Luz w turbosprężarce. Dopuszczalny luz turbiny

Firma Wiatreo od ponad dziesięciu lat zajmuje się sprzedażą części zamiennych, naprawą i analizą samochodowych turbosprężarek — od Garrett i BorgWarner po Mitsubishi. Dlatego temat luzu turbosprężarki omawiamy w oparciu o praktyczne doświadczenie i setki wykonanych napraw. Nasi mechanicy codziennie mierzą luzy na turbinie, oceniając, gdzie przebiega granica między normą a zużyciem. W tym materiale zebraliśmy całą teorię i wyjaśniliśmy, jak sprawdzić luzy na turbinie, jaki luz na turbinie jest dopuszczalny, a w jakich przypadkach warto udać się do serwisu.

Luz turbosprężarki: co to jest i ile luz na wałku turbiny jest dopuszczalne?

Luz turbiny samochodowej to niewielka przestrzeń między wałkiem a łożyskami wewnątrz wkładu turbosprężarki (korasa). Występuje w każdej turbosprężarce i jest uznawany za normę konstrukcyjną, a nie oznakę usterki. Wał turbosprężarki obraca się z prędkością ponad 150 000 obr/min i jest utrzymywany nie za pomocą sztywnego mocowania, ale dzięki filmowi olejowemu, tworzonym przez ciśnienie oleju silnikowego wynoszące około 4,5 bara.

W trakcie pracy wał unosi się w tej warstwie oleju, nie dotykając ścian łożysk ani obudowy. Grubość filmu jest minimalna, w granicach 3-6 mikronów, i to wystarcza, aby zapobiec bezpośredniemu kontaktowi metal-metal i zmniejszyć zużycie części. Po wyłączeniu silnika ciśnienie oleju spada, dlatego wał przesuwa się pod wpływem siły ciężkości. Właśnie ta mikro-ruchoma szczelina i jest dopuszczalny luz na turbinie.

Czy w turbosprężarce zawsze musi być luz?

Położenie wału w rdzeniu turbosprężarki jest nieznacznie asymetryczne, a niewielki luz wirnika turbiny jest zjawiskiem normalnym — od strony gorącej turbiny na wirnik stale oddziałuje strumień spalin.

Kąt, pod którym strumień gazów trafia na wirnik, tworzy stałe boczne obciążenie, dlatego wał nie jest umieszczony ściśle na środku obudowy. Film olejowy w tym miejscu formuje się nieco grubszy, równoważąc ciśnienie i utrzymując oś obrotu w punkcie równowagi.

Gdy silnik się uruchamia i ciśnienie oleju osiąga wartość roboczą, szczelina znika. Wał centruje się w strumieniu oleju i obraca bez kontaktu z łożyskami. Dlatego przy ręcznym sprawdzaniu na zatrzymanym silniku lekki luz promieniowy turbiny jest wyczuwalny palcami, ale w stanie roboczym węzła go nie ma. Dopuszczalny luz osiowy turbiny jest przewidziany konstrukcyjnie, jako część systemu zabezpieczenia i stabilizacji obracającego się zespołu.

Luz jest potrzebny, aby:

• wał obracał się z minimalnym tarciem w zespole łożyskowym rdzenia turbosprężarki (CHRA);
• kompensować mikrodeformacje metalu w warunkach wysokich temperatur roboczych.

Jeśli jednak ciśnienie oleju staje się niższe niż norma lub jego jakość nie odpowiada wymaganiom, w stanie roboczym silnika wokół wału nie tworzy się pełnowartościowy klin olejowy. W rezultacie wał nie jest utrzymywany na środku i zahacza o tuleje podczas pracy. Szalone tarcie metal o metal prowadzi do przegrzania i zużycia łożysk. Turbosprężarka wychodzi z równowagi. Dlatego lekki luz poprzeczny turbiny lub luz osiowy to normalne zjawisko, a jego brak lub zwiększona amplituda to już powód do diagnostyki.

Różnice konstrukcyjne turbosprężarek i dopuszczalne luzy na turbinie

Różni producenci turbosprężarek stosują własne rozwiązania inżynieryjne w konstrukcji zespołu łożyskowego. To właśnie określa dopuszczalne luzy na turbinie: luz osiowy oraz luz promieniowy turbiny, jego typ, wielkość i zachowanie podczas pracy. Istnieją trzy podstawowe typy łożysk stosowanych we współczesnych samochodowych turbosprężarkach: stałe, pływające i kulkowe.

We wszystkich tych konstrukcjach normalny luz turbosprężarki jest przewidziany od początku. Jego wartość określana jest nie przez zużycie, ale przez konstrukcję zespołu łożyskowego. Na przykład, przy stałych łożyskach szczelina jest mniejsza, ponieważ tuleja jest unieruchomiona sworzнiem i nie obraca się w obudowie. Przy ręcznym sprawdzaniu wydaje się, że wał "siedzi ciaśniej". Przy pływających łożyskach, przeciwnie, luz jest nieco większy, ponieważ potrzebna jest dodatkowa przestrzeń do wypełnienia olejem ze wszystkich stron.

Dlaczego mniejszy luz nie zawsze jest lepszy?

Gdy łożysko jest zaciśnięte zbyt mocno, zmniejsza się grubość filmu olejowego, wzrasta temperatura i przyspiesza zużycie. W systemach pływających warstwa oleju pełni rolę amortyzatora, ponieważ zmniejsza wibracje, chłodzi zespół i wydłuża żywotność rdzenia turbiny. Dlatego przy porównywaniu turbosprężarek Garrett i KKK nie można kierować się tylko odczuciem luzu. U podstaw leży różnica konstrukcyjna między łożyskami stałymi a pływającymi oraz ich granicami norm. Ważne jest, aby rozróżniać luz konstrukcyjny, który jest uznawany za normę, od nadmiernego — powstającego przy zużyciu łożysk lub spadku ciśnienia oleju.

Jak sprawdzić luz turbiny i jaka szczelina uważana jest za niebezpieczny objaw?

Lekki luz na turbinie (poprzeczny lub wzdłużny) to normalne zjawisko, ale jeśli ruch wału staje się wyczuwalny wzdłuż osi lub przy tym zauważono wyciek oleju, pojawia się hałas, odczuwane są wibracje — to bezpośrednie oznaki usterki. Nieprawidłowy luz oznacza, że geometria łożysk i tuleji korasa już została naruszona, dlatego wał przesuwa się mocniej niż przewiduje konstrukcja.

Dla dokładnej diagnostyki firma Wiatreo zaleca mierzenie luzu osiowego i promieniowego czujnikiem zegarowym, jak wskazano w specyfikacjach technicznych Garrett (lub innego producenta turbosprężarki). Taka metoda pozwala określić faktyczny zakres ruchu wirnika i porównać otrzymane wartości z dopuszczalnymi normami konkretnego modelu turbosprężarki.

Jaki dopuszczalny luz turbiny i jak go odróżnić od niebezpiecznego?

• Luz promieniowy turbiny jest uważany za dopuszczalny. Jest wyczuwalny tylko przy lekkim kołysaniu wału na boki (promieniowo), bez oporu i bez dźwięku dotykania.
• Luz osiowy turbosprężarki (ruch wzdłuż osi w przód-tył) zawsze świadczy o początku zużycia całego zespołu, czego w normie nie powinno być. Przy sprawdzaniu ręcznym można poczuć, że rotor nie tylko "bawi się" w miejscu, ale przesuwa się do przodu w kierunku wirnika sprężarki, i to wyraźny sygnał o problemie.

Nieprawidłowe luzy na turbinie – objawy luzu na wirniku turbiny

• Charakterystyczny świst turbosprężarki, nasilający się przy przyspieszaniu silnika
• Pojawienie się niebieskiego dymu z rury wydechowej — oznaka tego, że turbosprężarka przepuszcza olej do dolotu lub wylotu
• Ślady oleju w przewodach układu dolotowego lub na złączach z intercoolerем
• Dotykanie koła kompresji lub wirnika do ściany obudowy, co wywołuje wibracje i łopatki uszkadzają się, zmieniając swoją geometrię.
• Spadek mocy silnika i spowolniony odzew turbosprężarki
• Wzrost zużycia oleju bez widocznych zewnętrznych przecieków
• Stopniowa utrata balansu wirnika i hałas podczas pracy turbosprężarki

Luz osiowy turbiny: przyczyny

Najczęściej powstaje po nagłym zatrzymaniu silnika, gdy turbosprężarka jeszcze się obraca, a ciśnienie oleju już spadło. Kilka sekund obrotu bez smarowania wystarcza, aby powierzchnia łożyska oporowego i tulei zaczęła się ścierać. Z każdym uruchomieniem szczelina zwiększa się, a wał coraz mocniej przesuwa się wzdłuż osi.

Na stan turbosprężarki wpływa również praca zewnętrznych systemów silnika. Zatkany filtr cząstek stałych (DPF) lub katalizator zwiększają przeciwciśnienie spalin, tworząc dodatkowe obciążenie na wał. To wszystko prowadzi do przegrzania, deformacji obudowy i przyspiesza pojawienie się nadmiernego luzu nawet przy sprawnym systemie olejowym.

Jeśli zauważyłeś podobne oznaki, czas jechać do serwisu i wymienić koras turbosprężarki. Jednocześnie warto sprawdzić system olejowy, intercooler i przewody, aby mieć pewność braku następstw uszkodzenia.

P.S.

Za nieprawidłowy uważa się luz podłużny turbosprężarki, przy którym wirnik porusza się wzdłuż osi (luz osiowy turbiny), towarzyszy temu wyciek oleju, hałas lub dym. To już nie luz konstrukcyjny, ale wynik zużycia, wymagający natychmiastowej naprawy.