Ford Turbófeltöltő Aktuátor és Nyomásszabályozás: Működés, Típusok és Hibajelenségek
Minden, amit tudni érdemes a turbó nyomásszabályzó szelepek világáról. A nyomásszabályzó szelep egy szinte minden turbófeltöltőn megtalálható alkatrész. Több néven is emlegetik: turbo actuator, wastegate szelep, megkerülő szelep vagy „drucklabda”. A turbónyomás szabályzó szelep a motor egy rendkívül fontos eleme. A turbótöltő teljesítményének szabályozásáért felel, és ha nem működik megfelelően, akkor az a motor teljesítményében nagyon sok gondot tud okozni.
A Turbófeltöltő Működési Elve és a Szabályozás Szükségessége
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 turbófeltöltőt a kipufogógáz hajtja meg és az általa létrehozott többletlevegőt juttatja be az égetésbe, ahol nagy nyomással juttatja hozzá az üzemanyagot.
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. Nyomásszabályzó vagy vezérlő elektronika nélkül tehát a turbófeltöltő nem tudná ellátni optimálisan a feladatát.
Modern dízel motor nem létezik turbófeltöltő nélkül! A turbó feladata túlnyomással friss levegőt juttatni a motorba. Használatával jelentős teljesítmény és motornyomaték növelés érhető el a szívó dízel motorokhoz képest. A kipufogógáz a motor fordulatszámával arányosan egyre nagyobb mennyiségben, illetve sebességgel távozik a motorból. Ezt a gáznyomást felhasználva meghajtásra kerül egy turbinalapát. A turbinalapát egy tengelyen található a "frisslevegő" turbinalapáttal. A kipufogógáz és a friss levegő természetesen el van választva egymástól. Tehát a szívó-nyomó oldali turbinakerék ugyanolyan sebességgel forog, mint a kipufogó oldali. Ebből következik, hogy a kerékméretek helyes megválasztása gyártói szinten a legnagyobb kihívás.
A Nyomásszabályozás Két Fő Típusa: Wastegate és Változó Geometria
A Wastegate (Megkerülő Szelep) Működése
A wastegate a turbónyomás szabályozására szolgáló eszköz, magyar fordítása talán a legszerencsésebben a megkerülő-szelep lehetne. A turbós autók turbónyomása wastegate nélkül kontrollálatlanul emelkedne a terheléssel egyenes arányban mindaddig, míg az autó motorja, vagy maga a turbófeltöltő el nem halálozik. Éppen ezért szükség van egy olyan eszközre, amely segítségével a turbó által előállított maximális turbónyomás korlátozható. A wastegate tulajdonképpen egy nyomásérzékeny szelep. Amikor a kipufogógáz nyomása a turbó és a hengerfej között egy bizonyos nyomásértéket átlép, akkor a wastegate szelepe kinyit, és a kipufogógáz a turbót megkerülve, annak további pörgetése nélkül távozik a motorból.
Az, hogy a wastegate milyen nyomásértéknél nyit ki, az a szelepben található ellentartó rugó erejétől függ. A wastegate szelep nem csak teljesen zárva és nyitva van a folyamat alatt, hanem a szélső érték előtt is kinyit részlegesen, illetve a mechanika tehetetlensége miatt egy kicsit késve nyit ki. Emiatt következhet be a nyomás hirtelen felépülésekor a nyomásmérő órán gyakran látható kilengés: a felső értéknél egy rövid pillanatra feljebb kúszik a mutató, majd visszaesik a rugó értékének megfelelő maximális nyomásra.
Belső és Külső Wastegate
Létezik külső és belső wastegate. A működésük mindkét esetben ugyanazon elv szerint történik, lényegi különbség csak az elhelyezkedésük a turbóhoz képest. A belső wastegate szelepe a turbón található, becenevén hívják drukk-labdának is. A külső wastegate a turbótól teljesen külön egységet képez. A leömlő azon részére szerelik, ami a turbó és a hengerfej között található, röviden a turbó előttre hegesztik.
A gyakorlatban a gyári autókon szinte mindig belső wastegate-es turbót találunk, míg a tuningolt autókon legtöbbször külső wastegate látja el a nyomásszabályzás feladatát. Ennek az a magyarázata, hogy a belső wastegate-eknek viszonylag kicsi a keresztmetszete, ezért nagy turbó esetén nem tudnak elegendő kipufogógázt elengedni a turbó elől. A külső wastegate használata esetén a szelepen keresztül elengedett felesleges kipufogógázt lehetőséged van a kipufogó rendszerbe visszavezetés nélkül, egy külön úgynevezett dump (eleresztő) csövön keresztül a szabadba engedni. Ennek hangos süvítés a velejárója, amit előszeretettel alkalmaznak a tuning guruk. A belső wastegate erre nem ad lehetőséget.
Wastegate Méretezés
A külső wastegate-eket a szelep átmérőjük alapján szokás emlegetni. Jellemzően 38, 40, 50 és 60 mm-es külső wastegate-ek kaphatók. A különböző szelepméret a teljesítmény illesztését szolgálja. Nagyobb motor nagyobb turbónyomásának előállításához nagyobb wastegate szelep kell. Nagyon fontos a wastegate méretének pontos megválasztása. Ha túl kicsi a szelep, akkor nagy nyomáson lesznek gondok (nyomás-kúszás), ha túl nagy szelepet vettünk, akkor pedig nehézkesen tudunk kis nyomást stabilan előállítani. A gyakorlat szerint az alulméretezés a fontosabb probléma, amire oda kell figyelni.
| Wastegate átmérő | Ajánlott motor méret (ccm) | Ajánlott teljesítmény (LE) |
|---|---|---|
| 38 mm | 2000-ig | 300-ig |
| 40 mm | 2500-ig | 400-ig |
| 50 mm | 3000-ig | 500-ig |
| 60 mm | 3000 felett | 600 felett |
Ezek az értékek csak ajánlottak, nem szabad őket szentírásnak tekinteni! A gyakorlatban sokféle variáció működik hibátlanul ezektől eltérő méretezéssel.
Változó Geometriás Turbók (VGT) és Vezérlésük
A régebbi típusú turbófeltöltőket még a „hagyományos”, nyomásra működő szabályzó szelepekkel szerelték, melyek a többlet töltőnyomást engedik le. A későbbi, változó geometriás turbófeltöltőknél már vezérlőszelepnek nevezzük ezt az alkatrészt. A VGT turbók szabályzása jelentős mértékben különbözik a Wastegate-es turbóktól. Itt az aktuátor karja egy, a kipufogó oldali turbinakerék "köré" épített lapátsort mozdít el. A lapátsor szögállása határozza meg a turbinakerékre kerülő kipufogógáz mennyiségét, illetve az áramlás irányát. A lapátsor teljes bezárásakor (összezárás) a kerékre szinte nem is jut kipufogógáz, így megtörténik a leszabályzás. Ma már kizárólag VGT turbók kerülnek beépítésre az új autókba.
VGT Szabályzási Rendszerek
Változó geometriás turbó esetén a turbónyomás szabályzása történhet vákuumos turbónyomás szabályzó szeleppel vagy turbó elektronikával, azaz egy elektromotor segítségével. Szabályzásuk történhet elektropneumatikus szelep segítségével, vagy egy elektromos aktuátorral.
- Vákuumos szabályzás: A vákuumos szabályzásnál a turbón levő aktuátor egy elektropneumatikus szeleptől kapja meg a mindenkori szabályzáshoz szükséges vákuumot. Az elektromos szelepet a motor vezérlőegysége működteti. A pontos beállításhoz szükség van még egy nyomásérzékelőre, ami általában az intercoolerbe vagy a szívócsonkba kerül beépítésre. A vákuumot a motor által hajtott vákuumpumpáról kapjuk.
- Elektromos szabályzás: Az elektromos vezérlésű turbók esetében nem kell vákuum a szabályzáshoz, nem kell hát vákuumos aktuátor és nem kell elektropneumatikus szelep sem. A vezérlőegység által megvezérelt motoros aktuátor került a régi helyére. Vannak sima vákuumos, és helyzetérzékelő pótméterrel egybeépített vákuumos vezérlésű szeleppel szerelt turbófeltöltők, illetve elektromotoros vezérlésű turbók.
Turbónyomás Vezérlők: EVC és MBC
A stabilabb nyomásszabályozásra találták ki az elektronikus nyomás szabályozókat (EVC-ket). Az EVC a töltőnyomást arra használja fel, hogy a wastegate rugójának értékénél nagyobb nyomáson tudd üzemeltetni a turbót, és bizonyos esetekben a nyomás stabilitását és annak gyorsabb felépülését is elő tudod idézni az EVC segítségével. A belső wastegate-es turbókon egy EVC vezérléshez használatos ellennyomás csatlakozást találhatsz (swinger típusú nyomásvezérlés). A külső wastegate-eket hívják kétkamrás wastegate-eknek is, mivel ezeken mindig két ellennyomás csatlakozást találsz (popet típusú vezérlés).
Meg kell említenünk a manuális, vagy kézi turbónyomás szabályozókat (manual boost controller - MBC). Ezzel az egyszerű mechanikus eszközzel (gyakorlatilag egy golyós csap) külső wastegate esetén ellennyomást tudsz engedni a wastegate egyik kamrájára, belső wastegate esetén pedig el tudsz engedni egy kis levegőt a wastegate membránja elől, így növelni tudod a turbód legfelső nyomás értékét. Ez a módszer nem ad stabil nyomásértéket. Az EVC-kénél nagyobb ingadozás és hőmérséklet függés az olcsóság ára.
A külső wastegate-ekben szokás rugót cserélni, hogy a nyomás fix, mechanikai értékét egyszerűen és olcsón növeld, vagy csökkentsd. A rugó maga egyszerűen cserélhető, és akár vezérlés nélküli, akár vezérelt a wastegate-ed, a nyomás alsó értéke mindig a rugótól fog függeni. Sem az EVC, sem a manuális szabályozó nem tud a rugóénál kisebb nyomásértéket előállítani.
Gyakori Hibák és Figyelmeztető Jelek
Az aktuátor meghibásodása egyértelműen észlelhető. A motor egy összehangolt gépezet, melyben minden elemnek fontos szerep jut. Nincs ez másként a turbónyomás szabályzó szelep esetében sem. A meghibásodását számos dolog okozhatja, a bajt pedig akkor tudjuk időben észlelni, ha figyelünk az árulkodó jelekre. Számos jele van annak, hogy a turbónyomás szabályzó szelep nem működik megfelelően.
Hogyan működnek a VGT változó geometriájú turbók? Gyakori hibák dízelmotoroknál. Változó lapátos turbók VTG
- Lomhább az autó és alacsony a teljesítménye: 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.
- Szokatlan zajok a motortérben: Ha szokatlan zajok szűrődnek ki a motortérből (például sípolás vagy dübörgés), az is arra utalhat, hogy a turbónyomás szabályzó szelep hibásan működik.
- Fekete füst árad a kipufogóból: Ez annak a jele, hogy a motor nem képes megfelelően elégetni az üzemanyagot, és ez okozza a nagy mennyiségű fekete füstöt.
- 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.
- Világít a motorhiba jelző lámpa: Amikor a műszerfalon felvillan a motorhiba ellenőrző lámpa, az jót nem jelent, viszont azonnali beavatkozást igényel.
Specifikus Aktuátor Hibák és Okaik
A turbónyomás szabályzó szelep hiba jeleket számos dolog okozhatja: elektromos hibák, a vákuum-ellátáshoz kapcsolódó gondok, de maga a szelep is meghibásodhat.
- 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.
- Elektromos aktuátorok és VGT rendszerek esetén: 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.
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. 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.
Turbó Javítás és Karbantartás
Önmagában az aktuátor 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. A turbó elektronika hiba komoly probléma lehet az autó számára, de ha időben felismerjük és megoldjuk, elkerülhetők a további károk és a drágább javítások.
A jó hír, hogy a legtöbb turbó elektronika hiba javítható. Egy jól felszerelt és felkészült műhely a legtöbb turbó elektronika hibát orvosolni tudja sokszor a turbó vezérlő elektronika felújításával, de ha ez nem lehetséges, akkor a kicserélésével. Előfordul, hogy ehhez a teljes turbót ki kell szerelni és be kell szállítani a szakműhelybe, hogy az új vagy felújított turbó vezérlő elektronika feltanítása, kalibrálása próbapadon szakszerűen megtörténhessen. 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: #ford #turbofeltolto #aktuator #működés