Turbosprężarki

Turbosprężarka – geneza i zastosowanie.

Od momentu swojego wynalezienia turbosprężarki zmieniły oblicze motoryzacji i przemysłu. Początkowo stosowane głównie w lotnictwie, szybko znalazły zastosowanie w samochodach osobowych, ciężarowych oraz w przemyśle morskim i lotniczym. Dzięki ich zdolności do zwiększania mocy silnika przy jednoczesnym zmniejszaniu emisji spalin, stały się nieodłącznym elementem wielu nowoczesnych pojazdów. Początkowo turbosprężarki spotykały się z pewnymi problemami, takimi jak opóźnienie w odpowiedzi na zmiany obciążenia silnika (tzw. turbodziura/turbo lag) oraz wyższe wymagania dotyczące smarowania i chłodzenia. Jednakże dzięki postępowi technologicznemu oraz wprowadzeniu zaawansowanych systemów sterowania, te problemy zostały w dużej mierze rozwiązane. Odpowiednio szybka i precyzyjna regulacja ciśnienia doładowania, a tym samym harmonijne rozwijanie mocy silnika i wysoka wartość momentu obrotowego możliwa jest dzięki wprowadzeniu układu zmiennej geometrii turbiny, elektronicznych aktuatorów oraz konstrukcjom typu Twin Turbo czyli doładowaniu sekwencyjnemu.

Budowa i zasada działania.

Spaliny opuszczające cylindry silnika kierowane są kolektorem wydechowym do wnętrza obudowy turbiny. Przepływając przez umieszczone tam łopatki turbiny wprawiają w ruch obrotowy wirnik turbosprężarki po czym uchodzą swobodnie do układu wydechowego silnika. Na drugim końcu wałka znajduje się sprężarka, w której obracające się koło sprężarki (koło kompresji) zasysa powietrze, spręża je do ciśnienia wyższego niż atmosferyczne i kieruje dalej przewodami dolotowymi do cylindrów silnika. Za dopasowanie i utrzymywanie odpowiedniej wartości ciśnienia odpowiada układ regulacji – zawór upustowy (wastegate) lub układ zmiennej geometrii turbiny (VNT/VGT/VTG). Układ wirujący łożyskowany jest w korpusie środkowym turbosprężarki za pomocą łożysk ślizgowych (rzadziej kulkowych): głównego i osiowego (wzdłużnego). Olej silnikowy stale doprowadzany jest pod ciśnieniem do korpusu środkowego turbosprężarki (obudowa łożysk/core/koras), przepływa przez układ łożyskowania układu wirującego, po czym spływa swobodnie wracając do silnika. Niektóre modele turbosprężarek posiadają dodatkowe kanały w obudowie łożysk, którymi przepływa ciecz chłodząca – ma to na celu poprawienie chłodzenia rdzenia turbosprężarki i ograniczenie ryzyka powstawania spieków oleju w jego wnętrzu.

Budowa turbosprężarki:

1. Obudowa turbiny (tzw. strona ciepła)
2. Wirnik z kołem turbiny
3. Obudowa łożysk (core, koras)
4. Łożyskowanie – łożysko/a główne i osiowe
5. Pierścienie uszczelniające i pozostałe uszczelnienia
6. Obudowa sprężarki
7. Koło sprężarki (koło kompresji)
8. Układ regulacji ciśnienia doładowania (zawór upustowy/wastegate lub zmienna geometria)
9. Sterowanie układem regulacji ciśnienia doładowania (zawór ciśnieniowy/podciśnieniowy lub nastawnik elektroniczny)
10. Zawór obejściowy sprężonego powietrza (tylko turbosprężarki do silników benzynowych)

Proces regeneracji turbosprężarki.

Proces regeneracji składa się z kilku głównym etapów:

1. Wstępna ocena stanu technicznego – głównie ocena występowania i lokalizacji wycieków oleju, widocznych uszkodzeń mechanicznych, ocena działania układu regulacji ciśnienia doładowania, sprawność zaworu/zaworów i nastawników elektronicznych. 
2. Rozmontowanie turbosprężarki na elementy składowe – umożliwia dostęp do poszczególnych części turbosprężarki i dokładną ocenę wszystkich jej komponentów.
3. Oczyszczanie elementów składowych – czasami dopiero po dokładnym oczyszczeniu możliwa jest ich dokładna weryfikacja. Niektóre elementy po oczyszczeniu zostaną użyte ponownie w procesie regeneracji (pod warunkiem, ze nie są uszkodzone).
4. Kompletacja nowych elementów – części, które zastosowane będą w miejsce uszkodzonych lub tych, które wymieniane są zawsze (łożyska, uszczelnienia).
5. Dokładny test zaworu/aktuatora ciśnieniowego lub nastawnika elektronicznego – na tym etapie wymieniany jest czujnik położenia układu zmiennej geometrii lub zaworu upustowego (jeśli występuje i jest uszkodzony) oraz regenerowany jest nastawnik elektroniczny zaworu upustowego/zmiennej geometrii (w przypadku uszkodzenia).
6. Wolnoobrotowe wyważenie wirnika turbosprężarki – pierwszy z dwóch etapów wyważania układu wirującego turbosprężarki, polegający na korekcie „bicia” wirnika podczas pracy. Pomiary wykonywane są na wysokiej jakości wyważarce firmy Schenck.
7. Składanie rdzenia turbosprężarki – kompletny układ wirujący wraz z nowymi łożyskami oraz uszczelnieniami montowany jest w korpusie środkowym turbosprężarki („core”, „CHRA”).
8. Wysokoobrotowe wyważanie układu wirującego – dokładny pomiar i korekta wyważenia kompletnego układu wirującego pracującego w łożyskowaniu przy prędkościach sięgających 200 tysięcy obrotów na minutę. W czasie kilku cykli pomiarowych niewyważenie korygowane jest do odpowiedniej wartości, często niższej niż w przypadku fabrycznie nowych turbosprężarek. Podczas tej operacji turbosprężarka pracuje w podobnych warunkach jak w silniku spalinowym – układ wirujący osiąga prędkości rzędu 200 000 obr/min, a do jego łożysk ciągle doprowadzany jest olej silnikowy pod odpowiednim ciśnieniem (co pozwala również zweryfikować szczelność układu smarowania turbosprężarki). Proces wyważania wysokoobrotowego przeprowadzany jest na wysokiej jakości wyważarkach firmy Schenck.
9. Wstępne składanie turbosprężarki i ustawienie/kalibracja układu regulacji ciśnienia doładowania – precyzyjna regulacja zakresu pracy zaworu upustowego lub układu zmiennej geometrii.
10. Finalne złożenie turbosprężarki oraz końcowa kontrola jakości zgodna z normą ISO 9001:2015.

Przyczyny i rodzaje uszkodzeń.

Z naszymi specjalistami masz pewność, że naprawa turbosprężarki odbywa się w sposób kompleksowy i profesjonalny. Naszym celem nie jest jedynie usunięcie usterki, lecz również zrozumienie i przekazanie klientowi informacji dotyczącej możliwych przyczyn. Uważamy, że takie podejście pozwoli uniknąć podobnych problemów w przyszłości, dlatego zawsze staramy się działać transparentnie i z pełnym zaangażowaniem.

Objawy, które mogą świadczyć o uszkodzeniu turbosprężarki:

1. Pogorszenie osiągów silnika (często określane jako „brak mocy silnika”)
2. Hałas – gwizd, szum
3. Szary/niebieski/czarny dym wydobywający się z rury wydechowej
4. Wycieki oleju z turbosprężarki, zwiększone ubytki oleju silnikowego

Najczęstsze uszkodzenia turbosprężarki to:

1. Wycieki oleju do układu dolotowego i/lub wydechowego silnika spowodowane zwykle uszkodzeniem lub wypracowaniem pierścieni uszczelniających turbosprężarki lub zwiększeniem luzu wirnika. Należy jednak zaznaczyć, że wycieki oleju mogą dotyczyć również w pełni sprawnej turbosprężarki, która nie ma zapewnionych odpowiednich warunków pracy (przede wszystkim swobodny spływ oleju z turbosprężarki do silnika).
2. Uszkodzenia mechaniczne łopatek sprężarki i/lub turbiny spowodowane głownie przez ciała obce znajdując się w układzie dolotowym lub wydechowym silnika.
3. Zwiększony luz promieniowy i/lub osiowy wirnika (w skrajnym przypadku pęknięty wałek) zwykle będący rezultatem zanieczyszczenia oleju silnikowego lub braku odpowiedniego smarowania układu wirującego.
4. Usterki układu regulacji ciśnienia doładowania – nieszczelność lub zablokowanie zaworu ciśnieniowego/podciśnieniowego, uszkodzenie czujnika kopiowania turbo (czujnika położenia zaworu upustowego lub zmiennej geometrii), nastawnika elektronicznego. Zbyt duża ilość nagaru może zablokować lub ograniczyć zakres pracy układu zmiennej geometrii turbiny.
5. Pęknięcia obudowy turbiny (w tym kolektora wydechowego silnika jeśli jest z nią zintegrowany). Zjawisko szczególnie często występuje w turbosprężarkach pracujących w silnikach benzynowych ze względu na wyższą temperaturę spalin w porównaniu do silnika wysokoprężnego.