Уменьшение объемов двигателей серийных, массово выпускаемых автомобилей становится, пожалуй, тенденцией. Чтобы при этом компенсировать продуктивность мотора, его «усиливают» турбиной, или как ее называют технически грамотные пользователи, турбонагнетателем. Это устройство требует к себе внимательного отношения как в эксплуатации, так и в обслуживании или монтаже.
Тревожные симптомы: дым и потеря масла
Выброс дыма и потеря масла относятся к самым частым симптомам необходимости замены турбонагнетателя, и не только его. Здесь требуется немного базовых знаний: почти все серийные турбонагнетатели имеют гидродинамические подшипники скольжения. В этом случае масло служит для «разделения» установленных в подшипниках деталей, поэтому должная подача масла и его отвод являются обязательными условиями стабильной работы турбонагнетателя.
Если подача масла затруднена или давление масла слишком низкое, то образуется слишком тонкая смазочная пленка, что приводит к смешанному трению между валом и вкладышем подшипника, в результате чего возникают серьезные повреждения турбонагнетателя. Явные признаки недостаточной смазки – это отвинчивающиеся крепежные гайки колеса компрессора, обрыв вала или изменение цвета металла под влиянием температуры. Если ошибку не устранить перед установкой нового турбонагнетателя, то он также будет поврежден почти сразу после монтажа.
Забитая сливная смазочная линия или высокое давление в блок-картере может существенно затруднить возврат масла. Поскольку масло после выполнения своей функции на подшипниках скольжения турбонагнетателя не отводится в масляный поддон, оно накапливается в корпусе подшипника. В то же время масляный насос продолжает подавать свежее масло для смазки и охлаждения опор. Маслу надо как-то стекать из подшипника. Поскольку в результате засорения линии маслоотвод заблокирован, масло ищет другие пути для выхода. Несмотря на уплотнительные поршневые кольца, оно выдавливается в компрессор и турбину, где через всасываемый воздух попадает в камеру сгорания и систему выпуска отработавших газов (ОГ), где сгорает или закоксовывается.
Рисунок 1: Значительные следы износа на валу на месте опоры.
Рисунок 2: Сломанное тело вала.
Рисунок 3: Закоксованная сливная смазочная линия.
Еще одним тревожным симптомом является потеря мощности. В его проявлении зачастую также несправедливо винят турбонагнетатель. Причина может быть в сбое системы рециркуляции отработавших газов. Если выхлопы не могут беспрепятственно выводиться наружу, то возникают такие же симптомы, как и при дефекте турбонагнетателя. Настоящую причину можно определить только после точной проверки выпускного трубопровода.
К потере мощности также может привести сбой в клапане рециркуляции наддувочного воздуха, который отвечает за регулирование давления наддува. Он обеспечивает быстрое срабатывание, предотвращает резкое торможение ротора при закрытии дроссельной заслонки и защищает бензиновые двигатели от превышения номинального числа оборотов. Если этого больше не происходит и отчетливо чувствуется задержка разгона, часто заменяют турбонагнетатель целиком. Однако чаще всего можно заменить только сам клапан, причем чем раньше, тем лучше, чтобы уменьшить повреждения турбонагнетателя.
Снизить мощность двигателя может и расходомер массы воздуха, определяющий массу воздуха, поступающего в мотор. На основе этих данных электронный контроллер двигателя рассчитывает оптимальное количество топлива и другие величины для состава горючей смеси. Ошибочное измерение может привести к нехватке мощности вплоть до аварийного хода. Изучив показания расходомера, можно «снять подозрения» с турбонагнетателя.
А вот когда действительно «виноват» турбонагнетатель, так это в том случае, когда в частях его корпуса, обеспечивающих подвод воздуха, возникают трещины. Они могут привести к тому, что в отдельных диапазонах частоты вращения в систему будет попадать нефильтрованный воздух. Как результат – нарушение оптимальной пропорции состава горючей смеси, что сопровождается ощутимой нехваткой мощности и постепенным износом всех механических узлов. Для быстрого определения проницаемых мест рекомендуется использовать спрей для поиска негерметичностей.
Таким образом, причины повреждений турбонагнетателя кроются, как правило, не в нем самом, а в окружающих компонентах, и если был заменен только турбонагнетатель, а действительный источник поломки не устранен, то повреждение неизбежно проявит себя вновь.
Проблемы в ходе замены турбонагнетателя
Операция по замене этого устройства может содержать критические ошибки, которые повлекут некорректную работу или же поломку. Появление свистящих шумов сразу же после установки турбонагнетателя зачастую поспешно связывают с трещиной в турбонагнетателе или с производственной ошибкой. Однако осмотр «забракованных» турбонагнетателей привел к совсем другим выводам.
Например, в результате неправильной установки уплотнения уменьшается проходное сечение и, соответственно, пропускная способность, что может вести к свистящим шумам или снижению мощности.
Рисунок 4: Неправильно установленное уплотнение – частая причина свистящих шумов или нехватки мощности.
Ненадлежащая посадка шлангов и компонентов линии наддува может вызывать утечку воздуха и стать причиной свиста. Стоит также иметь в виду, что для некоторых типов нагнетателей корпус компрессора подгоняется путем отпускания и затягивания крепежных болтов к периферийному оборудованию. Если болты затянуты ненадлежащим образом или под перекосом, то они могут отвинтиться в процессе работы двигателя. Усугубляющийся в результате этого перекос ведет к тому, что колесо компрессора будет задевать корпус, поэтому станут слышны царапанье или посвистывание.
Металлическое постукивание или дребезжание могут указывать на ослабление крепления направляющей металлической пластины в выпускном коллекторе. Важно устранить ошибку немедленно, иначе возникнут серьезные повреждения турбонагнетателя и других компонентов.
Необходимо неукоснительно соблюдать указания по монтажу, входящие в комплект турбонагнетателя! После монтажа турбонагнетателя необходимо проверить его герметичность и надлежащую работу. Требуемые моменты затяжки таковы: сторона компрессора: M6: 6 Нм (±1) M8: 20 Нм (±2); сторона выхода ОГ: M8: 26 Нм (±2); стяжной хомут: M6: 6 Нм (±1) M8: 14 Нм (±1).
Внимание! На регулируемых турбонагнетателях с клапаном «вейстгейт» или с изменяемой геометрией турбины корректировки не допускаются! Изменение расположения корпуса приводит к неправильной регулировке давления наддува и, как следствие, к серьезным повреждениям. Так как нерегулируемые турбонагнетатели иногда поставляются в «нулевом положении», в некоторых моделях грузовых автомобилей, в зависимости от места монтажа и предназначения нагнетателя, необходимо выполнить регулировку расположения частей корпуса вручную. Для этого следует ослабить болты на корпусе компрессора и/или выхода ОГ и отрегулировать его так, чтобы все соединения и трубопроводы при монтаже располагались без перегибов и напряжения.
Рисунок 5: Корректировки допускаются только при работе с нерегулируемыми моделями!
Рисунок 6: Для юстировки разрешается ослабить стяжные хомуты и болты
Рисунок 7: Путем разворота можно выполнить подгонку корпуса в месте монтажа
Неисправности после установки
Если через несколько километров после замены турбонагнетателя из выхлопной трубы выходит синий дым и на стороне ОГ возникает утечка масла, зачастую подозрение падает на новый турбонагнетатель, хотя причина опять же кроется вовсе не в нем.
Рисунок 8
В нормальных условиях эксплуатации на самом турбонагнетателе утечки масла не возникает, выход масла возможен лишь при нарушениях на периферии двигателя.
В описываемом случае виновником таких симптомов чаще всего является старый турбонагнетатель или наличие неисправности. При внимательном изучении нового турбонагнетателя можно обнаружить масло на выходе турбины, но наряду с этим видно, что масло уже проникло во впускной патрубок турбины. Это масло ранее скопилось в интеркулере и теперь, выходя вместе со сжатым воздухом от нового турбонагнетателя, проходит через двигатель и попадает на впускной патрубок турбины турбонагнетателя.
Рисунок 9: Масло на выходе турбины турбонагнетателя
Рисунок 10: Масло уже попало во впускной патрубок турбины
ВАЖНО! При ремонте турбонагнетателя необходимо в обязательном порядке выполнить тщательную очистку тракта наддувочного воздуха, а также проконтролировать или заменить интеркулер для удаления остатков масла!
Потеря мощности из-за неисправной системы вентиляции картера
Потеря мощности, перебои в работе двигателя на холостом ходу или свистящий звук в автомобилях с турбонагнетателями могут указывать на неисправность в системе вентиляции картера.
Вентиляция картера является одним из важных компонентов двигателя внутреннего сгорания. Она служит для отвода из картера газов, возникающих при сгорании топлива в цилиндре, и регулирует давление. Для этого, например, двигатели линеек 1.8 и 2.0 TFSI на автомобилях концерна Volkswagen оснащаются специальными регулирующими клапанами, т. н. клапанами PCV. Сокращение PCV обозначает Positive Crankcase Ventilation (клапан принудительной вентиляции картерных газов): такой клапан обеспечивает вентиляцию картера в любых режимах нагрузки автомобиля.
Рисунок 11: Место установки клапана PVC на головке блока цилиндров
В режиме холостого или принудительно холостого хода картерные газы проходят за дроссельной заслонкой и за турбонагнетателем, так как в этом режиме нагрузки во впускном трубопроводе возникает разрежение.
Рисунок 12: Вентиляционный контур за турбонагнетателем с прямым входом во впускную трубу.
При частичной или полной загрузке картерные газы проходят перед турбонагнетателем, так как в этом режиме работы во впускном трубопроводе возникает избыточное давление.
Рисунок 13: Вентиляционный контур перед турбонагнетателем.
Во втором случае (при частичной или полной нагрузке) давление наддува давит на мембрану, на что клапан PVC отвечает соответствующим подводом картерных газов. Если в этом случае возникнет неисправность, например при разрыве мембраны, то давление наддува поступит непосредственно в картер и возникнут описанные выше симптомы сбоя в работе.
Рисунок 14: Разрыв мембраны клапана PVC.
Важно: из-за особого расположения клапан PCV при поиске неисправности можно легко не заметить. Поэтому при замене турбонагнетателя необходимо самым тщательным образом проконтролировать периферию двигателя и считать ошибки блока управления.
Падение мощности из-за выработанного ресурса сажевого фильтра
Если после монтажа турбонагнетателя проблемы с мощностью автомобиля не прекращаются или новый турбонагнетатель сразу же выходит из строя, то причиной этого может быть сажевый фильтр.
Рисунок 15
При сгорании топлива в двигателе образуются мельчайшие частицы сажи, которые при фильтрации ОГ накапливаются в сажевом фильтре. В отличие от катализатора сажевый фильтр обладает ограниченной емкостью, поэтому через определенные промежутки времени его следует заменять или проводить регенерацию.
Рисунок 16
Если этим пренебрегать и не менять забитый сажевый фильтр, в системе возникнет перепад давления. Это чревато потерей мощности автомобиля и сбоями вплоть до полного выхода турбонагнетателя из строя. Сильное противодавление в забитом сажевом фильтре будет препятствовать проходу ОГ через него, а в худшем случае газы проникнут в корпус подшипников и смоют масляную пленку с радиальных подшипников. Это приводит к повышенному износу, порой даже прокаливанию, а затем к разрыву вала ротора. Наличие закоксованных отложений в сливной линии маслопровода, ведущей к картеру, является однозначным признаком описанной неисправности.
Важно: при монтаже нового турбонагнетателя в обязательном порядке проконтролировать ресурс сажевого фильтра!
Проконтролируйте клапан рециркуляции наддувочного воздуха
Если в автомобилях с бензиновым двигателем даже после замены турбонагнетателя отмечаются проблемы с мощностью, то причиной этого может стать и неправильная работа клапана рециркуляции наддувочного воздуха, который мы упоминали выше.
Клапан монтируется непосредственно на турбонагнетателе или на стороне нагнетания в тракте наддувочного воздуха. Разрушенная мембрана внутри него, негерметичная цепь управления или коррозия на разъемных контактах – все это может вызвать потерю мощности двигателя. Если это электронный клапан, то в блоке управления двигателем, как правило, остается соответствующая запись, поэтому проверка памяти накопителя неисправностей поможет сэкономить много времени.
Рисунок 17: Клапан рециркуляции наддувочного воздуха с электрическим управлением.
Рисунок 18: Клапан рециркуляции наддувочного воздуха с пневмотической регулировкой вакуумом.
Задача клапана рециркуляции наддувочного воздуха заключается в предотвращении возникновения подпора наддувочного воздуха и связанного с этим торможения компрессорного колеса при изменении нагрузки (при переключении передач).
Если на высоких скоростях вращения турбины резко убрать газ (дроссельная заслонка закрывается), то на стороне компрессора возникает сильное противодавление, которое не может быть стравлено. Оно сильно замедляет движение компрессорного колеса и приводит к слишком высоким механическим нагрузкам на турбонагнетатель и закрытую дроссельную заслонку.
После переключения на новую передачу (дроссельная заслонка открывается) турбине требуется время, чтобы вновь достичь нужного числа оборотов. Клапан рециркуляции наддувочного воздуха позволяет сократить такую задержку в работе турбонагнетателя при изменении режимов нагрузки, известную также как турбояма: он высвобождает скопившийся между компрессором и закрытой дроссельной заслонкой наддувочный воздух, открывая байпасную линию и направляя его после прохождения зоны высокого давления вновь на сторону всасывания перед турбонагнетателем.
Снижение давления воздуха в зоне высокого давления предотвращает торможение компрессорного колеса. При открытии дроссельной заслонки клапан рециркуляции наддувочного воздуха перекрывается и давление наддува вновь повышается.
Но если клапан поврежден или работает неправильно, это может привести к сбоям в реакции системы вплоть до выхода турбонагнетателя из строя в результате перегрузки. Поэтому мы рекомендуем перед заменой турбонагнетателя вследствие потери мощности двигателя обязательно проконтролировать клапан рециркуляции наддувочного воздуха.
По материалам Technical Messenger MAHLE