöltés, a töltőt közvetlenül a motor hajtja. Ilyen a kompresszor, a forgódugattyús feltöltő (vagy:Roots-fúvó), a spirálfeltöltő (G-feltöltő), a Comprex feltöltő.
Rezonancia feltöltés.
Turbó feltöltés. Ez a leginkább elterjedt feltöltési mód.

A Turbófeltöltő Működése és a Nyomásszabályzás Szükségessége

A turbó feltöltésnél a motor kipufogógázai által meghajtott turbinakerékkel közös tengelyen forgó kompresszorkerék összesűríti a légszűrőházból hozzá vezetett levegőt. Így megnő a levegő nyomása, és - bár ez nem előnyös - a hőmérséklete is. A turbóba kerülő kipufogógáz hőmérséklete rendkívül magas, megközelítheti akár az 1000 Celsius fokot is. A turbó hűtésére két általánosan alkalmazott lehetőség van: csupán a motor kenőolaj rendszerével, vagy ezen kívül a motor hűtőfolyadékával is. A turbók tehát nagyon magas fordulatszámon működnek, ez viszont nagy nyomást és magas hőmérsékletet is jelent, ezért rendszerint hűtőrendszerrel szokták őket párosítani.

Szabályzó nélkül a turbófeltöltő nyomásértéke kontrollálatlanul emelkedne, ezt pedig nem bírná el az autó motorja. Éppen ezért szükség van egy eszközre, ami a turbón áthaladó maximális töltőnyomást korlátozza. A turbófeltöltők - nyitott fojtószelep mellett - már a teljes fordulatszám tartomány 25-30%-ánál biztosítják a megengedett maximális töltőnyomást, ezért a további nyomásemelkedést hatékonyan meg kell gátolni. A közúti használatra szánt gépkocsimotorok maximális turbónyomása ritkán haladja meg az 1,2-1,5 bar értéket. (Természetesen, ebben a megközelítésben a környezeti nyomás: 0 bar.) A gyártók által megadott töltőnyomás 20 Celsius fokos környezeti hőmérsékletre vonatkozik.

Mondeo turbó javítás tömítéssel

Töltőnyomás-szabályzási Mechanizmusok

1. Wastegate (Megkerülő szelep)

A turbónyomás behatárolását az első generációs feltöltőknél az ún. waste-gate szelep végzi, ami a megengedett feltöltőnyomás elérésekor kinyit egy, a turbinakereket megkerülő (by-pass) csatornát, így a turbónyomás tovább nem emelkedhet. Korszerűbb konstrukcióknál a waste-gate szelep vezérlését (is) az ECU végzi, egy elektromágneses működtetésű szelepen keresztül. A régebbi típusú turbófeltöltőket még a „hagyományos”, nyomásra működő szabályzó szelepekkel szerelték, melyek a többlet töltőnyomást engedik le.

A wastegate szelep működési elve a következőképpen írható le: az árammentes állapotban a nagynyomású tér összeköttetésben van a waste-gate ággal (piros és barna csövek). Amikor viszont az ECU kivezérli a szelepet, a nyomás az alacsony nyomású térbe távozik a kékkel jelölt csövön keresztül, így a töltőnyomás megnövekedhet. A sűrített levegő a turbó kilépő oldaláról a pirossal jelölt csövön jut be, a waste-gate szelep működtetű membránkamrát sárgával jelöltük. A waste-gate szelep lezárt, illetve nyitott állapotban. A fotón a kiszerelt turbón a w-g szelep nyitási nyomásának vizsgálatát láthatjuk. A pirossal keretezett rész a beállítás helyét mutatja. Fontos megjegyezni, hogy a kamrára jutó nyomás messze nem egyezik meg a feltöltő nyomással.

2. Blow-off (Lefúvó) szelep

A turbórendszer egy másik fontos eleme a blow-off szelep. Ha nagy terhelés (azaz: magas feltöltőnyomás) után hirtelen zárjuk le a fojtószelepet, akkor a fojtószelep mögött (tehát a fojtószelep és a dugattyúk közötti térben) jelentős vákuum alakul ki. A fojtószelep másik oldalán viszont a nyomás hirtelen megnövekszik, mivel az igen magas fordulatszámmal forgó turbina (és sűrítő) kerék lelassulásához idő kell. A blow-off (vagy lefúvó) szelep feladata ennek a nagy nyomásnak a levezetése. Ha ezt nem tennénk meg, az a fojtószelep ismételt nyitásakor a hajtásláncot igénybe vevő rántást eredményezne, és a feltöltő csapágyazását is veszélyeztetné. A nagy nyomás fékezné a turbinakerék forgását, ismételt fojtószelep nyitásra késve reagálna. Gyakran az eredeti lefúvó szelepet lecserélik egy - design szempontból - vonzóbb típusra. Működésbeli hozadéka nincs, de más a látvány és a nyomás leeresztésénél a hang.

3. VTG (Változtatható Turbina Geometria) Turbófeltöltők

A szakirodalom általában VTG-vel jelöli a változtatható beömlési keresztmetszetű, újabb fejlesztésű turbófeltöltőket. Dízelmotorok esetében máris nagy a térhódításuk, Otto-motoroknál a turbinakereket (és környezetét) terhelő magasabb hőmérséklet miatt egyelőre korlátozott az alkalmazásuk. A működés közbeni folyamatos beömlési keresztmetszet változtatás megvalósításának a leggyakrabban alkalmazott módszere a turbinakereket körbeölelő un. vezetőlapátsor szabályzott elfordítása. Ezeknek a feltöltőknek éppen a vezetőlapátsor a leginkább meghibásodó része. A VTG rendszerű feltöltőkön természetesen nincs waste-gate szelep. A membránkamra rudazata a vezetőlapátsor állítását végzi.

A vezetőlapátok tengelyük körül elfordulnak, ezzel szabályozva a gázáramlást. A vezetőlapátsor elfordítása követhető nyomon "alulnézetből". Piros keretben megfigyelhető: a tárcsán, annak mozgatására szolgáló kimarás a vezetőlapátsor ház egyik csavarjának fejével éppen szemben van, ez az egyik szélső állapot. A képen felül, sárga keretben látható a másik szélső helyzet, a kimarás eltávolodott a csavarfejtől. Gyakran éppen ez a funkció nem működik, a vezetőlapátsor egy - megszorult - helyzetben marad, a töltőnyomás nem szabályozható. Ez rosszabb esetben motorkárosodáshoz vezethet. Szakszerű javítás esetén esély van a tökéletes működés helyreállítására. Sárga kerettel jelöltük a kis állítóelemet, amely a tárcsa kimarásába illeszkedve az ECU által meghatározott mértékben és irányban elfordítja azt. A fotó egy újabb generációs turbót mutat be. (MB E 320 CDI 2007, Garrett.) Itt a VTG turbó házára helyezték annak a vezérlőegységét, melybe integrálták a VTG állítómotorját, illetve a pozíció-kiértékelő áramköröket.

Porsche turbófeltöltés

Változó geometriás turbó működése.

Mint említettük, a VTG turbók talán leggyakrabban előforduló meghibásodása a vezetőlapátsor megszorulása. A turbó kiépítése (ami gyakran időigényes feladat) után célszerű azt szétszerelni, az alkatrészeket alaposan megtisztítva precízen összeépíteni. Így esélyünk lehet arra, hogy újra hibátlanul működjön.

A Turbónyomás Szabályzó Szelep: Működés és Típusok

Gépjárművünk motorjának egyik legfontosabb elemeként említhetjük meg a turbónyomás szabályzó szelepet, mely lényegében a turbótöltő teljesítményének szabályozásáért felel. A nyomásszabályzó szelep egy szinte minden turbófeltöltőn megtalálható alkatrész. Több néven is emlegetik: turbo actuator/wastegate szelep/megkerülő szelep/”drucklabda”. A motor egy összehangolt gépezet, melynek minden eleme fontos feladatot lát el. Nincs ez másként a turbónyomás szabályzó szelep esetében sem. Nyomásszabályzó vagy vezérlő elektronika nélkül tehát a turbófeltöltő nem tudná ellátni optimálisan a feladatát.

Létezik külső és belső nyomásszabályzó szelep. A belső szelep a turbófeltöltő részét képezi. A külső szelep a turbófeltöltő és a hengerfej között helyezkedik el. A későbbi, változó geometriás turbófeltöltőknél már vezérlőszelepnek nevezzük ezt az alkatrészt. Ebben a kategóriában is több típust különböztetünk meg. Vannak sima vákuumos, és helyzetérzékelő pótméterrel egybeépített vákuumos vezérlésű szeleppel szerelt turbófeltöltők, illetve elektromotoros vezérlésű turbók. Egyes megoldásoknál a motorvezérlő egység nem csak akkor csökkenti a töltőnyomást, ha az eléri a megengedett maximális értéket, hanem akkor is, ha a töltőlevegő hőmérséklete egy határértéket túllép (pl: 65 Celsius fokot). A motor "kényszerfutása" esetén a töltőnyomás szintén egy alacsony értékre korlátozódik.

Turbónyomás Szabályzási Határ Túllépve: Hibajelenségek

Amikor a turbónyomás szabályozása nem működik megfelelően, a rendszer gyakran szabályzási túllendülést mutat. A képen egy jellegzetes szabályzási túllendülést látunk: a nyomás emelkedése - alsó grafikon, nyíl jelzi - túllendül az elvárt értéken - felső grafikon - , így a vezérlőegység hirtelen visszavesz a kivezérlésből, a nyomás visszaesik, majd ismét emelkedni kezd. A tranziensek során ilyen - minimális - eltérések előfordulhatnak. Nagyobb lengések viszont egyértelműen arra engednek következtetni, hogy a rendszerben hiba van. (A diagram érthetőségéhez: 1 bar= 100 kPa. A légköri nyomás - ebben az értelmezésben - 100 kPa. A felhasznált készülék: Autocom ADP 186, a motor egy 2006-os Opel Zafira, motorkód Z19ZTH.) Meghibásodása egyértelműen észlelhető, például nem lehet beállítani a gépjárművön a turbót, nem adja le a megfelelő teljesítményt, esetleg letilt az autó.

A Turbónyomás Szabályzó Szelep Meghibásodásának Általános Jelei

Számos jele van annak, hogy a turbónyomás szabályzó szelep nem működik megfelelően:

Hosszabb élettartam a Kia Rio számára

Lomhább az autó a szokottnál, és alacsony a teljesítménye is: Nagyon árulkodó jel az, amikor az autónak hirtelen csökken a teljesítménye, és a gyorsulásban is jelentős visszaesés tapasztalható. Ilyenkor a szelep nem szabályozza megfelelően a turbótöltő nyomásást, emiatt pedig a motorhoz nem jut el a szükséges levegő és üzemanyag mennyiség, melyre az égéshez szüksége lenne.
Megnő az üzemanyag-fogyasztás: Ha a szelep hibás, az az üzemanyag-fogyasztásra is kedvezőtlenül hat, ugyanis ilyenkor a turbófeltöltő folyamatosan nagy nyomást generál, emiatt pedig túl sok üzemanyag kerül felhasználásra. Ez nem csak a pénztárcánkat terheli meg jelentős mértékben, hanem a környezetet is, ezért mindenképp komolyan kell venni.
Szokatlan zajok a motortérben: Ha furcsa, szokatlan hangot hallunk kiszűrődni a motortérből, például sípolást vagy dübörgést, az is arra utalhat, hogy a turbónyomás szabályzó szelep hibásan működik. Mindenképp lényeges, hogy azonnal szerelőhöz forduljunk.
Fekete füst árad a kipufogóból: Nagyon árulkodó jel, ha fekete füst jön ki a kipufogórendszerből. Ez annak a jele, hogy a motor nem képes megfelelően elégetni az üzemanyagot, és ez okozza a nagy mennyiségű fekete füstöt. Nemcsak a környezetre lesz ez káros, hanem a motor teljesítményére is.
Rángat az autó: Amennyiben lökéseket és rángatást tapasztalunk vezetés közben, az is arra utal, hogy a turbónyomás szabályzó szeleppel gond van. Ilyenkor ugyanis a turbótöltő nyomása nem stabil, ingadozik, ez pedig a motor teljesítményének instabilitásához vezet.
Szelepkárosodás: Ha a motortérbe pillantva azt vesszük észre, hogy a szabályzószelep szivárog, esetleg sérült, akkor az mindenképp arra utal, hogy az alkatrész cserére szorul. Ez egy elég egyértelmű jelzés, ami azonnal megoldást igényel.
Világít a motorhiba jelző lámpa: Amikor a műszerfalon felvillan a motorhiba ellenőrző lámpa, az jót nem jelent, viszont azonnali beavatkozást igen. A hibajel számos dolog miatt felvillanhat, többek között a turbónyomás szabályzó szelep hibája miatt is.

Ezeket a jelenségeket mindenképp komolyan kell venni, még akkor is, ha egyik-másik jelenség különösebben nem zavar minket a mindennapi közlekedésben. Sokan azonban ezeket nem ismerik fel, hiszen az akadozó gyorsulást vagy a nagyobb fogyasztást más gond is okozhatja. Érdemes azonban tisztában lenni vele, hogy egy adott jelenség mi mindenre utal, és utánajárni a problémának.

A Meghibásodás Okai

A turbónyomás szabályzó szelep hiba jeleket számos dolog okozhatja: elektromos hibák, a vákuum-ellátáshoz kapcsolódó gondok, de maga a szelep is meghibásodhat. Az elektromos hibák kapcsolódhatnak a csatlakozókhoz vagy a biztosítékhoz, a vákuum-ellátás kapcsolatos problémák esetében pedig a szivárgó tömlő vagy a belső meghibásodás lehet a bajok forrása.

Vákuumos szabályzók esetén idővel a nyomás és a hő kezdheti el gyengíteni a rugót. Ez eredményezheti, hogy a wastegate előbb nyit, mint kellene, és csökkenti a nyomást - ezáltal a turbó teljesítményét. Továbbá az is előfordulhat, hogy elszakad benne a membrán, ami azt jelenti, hogy a szelep egyáltalán nem tud kinyitni.

Egy hibás elektromos aktuátor is okozhatja, hogy a gépjármű elveszíti az erejét, és kigyullad a „check engine” lámpa. Az elektromos vezérlésű turbófeltöltők elektronikájának meghibásodása összefügg a változó geometria meghibásodásával. Ha a változó geometria nem működik, vagy akadozik, akkor a vezérlőmotor fogaskerekei sérülnek. Ilyenkor csere szükséges.

A helyzetérzékelő pótméterrel ellátott szelepeknél a leggyakoribb hiba a pótméter meghibásodása. Ez egy rendkívül érzékeny alkatrész, akár egy beázás is tönkreteheti. Önmagában az alkatrész karbantartására külön nincs mód, mert ez egy zárt rendszer. Évről évre fejlődik a technika a turbófeltöltők terén is, akárcsak bármely más területen. A szabályzók is egyre komplexebbek lesznek, a javítási és cserelehetőségek pedig csökkennek.

Ahogy korábban már említettük, gyakran előfordul, hogy a VTG turbók vezetőlapátsora megszorul. Gyakran éppen ez a funkció nem működik, a vezetőlapátsor egy - megszorult - helyzetben marad, a töltőnyomás nem szabályozható. Ez rosszabb esetben motorkárosodáshoz vezethet.

Javítás és Karbantartás

Amennyiben a szelep megy tönkre, akkor javításra nem nagyon van lehetőség, általában csak a csere jöhet szóba, ami lényegesen drágább, mint az elektromos vagy tömlő hiba javítása. A turbó kiépítése (ami gyakran időigényes feladat) után célszerű azt szétszerelni, az alkatrészeket alaposan megtisztítva precízen összeépíteni. Így esélyünk lehet arra, hogy újra hibátlanul működjön. Szakszerű javítás esetén esély van a tökéletes működés helyreállítására.

Bármelyik turbónyomás szabályzó szelep hiba jelet is tapasztaljuk, azonnal forduljunk szerelőhöz, mert komolyabb károsodáshoz is vezethet, ha a bajok forrását nem tárjuk fel időben, illetve nem orvosoljuk azokat.

tags: #feltolto #nyomas #vezerles #szabalyzasi #hatar #tullepve