Turbo punjač: slike kvarova, uzroci i sprečavanje Tehničke informacije AFTERMARKET
2 MAHLE
Sadržaj 1 4 2 6 3 8 4 10 5 12 6 13 7 14 MAHLE 3
1 MAHLE je jedan od najznačajnijih razvojnih partnera i proizvođača komponenata i sistema motora kao i filterskih sistema u automobilskoj industriji. Inženjeri preduzeća MAHLE zajedno sa proizvođačima motora i vozila razvijaju širom sveta proizvode najvišeg kvaliteta. Iste smernice kvaliteta koriste se i na tržištu rezervnih delova. Višestruke kontrole tokom i nakon proizvodnje obezbeđuju visoki nivo kvaliteta proizvoda. Ako tokom korišćenja slučajno dođe do prekida u radu, onda se uzrok najčešće nalazi u okruženju motora. Turbo punjač - agregat Turbo punjači se koriste za povećanje efikasnosti i optimizaciju sagorevanja. Za dobro i potpuno sagorevanje u motoru neophodan je odnos smeše od 1 kg goriva i oko15 kg vazduha (stehiometrijski odnos goriva). Ova količina vazduha odgovara oko 11 m³. Kod punjenja dolazi do povećanja gustine usisnog vazduha a samim tim i do povećanja količine vazduha. Usled procesa punjenja dolazi do poboljšanja stepena punjenja a time i do povećanja stepena delovanja motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Pored toga, omogućeno je i znatno povećanje momenta obrtaja, usled čega je moguće postići povećanje stepena efikasnosti. U poređenju sa usisnim motorom, motor sa turbo punjačem iste snage može biti konstruisan sa manjom zapreminom i manjom težinom (Downsizing). Srce je radni mehanizam koji se sastoji od radnog kola turbine sa vratilom i kola za sabijanje. Radno kolo turbine nalazi se na strani izduvnih gasova. Ono je čvrsto povezano sa osovinom, npr. postupkom frikcionog zavarivanja ili laserskim zavarivanjem. Kolo za sabijanje montirano je na drugom kraju radnog vratila i najčešće je pričvršćeno preko navojnih spojeva. Protok izduvnih gasova iz motora provodi se kroz turbinu. Usled protoka pokreće se radno kolo turbine u vidu brze rotacije, koje pokreće kolo za sabijanje. Broj obrtaja turbine zavisi od konstrukcije i količine izduvnih gasova. Radni mehanizam u turbo punjačima manje konstrukcije dostiže i do 300.000 o/min. Kako ne bi došlo uništenja motora i, maksimalni pritisak punjenja je najčešće ograničen regulatorom pritiska punjenja. Zamena : zavisi od načina i uslova korišćenja Sa aspekta konstrukcije i funkcionalnosti turbo punjač je konstruisan da isprati vek trajanja motora. Međutim u praksi su ove komponente visokog učinka u radnom procesu i sistemu izložene raznim faktorima rizika koji mogu dovesti do prevremenog otkazivanja. Pretpostavka za jednu uspešnu popravku je analiza i otklanjanje uzroka prekida u radu. Ukoliko to ne usledi, postoji opasnost da brzo nakon ugradnje novog dođe do ponovnog prekida u radu. 4 MAHLE
U ovoj brošuri predočene su tipične situacije kvarova i mogući uzroci. Dotične informacije dopunjene su savetima radi prevencije budućih potencijalnih šteta. Time želimo radionicama i osoblju koje vrši remont da olakšamo pronalaženje uzroka štete i doprinesemo stručnom načinu remontovanja motora, što s druge strane predstavlja preduslov za pouzdani rad naših proizvoda, a samim tim i celokupnog motora. MAHLE 5
2 spada među najčešće uzroke otkazivanja. Ako se do dovodi isuviše mala količina ulja, onda će kvar nastati u najkraćem vremenskom roku. Razlog ovome su veoma veliki broj obrtaja. Posledice Radno kolo turbine i kolo za sabijanje mogu zbog kvara na ležaju da udare o kućište turbine (slika 1) Ovo se može prepoznati po tragovima radnog hoda na kućištu (slika 2). Nizak pritisak se može prepoznati po smanjenoj snazi motora: radni mehanizam više ne može da dostigne maksimalni broj obrtaja usled čega ne može da ostvari pritisak punjenja punim kapacitetom. Uzrok ovome je mešovito trenje zbog nedovoljnog podmazivanja. Iz izduvnog sistema izlazi crni dim. To su posledice smanjenog obima napajanja motora vazduhom i odgovarajuće prezasićene smeše goriva i vazduha. Na rukavcu vratila se mogu videti jasni tragovi promene boje (slika 3). Ovo nastaje usled trenja i visokih temperatura između vratila i ležajeva. Uzrok je nedostatak podmazivanja. Kada temperatura prekorači određenu vrednost, dolazi do zavarivanja materijala ležaja sa vratilom (slika 4) ili čak do potpunog međusobnog zavarivanja čaure ležaja sa vratilom. Lom rukavca vratila (slika 5) posledica je dugog rada sa nedovoljnim podmazivanjem. Pri tom može doći do usijanja i loma materijala. Kada dođe do čvrstog zavarivanja čaura ležaja, ugrađene u kućištu ležaja, sa vratilom, onda dolazi do okretanja čaure unutar kućišta ležaja (slika 6). Vratilo može usled mešovitog trenja naglo da blokira u kućištu ležaja. Kada dođe do naglog blokiranja radnog mehanizma, onda dolazi do otpuštanja sigurnosne navrtke na kolu za sabijanje. Radni mehanizam poprima neravnomerni rad zbog hoda uz sam zid kućišta. U daljem pogonu preti opasnost od loma radijalnog ležaja (slika 7). Usled pogrešne upotrebe ulja ili naglog isključivanja motora u zagrejanom (vrućem) stanju može doći do ugljenisanja kućišta ležaja. Usled oštećenja dolazi do zaglavljivanja radijalnih ležaja. Na aksijalnim ležajevima mogu se videti tragovi habanja ili taloženja ugljenisanih ostataka ulja. Ležajevi izbačeni iz ležišta mogu prouzrokovati jako njihanje vratila, usled čega može doći do oštećenja na kućištu ležaja. Slika 1 Kolo sabijača koje je udaralo o zid kućišta Slika 2 Tragovi radnog hoda u kućištu sabijača Slika 3 Promena boje rukavca vratila 6 MAHLE Slika 4 Zavareni delovi ležaja na vratilu
Slika 5 Lom rukavca vratila Slika 6 Izbrušena čaura ležaja (usled okretanja) Uzroci U principu je nivo ulja u motoru isuviše nizak. Zbog toga je podmazivanje i hlađenje nedovoljno ne samo za motor već i za turbo punjač. Ulje koje se koristi nije dovoljno postojano na visoke temperature. Usled čega dolazi do stvaranja veće količine taloga ugljenisanog ulja. To može izazvati probleme: dolazi to taloženja ugljenisanih ostataka u vodu za napajanje uljem i u otvorima za protok ulja u kućištu ležaja. Ako je motor isključen u zagrejanom (vrućem stanju), može doći do začepljenja voda za napajanje uljem, usled čega trubo punjač više ne može biti snabdeven dovoljnom količinom ulja. Ako se motor odmah po pokretanju dovede u opseg visokog broja obrtaja, preti opasnost da je podmazivanje uljem u turbo punjaču još uvek nedovoljno, te dolazi do cepanja uljanog filma u turbo punjaču. Ako se u kružnom toku ulja nalaze strana tela, npr. prljavština ili ostaci zaptivke, onda može doći do začepljenja u dovodu ulja do turbo punjača ili do začepljenja u samom turbo punjaču. Viskozitet ulja je isuviše visok zbog čega dolazi do kašnjenja u transportu ulja do mesta na kojima se nalaze ležajevi, usled čega nije obezbeđeno blagovremeno podmazivanje. Kod isuviše malog viskoziteta ulja dolazi do stvaranja filma koji ne može izdržati veliko opterećenje, što dovodi do pojave mešovitog trenja. Ako se motor pogoni bio-dizelom ili dizelom biljnog porekla, preti opasnost da dođe do zgušnjavanja motornog ulja. Time dolazi do povećanja stepena viskoziteta ulja, čime je onemogućen transport ulja kroz uske otvore. Poprečni presek otvora za protok ulja u kućištu ležaja može biti redukovan ili pogrešnim zaptivanjem na prirubnici ili sredstvom za povećavanje gustine tečnosti. Pomoć/sprečavanje Motoru treba dozvoliti da se potpuno ohladi ili da spusti temperaturu. Motor treba da bude snabdeven dovoljnom količinom ulja. Smeju se koristiti samo motorna ulja propisana od strane proizvođača. Treba izbegavati voziti samo kratke relacije. Obavezno poštovati intervale za održavanje propisane od strane proizvođača. Potrebno je ugrađivati samo kvalitetne i za dotično vozilo predviđene filtere za ulje. Potrebno je uvek koristiti odgovarajući priključni komplet za dotični turbo punjač. Ako se motor pogoni bio-dizelom ili dizelom biljnog porekla, servisne intervale treba bar prepoloviti. Slika 7 Slomljeni radijalni ležaj MAHLE 7
3 Prljavština, čađ, gorivo, voda, ostaci sagorevanja ili habanja o metal mogu zaprljati ulje. Usled ekstremno visokih broja obrtaja, već i najmanje čestice u ulju mogu izazvati velika oštećenja na turbo punjaču. Posledice Najmanja strana tela mogu prouzrokovati udubljenja na čauri ležaja (slika 1). Može doći do jakog habanja karika klipa u trubo punjaču. Pošto pohabane karike klipa više ne mogu u dovoljnoj meri da vrše zaptivanje, ulje dospeva u delove na strani turbine. Ovo se može prepoznati na osnovu povećane potrošnje ulja. Zazor u radnom mehanizmu se povećava usled pohabanih čaura ležaja. To dovodi do neuravnoteženog rada i do udaranja kola turbine odn. kola za sabijanje o kućište (slika 2). U daljem toku rada može doći do loma vratila. Dolazi do stvaranja udubljenja na svežnju ležaja, odn. frikcionoj podloški aksijalnog ležaja. Na aksijalnom ležaju se mogu videti udubljenja i tragovi habanja. Usled blokiranih vodova za odvod ulja onemogućeno je oticanje ulja iz i umesto toga biva istiskano prema strani turbine i strani na kojoj se vrši sabijanje. Na strani turbine može doći do izgaranja ulja na vratilu i ugljenisanja ostataka ulja (slika 3). Ugljenisani sloj ulja može uzrokovati jako habanje kućišta ležaja i karika klipa. Vratilo pokazuje jasne tragove habanja na uležištenjima (slika 4). Slika 1 Udubljenja na radijalnom ležaju Uzroci Ako prekoračite intervale održavanja, onda filter ulja više nije u stanju da vrši filtriranje prljavštine iz ulja. U tom slučaju dolazi do prodiranja prljavih čestica u otvoreni premosni ventil filtera ulja u kružni tok motora. Ako se motor pogoni sa zapušenim filterom za ulje, onda male abrazivne čestice ulja više ne mogu biti filtrirane. Ako je zaptivanje glave cilindra ili hladnjaka neispravno, onda preti prodiranje vode u kružni tok ulja i isto biva razređeno. Usled toga dolazi do smanjenja učinka nosivosti uljanog filma. Ako je izvršen remont motora, a pri njegovom sklapanju nije izvršeno propisno čišćenje njegovih delova, onda se prljavština nalazi u motoru već pri prvom puštanju u pogon. Hladnjak vazduha za prehranjivanje nije zamenjen novim. Akumulirano ulje, iverje ili odlomljeni komadi od prethodnog kvara dospevaju sa zakašnjenjem u motor. Ako je motor izložen jačem habanju, onda uglavnom metalni delovi preko kružnog toka ulja dospevaju u turbo punjač. Ako u motoru dođe do smetnji u sagorevanju, onda može nesagorelo gorivo da dospe u ulje. Zbog razređivanja ulja dolazi do smanjenja učinka nosivosti uljanog filma. Slika 2 Kolo turbine nakon udaranja o kućište Slika 3 Ugljenisano ulje na strani turbine 8 MAHLE
Slika 4 Jasni tragovi habanja na vratilu na mestu uležištenja Pomoć/sprečavanje Obavezno treba poštovati intervale održavanja u skladu sa podacima proizvođača. Treba ugrađivati samo visoko kvalitetne filtere za ulje koji su predviđeni samo za određeno vozilo. Smeju se koristiti samo ulja dozvoljena od strane proizvođača vozila ili motora. Prilikom zamene u načelu je potrebno ugraditi novi hladnjak vazduha za prehranjivanje i novi vazdušni filter. Pored toga, potrebno je izvršiti zamenu ulja zajedno sa filterom za ulje. Kućište filtera za vazduh kao i vod vazduha za prehranjivanje potrebno je očistiti usisavanjem. MAHLE 9
4 Ako motor ima povećanu potrošnju ulja i izbacuje plavičasti dim, onda bi turbo punjač obavezno trebalo podvrgnuti analizi radi utvrđivanja uzroka. Važno: iz se ulje istiskuje iz kućišta samo onda kada u njegovom okruženju vladaju uslovi rada koji odstupaju od propisanih. Posledice Iz turbine odn. na strani sabijanja dolazi do istiskivanja ulja. Iz izduvnog sistema izlazi plavičasti dim. U usisnom delu i u hladnjaku vazduha za prehranjivanje došlo je do akumulacije ulja. Motor evidentno gubi na snazi. U motoru nastaje nekontrolisani prekomerni broj obrtaja (tzv. dizanje broja obrtaja ) usled nakupljenog motornog ulja u hladnjaku vazduha za prehranjivanje koje se dalje prosleđuje i sagoreva u usisnom delu motora. Kod VTG može doći do taloženja ugljenisanih ostataka na vodeće lopatice. Slika 1 Ugljenisano ulje u povratnom vodu Uzroci Ako je povratni vod za ulje zapušen (slika 1) ili je došlo do njegovog sužavanja usled presavijanja voda, ulje iz više ne može da otiče (slika 2, skica B). Mogući uzroci zapušenog povratnog voda ulja je taloženje ugljenisanih ostataka u povratnom vodu usled nedostatka toplotnih štitova, loše postavljeni povratni vodovi, isključivanje motora u zagrejanom (vrućem) stanju, loš kvalitet ulja ili korišćenje sredstva za povećavanje gustine tečnosti. Pošto se turbo punjač i dalje snabdeva uljem iz kružnog toka, ulje biva potiskivano i izbacuje se na strani turbine, odn. na strani gde se vrši sabijanje. Ako se u motoru nalazi prekomerna količina ulja, onda je onemogućeno vraćanje ulja iz povratnog voda u korito za ulje (slika 2, skica C). Radilica svojim radom dodatno razređuje ulje. Time nastaje penušavo ulje koje predstavlja dodatnu barijeru za povratno ulje iz (slika 2, skica D). Ako je pritisak u kućištu radilice isuviše visok usled previsokog prolaznog gasa (efekat - Blow-by ) (slika 2, skica E) ili zbog zapušene ventilacije kućišta radilice (slika 2, skica F) onda se ovaj pritisak takođe prenosi na povratni vod ulja. Time je sprečeno odvođenje ulja iz usled čega ulje izlazi na strani turbine odn. na strani gde se vrši sabijanje. 10 MAHLE
Pomoć/sprečavanje Motor je dozvoljeno napuniti samo maksimalno propisanom količinom ulja. Smeju se koristiti samo ulja dozvoljena od strane proizvođača vozila ili motora. Povratni vod ulja mora biti postavljen u originalnom prethodnom stanju. Pored toga, potrebno je voditi računa o postavljanju svih toplotnih štitova. Povratni vod i priključke do kućišta radilice treba proveriti na nesmetani protok ulja. U načelu se preporučuje zamena voda i priključnog elementa novim delovima. Ventilacija kućišta radilice mora biti proverena i po potrebi zamenjena novim delom. Klipove i karike je potrebno proveriti na habanje ili ih zameniti novim. Prilikom zamene u načelu je potrebno ugraditi novi hladnjak vazduha za prehranjivanje i novi vazdušni filter. Pored toga, potrebno je izvršiti zamenu ulja zajedno sa filterom za ulje. Slika 2 Skica A prikazuje optimalno stanje. MAHLE 11
5 Ako na usisnoj ili izduvnoj strani dođe do prodiranja stranih tela, kao što su npr. prašina, pesak, zavrtnji, delovi karika ili ventila i talog, onda to najčešće uzrokuje totalni prekid rada. Oštećenja se mogu javiti i na hladnjaku vazduha za prehranjivanje. Posledice Uslovljeno prethodnim oštećenjima, strana tela iz motora ili izduvne grane mogu oštetiti ivice na delu gde gas ulazi turbo punjač. Dolazi do oštećenja i deformacije limova za usmeravanje vazduha jedinice VTG (slika 1). Posledica je primetan gubitak snage. Zbog stranih tela u usisnom vazduhu dolazi do oštećenja na kolu za sabijanje (slika 2). Pri tom može doći do potpunog kidanja lopatica na kolu. Pored toga, moguća su oštećenja usisnog kanala u kućištu sabijača (slika 3). Usled zaleđenog kondenzata u usisnom delu moguća su oštećenja na kolu za sabijanje. Ovaj uzrok je karakterističan na osnovu oštećenja jedne lopatice: Usled visokog broja obrtaja delovi leda se razbijaju pri susretu sa prvom lopaticom, tako da ostale lopatice ostaju neoštećene (slika 4). Uzroci Ako npr. dođe do kidanja ventila ili loma karike, onda ovi delovi preko izduvne grane udaraju u vodeće lopatice VTG jedinice i na kolo turbine. Uzrok prodiranja stranih tela u usisnom delu može biti nezaptivenost usisnog dela kao i zaprljani ili neispravni filter vazduha. U zimskom periodu može doći do stvaranja leda u usisnom delu. Pomoć/sprečavanje Potrebno je voditi računa o ispravnom zaptivanju usisnog dela. Nakon završetka radova oko usisnog dela, potrebno je uveriti se da na tom mestu nema labavih ili slobodnih delova. Filter vazduha treba zameniti u skladu sa propisima proizvođača, a kućište filtera za vazduh kao i vod vazduha za prehranjivanje potrebno je očistiti usisavanjem. Treba izbegavati voziti samo kratke relacije. Slika 1 Oštećeni limovi za usmeravanje vazduha VTG jedinice Slika 2 Oštećeno kolo za sabijanje usled naletanja stranog tela Slika 3 Udarci stranih tela u usisnom kanalu kućišta sabijača 12 MAHLE Slika 4 Samo jedna oštećena lopatica kola za sabijanje
6 temperatura izduvnih gasova Slika 1 Pukotina na kućištu turbine Svaki turbo punjač je konstruisan za definisani opseg temperature. Ukoliko dođe do prekoračenja temperaturnog limita, onda već nakon nekoliko sekundi može doći do prekida u radu trubo punjača. Posledice U kućištu nastaju pukotine (slika 1). Unutar vodova može doći do ugljenisanja ulja: Ako dođe do začepljena (usled ugljenisanja) dovodnog voda, onda turbo punjač ne dobija dovoljnu količinu ulja. Ako dođe do začepljena (usled ugljenisanja) povratnog voda, onda ulje više ne može oticati, a iz izlazi ulje (vidi poglavlje 4, strana 10). Uzroci Usled dodatnog podešavanja (Tuning) promenjen je nivo temperature. U motoru je došlo do smetnji u sagorevanju. Motor isključen u zagrejanom (vrućem stanju). Pomoć/sprečavanje Turbo punjač sme biti ugrađen samo u vozilu koje je predviđeno za određeni turbo punjač. Turbo punjač sme biti ugrađen i pogonjen samo u originalnom fabričkom stanju. Tehničke promene nisu dozvoljene. Motor treba ohladiti spuštanjem na određeni broj obrtaja, nakon prethodnog rada pod punim opterećenjem. MAHLE 13
7 Delovi ugrađeni u turbo punjaču konstruisani su za definisani opseg broja obrtaja. Ako se dotični opseg prekorači, može u roku od nekoliko sekundi da nastanu kapitalna oštećenja na turbo punjaču. Posledice Na poleđini kola za sabijanje mogu se primetiti mala udubljenja (slika 1). Materijal (najčešće aluminijum) se usled prekomernog broja obrtaja i jakih centrifugalnih sila deformisao. Dolazi do omekšavanja materijala i povećavanja spoljašnjeg prečnika. Ako broj obrtaja i dalje raste, onda može doći do udaranja kola za sabijanje u zid kućišta i/ili potpunog loma istog (slika 2). Uzroci Zbog dodatnog podešavanja (Tuning) prekoračen je maksimalno dozvoljeni broj obrtaja. Usled ugljenisanog ulja dolazi do blokiranja VTG limova za usmeravanje vazduha u položaju za niži broj obrtaja. Ako zatim dođe do povećavanja broja obrtaja, onda nastaje efekat prekomernog ubrzanja broja obrtaja. Pneumatska ili električna regulacija je neispravna ili ne zaptiva. Pomoć/sprečavanje Turbo punjač mora biti pogonjen uvek u fabričkom stanju. Turbo punjač sme biti ugrađen samo u vozilu koje je predviđeno za dotični turbo punjač Motor treba ohladiti spuštanjem na određeni broj obrtaja, nakon prethodnog rada pod punim opterećenjem. Smeju se koristiti samo ulja dozvoljena od strane proizvođača vozila ili motora. Obavezno poštovati intervale za održavanje propisane od strane proizvođača. Slika 1 Oštećenja na poleđini kola za sabijanje Slika 2 Polomljeno kolo sabijača 14 MAHLE
MAHLE 15
www.mahle-aftermarket.com