A Változó Geometriájú Turbófeltöltők Működése, Hibái és Karbantartása

A különböző rendszereken belül egy motor túltáplálására fix geometriájú vagy változó geometriájú turbófeltöltők, más néven VGT-k szolgálnak. A hagyományos turbófeltöltős motorok egyik fő hátránya az, hogy amikor a motor alacsony fordulatszámon működik, a kipufogógázok nem rendelkeznek elegendő erővel a beszívott levegőt összenyomó turbina felgyorsításához. Ezen a problémán segítenek a változó geometriájú turbófeltöltők.

A Változó Geometriájú Turbófeltöltő (VGT) Elve

A fix turbófeltöltő és a változtatható VGT turbófeltöltő között az a különbség, hogy utóbbiak olyan mechanizmussal rendelkeznek, amely lehetővé teszi a kipufogógázok sebességének változtatását a turbina befolyásolásában, ezáltal gyorsabban gyorsul. Ehhez változtatható lamellákkal vagy lapátokkal rendelkeznek, amelyek záródnak, amikor a motor alacsony fordulatszámon működik, felgyorsítják a kipufogógázokat, amelyek növelik a turbinára ható tolóerőt. Amikor a motor nagy fordulatszámon dolgozik, a lapátok kinyílnak, ami növeli a kipufogógázok bemeneti szakaszát, ezáltal csökkenti a fordulatszámot. Ez egy egyszerűbb megoldás, mint egy iker szekvenciális turbó.

A változó geometriájú feltöltőknek több változata is van. Legelterjedtebb a lapátkoszorús kialakítás. Ezek a berendezések kialakításuknál fogva képesek minden fordulatszám-tartományban szinte a teljes teljesítmény leadására. Alacsony fordulatszám és terhelés mellett a VNT lapátozása zárt állapotban van, így csökkentve a turbó bemeneti keresztmetszetét. Nagy fordulatszám tartományban a VNT lapátozás nyitva van, ezzel növelve a belépési keresztmetszetet, és így felvehető a motor megnövekedett kipufogógáz mennyisége is.

A VGT Rendszer Fejlesztése és Működése Részletesebben

A változó geometriájú turbófeltöltők első fejlesztései az 50-es évek közepére nyúlnak vissza, bár az első sorozatgyártású jármű, amelybe beépítették, a Fiat Croma turbódízel a 90-es évek elején 1.9-es motorjában volt, amely egyben az egyik első dízel volt, amelybe beépítették a közvetlen befecskendezést. A dízelmotorokon több mint tíz éve megjelentek a változó geometriás turbók, melyek geometriáját elektromos mechanika mozgatta. A Porsche volt az egyik első márka, amely változtatható geometriájú turbófeltöltőt alkalmazott benzinmotorokban, bár manapság már a kismotorokban is megtalálhatók a hatékonyság javítására, nem pedig a nagy teljesítmény elérésére. Rendes dízel régóta nincs turbó nélkül, most pedig már a benzineseken is gyakori.

Optimális esetben a turbófeltöltő a méretének megfelelő mennyiségű levegőt szállít a motorba, viszont a mennyiség tömegárama nagyon függ a feltöltő tengelyének fordulatától. A turbó fordulata pedig a kipufogógáz nyomásától, sebességétől, ugyanis ez hajtja a feltöltő járókerekét. Van azonban egy fordulatszám, amikor a levegőt szállító kompresszorkerék optimális üzemben működik, ekkor a legnagyobb a szállított légmennyiség. Ezt a fordulatot úgy tudjuk megtartani nagy üzemi tartományban, ha a járókerékre belépő kipufogógáz irányát terelőlapátokkal megváltoztatjuk. Ha merőlegesen megy be a levegő, kevésbé forgatja, ha érintő irányban, jobban megperdíti a tengelyt. Ezen felül még az áramlási keresztmetszetet is tudjuk változtatni a lapátok nyitott és zárt állásával - összességében ezt nevezzük változó geometriás turbófeltöltőnek.

Változó Szelepvezérlés az Ignisben

Az utóbbi években a szigorodó környezetvédelmi normákat és a piaci oldalról jelentkező egyre nagyobb teljesítményigényt a gyártók csak feltöltött motorokkal tudják megvalósítani. Kis fordulaton, viszonylag kis kipufogógáz-tömegáramnál a geometria úgy áll be, hogy a legnagyobb sebességgel hajtsa a járókereket. Ahogy nő a motor fordulata, a geometria nyit, a gáz belépő iránya is változik, az így a feltöltő fordulata közel marad az optimálishoz. A geometria mozgatását villanymotor végzi, a motorvezérlő vezérli számos paraméter figyelembe vételével. Jelenleg olyan megoldásokat is kidolgoztak, amelyek közvetlenül kis villanymotorokat használnak a turbina gyorsítására.

Változó Geometriájú Turbófeltöltők Hibái és Tünetei

A változó geometriájú turbófeltöltők bonyolultabb, több mozgó alkatrészt tartalmazó mechanizmus lévén drágábbak, mint a hagyományosak. A leggyakoribb hiba az, hogy a változó bordarendszer elakad. A probléma ebben az esetben az, hogy a változtatható turbó nem úgy működik, mint egy fix geometriájú, mivel a lapátok blokkolása azt jelenti, hogy a motor csak bizonyos fordulatszám-tartományban működik megfelelően. A tünetek egyértelmű teljesítményvesztés, ennek következtében a fogyasztás növekedése.

Hirtelen teljesítményvesztés, turbó geometria leragadás jelei, a jármű vészüzembe vagy más szóval szervizmódba vált. Ez egy gyakori hiba a modern, változó geometriás turbófeltöltővel szerelt dízelmotorok esetén. Az ilyen hibás turbó tünetei lehetnek még a turbó olajfolyás és a teljesítményvesztés is. 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.

A Turbófeltöltő Hibás Működésének Okai

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.

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 kipufogógáz 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 izzítógyertya 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.

A Volvo S60 motorjának működése

Rossz minőségű vagy túlhasznált légszűrő esetén is nagy a veszély. 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!

A turbó geometria hiba résznél már beszéltünk róla, hogy a kipufogógáz nagy sebességgel, teljes egészében áthalad a turbina oldalon és így hajtja meg a turbinatengelyt. 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. A turbófeltöltő csapágyazásánál a kenésért és hőelvonásért felelős olajfilm réteg kialakulásához hézagra van szükség az alkatrészek (futófelületek) között. 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!

A válasz a legtöbb esetben az olajkenési rendellenesség, ugyanis 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.

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 (azon a nem elhanyagolható élettani tényen kívül, hogy a kipufogógáz az utastérbe juthat, ami semmiképpen sem egészséges…) 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.

Változó szelepvezérlés a Chevrolet motorokban

A Helyes Működés Feltételei és A Karbantartás Fontossága

A geometria beállítása, kiváltképpen az új, elektromosan működtetett mechanikáknál már nem egyszerű. Három fő részre oszthatjuk a hibátlan működés feltételeit. Az első a legfontosabb: megfelelő mechanikus állapot. A tengely nem lóghat, a geometria nem lehet kopott, a háznak tömítettnek kell lennie. A második a működtető elektromechanika állapota, elektromosan és mechanikusan is megfelelő, nem szorulhat, nem lehet zárlatos, és az alapbeállítás is rendben van. A harmadik, gyakran elfelejtett dolog a motor állapota. Egyrészt az üzemanyagrendszernek, keverékképzésnek megfelelőnek kell lennie, nem kormolhat, nem dúsulhat túl, mert lekormozza az egész rendszert, nem csak a járókereket, de magát a geometriát is. Nem utolsó sorban pedig az olajozás, az olaj térfogatárama és nyomása, valamint a minősége is nagyon fontos.

A legjobb mód, hogy elkerüljük a változó geometriájú turbófeltöltő meghibásodását, tehát ne korlátozza a vezetést városi utakra, időnként kimenni az útra és közepes vagy nagy fordulatszámon is működtetni a motort.

Turbófeltöltő Diagnosztika és Beállítás

A felújítást követően ezeket a változó geometriás turbókat ellenőrizni kell, és be kell állítani. A beállítás nem merül ki a geometria alaphelyzetének beállításával, mert a működés közbeni állapot, a nyomásviszonyok eltérhetnek az optimálistól, és ekkor vagy módosított alapbeállítás, vagy az elektronika átprogramozása szükséges. Magyarországon kevés cégnek van ilyen komplex többfunkciós turbófeltöltő-beállító padja, az egyik ilyen a Ferryker Turbo Kft. A padra különböző adapterekkel szerelhetők a feltöltők, elektromosan csatlakoztathatók a mérőpad elektronikájához.

A pad előremelegített, üzemi hőmérsékletű olajjal, meghatározott nyomással keni a tesztre rakott feltöltőt, és a turbinaoldalon nagy nyomású levegővel szimulálják a kipufogógázok hajtóerejét. A gép az adatbázisban a típusnak megfelelően tárolja a gyári adatokat, és összehasonlítja a mért értékkel. A teszt folyamán a kért paramétereket méri és értékeli, összehasonlítja az adatbázissal, a teszt lefutása után pedig jegyzőkönyvet nyomtat, amelyen a gyári érték és a mért érték számszerűen és grafikusan is látható. A technológiát a legnagyobb gyártók is elfogadják, és a garanciális javítás feltételéhez kötik.

Turbófeltöltő működése és a motorok egyéb feltöltési lehetőségei

A mérés után a leggyakoribb hiba, amikor bizonyos vezérlőjelekhez nem a megfelelő nyomás tartozik. Ennek oka a geometria nem megfelelő állása, ezt mechanikusan, de elektronikusan is lehet korrigálni. A másik jellemző hiba, hogy az állítómotor áramfelvétele túl nagy lesz, mert az állítható geometria mozgása akadályozott. Alap esetben a már felújított turbófeltöltő beállítását végzik, jellemzően a geometria három állásában, zárt, közepes és nyitott, ezen állásokhoz tartozik egy-egy térfogatáram, amelyet a gyártó megad.

A Turbófeltöltő Beszerelése és A Hibák Okainak Megszüntetése

Ezután már semmi más feladatunk nincs, mint körültekintően, a motort, és főleg a kenési rendszer is ellenőrizve, valamint minden korábbi üzemből vagy meghibásodásból származó idegen anyagot eltávolítva felszerelni a feltöltőt. 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!

Olajfolyás és Következményei

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) labirintgyűrű zárja el az olaj útját a nyomó és a kipufogó irányba. Kialakításából fakadóan azonban a labirintgyűrű 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 engedélyezzék 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 labirintgyűrűkön 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 dízelmotorok 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 kipufogógázzal keveredve 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.

Figyelmeztetés a Hibás Turbóval Való Közlekedésre

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!

tags: #valtozo #geometriaju #turbofeltolto #mukodese #bme