Fot. Mahle

Zarówno konstrukcyjnie, jak i z punktu widzenia funkcjonalności, turbosprężarka jest dostosowana do żywotności silnika. Jednak w praktyce wysokowydajne podzespoły znajdujące się w układzie wydechowym narażone są na różne czynniki mogące spowodować przedwczesną usterkę. Eksperci firmy Mahle opisują typowe uszkodzenia, określają ich przyczyny i radzą, jak ich unikać w przyszłości

Brak smarowania
Do najczęstszych przyczyn awarii turbosprężarki należy brak smarowania. Jeżeli turbosprężarka nie jest zasilana wystarczającą ilością oleju, dochodzi do jej uszkodzenia w bardzo krótkim czasie. Powodem są bardzo wysokie prędkości obrotowe turbosprężarki.

Skutki

• Na skutek uszkodzenia łożyska wirniki turbiny i sprężarki mogą uderzyć w korpus turbosprężarki (fot. 1). Można to poznać po śladach tarcia pozostawionych na korpusie (fot. 2).
• Przy zbyt niskim ciśnieniu doładowania przez turbosprężarkę silnik wykazuje zbyt małą moc: elementy wirujące nie osiągają maksymalnej prędkości obrotowej i z tego powodu nie mogą wytworzyć pełnego ciśnienia doładowania. Przyczyną jest półpłynne tarcie, spowodowane brakiem smaru.

Fot. 1. Wirnik sprężarki po uderzeniu w korpus

Fot. 2. Ślady tarcia w korpusie sprężarki

• Z układu wydechowego wydostaje się czarny dym. Jest to skutek zasilania silnika zbyt małą ilością powietrza, co powoduje podawanie za bogatej mieszanki paliwowo-powietrznej.
• Na wałku widoczne są wyraźne zmiany koloru (fot. 3). Powstają one na skutek tarcia i spowodowanej przez nie wysokiej temperatury pomiędzy wałkiem i łożyskami. Przyczyną jest brak smarowania. Gdy temperatura przekroczy określoną wartość, następuje napawanie materiału łożyska na wałek (fot. 4) lub zespolenie tulei łożyskowej z wałkiem.

Fot. 3. Zabarwienie wałka

Fot. 4. Napawany na wałku materiał łożyska

• Złamany wałek (fot. 5) jest wynikiem długiej pracy turbosprężarki z niewystarczającą ilością oleju. Może przy tym dojść do wyżarzenia materiału wałka i jego złamania.
• W przypadku zespolenia tulei łożyskowych zamontowanych na stałe w korpusie łożyska z wałkiem – może dojść do obracania się tulei w korpusie (fot. 6).

Fot. 5. Złamany wałek

Fot. 6. Obrócona tuleja łożyskowa

• Na skutek półpłynnego tarcia wałek może ulec gwałtownemu zablokowaniu w korpusie łożyska. Zablokowanie elementów wirujących często doprowadza do odkręcenia nakrętki zabezpieczającej wirnik sprężarki.
• Po uderzeniu w korpus turbosprężarki elementy wirujące mogą wykazywać znaczne niewyważenie. W konsekwencji istnieje niebezpieczeństwo zniszczenia łożyska promieniowego (fot. 7).

Fot. 7. Zniszczone łożysko promieniowe

• Przy stosowaniu niewłaściwego oleju lub zbyt wczesnym wyłączeniu gorącego silnika może dojść do zanieczyszczenia nagarem korpusu łożyska.
• Łożysko promieniowe uległo zatarciu.
• Łożysko osiowe wykazuje ślady zatarcia lub osady nagaru olejowego.
• Wybite łożyska mogą powodować zbyt duże zataczanie wałka, co z kolei może prowadzić do uszkodzenia kołnierza łożyska.

Przyczyny

• Gdy poziom oleju w silniku jest za niski, zarówno silnik, jak i turbosprężarka są niewystarczająco smarowane i chłodzone olejem.
• Użyty olej nie jest dostatecznie odporny na działanie temperatury. Powoduje to zwiększone tworzenie nagaru olejowego. W efekcie przewód zasilający olejem turbosprężarkę oraz otwory olejowe w korpusie łożysk turbosprężarki ulegają zanieczyszczeniu nagarem.
• W przypadku wyłączenia zbyt gorącego silnika otwór doprowadzający olej może zostać zanieczyszczony nagarem, co spowoduje niewystarczające zasilanie olejem turbosprężarki.
• Jeżeli zimny silnik zostanie od razu po uruchomieniu rozpędzony do wysokiej prędkości obrotowej, zachodzi niebezpieczeństwo niewystarczającego smarowania olejem turbosprężarki, przez co ulegnie zerwaniu warstewka smaru.
• Jeśli w obiegu oleju znajdują się ciała obce, np. brud lub pozostałości uszczelek, może nastąpić zatkanie przewodu zasilającego olejem turbosprężarkę lub korpus jej łożyska.
• Jeżeli lepkość oleju jest zbyt wysoka, następuje opóźniony transport oleju do łożysk, przez co nie jest zapewnione wystarczające zasilanie olejem turbosprężarki. Przy zbyt niskiej lepkości oleju jego nośność jest zbyt mała, co z kolei może powodować tarcie półpłynne.
• Przy zasilaniu silnika biodieslem lub olejem roślinnym zachodzi niebezpieczeństwo zgęstnienia oleju silnikowego. To zwiększa jego lepkość, a olej nie może być tłoczony przez niewielkie otwory olejowe w turbosprężarce.
• Przekrój otworu zasilającego korpus łożyska może być zredukowany przez nieprawidłową uszczelkę kołnierzową lub na skutek użycia płynnego środka uszczelniającego.

Środki zaradcze i zapobieganie

• Silnik powinien być odpowienio nagrzany przed rozpoczęciem jazdy, a po jej zakończeniu nie należy wyłączać go natychmiast, tylko pozwolić mu nieco wystygnąć.
• Silnik musi być zasilany wystarczającą ilością oleju.
• Dopuszczalne jest stosowanie tylko olejów silnikowych zatwierdzonych przez producenta i najwyższej jakości filtrów oleju, przeznaczonych dokładnie do danego typu pojazdu.
• Należy unikać jazdy wyłącznie na krótkich trasach.
• Trzeba bezwzględnie przestrzegać okresów międzyprzeglądowych.
• Zawsze używać odpowiedniego zestawu montażowego do turbosprężarki.
• Przy zasilaniu silnika biodieslem lub olejem roślinnym należy skrócić okresy międzyserwisowe co najmniej o połowę.

Zanieczyszczony olej
Brud, sadza, paliwo, woda, pozostałości spalania lub starte drobinki metalowe mogą zanieczyścić olej. Ze względu na bardzo wysoką prędkość obrotową turbosprężarki nawet najmniejsze cząstki obce w oleju szybko doprowadzają do jej poważnego uszkodzenia.

Skutki

• Nawet najmniejsze ciała obce w oleju powodują porysowanie tulei łożyskowych (fot. 8). W efekcie dochodzi do znacznego zużycia pierścieni uszczelniających turbosprężarki. Ponieważ zużyte pierścienie nie uszczelniają wystarczająco turbosprężarki, olej dostaje się na stronę turbiny. Widać to po zwiększonym zużyciu oleju.
• Luz elementów wirujących ulega zwiększeniu wskutek zużycia tulei łożyskowych. Powoduje to nierównomierny ruch obrotowy i dotykanie wirnika sprężarki lub turbiny do korpusu (fot. 9). Następnie może dojść do złamania wałka.

Fot. 8. Rowki w łożysku promieniowym

Fot. 9. Wirnik turbiny po otarciu się o korpus

• Na kołnierzu łożyska, czyli na tarczy oporowej łożyska osiowego, występują rowki.
• W łożysku osiowym widoczne są rowki lub ślady zatarcia.
• Zablokowany przewód oleju powoduje, że znajdujący się w turbosprężarce olej nie może odpływać i jest wtłaczany na stronę sprężarki i turbiny.

Fot. 10. Wyraźne ślady zużycia na wale w łożyskowaniu

Fot. 11. Nagar olejowy po stronie turbiny

• Wałek łożyska wykazuje znaczne ślady zużycia w łożyskowaniach (fot. 10).
• Gdy po stronie turbiny olej przypali się do wałka i tworzy nagar (fot. 11), następuje znaczne zużycie korpusu łożyska i pierścieni uszczelniających.

Przyczyny

• W razie przekroczenia okresów międzyprzeglądowych filtr oleju nie filtruje zanieczyszczeń w wystarczającym stopniu. Ich cząstki dostają się wtedy przez otwarty zawór obejściowy filtra oleju do obiegu silnika.
• W przypadku eksploatacji silnika z zatkanym filtrem nie wszystkie ścierne cząsteczki są odfiltrowywane z oleju.
• Jeżeli uszczelka głowicy cylindrów lub chłodnica są nieszczelne, do obiegu oleju dostaje się woda, powodując jego rozrzedzenie. Prowadzi to do zmniejszenia nośności oleju.
• Zanieczyszczenia są efektem naprawy silnika bez przestrzegania odpowiedniej czystości.
• Nie została wymieniona chłodnica powietrza doładowującego. Nagromadzony olej silnikowy, wióry lub odłamki z poprzedniej awarii dostają się z pewnym, typowym opóźnieniem do silnika.
• Jeżeli silnik ulega znacznemu zużyciu, spowodowane tym metalowe drobiny przedostają się przez obieg oleju także do turbosprężarki.
• Gdy w silniku występują zakłócenia spalania, do oleju może dostać się niespalone paliwo. Rozrzedzenie oleju powoduje spadek jego nośności.

Środki zaradcze i zapobieganie

• Należy bezwzględnie przestrzegać okresów międzyprzeglądowych podanych przez producenta.
• Powinno się używać tylko najwyższej jakości filtrów oleju, przeznaczonych dokładnie do danego typu pojazdu.
• Dopuszczalne jest wyłącznie stosowanie olejów silnikowych zatwierdzonych przez producenta pojazdu.
• Przy wymianie turbosprężarki należy zawsze montować nową chłodnicę powietrza doładowującego i nowy filtr powietrza. Ponadto powinno się wymienić olej wraz z filtrem oleju.
• Trzeba oczyścić korpus filtra powietrza i kanały powietrza doładowującego przez ich odkurzenie.

Wyciek oleju z turbosprężarki
Jeżeli silnik wykazuje zwiększone zużycie oleju i dymi na niebiesko, w analizie przyczyn należy uwzględnić turbosprężarkę. Olej wydostaje się z korpusu turbosprężarki tylko wtedy, jeżeli w jej otoczeniu panują inne warunki robocze.

Skutki

• Z turbosprężarki od strony turbiny lub sprężarki wydostaje się olej lub niebieski dym.
• W układzie ssącym i w chłodnicy powietrza doładowującego nagromadził się olej silnikowy.
• Silnik traci moc.
• Silnik przyspiesza obroty w niekontrolowany sposób (tzw. „przekręcanie”) na skutek oleju silnikowego  nagromadzonego w chłodnicy powietrza doładowującego. Olej ten jest wtłaczany do układu ssania silnika i ulega spalaniu.
• W przypadku turbosprężarki VTG na łopatkach kierujących znajduje się nagar.

Przyczyny

• Jeżeli przewód powrotny oleju z turbosprężarki jest zatkany (fot. 12) lub załamany, olej nie może swobodnie odpływać z turbosprężarki (fot. 13B). Możliwą przyczyną zatkania przewodu powrotnego bywa jego zanieczyszczenie nagarem (spowodowane na przykład brakiem osłon termicznych), źle ułożony przewód powrotny, wyłączenie gorącego silnika, niska jakość oleju lub stosowanie płynnych środków uszczelniających. Ponieważ turbosprężarka jest nadal zasilana olejem z obiegu silnika, olej wydostaje się po stronie turbiny lub sprężarki.

Fot. 12. Przewód powrotny oleju zanieczyszczony nagarem

Fot. 13. Wyciek oleju z turbosprężarki. Schemat A przedstawia stan optymalny

• Przy napełnieniu silnika zbyt dużą ilością oleju nie może on spływać z powrotem z przewodu powrotnego turbosprężarki do miski olejowej (fot. 13C). Dodatkowo wał korbowy uderza w powierzchnię oleju. Powoduje to powstawanie piany olejowej, stanowiącej dodatkową barierę dla oleju powrotnego z turbosprężarki (fot. 13D).
• Jeśli ciśnienie w skrzyni korbowej jest zbyt wysokie – albo na skutek zbyt dużego przedmuchu (fot. 13E), albo na skutek zatkania skrzyni korbowej (fot. 13F) – następuje jego przeniesienie także do przewodu powrotnego oleju. Utrudnia to powrót oleju z turbosprężarki, przez co olej wydostaje się po stronie turbiny lub sprężarki.

Środki zaradcze i zapobieganie

• Nie przekraczać maksymalnej ilości oleju podczas napełniania silnika.
• Dopuszczalne jest stosowanie wyłącznie olejów silnikowych zatwierdzonych przez producenta pojazdu i silnika.
• Przewód powrotny oleju musi być ułożony dokładnie tak samo, jak w stanie oryginalnym. Ponadto należy zwrócić uwagę na zamontowanie wszystkich osłon termicznych.
• Trzeba sprawdzić przepustowość przewodu powrotnego oleju i przyłączy do skrzyni korbowej. Zawsze zalecana jest wymiana przewodu i złącza.
• Należy sprawdzić i ewentualnie wymienić odpowietrznik skrzyni korbowej.
• W dalszej kolejności sprawdzić tłoki i pierścienie tłokowe, czy nie są zużyte, i w razie potrzeby wymienić na nowe.
• Przy wymianie turbosprężarki trzeba zawsze montować nową chłodnicę powietrza doładowującego i nowy filtr powietrza. Ponadto należy wymienić olej wraz z filtrem oleju.

Uszkodzenia przez ciała obce
Jeżeli od strony ssącej lub wydechowej dostaną się ciała obce, jak pył, piasek, śruby, części pierścieni tłokowych lub zaworów albo osadów – powoduje to z reguły całkowite zniszczenie turbosprężarki ze względu na bardzo wysoką prędkość obrotową. Konsekwencją mogą być też uszkodzenia chłodnicy powietrza doładowującego.

Skutki

• Ciała obce pochodzące z silnika lub kolektora spalin mogą zniszczyć krawędzie natarcia wirnika turbiny.
• Uszkodzone i zgięte kierownice sterujące zespołem VTG (fot. 14) powodują znaczny spadek mocy.
• Zanieczyszczenia znajdujące się w zasysanym powietrzu niszczą wirnik sprężarki (fot. 15) i mogą doprowadzić nawet do całkowitego starcia łopatek oraz uszkodzenia kanału ssącego w jej korpusie (fot. 16).

Fot. 14. Uszkodzone kierownice powietrza w zespole VTG

Fot. 15. Wirnik sprężarki uszkodzony przez ciała obce

Fot. 16. Uderzenia ciał obcych w kanale ssącym korpusu sprężarki

• Skropliny, które zamarzną w kanale ssącym, mogą uszkodzić wirnik sprężarki. Charakterystyczną cechą tego defektu jest uszkodzenie tylko jednej łopaty turbiny. Ze względu na dużą prędkość obrotową następuje rozbicie cząsteczek lodu po uderzeniu w pierwszą łopatę, wobec czego pozostałe nie są uszkadzane (fot. 17).

Fot. 17. Uszkodzona tylko jedna łopata wirnika sprężarki

Przyczyny

• Jeśli na przykład dojdzie do urwania zaworu lub uszkodzenia pierścieni tłokowych, ich fragmenty przedostają się przez kolektor ssący i uderzają w łopatki kierujące zespołu VTG, a następnie w wirnik turbiny.
• Zarówno nieszczelność w układzie ssącym, jak i zanieczyszczony albo uszkodzony filtr powietrza mogą być przyczyną przedostania się ciał obcych do układu ssącego.
• W zimie skropliny mogą powodować tworzenie się lodu w układzie sącym.

Środki zaradcze i zapobieganie

• Zaleca się zwrcać uwagę na szczelność układu ssącego.
• Po zakończeniu prac przy układzie ssącym należy się upewnić, czy nie pozostały tam żadne luźne części.
• Należy wymieniać filtr powietrza zgodnie z wymaganiami producenta, a korpus filtra powietrza i kanały powietrza doładowującego odkurzyć.
• Unikać jazdy wyłącznie na krótkich trasach.

Zbyt wysoka temperatura
Każda turbosprężarka pracuje poprawnie tylko w zdefiniowanym zakresie temperatury. W razie jego przekroczenia w ciągu kilku sekund może dojść do uszkodzenia turbosprężarki.

Skutki

• W korpusie turbosprężarki powstają pęknięcia (fot. 18).
• Przewody oleju mogą zostać zanieczyszczone nagarem. W przypadku zanieczyszczenia przewodu zasilającego turbosprężarka nie jest wystarczająco zasilana olejem. Po zanieczyszczeniu nagarem przewodu powrotnego olej nie może odpływać i dochodzi do wytłoczenia go z turbosprężarki na zewnątrz.

Fot. 18. Pęknięcie korpusu turbiny

Przyczyny

• W silniku wystąpiły zakłócenia spalania lub został on wyłączony przed wystudzeniem.

Środki zaradcze i zapobieganie

• Dopuszczalny jest montaż tylko oryginalnej turbosprężarki dostarczonej przez producenta i wyłącznie w przeznaczonym do tego pojeździe. Dokonywanie jakichkolwiek przeróbek jest niedozwolone!
• Po dużych obciążeniach, np. po jeździe z pełnym obciążeniem, należy zawsze schłodzić silnik na średnich prędkościach obrotowych.
• Za duża prędkość obrotowa
• Podzespoły turbosprężarki są przystosowane do określonego zakresu prędkości obrotowych. W razie jego przekroczenia już w kilka sekund może dojść do całkowitego uszkodzenia turbosprężarki.

Skutki

• Z tyłu wirnika sprężarki widoczne są niewielkie wgłębienia (fot. 19). Przy zbyt wysokiej prędkości obrotowej doszło do plastycznego odkształcenia materiału (typowe dla aluminium). Nastąpiło jego płynięcie wraz ze zwiększeniem średnicy zewnętrznej.
•  Jeżeli prędkość obrotowa będzie dalej rosła, może dojść do uderzenia wirnika sprężarki w korpus lub do jego rozerwania.

Fot. 19. Wgniecenia od tyłu wirnika sprężarki

Przyczyny

• Blachy kierujące VTG zostały zablokowane przez nagar w pozycji do niskich prędkości obrotowych. Jeżeli wówczas nastąpi zwiększenie prędkości obrotowej silnika, dojdzie do tzw. rozbiegania turbosprężarki.
• Pneumatyczny lub elektryczny układ regulacji jest nieszczelny lub uszkodzony.

Środki zaradcze i zapobieganie

• Turbosprężarkę można montować wyłącznie w przeznaczonym do tego pojeździe.
• Po dużych obciążeniach, np. po jeździe z pełnym obciążeniem, należy zawsze schłodzić silnik na średnich prędkościach obrotowych.
• Dopuszczalne jest tylko stosowanie olejów silnikowych zatwierdzonych przez producenta pojazdu i silnika.
• Należy bezwzględnie przestrzegać okresów międzyprzeglądowych.

Opracowanie na podstawie
materiałów firmy Mahle

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa