A turbónyomás szabályozó szelep működése és hibajelenségei
A turbófeltöltővel szerelt gépjárművek motorjának egyik legfontosabb elemeként említhetjük meg a turbónyomás szabályzó szelepet, mely lényegében a turbótöltő teljesítményének szabályozásáért felel. A turbónyomás szabályozása kulcsfontosságú a motor hatékony működéséhez és élettartamához. Szabályzó nélkül a turbófeltöltő nyomásértéke kontrollatlanul emelkedne, ezt pedig nem bírná el az autó motorja, vagy maga a turbófeltöltő el nem halálozna. Éppen ezért szükség van egy olyan eszközre, amely segítségével a turbó által előállított maximális turbónyomás korlátozható. A turbónyomás szabályzó szelep hibája komoly problémákat idézhet elő a motor működésében és teljesítményében egyaránt, ezért fontos, hogy a hibajelenségeket időben észrevegyük.
Mi az a Wastegate és hogyan működik?
A wastegate a turbónyomás szabályozására szolgáló eszköz. A turbós autók turbónyomása wastegate nélkül kontrollatlanul 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 magyar fordítása talán a legszerencsésebben a megkerülő-szelep lehetne. 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 működési elv lépésekben a következő:
- Nyomunk egy kövér gázt, így a motor a terhelés következtében elkezd nagymennyiségű kipufogógázt fújni a turbóba.
- A turbó szépen felpörög, és feltölti a motort nagynyomású levegővel, így nagyobb teljesítményre teszi képessé a mechanikát.
- A turbó már felépítette a kívánt maximális nyomást (pl. 1.0 BAR), de a motor még messze a leszabályzási fordulattól, mi pedig továbbra is tövig állunk a gázon.
- Ekkor a wastegate szelepe kinyit, a kipufogógáz egy része pedig úgy távozik a motorból, hogy a turbót jobban nem pörgeti már meg, tehát a turbónyomás nem emelkedik nagyobb értékre.
Külső és belső Wastegate szelepek
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.
Sem a működési elvben, sem a viselkedésükben nem különböztetjük meg a wastegate-eket. A gyakorlatban a gyári autókon szinte mindig belső wastegate-es turbót találunk, míg a tuningolt autókon legtöbbször külső wastegate látja el a nyomásszabályzás feladatát. Talán 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.
XC90 központi zár javítási útmutató
Wastegate méretezés
A külső wastegate-eket a szelep átmérőjük alapján szokás emlegetni. 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. Jellemzően a következő méretek kaphatóak:
| Wastegate átmérő (mm) | Motor térfogat (ccm) | Teljesítmény (lóerő) |
|---|---|---|
| 38 | 2000-ig | 300-ig |
| 40 | 2500-ig | 400-ig |
| 50 | 3000-ig | 500-ig |
| 60 | 3000 felett | 600 felett |
Fontos megjegyezni, hogy ezek az értékek csak ajánlottak, nem szabad őket szentírásnak tekinteni! A gyakorlat szerint az alulméretezés a fontosabb probléma, amire oda kell figyelni. Meg kell még említenünk, hogy a külső wastegate használata esetén a szelepen keresztül elengedett felesleges kipufogógázt lehetőséged van a kipufogórendszerbe 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.
A turbónyomás szabályozásának módjai
A wastegate másik adata a nyomásérték. Szokás őket így emlegetni például: 38mm-es 1BAR-os wastegate. Ezesetben arról van szó, hogy a wastegate ellentartó rugója olyan erős, hogy a wastegate érezhetően 1BAR turbónyomás értéknél engedi el olyan mértékben a kipufogógázt, hogy a töltés már nem nő tovább. Természetesen 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.
Elektronikus nyomásszabályozók (EVC)
A fent leírt jelenség kiküszöbölésére, és egyben egy sokkal precízebb és stabilabb nyomásszabályozásra találták ki az elektronikus nyomásszabályozókat (EVC-ket). Ahhoz, hogy EVC-vel tudd vezérelni a turbónyomásodat, a wastegate szelepét a turbód által előállított ellennyomással kell befolyásolnod. 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. Angolul ezt hívják swinger típusú nyomásvezérlésnek. Nagyon ritkán akad kétkamrás belső wastegate is, ezeknek a működése ugyanaz, mint a külső wastegate-eké. A külső wastegate-eket hívják kétkamrás wastegate-eknek is, mivel ezeken mindig két ellennyomás csatlakozást találsz. Angolul ezt nevezik popet típusú vezérlésnek.
V70 tanksapka ajtó motor javítás
Manuális turbónyomás szabályozók (MBC)
Meg kell még említenünk a manuális, vagy kézi turbónyomás szabályozókat (angolul manual boost controller). 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.
A turbó vákuum labda és a turbónyomás szabályzó szelep hibái
A turbó vákuum labda az autó turbófeltöltő rendszerének fontos alkotóeleme, amelynek hibája jelentős hatással lehet az autó teljesítményére és üzemeltetésére. Ez a szelep szabályozza a turbó töltését és nyomását a motorban, így ha meghibásodik, az számos problémát okozhat. 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.
Turbo Wastegate Testing – Vacuum and Pressure Controlled | Tech Tip
A turbónyomás szabályzó szelep hiba ráadásul nem mindig egy állandóan jelen lévő hiba. Előfordul, hogy csak bizonyos üzemállapotban, például csak hideg vagy csak meleg motornál, nagyobb terhelésnél vagy éppen csak alacsony fordulaton jön elő, amikor éppen nem számítunk rá. Ezért sem érdemes a turbónyomás szabályzó szelep hiba elhárítását halogatni, mert azon kívül, hogy további károkat okozhat a motorban és a kipufogórendszerben, még veszélyessé is teheti az autó használatát azáltal, hogy éppen akkor - például egy előzés közben - jön elő, amikor a legkevésbé sem szeretnénk.
Általános hibajelenségek és tünetek
Számos jele van annak, hogy a turbónyomás szabályzó szelep nem működik megfelelően. Fontos, hogy felismerjük ezeket a jeleket, hiszen így a további károkat is meg tudjuk előzni.
Teljesítmény csökkenés és lassú gyorsulás
A hibás turbó vákuum labda gyakran vezet teljesítményvesztéshez. Az autó nehezebben gyorsul, és általánosan erőtlenebbnek érezhető. Nagyon árulkodó jel az is, 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.
Motorhiba visszajelző lámpa
Ha a turbó vákuum labda hibás, az a motorhiba jelzőfényének felgyulladásához vezethet a műszerfalon, mivel a motorvezérlő érzékeli, hogy a kívánt turbónyomás értékek nincsenek összhangban a mért értékekkel. Amikor a műszerfalon felvillan a motorhiba ellenőrző lámpa, az jót nem jelent, viszont azonnali beavatkozást igen. A hibajel számos dolog miatt felvillanhat, többek között a turbónyomás szabályzó szelep hibája miatt is.
Megnövekedett üzemanyag-fogyasztás
Ez a hibajel meglehetősen általános, és sokféle dolog állhat a háttérben, akár a turbónyomás szabályzó szelep hibájára is utalhat. 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. Ez nem csak a pénztárcánkat terheli meg jelentős mértékben, hanem a környezetet is, ezért mindenképp komolyan kell venni.
Szokatlan zajok a motortérben
Ha szokatlan zajokat hallunk kiszűrődni a motortérből, az sosem jelent jót egy autó esetében. Ez is arra utalhat, hogy a turbónyomás szabályzó szelep hibásan működik, ezért mindenképp lényeges, hogy azonnal szerelőhöz forduljunk. Ez a hang lehet sípolás vagy akár dübörgés is.
Fekete füst a kipufogóból
Nagyon árulkodó jel, ha fekete füst jön ki a kipufogórendszerből. Ez annak a jele, hogy a motor nem képes megfelelően elégetni az üzemanyagot, és ez okozza a nagy mennyiségű fekete füstöt. Nemcsak a környezetre lesz ez káros, hanem a motor teljesítményére is, hiszen a motor hatékonysága csökken.
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 vagy szivárgás
Ha a motortérbe pillantva azt vesszük észre, hogy a szabályzószelep szivárog, esetleg sérült, akkor az mindenképp arra utal, hogy az alkatrész cserére szorul. Ez egy elég egyértelmű jelzés, ami azonnal megoldást igényel.
A turbó meghibásodásának lehetséges okai és megelőzése
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!
Turbó geometria leragadás
A hirtelen teljesítményvesztés, a turbó geometria leragadás jelei, a jármű vészüzembe vagy más szóval szervizmódba váltása gyakori hiba a modern, változó geometriás turbófeltöltővel szerelt dízelmotorok 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 turbinaházban, de akár egy turbó geometria hiba is, ami a változó geometria sérülését vagy kopását jelenti.
Ez előfordulhat, ha az autóval túlnyomórészt városban és rendszerint csak rövid távokon közlekednek. 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 turbinaházában. 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. Részecskeszűrős járműveknél, ha a részecskeszűrő eltömődik, akkor a visszatorlódó kipufogógáz miatt a turbó változó geometria leragadás gyakori hiba.
Turbó zajok: Fütyülés és fémes hangok
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 teljesítményvesztés is.
Rossz minőségű vagy túlhasznált légszűrő esetén ennek fokozottan nagy a veszélye. Sokszor előfordul, hogy a turbó és a légszűrő közötti cső sérül meg, de előfordulhat az is, hogy a légtömegmérő elöregedett alkatrészeit szívja be a turbó. 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 vezethet, amik a motorba bekerülve további súlyos károkat okozhatnak! 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.
Ritkán ugyan, de nem feltétlenül jelent turbó hibát az, ha fütyül a turbó. 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 a nyomó oldali tömítetlenség arra készteti a vezérlő elektronikát, hogy nagyobb turbónyomást állítson elő (kompenzálva az elvesztett nyomást), azaz fokozza a turbina forgását, ami a turbó túlpörgéséhez, végső soron pedig a turbó meghibásodásához vezethet.
Turbó olajfolyás
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! A turbó egészséges működésének kulcsa a megfelelő kenés biztosítása. 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. 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 legtöbbször a kiegyensúlyozottság elvesztése és a csapágyak, futófelületek kopása a turbó olajfolyás okozója. 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. Ha 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 kipufogórendszerbe jut - bizonyos esetekben egyszerre mind a kettő. Ez azonban nem a turbófeltöltő hibája, hanem az üzemeltetési körülmények idézik elő az olajszivárgást!
Miért fontos a gyors beavatkozás?
Turbó hiba előjelei észlelése esetén vegyük komolyan azokat és a lehető leggyorsabban kerestessük meg szakember segítségével a hiba forrását és szüntessük meg! Ha a turbó hiba tünetei ellenére még több ezer km megtehető az autóval komolyabb gond nélkül, 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!