Turbófeltöltős rendszerek nyomásérzékelői és a turbócső szerepe
A modern gépjárművek, különösen a turbófeltöltős motorral szereltek, számos komplex alkatrészből épülnek fel, melyek összehangolt működése elengedhetetlen a megfelelő teljesítmény és hatékonyság eléréséhez. Ezen kulcsfontosságú elemek közé tartozik a turbócső, a turbónyomás-szabályzó szelep, valamint a szívónyomás-érzékelők, ismertebb nevén MAP szenzorok. Cikkünkben részletesen bemutatjuk ezeket az alkatrészeket, működésüket, a lehetséges meghibásodásokat és azok diagnosztizálását.
A turbócső és jelentősége a levegőellátásban
A légbeszívó rendszer egyik kapcsolódó eleme a turbócső, ami a turbófeltöltő, az intercooler (már, ha van a kocsiban) és a motor szívócsonkja között helyezkedik el. Segítségével juttatja a légbeszívó rendszer a kellő mennyiségű levegőt a motorba. Közvetve részt vesz a levegő-üzemanyag keverék optimális arányának kialakításában. Így tehát a turbócső tönkremenetele negatív hatással lehet a motorblokk alkatrészeire, a turbóalkatrészekre is.
A turbócső általában valamilyen rugalmas, főként gumiból készülő tömlő. A turbócső anyaga igen sokféle lehet. Így van például műanyag, fém, illetve szilikon turbócső és leggyakrabban gumi.
A turbócső meghibásodása és karbantartása
A turbócső élettartamának meghosszabbításához ajánlott mindig időben cserélni a levegőszűrőt. Az alkatrész meghibásodását ugyanis leggyakrabban a szennyeződések okozzák. Figyeljen tehát a csereintervallumra és az új légszűrő minőségére! A cserére szoruló levegőszűrő miatt szennyeződés-lerakódások képződhetnek a turbócsőben. Ha a vezetékeknek nem áll fenn a kellő zártsága, akkor a nedvesség és a por könnyebben bejuthatnak a turbócsőbe. A szennyeződések nem csak a turbócsövet, számos más alkatrészt is tönkretehetnek, nem tudják ellátni feladatukat miattuk a terelőlapok, szelepek sem. Mindezen túl még az örvénykamrák, a csatornák áteresztő készségét is rontják. A lerakódások miatt idő előtt mehetnek tönkre a szívórendszer elektromos elemei.
Télen ajánlatos valamilyen fedett helyen tárolni az autónkat, hiszen az extrém hőmérséklet-változás, a fagyok következtében a turbócső megrepedezhet. Kerülje a rossz minőségű utakat, a sportos vezetési stílust, mert ezek miatt kilazulhatnak a tömlő bilincsei. Amennyiben valamilyen mechanikai sérülés éri a tömlőt, pl. megreped, elszakad, akkor nyomásveszteség alakulhat ki a rendszerben. Ennek következtében szegényedik a levegő-üzemanyag keverék, instabillá válik a motorteljesítmény alapjáraton és gyorsításkor is, továbbá hirtelen több üzemanyagot fogyaszt az autó.
Volvo turbócső problémák és megoldások
Mint sok más alkatrész meghibásodásakor, úgy a turbócső miatt is felvillanhat a „check engine” lámpa a műszerfalon, és szemmel látható intő jel lehet még a kipufogóból távozó túl fekete füst. Nem feltétlenül van szükség egyébként javításra, sokszor elegendő lehet megtisztítani a szennyeződésektől, különböző lerakódásoktól.
Amennyi turbócső eladó, annyi féle ár létezik. Az árak ugyanakkor nem tartoznak a legmagasabb autóalkatrész árak közé. Igaz, egy jó minőségű turbócső ára több tízezer forint is lehet. Különösen igaz ez akkor, ha speciális igények alapján történik a gyártása, elkészítése.
Turbóproblémák azonosítása
Turbónyomás-szabályzás: A Wastegate és az Actuator
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 turbófeltöltőt a kipufogógáz hajtja meg és az általa létrehozott többletlevegőt juttatja be az égetésbe, ahol nagy nyomással juttatja hozzá az üzemanyagot. 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 nyomásszabályzó szelep egy szinte minden turbófeltöltőn megtalálható alkatrész. Több néven is emlegetik: turbo actuator/wastegate szelep/megkerülő szelep/”drucklabda”. 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 szabályzók fejlődése és típusai
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. Ebben a kategóriában is több típust különböztetünk meg. Vannak sima vákuumos, és helyzetérzékelő pótméterrel egybeépített vákuumos vezérlésű szeleppel szerelt turbófeltöltők, illetve elektromotoros vezérlésű turbók.
Megoldások a Renault Megane 2 turbócső hibájára
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. Nyomásszabályzó vagy vezérlő elektronika nélkül tehát a turbófeltöltő nem tudná ellátni optimálisan a feladatát. Meghibásodása egyértelműen észlelhető, például nem lehet beállítani a gépjárművön a turbót, nem adja le a megfelelő teljesítményt, esetleg letilt az autó.
Gyakori hibák és azok okai
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.
A helyzetérzékelő pótméterrel ellátott szelepeknél a leggyakoribb hiba a pótméter meghibásodása. Ez egy rendkívül érzékeny alkatrész, akár egy beázás is tönkreteheti. 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. Önmagában az alkatrész karbantartására külön nincs mód, mert ez egy zárt rendszer.
A szívónyomás-érzékelő (MAP szenzor/töltőnyomás-érzékelő) részletesen
A szívónyomás-érzékelők (vagy másnéven a MAP szenzorok) (az angol "Manifold Absolute Pressure" kifejezésből) a fojtószelep potenciométer értékeivel együtt használatosak a töltetlen benzinmotorok beszívott levegő tömegének kiszámításához. Dízel és benzin turbómotorokban az érzékelőt elsősorban a turbófeltöltő rendszer szabályozására használják. Ezért nevezik gyakran töltőnyomás-érzékelőnek. Az érzékelők kialakítása gyakorlatilag megegyezik. Csak az érzékelők mérési tartománya igazodik a tervezett felhasználáshoz.
Működési elv
A szenzorban van egy membrán, amely az alkalmazott nyomásnak megfelelően görbül. A membránhoz nyúlásmérők kerültek csatlakoztatásra, amelyeket a görbületnek megfelelően megnyúlnak, vagy összehúzódnak. A nyúlásmérők elektromos ellenállása nyúlással változik. Az ellenállás változását a szenzorelektronika feldolgozza, és a vezérlőegységnek jelként továbbítja.
Elektromos jellemzők és jelátvitel
A nyomásérzékelő 3 elektromos csatlakozással rendelkezik. Az egyik csatlakozócsap tápfeszültsége 5 V, a második csatlakozócsap jelfeszültsége pedig rendszerint 0,2 V és 4,8 V között van. A test jel a harmadik csatlakozócsapon található. Ha van egy negyedik csatlakozócsap is, akkor ez a beszívott levegőt méri az NTC ellenálláson keresztül. Az ilyen érzékelőket néha "T-Map" érzékelőknek is nevezik. Az érzékelők kiosztása sajnos nem szabványosított.
A legtöbb esetben a nyomásérzékelők analóg feszültség jelet bocsátanak ki. Az újabb szenzorok úgynevezett frekvenciamodulált jelet bocsátanak ki. A jel frekvenciája a nyomás hatására növekszik. Ennek a jelnek a tesztelésére egy frekvenciamérőre, vagy egy jobb oszcilloszkópra van szükség.
A nyomásértékek értelmezése
A pontos típusspecifikus beállítási pontok a jármű gyártójának dokumentációjában találhatók. A beállítási pontoknál ellenőrizze, hogy a nyomásértékek abszolút nyomásként vagy relatív nyomásként vannak-e megadva. Az abszolút nyomás skála abszolút vákuummal és 0 bar értékkel kezdődik. Légköri nyomáson ez az érték 1,0 bar. A légköri nyomáson mért relatív nyomás 0 bar. A légköri nyomás alatt levő értékek negatív jeleket mutatnak. Az abszolút vákuum -1,0 bar. A légköri nyomás feletti értékek pozitívak.
A legtöbb gyártó a nyomást abszolút nyomásként Pascalban (Pa), a Hektopascalban (hPa) vagy a Kilópascalban (kPa) kifejezett értékkel jelzi. 1hPa egy millibar (mbar) értéknek felel meg. Ha a kPa értéknél 2 számjeggyel balra tolja a tizedespontot, az értéket barban fogja megkapni. 120,0 kPa 1,2 barnak felel meg. A standard nyomásmérők a nyomást relatív nyomásként barban jelzik.
Az alábbi táblázat összefoglalja a nyomásértékek értelmezését és átváltását:
| Kifejezés | Abszolút nyomás (bar) | Relatív nyomás (bar) | Megjegyzés |
|---|---|---|---|
| Abszolút vákuum | 0 | -1,0 | Teljes légüres tér, nulla abszolút nyomás |
| Légköri nyomás | 1,0 | 0 | Standard légköri nyomás (tengerszinten) |
| Túlnyomás (pl. 0,9 bar) | 1,9 | 0,9 | Légköri nyomás feletti érték |
| 1 hPa | 0,001 bar (1 mbar) | Átváltás | |
| 120 kPa | 1,2 bar | Példa átváltásra (100 kPa = 1 bar) | |
Diagnózis és hibaelhárítás
Az ügyfél részleges terhelési tartományban turbófeltöltés nélküli benzinmotor esetén rázkódásra, turbómotor esetén energiakimaradásra panaszkodik. Ennek lehetséges okai lehetnek a tápfeszültség hiánya, kábelszakadások, hibás csatlakozók, vagy az elektronika érzékelőinek meghibásodása. A vezérlőegység észleli a hibát és eltárolja a hibamemóriában. Gyakori hibaüzenetek lehetnek:"Szívóvezeték nyomás, vagy töltőnyomás jel valószínűtelen", "túl alacsony" vagy "túl magas". A vezérlő egység megpróbál a helyettesítő értékekkel vészhelyzeti működési jellemzőket létrehozni. A számított értékek a diagnosztikai eszköz adatlistáján kerülnek majd megjelenítésre.
Az érzékelő cseréje előtt ellenőrizze a feszültség ellátást (5 V-os alapjel) valamint a vezérlő egységhez vezető kábeleket a folytonossági és a földzárlat hibák miatt. Ha az érintkező kiosztás nem ismert, akkor az alábbiak szerint járjon el: Csatlakoztasson egy voltmérőt az akkumulátor földeléséhez és az érzékelő három érintkezjének egyikéhez (a dugóval csatlakoztatva), majd kapcsolja be a gyújtást. Mérje meg egymás után a feszültséget az érzékelő minden érintkezőjén. Az érzékelő tápfeszültsége 5 V. Ha a feszültség 0,1 V alatt van, akkor ez a testjel. Az érintkezőn mérhető jelfeszültség értéke 0,2 és 4,8 V között van.
A szívócső hibás mért értékei nem feltétlenül vezetnek hibakód tárolására hibamemóriában. Ha a mérési hiba még mindig az öndiagnosztikai tűréshatáron belül van, akkor lehetséges, hogy az önellenőrzés egy másik összetevő, pl a fojtószelep potenciométer, vagy túlságosan szegény keverék hibáját jelzi. Ha azt gyanítja, hogy a nyomásérzékelő pontatlan mért értékeket ad, akkor ezt a diagnosztikai egység adatlistáján és egy kéziszivattyúval gyorsan ellenőrizheti. Jelenítse meg a szívóvezeték nyomását az adatlistán és csatlakoztassa a kéziszivattyút a nyomásérzékelőhöz. Megjegyzés: Egyes vezérlőegységek a motor leállításával és a gyújtás bekapcsolásával ellenőrzik a mért értékek megbízhatóságát. Ha a mért értékek túlságosan eltérnek a légköri nyomástól a motor leállításakor (ez a helyzet a nyomásszivattyú tesztelése esetén), hiba lép fel és a kijelző befagy egy vészhelyzeti értékre.
Nyomásviszonyok a szívócsőben - Részletes áttekintés
A turbófeltöltővel kapcsolatos cikk elolvasása előtt célszerű néhány percet szentelnünk annak az áttekintésére, hogy a négyütemű Otto motor szívócsövében milyen nyomásviszonyok alakulnak ki a motor működése közben. A kérdés talán egyszerűnek tűnhet, mégis tartalmaz buktatókat. A szívócső "kapujánál" elhelyezkedő fojtószelepet piros színnel jelöltük. A vákuum / nyomás mérő műszer csatlakoztatási helye így egyértelmű.
Szívómotorok nyomásviszonyai
Amikor a benzinmotor alapjáraton jár, a fojtószelep majdnem teljesen be van zárva. A motor működése következtében ilyenkor jelentős vákuum alakul ki, mivel a szinte teljesen lezárt fojtószelep mellett csak nagyon kis mennyiségű levegő jut a szívócsőbe. A vákuum értéke egy jó mechanikus állapotú motor esetén eléri a -600-650 mBar-t (350-400 mBar), konstrukciótól függően akár a -700mBar-t (300 mBar) is. Ebben a vonatkozásban a légköri nyomást tekintjük 0 mBar-nak (relatív nyomás), de pl. diagnosztikai eszköz képernyőjén sok esetben a légköri nyomás van 1000 mBar-nak feltüntetve (abszolút nyomás).
Motorfék (tolóüzem) esetén a fojtószelep szintén közel teljesen zárva van, hasonlóan az alapjáratnál leírtakhoz. Viszont a motor fordulatszáma jóval nagyobb annál, akár 4-5000/perc. Így természetes, hogy a vákuum értéke is magasabb, esetünkben -830 mBar. Részterhelésnél nyitjuk a fojtószelepet, így - részben a fordulatszámtól függően - a vákuum csökken a szívócsőben. A műszerről leolvasható az értéke: mindössze -120 mbar.
Szívómotor esetén teljesen kinyitott fojtószelepnél (teljes terhelés) a szívócsőben uralkodó nyomás közelítőleg megegyezik a légköri nyomással. Közelítőleg, mert a levegőáram útjában lévő nyitott fojtószelepnek is van némi légellenállása, ahogy a légszűrőnek is, és magának a szívócsőnek is. Szívómotornál tehát a szívócsőben működés közben vagy vákuum van, vagy a légkörihez közeli nyomás.
Turbómotorok nyomásviszonyai
Más a helyzet a feltöltött motoroknál. Ha a fojtószelepet annyira kinyitjuk, hogy a fordulatszám emelkedésével elegendő nyomású - ill. tömegű - kipufogógáz keletkezik a turbófeltöltő turbinakerekének arra a fordulatszámra történő meghajtására, amikor a sűrítőkerék által komprimált levegő nyomása meghaladja a légköri nyomást, a szívócsőben ez a nyomás mérhető. A motor most feltöltött motorként működik. A fojtószelepet teljesen nyitva tartva a töltőnyomás emelkedésének a töltőnyomás szabályzás szab gátat. A működő feltöltött motor szívócsövében tehát vagy vákuum, vagy légköri nyomás, vagy túlnyomás uralkodik.
Felmerül a kérdés: turbómotornál motorfék esetén pl. 4000 percenkénti fordulatszámnál miért vákuum van a szívócsőben. Nem tölt a turbó? Nem tölt, mivel a lezárt fojtószelep miatt olyan kevés kipufogógáz keletkezik, ami nem képes megfelelő fordulatszámon tartani a turbót. Másrészt a lefújószelep (blow-off) ilyenkor nyitva van, a fojtószelep előtti térből leengedi a nyomást. A turbómotorokban a túl alacsony feltöltőnyomás a teljesítmény csökkenéséhez vezet.
Dízelmotorok nyomásviszonyai
Dízelmotoroknál lényegesen egyszerűbbek a nyomásviszonyok, hiszen nem beszélünk fojtásos szabályzásról. A szívócsőben alapesetben vagy atmoszférikus nyomás, vagy túlnyomás - feltöltéses motor esetén - uralkodhat. Részben bonyolítja a helyzetet az EGR szelep jelenléte, ill. az ún. EGR-fojtószelep, ami a szívócsövet bizonyos mértékben elzárja az EGR-szelep előtt, annak érdekében, hogy a megfelelő mértékű kipufogógáz-visszaáramlás valóban létrejöjjön. Ennél erősebb vákuum leginkább a leállás pillanatában fordul elő, amikor a fojtószelep és az EGR együttes zárása "finom" leállást valósít meg.
Szivárgó szívócső esetén a nyomásértékek magasabbak, különösen üresjáratban és a részleges terhelési tartományban. A szivárgás helyétől függően a keverék túlságosan szegény, vagy túlságosan dús. Ebben az esetben ellenőrizni kell az egész szívócsövet a szívócső megfelelő folyadékkal történő bepermetezésével (tartsa be a biztonsági előírásokat!). Amint a teszteléshez használt folyadék a szivárgási ponthoz ér, a motor instabil működéssel reagál. Ennek gyakori okai lehetnek a szívócsonktömítés, a vákuumvezetékek, és a fékrásegítő.
Sok gyártó a nyomásérzékelőket pneumatikus csillapítással látja el; az érzékelők egy tömlővel csatlakoznak a szívócsőhöz. A csillapítás egy fojtószelepből (mely lehet szintén egy, a csatlakozóvezetéken elhelyezett kalibrált furat), valamint a csatlakozótömlő térfogatából áll. Ha a csillapítás megváltozik, a vezérlőegység hibás középértéket számít a szívócső nyomásához. Ellenőrizze a fojtószelep funkcióját, és használjon egy azonos hosszúságú és belső átmérőjű tömlőt a csatlakozótömlő cseréjekor.
Turbónyomás-szabályzók és teljesítményfokozás
Léteznek speciális alkatrészek, amelyekkel a turbónyomás finomhangolása vagy növelése valósítható meg. Ezek a tuning megoldások segíthetnek a motor teljesítményének optimalizálásában, de beépítésük kizárólag szakember feladata.
- Wastegate levegő csatlakozó: Ez egy nagyon ötletes wastegate levegő csatlakozó. Egyik oldalán 1/8" NPT menettel, másik felén 4-6mm-es gumicső csatlakozással van ellátva. Ez az eszköz a turbónyomást tudja növelni azzal, hogy a wastegate nyitó kamra oldalára érkező levegő mennyiségét redukálja. Minél jobban betekered a hernyó csavart, annál magasabbra fog nőni a turbónyomásod. Értelem szerűen külső wastegate-ek esetében a nyitó oldali kamra nyomás csatlakozásának a helyére kell beépíteni.
- MAC boost controller tartó konzol: Alumíniumból készült tartó konzol csavarokkal MAC 3 portos boost controller, azaz turbónyomás szabályozó szolenoidokhoz. A szettben a konzolt és a rögzítő csavarokat adjuk. A szett turbónyomás szabályozó MAC szelepet nem tartalmaz!
- AN4 hosszított csatlakozó MAC PWM szelepekhez: Elektronikus turbónyomás szabályozó 3 és 4 utas MAC PWM szelephez való AN4 hosszított csatlakozó. Ezt a közcsavart kifejezetten azért csináltattuk, hogy AN4 fémhálós teflon csővel tudd bekötni a wastegate-ed vezérlő csöveit 4 portos MAC szelepeken. A 3 potos szelepekhez képest a 4 portos változatoknál egymás mellett, szűk helyen kell elférnie 2db AN4 fittingnek, amit nem lehet megoldani két egyforma csatlakozóval. Ezzel a toldattal az egyik csatlakozást el tudod tolni 40mm-re, így már elfér egymás mellett a két AN4 csatlakozás. Csak szakember építheti be!
- AN4 csatlakozó szett MAC PWM szelepekhez: Elektronikus turbónyomás szabályozó 3 utas MAC PWM szelephez való AN4 csatlakozó szett. Ezt a 2db-ból álló közcsavar szettet kifejezetten azért csináltattuk, hogy AN4 fémhálós teflon csővel tudd bekötni a wastegate-ed vezérlő csöveit. Komoly tuning autóban a hőterhelés is komoly a wastegate környezetében, ezért a hagyományos gumi és szilikon anyagú csövek csak rövid ideig bírják a meleget és kilyukadnak. Ahhoz, hogy strapabíró, nagy hőtűrő képességű teflon csövet tudj csatlakoztatni a szolenoidra szükséged lesz átalakítókra, AN4 közcsavarokra. Csak szakember építheti be!
- NXS Motorsports golyós-szelepes turbónyomás szabályozó: Egyszerű, frappáns megoldás olcsó turbónyomás szabályozóra az NXS Motorsports golyós-szelepe! Kiváló minőségű, eredeti USA gyártmány. Ez a szabályozó a belső és külső wastegate-es turbók manuális nyomásszabályozására alkalmazható eszköz. Belső wastegate esetén a bekötése a drukklabdára kötött nyomóágba történik. Külső wastegate esetén akkor lehet ezzel az eszközzel jó eredményt elérni, ha a wastegate két kamrája közül a nyitó irányú ágába kötöd be a szelepet. Fontos tudnivaló, hogy egy elektronikus elven, szolenoiddal szabályozó eszközhöz képest ez a szelep pontatlanabb, instabilabb nyomást eredményez, mindazonáltal tapasztalatunk szerint ez a legeslegjobban működő manuális szabályozó, amit csak kapni lehet! Csak szakember építheti be!
- Elektronikus turbónyomás szabályozó 3 utas PWM szelep: Üzemeltetéséhez vezérlő elektronika szükséges! 12 Voltos, villámgyors. Egyik kedvenc szolenoidunk, mert segítségével precízen lehet szabályozni a turbónyomást. Külső és belső wastegate-es turbókhoz is használható. Csak szakember építheti be!
- Elektronikus turbónyomás szabályozó 4 utas PWM szelep: Üzemeltetéséhez vezérlő elektronika szükséges! 12 Voltos, villámgyors. Egyik kedvenc szolenoidunk, mert segítségével precízen lehet szabályozni a turbónyomást. Elsősorban kétkamrás külső wastegate-ekhez használjuk, de a ritkán előforduló kétkamrás belső wastegate-es turbókhoz is használható. Ajánlott bármely turbós motorhoz! Kiváló minőségű, eredeti Ausztrál gyártmány, prémium minőség.