Turbófeltöltős motorok üzemeltetése: A teljesítmény és megbízhatóság kulcsa

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.

Jelenleg az ország útjain számtalan benzines és még inkább dízel üzemű turbó motor szeli a kilométereket. A turbó, mint egy mechanikus elem, a mai napig a leghatékonyabb segítség a teljesítmény fokozására. Bár a sok elektronikus fejlődés mellett ez még mindig mechanikai elven működik, nincs hatékony vetélytársa, szinte minden belső égésű motort fejlesztő gépkocsi gyártó használja.

Hogyan működik a turbófeltöltő?

A turbófeltöltő tuning nélkül is plusz lóerőket biztosít a motor számára, csupán a működési elve miatt. A motorteljesítmény arányos azzal a levegő és üzemanyag mennyiséggel, amely be tud jutni a hengerekbe. 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 működési elv is a levegő betáplálással van összefüggésben. A motorból kilépő égéstermékek forró gázai a turbón keresztül haladnak át, ahol meghajtanak egy turbinának nevezett orsót. Ha azt akarjuk, hogy a kisebb motor ugyanazt nyújtsa, mint a nagy, vagy, hogy a nagyobb motor még nagyobb teljesítményt adjon, a végső cél több levegőt bejuttatni a hengerbe.

Természetesen a turbófeltöltő által biztosított nagy nyomású levegő felmelegszik, 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.

Hogyan kell megfelelően leállítani egy turbós motort?

Az intercooler, vagy más néven töltőlevegő-hűtő fontos alkatrésze lehet a turbófeltöltős autóknak, nélküle nem sok értelme lenne a levegőbetöltésnek. Sok turbótöltésű motornak van töltőlevegő-hűtője (intercoolers, közbenső hűtő), ami lehűti a sűrített levegőt, hogy tovább növelje a sűrűséget és a robbanási ellenállást. Miután a levegő átmegy a beszívó csőrendszeren, belép a motor hengereibe, amelyek egy fix térfogattal rendelkeznek. Mivel a levegő megemelkedett sűrűségű, minden henger megnövelt tömegű levegőáramot tud beszívni. A nagyobb levegő tömegáramlási sebesség nagyobb üzemanyag áramlási sebességet tesz lehetővé (ugyanazzal a levegő/üzemanyag aránnyal). A több üzemanyag elégetése nagyobb teljesítményt eredményez egy adott méretnél vagy lökettérfogatnál.

A turbófeltöltő rendszer alkotóelemei

A turbófeltöltős rendszerek számos kulcsfontosságú alkatrészből épülnek fel, amelyek összehangolt működése biztosítja a motor hatékony teljesítményét.

Kompresszor és Turbina

• Compressor Housing (kompresszorház): A benne összesűrített levegőt a motorba irányítja.
• Compressor Wheel (kompresszor kerék v. tárcsa): Beszívja a levegőt és sűríti a motorba.
• Turbine Housing (turbinaház): Összegyűjti a kipufogógázokat a motorból és a turbina tárcsára vezeti.
• Turbine Wheel (turbina tárcsa): A kipufogási energiát átalakítja a tengely forgó mozgásává, mely a kompresszor tárcsa hajtásához szükséges.

Központi ház és csapágyazás

A Center Housing (központi ház) tartja a csapágyakat és odavezeti a kenőolajat. A Blackplate (hátlap) tartja a kompresszorházat, ill. lezárja azt, és biztosítja az összesűrített levegő tömítettségét.

A csapágyazás terén két fő típussal találkozhatunk:

• Journal Bearings (siklócsapágy): Hosszú ideig volt használatos a turbófeltöltőkben.
• Ball Bearings (golyóscsapágy): Manapság egy olyan technológiai haladás, ami jelentős teljesítményjavulást biztosít a turbófeltöltőknek. A patron egy egyszerű rendszer, ami tartalmaz 2db golyóscsapágyat, melyek tengely irányban is terhelhetőek, ezek egymással szembe fordítva alkotnak egy rendszert. A hagyományos golyócsapágyas turbó 1db. golyóscsapággyal készült és szükség volt a támcsapágyra.

A golyóscsapágyas turbófeltöltők 15%-kal gyorsabban felpörögnek, mint a hagyományos siklócsapágyas turbók. A CART teszteken a turbók azt mutatták, hogy a golyóscsapágyak energiafelhasználása fele a hagyományos csapágyakénak. Ez a kisebb olajtérfogat lecsökkenti a tömítési szivárgások esélyét. A golyóscsapágyas patron jobb lengéscsillapítást ad, növeli a megbízhatóságot mind a mindennapos, mind pedig az extrém vezetési feltételeknél. Továbbá az ellentétes szöget bezáró kontakt csapágy patron kiküszöböli a nyomcsapágy szükségességét, ami gyakran egy gyenge pont a turbófeltöltők csapágy rendszerében.

Volvo dízelmotor típusok

Vezérlő szelepek: BOV és Wastegate

• Blow-Off (Bypass) szelep (BOV): A lefuvató szelep egy nyomáscsökkentő szelep a turbó és a motor között, mely megelőzi a turbófeltöltő fordulatszám ingadozását. A BOV-t a kompresszor kiürítési nyílás és a folytószelepház közé kell beépíteni. Amikor a fojtószelep hirtelen lezár, a folyamatos légáramlás gyorsan lecsökken, ezáltal áramlási instabilitást és nyomásingadozást okoz. Ezek a gyors ciklusú nyomásingadozások hallhatóak és bizonyítják a túltöltést és a fordulatszám ingadozást (surge). A fordulatszám ingadozás végül a támcsapágy hibájához vezethet, ami az ezzel kapcsolatos nagy terhelésnek köszönhető. A lefuvató szelep érzékeli a szívócső túlnyomását, egy előre beállított rugó erővel, vagy külön vezéreljük a nyitását a fojtószelep utáni vákuummal.
• Wastegate szelep: Kipufogó oldalon a Wastegate segítségével szabályozhatjuk a kipufogógáz nyomását. Néhány hagyományos dízel berendezés nem használ wastegate-et egyáltalán, ezt a fajta rendszert szabadon lebegő turbófeltöltőnek hívjuk. A benzinüzemű motorok nagy többségének szüksége van a wastegate-re. Két kialakítása van: belső vagy külső. Mind a belső, mind pedig a külső wastegate biztosítja a motorból kiáramló kipufogógáz számára, hogy megkerülje a turbina tárcsát. A túltöltést tehát a wastegate úgy akadályozza meg, hogy a kipufogógáz többletenergiáját a turbinatárcsát megkerülve a kipufogó rendszerbe vezeti el.

Olaj és vízcsövezés

Különös figyelmet kell fordítani az olaj és víz csőhálózat karbantartására. Egy elhanyagolt szivárgó hálózat komoly meghibásodásokhoz vezethet. A Garrett golyóscsapágyas turbófeltöltők kevesebb olajat igényelnek, mint a siklócsapágyas turbófeltöltők, ezért ajánlott egy olaj bemeneti szűkítő alkalmazása, ha az olajnyomás több mint 60 psig (4 bar). Az olaj kimeneti nyílást az olajteknőbe kell vezetni. Mivel az olaj visszafolyást a gravitáció biztosítja, fontos, hogy az olaj visszavezető csőben ne legyen vízszintes vagy felfelé vezető szakasz.

A turbófeltöltős motor forró leállítását követően elkezdődik a hő felszívása. Ezek az extrém hőmérsékletek a központi házban olajkokszolódást okoznak. A hő visszaszívás hatásának minimalizálására vízhűtéses központi házakat vezettek be. Ez a motor hűtőközegét, vizét használja hőelnyelőként a motor leállítása után, megakadályozva az olaj kokszolódását. A vízcsövezést úgy kell megoldani, hogy a termoszifon hatás érvényesüljön, a hővisszaszívási hőmérséklet csúcsok lecsökkenéséhez a leállítás után.

Turbófeltöltős motorok üzemeltetése és karbantartása

A turbófeltöltő nagyon precíz eszköz, bár a mechanizmusa viszonylag egyszerű, tartós és hatékony. Megfelelő gondossággal a turbófeltöltő hosszú évekig megbízható működésre képes, annak ellenére, hogy fordulatszáma néha eléri a 250 000 ford./perc értéket. A turbós motorokat úgy tervezték, hogy a két egység (turbó és motor) teljes harmóniában dolgozzon és a leghatékonyabban teljesítsen. A turbófeltöltőt úgy tervezték, hogy a motor egész élettartama alatt hibátlanul működjön.

Meghosszabbított élettartam titka

A turbófeltöltő meghibásodások leggyakoribb oka a nem megfelelő üzemeltetés. Fontos kiemelni, hogy a gyártók alapvetően a motor élettartamára tervezik a turbófeltöltőt, de a felhasználás módja rendkívül sokat számít. Tehát nem lehet megadni kilométerben, hogy mennyit működik majd az autó egy turbófeltöltővel. Elmehetnek akár többszázezer kilométert is, de extrém esetben néhány óra alatt is tönkretehető egy turbó.

• Előmelegítés és visszahűtés: Amikor még hideg a motor, nem hajtjuk, amikor pedig még meleg, nem állítjuk le. A hidegindításkor kizárólag alapjáraton melegedjen a motor legalább 1-2 percet, és csak utána is fokozatosan kezdjünk bele a motor terhelésébe. Ugyanez igaz visszafelé is. A felmelegedett turbómotor azonnali leállítása károsító hatással bír. Motor leállításakor akár 400 fokos turbóban megszűnik az olaj hűtő hatása, és a turbó csapágyakban lévő olaj megég. Egyszerűen miután célhoz ér, még három-négy percig hagyja alapjáraton járni járműve motorját, amíg az olaj a turbó belsejét is visszahűti.
• Olajcsere és szűrők: A nem megfelelő üzemeltetéshez tartozik az elmulasztott - illetve túl nagy időközönként történő olajcsere. Legideálisabb esetben 8-10 000 kilométerenként érdemes az autónkban olajat cseréltetni. Az olajcserével egy időben a szűrőket is cserélni kell, amikben az olajcsere idejére valószínűleg már felhalmozódtak a szennyezőanyagok. Ide kívánkozik a motorolaj minősége mellett a mennyisége is. A különböző viszkozitású olajok felhabosodnak, nem tartják meg a turbóban szükséges olajnyomást, amivel az őrült sebességgel pörgő turbó időszakosan kenés nélkül marad. A hideg olaj még sűrű és nehezen jut át a turbó pár mikron vastagságú kenési helyein.
• Városi forgalom: A turbós motorok egyik legnagyobb ellensége továbbá a gyakori városi használat. A sűrű városi forgalomban, folyamatos lassú haladás mellett nincs meg a turbófeltöltőnek az öntisztulása, így hamar „lekormolódik”.

Gyakori hibák és megelőzésük

Gyakran előfordul, hogy a motor teljesítményvesztése miatt a turbót cserélik le, holott nem ez az alkatrész a hibás. A beszívott levegőben vagy a kipufogógázokban lévő idegen testek károsíthatják a kompressziós kerék vagy a turbinakerék lapátjait, ennek következtében a teljes részegység tönkremeneteléhez vezethetnek. A motor hibalámpának itt kiemelten fontos jelentősége van. Bizonyos esetekben egy nem közvetlen turbóhibakód is közép-hosszú távon további jelentős turbó károsodást eredményezhet. Bár a turbófeltöltők javításához szükséges alkatrészek vagy teljes javítókészletek megjelennek az autópiacon, nem javasoljuk, hogy saját maga próbálja megjavítani. Bár a turbófeltöltő valójában egy meglehetősen egyszerű szerkezet, alkatrészei néhány mikrométeres tűréssel működnek.

Puretech motor problémák

Teljesítmény optimalizálás: Turbó tuning

Az autó motorjának tuningja az egyik legkedveltebb megoldás, mellyel a jármű teljesítménye valóban érezhetően javul. 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 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. 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 turbófeltöltő tuning ebbe a rendszerbe avatkozik bele, a szelepek működésének manipulálásával lehet a legkönnyebben extra teljesítményt kinyerni a motorból. Nem szükséges hozzá más, csak chiptuning, vagyis a gyári beállítások módosítása. A köznyelv „Chiptuning”-nak nevezi, a szakma inkább „Teljesítmény optimalizálás”-nak. De a lényeg, hogy ez a műveletsor a feltöltős motoroknál a mérnökök által a rendszerben hagyott tartalékokat mozgósítja sok esetben akár 20-30%-kal.

A megfelelő turbófeltöltő kiválasztása

A megfelelő turbó kiválasztásához a speciális használatra sok energia kell. Az elsődleges szempont a megfelelő turbófeltöltő kiválasztásában, hogy meghatározzuk a reálisan elérhető lóerőt. Ennek annyira reálisnak kell lennie, amennyire lehetséges. Más fontos tényezők magukba foglalják a felhasználási típust.

Például egy autócrossz gépkocsi gyors túltöltés reakciót igényel. Egy kisebb turbó vagy kisebb turbinaház lenne a legalkalmasabb ehhez. Amíg ez kissé lecsökkenti a végső teljesítményt a megnövekedett kipufogási ellennyomásnak köszönhetően nagyobb motor fordulatszámoknál, a kisméret miatt a turbó túltöltési reakciója kiváló lesz. Alternatívaként egy versenypályára szánt gépkocsinál a lóerőcsúcs nagyobb prioritású, mint a nyomaték. Ezenfelül a motor fordulatszámok következetesen nagyobbra tendálnak. Itt egy nagyobb turbófeltöltő vagy turbinaház csökkentett ellennyomást fog kifejteni, de nagyobb túltöltési reakció ideje lesz. Ez egy örömteli optimalizálás, ami megadja a kívánt üzemállapotot. A turbófeltöltő kiválasztása túlmegy a "mennyi túltöltést" akarunk állapoton. A kívánt teljesítmény szint és az elsődleges felhasználás az első lépés, amelyek lehetővé teszik a turbófeltöltő helyes megválasztását.

tags: #turbofeltoltos #motorok #uzemeltetese

• A karbantartás értéke
• Kuplung főhenger szervizelése
• Automata váltó olajcsere Fiat autókban
• Szivargyújtó javítás Zafirában
• A hazai üzemanyagárak alakulása és jövőbeli kilátásai