A turbófeltöltő: Működési elve, alkatrészei és a labirintus járat szerepe

A turbófeltöltő hatékonyan növeli meg a motor erejét, de azt kevesen tudják, hogy már több, mint 110 éve létezik. A mindössze 25 éves feltalálója ekkor találta ki azt a működési elvet, amit gyakorlatilag a mai turbók is használnak. A gyakorlati megvalósítás persze nehézkesen indult, 18 évbe telt, mire az első turbófeltöltős motorok működésbe léptek hajókon.

A turbófeltöltők alapvető működési elve azon alapul, hogy a kipufogógázt, ami veszendőbe menne, munkára fogjuk. A turbófeltöltő tuning nélkül is plusz lóerőket biztosít a motor számára, csupán a működési elve miatt.

Hogyan működik a turbófeltöltő?

A motorerő arányos a hengerekbe jutó levegő és üzemanyag mennyiségével. Nagyobb motorok esetében a folyamat ugyanaz, a nagyobb motor több levegőt szív be, így nagyobb teljesítményre képes. Amennyiben azt szeretnénk, hogy egy kisebb motor nagyobb teljesítményt produkáljon, nincs más dolgunk, mint még több levegőt juttatni a hengerekbe ezt egy turbófeltöltő felszerelésével lehet megoldani. Hiszen a turbófeltöltő felszerelésével drasztikusan megváltoztathatjuk a motor teljesítményét.

A működési elv is a levegő betáplálással van összefüggésben. Mivel a motor hengereinek űrtartalma adott, így csak megadott mennyiségű üzemanyag-levegő keverék fér bele. A keveréknek ráadásul meghatározott arányban kell üzemanyagot és levegőt tartalmaznia, így például plusz lóerők akkor sem keletkeznének, ha levegő helyett üzemanyag lenne több. A motor teljesítménye így csak úgy növelhető, ha a fix blokk űrtartalomba több keverék jut be. A tökéletes égéshez több levegő szükséges, amit a szívó motorok már nem tudnak biztosítani.

A motorból kilépő égéstermékek forró gázai a turbón kerülnek átvezetésre, ahol meghajtanak egy turbinának nevezett orsót. A turbófeltöltőt a kipufogógáz hajtja meg és az általa létrehozott többletlevegőt juttatja be az égetésbe, ahol nagy nyomással juttatja hozzá az üzemanyagot.

Turbónyomás szabályzó szelep hibaelhárítási útmutató

Az Intercooler (Töltőlevegő-hűtő) szerepe

Természetesen a turbófeltöltő által biztosított nagy nyomású levegő felmelegedik, a fizika törvényei szerint ugyanis a nyomás növekedését megnőtt hőmérséklet is követi. A meleg levegő viszont több helyet foglal a hidegnél, így a motor nem profitálna semmit a sűrítési folyamatból.

A problémát a turbó és a motor közé elhelyezett intercooler kezeli, mely a nagy nyomású, de meleg levegőt lehűti, így a hengerekbe nagy nyomású, de hideg levegő érkezik. Az intercooler, vagy más néven töltőlevegő-hűtő fontos alkatrésze lehet a turbófeltöltős autóknak, nélküle nem sok értelme lenne a levegőbetöltésnek. Több feltöltővel felszerelt autó rendelkezik ˝levegő hűtővel˝ (intercooler), mely tovább hűti a levegőt, így növelve annak ellenállását a berobbanással szemben.

A levegő- és gázáramlás a turbófeltöltőben

Jellegzetes turbófeltöltő felépítése és működési folyamata az alábbiak szerint zajlik:

1. A levegőszűrőn keresztülhalad a levegő, mielőtt a kompresszorba jutna.
2. A levegő összenyomódik, minek következtében a levegő sűrűsége megnő.
3. A levegőhűtő (intercooler) tovább hűti a levegőt, így növelve annak ellenállását a berobbanással szemben.
4. A motor szívó szelepén keresztül jut a levegő a hengerbe. Mivel a levegő magasabb sűrűségű, így a henger több levegőt képes beszívni.
5. Magasabb levegő beáramlási arány, magasabb üzemanyag beömlési arányt eredményez.
6. Több üzemanyag elégetése nagyobb teljesítményt eredményez.
7. Miután az üzemanyag elég a hengerben, a kipufogás a kipufogó szelepen keresztül történik.
8. A magas hőmérsékletű kipufogógáz ezután továbbhalad a turbinába.
9. A turbina visszanyomást gyakorol a motorra, ami azt jelenti, hogy a motor kipufogó nyomása nagyobb, mint az atmoszféra nyomás.
10. A hőmérséklet és a nyomás csökken a turbinában, mely a kipufogógáz energiáját használja fel a kompresszor működéséhez.

Turbófeltöltő rendszerek szabályozása

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 szelepek (Wastegate és BOV)

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 turbina oldalon a túlpörgő folyamatot egy megkerülő szelep szabályozza, mely ha érzékeli a túl sok égésterméket, azok egy részét kiereszti a turbina mellett. Így a folyamat önszabályozó marad, s nem pörög túl.

Mondeo turbó szerviz költségei

Kipufogó oldalon a Wastegate segítségével szabályozhatjuk a kipufogógáz nyomását. Néhány hagyományos diesel berendezés nem használ wastegates-et egyáltalán. Ezt a fajta rendszert szabadon lebegő turbófeltöltőnek hívjuk. A gázolajat használó berendezések többségében szükséges a wastegates.

Kétféle konfigurációt különböztetünk meg, ezeket külső illetve belsőnek turbinának nevezzük. A belsők a turbina házba épülnek be és egy “flopper” szelep kart köt össze a túlnyomás szabályzó szeleppel. A belsőket a kipufogó rendszerbe építik. A külső wastegate előnye, hogy az elvezetett gázt újra be lehet vezetni a turbinához. Ez növeli a turbina teljesítményét.

A kompressziós oldalon pedig a BOV szelep dolgozik, ez akkor ereszti ki a levegőt, ha a pillangószelep zárt, de a turbó még nyomná a levegőt. A Blow off szelep (BOV) egy nyomás csökkentő szerkezet a leömlő területen, amely megakadályozza, hogy a kompresszorban túlnyomás lépjen fel. Mivel a túlnyomás végső soron a csapágyak meghibásodásához vezet, az ehhez kapcsolódó nagy igénybevételnek köszönhetően. A BOV-ot a kompresszor kimenet és a gáztest közé kell felszerelni lehetőleg a feltöltő léghűtő folyásirányába (ha van ilyen felszerelve).

A szabályzók evolúciója

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.

Turbófeltöltő optimalizálás

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.

Turbófeltöltő tuning

A turbófeltöltő tuning feladata még több lóerő kinyerése a motorból csupán azáltal, hogy beleavatkozik a turbó rendszer működésébe. Mivel a rendszerben a turbinát az égéstermékek hajtják meg, így azok ezt az energiát átadják a kompressziót végző orsónak. Az cserébe több üzemanyag-levegő keveréket juttat a motorba, így még több égéstermék keletkezik. Ezek még több keveréket juttatnak a motorba, amiből még több égéstermék keletkezik - így rövid idő alatt a két folyamat egymást erősítve hihetetlen erőket szabadítana fel. A turbófeltöltő tuning ebbe a rendszerbe avatkozik bele, a szelepek működésének manipulálásával lehet a legkönnyebben extra teljesítményt kinyerni a motorból.

Kenés és hűtés: Olaj és víz csőhálózat

Különös figyelmet kell fordítani az olaj és víz csőhálózat karbantartására. Egy elhanyagolt szivárgó hálózat komoly meghibásodásokhoz vezethet. Fontos a megfelelő beállítás, mivel az olaj kimenettől a tömegvonzást használva mozog az olaj a rendszerben. A bemeneti oldalon ajánlott a nyomást 60 psi fölött tartani.

Ügyelni kell a turbófeltöltő visszahűtésére, ez csökkenti a kenőolaj és a kopó alkatrészek lehetséges károsodását. Ezeket a káros hatásokat minimalizálja a vízhűtés, ami napjainkban egyre több turbófeltöltőnél elterjedt.

A turbófeltöltő csapágyazásánál a kenésért és hőelvonásért felelős olajfilm réteg kialakulásához hézagra van szükség az alkatrészek (futófelületek) között. A turbó egészséges működésének kulcsa a megfelelő kenés biztosítása. Azért is kiemelkedően fontos a megfelelő kenés, mert a turbófeltöltő tengelye percenként akár 300.000 fordulatot is megtehet, miközben a motorból távozó akár 1.000 Celsius fok körüli kipufogógázzal érintkezik. Ilyen terhelésnél, a hőelvonásért és a kenésért felelős, megfelelő olajfilm réteg kialakítása kulcsfontosságú!

A legapróbb szennyeződés a motorolajban vagy az olajáramlás megszűnése akár már néhány másodperc alatt is végzetes turbó hiba kialakulását eredményezheti. Fontos azt is tudni, hogy a turbó forgórészében az olajat apró furatokon keresztül vezetik a csapágyak és a turbinatengely futófelületére, a túlhasznált vagy szennyezett motorolaj ezeket a furatokat eltömíti, ami ekkora (hő)terhelésnél az olaj ráégését eredményezi a futófelületekre, valamint a kenés hiánya miatt az amúgy olajfilm réteg által elválasztott fém alkatrészek összeérnek és megkoptatják egymást.

A labirintus járat és az olajszivárgás

Bármilyen meglepően is hangzik, a turbó olajfolyás nem feltétlenül jelenti a turbó hibáját. Sőt előfordul, hogy az olajfolyás nem is a turbótól származik, csak tévesen diagnosztizálják turbó hiba körébe a jelenséget. Mindettől függetlenül a jelenség hibára utal és veszélyes, ezért mindenképpen törődni kell vele!

Mint már említettük korábban, a turbó egy összetett rendszer része, a kenési rendszere azonos a motor kenési rendszervével. A turbó tengelyének a két végén, azaz a kompresszor és a turbina oldalon egy-egy (bizonyos esetekben a turbina oldalon kettő) labirint gyűrű zárja el az olaj útját a nyomó és a kipufogó irányba. Kialakításából fakadóan azonban a labirint gyűrű nem zár(hat) 100%-osan.

Normál üzemeltetési körülmények között ez nem jelenthet problémát, a rendszert úgy tervezték, hogy a csapágyházon belüli és kívüli nyomásértékek ne engedélyék az olajat átszivárogni a gyűrűkön. Viszont, ha ez a kényes egyensúly felborul (például azért, mert a motor kartergáz nyomása abnormálisan megnő), akkor a motorolaj át fog jutni a labirint gyűrűkön és vagy a sűrítő oldalon a feltöltött levegővel együtt bekerül az égéstérbe vagy a kipufogó rendszerbe jut - bizonyos esetekben egyszerre mind a kettő. Ez azonban nem a turbófeltöltő hibája, hanem az üzemeltetési körülmények idézik elő az olajszivárgást!

• Aki egy kicsit is tisztában van a dízel motorok működésével, az tudja, hogy az égés öngyulladással megy végbe a hengerekben. Az összesűrített levegőhöz üzemanyagot fecskendeznek, a nagy nyomás miatt az így létrejött keverék begyullad. Azt már kevesebben tudják, hogy mindez akár motorolaj elégetésével is megtörténhet. Ebből már lehet sejteni, hogy ha a feltöltött levegővel együtt motorolaj kerül az égéstérbe, akkor akár egy öngerjesztő és leállíthatatlan illetve kontrollálhatatlan égés is létrejöhet (erre szokták azt mondani, hogy felpörög a motor vagy felkapja az olajat), ami a turbó, a motor és akár az egész autó végét is jelentheti!
• A másik eshetőség, hogy az olaj főleg a kipufogó rendszerbe kerül. Ilyenkor a forró kipufogó gázzal keverve a létrejövő olajsár és olajkoksz lerakódik mindenhova. A turbinalapátoktól kezdve a kipufogó csövek és dobok falain át a katalizátor és/vagy a részecskeszűrő belsejére is, gyakorlatilag eltömítve azokat.

A legtöbbször a kiegyensúlyozottság elvesztése és a csapágyak, futófelületek kopása a turbó olajfolyás okozója. Ezek eredetéről és okairól feljebb már részletesen beszéltünk.

Gyakori turbófeltöltő hibák és azok okai

Nagyon fontos mind az autó tulajdonosának, mind a szerelőnek megérteni, hogy a turbó meghibásodás okai között a turbó anyag vagy gyártási hibája csak az esetek kevesebb, mint 10%-a! Az esetek 90%-ában tehát egy külső (üzemeltetési) tényező játszik szerepet, csúnyán megfogalmazva teszi tönkre a turbót! Ebből kikövetkeztethető, hogy ha nem találjuk meg és nem szüntetjük meg maradéktalanul a meghibásodás valódi kiváltó okát, akkor az új vagy felújított turbó is újra meg fog hibásodni!

Meghibásodása egyértelműen észlelhető, például nem lehet beállítani a gépjárművön a turbót, nem adja le a megfelelő teljesítményt, esetleg letilt az autó.

Teljesítményvesztés és geometria leragadás

Hirtelen teljesítmény vesztés, turbó geometria leragadás jelei, a jármű vészüzembe vagy más szóval szervizmódba vált. Ez egy gyakori hiba a modern, változó geometriás turbó feltöltővel szerelt dízel motorok esetén. A legtöbbször a turbó geometria leragadás oka az, hogy a változó geometria lamelláinak mozgását valami akadályozza. A turbó geometria leragadás kiváltója lehet nagy mennyiségű korom lerakódása a turbina házban, de akár egy turbó geometria hiba is, ami a változó geometria sérülését vagy kopását jelenti.

• Nagy mennyiségű korom kerül a turbina házba, ami akadályozza a változó geometria szabad mozgását, így turbó geometria leragadás lép fel.
• Lehetséges, hogy "csak" az okozta a geometria leragadást, hogy az autóval túlnyomórészt városban és rendszerint csak rövid távokon közlekednek. Ez sajnos a modern dízelmotoroknak nagyon nem tesz jót, ezeket elsősorban hosszabb utak megtételére tervezték. Ez hatványozottan igaz a részecskeszűrős járművekre!
• Az is lehetséges, hogy a jármű befecskendező rendszerével van valami gond, ezért tökéletlen az égés a motorban, ami nagy mennyiségű korom lerakódását eredményezi a turbó turbina házában. Értelemszerűen egy turbó geometria tisztítás önmagában még nem oldja meg a hibát, csak ideig-óráig.
• Előfordul, hogy a turbófeltöltő forgórészének meghibásodása miatt turbó olajfolyás lép fel. Ez az olaj bekerül a turbina oldalra is, ahol a forró kipufogógázzal keveredve olyan, a lamellák mozgását gátló olajkoksz réteg alakul ki, hogy turbó geometria leragadás lép fel. Természetesen ilyen esetben sem elegendő csak egy turbó geometria tisztítás, hiszen a turbó hiba miatt a változó geometria rövid időn belül újra le fog ragadni.
• Részecskeszűrős járműveknél, ha a részecskeszűrő eltömődik, akkor a visszatorlódó kipufogó gáz miatt a turbó változó geometria leragadás gyakori hiba.

A motorból kilépő kipufogógáz teljes egészében áthalad a turbófeltöltőn és a változó geometrián. Előfordul, hogy a kipufogó szelepeken összeállt, majd onnan leszakadó olajkoksz vagy nagyobb hiba esetén egy motorikus alkatrészdarab (pl. a dugattyú, gyűrű vagy a szelepek illetve az ízzítógyertya darabkái, stb.), de nem egyszer akár a leömlő belső faláról vagy tömítéséből leválló fémdarabka a kipufogógázzal együtt keresztülmegy a turbófeltöltőn. Ezek a sérülések a turbó geometria szerkezetében megakadályozzák a változó geometria rendeltetésszerű működését. A turbó geometria nem lesz képes a turbinakerékre érkező kipufogógáz mennyiségének és irányának megfelelő szabályozására, ami a jármű hibás működéséhez vezet.

Fütyülő turbó és mechanikai sérülések

Ha a turbó hangja egyik napról a másikra megváltozik, azt vesszük észre, hogy a turbó fütyül, akkor az szerkezeti károsodásra utal. Elképzelhető, hogy a lapátok idegen anyag által sérültek vagy a megnövekedett radiális és axiális irányú tengelylógás miatt hozzáérnek a házak falához. Az ilyen hibás turbó tünetei lehetnek még a turbó olajfolyás és a teljesítmény vesztés is.

Rossz minőségű vagy túlhasznált légszűrő esetén ennek fokozottan nagy a veszélye. Sokszor előfordul, hogy a turbó és a légszűrő közötti cső sérül meg, egyes típusoknál a kartergáz visszavezetés hibája miatt olaj rakódik le a szívócsőben, ami megeszi a csatlakozásokat és (gumi) összekötő elemeket, de előfordulhat az is, hogy a légtömegmérő elöregedett alkatrészeit szívja be a turbó. Korábbi turbó meghibásodás esetén a hibás turbóból származó törmelék maradhat a szívó oldalon, amit az új turbó beszív (nem feltétlenül azonnal, van, hogy csak hónapokkal a turbó csere után).

A turbófeltöltő sűrítő kereke puha alumíniumból készült, nem készítették fel arra, hogy forgás közben szennyeződéssel ütközzön, ezért a legapróbb szilárd törmelék is végzetes sérülést tud okozni. A sérült kompresszor lapátok miatt a turbó fütyül, akár már alapjáraton is! Ha a turbó fütyül, nem érdemes tovább használni, mivel az anyaghiányos sérülés kiegyensúlyozatlanságot eredményez a forgórészben, ez hamarosan jelentkező turbó olajfolyás mellett, rövid időn belül tengelytöréshez illetve a kompresszorlapátok letöréséhez vezet, amik a motorba bekerülve további súlyos károkat okozhatnak!

Előfordul, hogy a kipufogógázzal együtt a motorból vagy a leömlőből elszabaduló szilárd szennyeződések (összeállt olajkoksz, tömítés darab vagy akár a dugattyú vagy a gyűrű darabkái is), ahogy a forgó turbinakeréknek ütköznek, sérüléseket okoznak a hajtóélek felületén. Ez természetesen nem csak változó geometriás turbók esetén okoz problémát, sőt benzines turbókat is ugyanúgy érint, mint dízeleket. A sérült turbinalapátokon a kipufogógáz áramlása megváltozik és ez okozza a turbó fütyülő hangját. Komolyabb, anyaghiányos sérüléseknél a forgórész kiegyensúlyozottsága miatt minél előbb turbó felújítás szükséges, mivel a rendkívül magas, akár közel 300.000 fordulat / perc rotorsebesség mellett a kiegyensúlyozatlanság rövid időn belül a turbinatengely eltörését eredményezheti.

A megnövekedett axiális vagy radiális turbó tengely lógás azt eredményezheti, hogy a lapátok forgás közben hozzáérnek a házakhoz. Ilyenkor fütyül a turbó és fémes hangja van, ami komoly szerkezeti károsodásra utal. Ezeknek a hézagoknak az összeadódása eredményezi a turbinatengely radiális irányú lógását, ami teljesen természetes, sőt szükséges is, új turbó esetén is megfigyelhető jelenség! Azonban, ha bármekkora mértékű axiális, azaz tengelyirányú lógást észlelünk vagy a radiális, azaz oldalirányú lógás mértéke akkora, hogy a lapátok elérik a ház falát, akkor az már a turbó hiba jelei közé tartozik és szerkezeti károsodásra, a csapágyak és a futófelületek kopására utal!

Végezetül, ha fütyül a turbó, az ritkán ugyan, de nem feltétlenül jelent turbó hibát. A turbó működése mindenképpen zajjal jár, de ez a zaj nem feltétlenül hallható járó vagy terhelt motor mellett. Ha korábban nem hallható, fütyülő, kifúvó hangot hall, ami terhelésre erősödik, akkor érdemes először a szívó- és kipufogórendszer tömítettségét megvizsgálni, mert lehetséges, hogy a fütyülő hang „csak” egy hibás csatlakozó, kilyukadt cső vagy átégett tömítés következménye. Azonban ekkor sem érdemes sokáig várni a javítással, mivel például a nyomó oldali tömítetlenség arra készteti a vezérlő elektronikát, hogy nagyobb turbónyomást állítson elő (kompenzálva a tömítetlenség miatt elvesztett nyomást), azaz fokozza a turbina forgását, ami a turbó túlpörgéséhez, végső soron pedig a turbó meghibásodásához vezethet. A kipufogó oldali tömítetlenség szintén teljesítményromlást eredményez, hiszen a kipufogógáz egy része nem a turbinalapátokon megy majd keresztül, ezáltal a turbónyomás lassabban épül fel, ami rontja a motor és az égés hatásfokát, ami ugye egy sor újabb problémát generál.

Azonnali beavatkozás fontossága

Sokszor szokták kollégáinkat kérdezgetni, hogy „hangosan fütyül a turbó, meddig szabad még vele járni?” Vagy „turbó hiba előjelei mutatkoznak, használhatom még az autót?” Illetve „turbó hiba jelei ellenére még elindulhatunk nyaralni?” A válaszom az, hogy nem! Lehetséges, hogy egy turbó hiba tünetei ellenére még több ezer km megtehető az autóval komolyabb gond nélkül (idővel csak drágább lesz a javítás, olcsóbb biztosan nem), de az is lehet, hogy pár km múlva olyan turbó meghibásodás lép fel, ami nem csak a turbót teszi tönkre, hanem a motort is (pl. törmelék kerül a sérült turbóból az égéstérbe) vagy akár kigyullad az egész autó! Ön kockáztatna? Nem éri meg! Turbó hiba előjelei észlelése esetén vegyék komolyan azokat és a lehető leggyorsabban kerestessék meg szakember segítségével a (turbó) hiba forrását és szűntessék meg!

Gyakori turbófeltöltő hibák és okok összefoglalása

tags: #turbofeltolto #labirintus #jarat #működése

• A Toyota Hiace Zöld Mikrobusz részletes áttekintése
• Duster tetőcsomagtartó felszerelése
• Használati útmutató: Toyota Avensis rádió
• minden, amit a BMW E46 kabrió szélfogókról tudni érdemes
• A Focus műszerfalának elemei