Przyczyny uszkodzenia turbiny w dieslu i w silnikach benzynowych

Uszkodzenie turbosprężarki to prawie zawsze konsekwencja bardziej złożonego problemu, a nie samodzielna usterka. W 90% przypadków wskazuje na nieprawidłowości w pracy silnika lub powiązanych z nim systemów. Dlatego, aby nie wymieniać turbin jednej po drugiej, ważne jest nie tylko wymienić zespół, ale określić prawdziwe przyczyny uszkodzenia turbiny. W tym blogu przeprowadzimy pełną analizę tego, co rzeczywiście prowadzi do awarii turbiny: zarówno ze strony samego agregatu, jak i czynników zewnętrznych. Jeśli będziesz przeprowadzać profilaktykę na czas, z pewnością będziesz w stanie ochronić silnik swojego samochodu przed powtarzającymi się kosztownymi naprawami.

Kiedy przyczyna leży w samej turbinie

Chociaż awaria turbiny najczęściej związana jest z czynnikami zewnętrznymi, istnieje konkretna lista przyczyn, gdy problem tkwi właśnie wewnątrz samej turbosprężarki. W tym przypadku najczęściej cierpią wirnik sprężarki i wałek turbosprężarki. Te elementy pracują na wysokich obrotach, podlegając ekstremalnym obciążeniom - a każde naruszenie warunków eksploatacji prowadzi do poważnych uszkodzeń.

Jednak w praktyce spotykamy się z różnymi przypadkami. Wśród powszechnych może to być również wada fabryczna, zmęczenie materiału, zużycie łożysk ślizgowych, przegrzanie turbiny lub niezrównoważony wirnik. Czasami przyczyną staje się dostanie się ciał obcych do układu dolotowego lub w część gorąca turbiny, co prowadzi do mechanicznego uszkodzenia łopatek turbiny i powstawania różnego rodzaju zadrapania na wale .

A mimo to są to już konsekwencje. A jeśli mówić o głębszych przyczynach, to wewnętrzne usterki turbosprężarki rozwijają się według jednego z trzech głównych scenariuszy. Dalej szczegółowo rozpatrzymy każdy z tych przypadków, aby zrozumieć, jakie są przyczyny uszkodzenia turbiny w silniku diesla lub benzynowym oraz jak zapobiec powtórzeniom w przyszłości.

Uszkodzenia mechaniczne: przyczyny awarii turbiny od wewnątrz

Najbardziej narażonymi elementami przy uszkodzeniach mechanicznych turbosprężarki są wirnik sprężarki i wałek turbosprężarki. Te elementy obracają się z ogromną prędkością - do 200 000 obr/min. Każde odchylenie od normy: zanieczyszczenie, zwiększone ciśnienie lub ciało obce - prawie zawsze prowadzi do naruszenia integralności.

Jedną z najczęstszych przyczyny awarii turbiny staje się pojawienie się luzów w układzie dolotowym. Przez mikroskopijne otwory do systemu przenikają cząstki pyłu i materiału ściernego, tworząc efekt piaskowania na wirniku. Przy stałym oddziaływaniu staje się zużycie łopatek , a w konsekwencji - zaburzenia wyważenia. Z powodu równoległego rozszczelnienia pojawia się spadek ciśnienia doładowania i wyciek oleju, co stwarza dodatkowe obciążenie dla turbosprężarki.

Kolejny czynnik - to brak terminowej wymiany filtra powietrza. Zatkany filtr nie może skutecznie wyłapywać pyłu i zanieczyszczeń. W rezultacie powierzchnia wirnika dostaję twarde cząstki, co prowadzi do stopniowego tworzenia się mikrouszkodzenia na łopatkach wirnika. Niebezpieczeństwo takiego zużycia polega na tym, że jest ono stopniowe, więc niezauważalne od razu, ale z czasem prowadzi do złożonej usterki turbiny o zmiennej geometrii i naruszenia jej geometrii.

Zatkany przewód spustowy oleju turbiny - może również być przyczyną niesprawności turbiny. Jeśli przewód spustowy oleju jest zatkany lub zwężony, olej zaczyna dostawać się do układu dolotowego, gdzie pod wpływem temperatury zamienia się w osady koksowe. Te twarde frakcje osiadają na łopatkach sprężarki i trafiają na ruchome elementy o zmiennej geometrii, zakłócając ich pracę aż do całkowitego zablokowania.

Osobno należy wyobrębnić nagar w kolektorze dolotowym silnika jako kolejnej przyczyny uszkodzenia turbosprężarki. Pod wpływem temperatury olej zaczyna się "zapiekać" - zamieniając się w gęstą, lepką masę, podobną konsystencją do plasteliny. Ten zapieczony osad odkłada się na łopatkach wału i w strefie gdzie się znajduję zmienna geometria turbiny, po czym następuję blokada elementów ruchomych. Przy znacznym nagromadzeniu może to prowadzić do całkowitego zablokowania mechanizmu zmiany geometrii, przez co zmniejsza się moc, pogarsza się responsywność silnika i pojawiają się błędy na desce rozdzielczej.

Uszkodzenia mechaniczne mogą występować również ze strony części gorącej turbiny. Część gorąca turbiny - zarównie może być nośnikiem uszkodzeń mechanicznych . Przykład - dostanie się do ślimaka odłamków, które wyleciały z cylindrów silnika. Najczęściej zdarza się to przy zniszczeniu pierścieni zgarniających oleju tłoka, które stają się przyczyną. Takie przypadki rzadko są diagnozowane na czas, a przy dostaniu się do środka rozbijają wał i powodują uszkodzenie turbiny.

Osobno warto wspomnieć o takiej sytuacji, jak pęknięty kolektor wydechowy. Mikropęknięcie często pojawia się z powodu zatkanego filtra cząstek stałych (DPF) lub katalizatora, gdy ciśnienie spalin wzrasta do krytycznego poziomu (do 5 barów). Pod takim ciśnieniem przegrzany kolektor nie jest już w stanie wytrzymać obciążenia. W rezultacie samochód doświadcza spadku ciśnienia doładowania, utraty mocy, włączenia się kontrolki Check Engine i pojawienia się błędów ECU, w tym słynnego P0299. Przy czym takie pęknięcia są bardzo trudne do zdiagnozowania bez demontażu, a turbina już zaczyna tracić wydajność.

Każda z wymienionych przyczyn może sprowokować reakcję łańcuchową, w wyniku której awaria turbiny diesel lub w silniku benzynowym jest gwarantowana. 

Błędy w obsłudze oleju jako przyczyny uszkodzenia turbiny w dieslu

Każdy nowoczesny silnik jest projektowany z dokładnym obliczeniem konkretnych parametrów obciążenia, reżimu temperaturowego i specyfikacji płynów roboczych. Dlatego olej silnikowy nie tylko smaruje części, ale tworzy film olejowy, który chroni przed przegrzaniem, tarciem i przedwczesnym zużyciem. Gdy jeden z tych parametrów zostaje naruszony, cierpi przede wszystkim turbosprężarka. Problemy z układem olejowym silnika najczęściej stają się niewidocznym wyzwalaczem, który uruchamia reakcję łańcuchową awarii.

Przyczyny awarii turbiny związane z problemami ze środkami smarnymi są szczególnie powszechne wśród samochodów z silnikami diesla, gdzie temperatura jest dość wysoka, a obciążenie turbiny - stałe. Wśród nich:

• Głód olejowy - przy niedoborze oleju w systemie, lub przy użyciu płynu technicznego o nieodpowiedniej lepkości, lub przy nieprzestrzeganiu zalecanej wartości stabilności temperaturowej, film olejowy stale się rwie, nie formuje się prawidłowo. Wał zaczyna dosłownie szlifować ścianki łożysk, co może doprowadzić do złamania wału na pół. Wygląda to jak zwiększone zużycie i luz, a następnie awaria. Nadaje sié to do jednej z najczęstszych przyczyny awarii turbosprężarki w dieslu.

• Uszkodzona pompa oleju często wytwarza nadmierne ciśnienie. Z wysokiego ciśnienia oleju bierze się uszkodzenie uszczelnień i wyciek oleju silnikowego do układu dolotowego lub gorącej części turbiny, w rezultacie na łopatkach formują się osady olejowe, co prowadzi do nierównomiernego rozkładu obciążenia.

• Nieterminowa wymiana oleju. Przy naruszeniu terminów wymiany olej stopniowo traci swoje właściwości ochronne. Pod wpływem wysokiej temperatury i agresywnej eksploatacji zaczyna się koksować, wytrącać w osad wewnątrz obudowy turbiny. Te osady zakłócają pracę ruchomych elementów i powodują przedwczesne zużycie wału.

• Zatkany przewód powrotny oleju. W tym przypadku tworzy się ciśnienie wsteczne w obudowie turbiny, olej nie nadąża odpływać i po prostu przepełnia system. Smar dostaje się do dolotu, wylotu a nawet na łopatki turbiny, gdzie się wypala. To właśnie staje się przyczyną powstawania koksu, a w konsekwencji - utrudnienia ruchu obrotowego łopatek.

• Naruszenie ciśnienia podawania oleju. Awarie turbiny mogą być również związane z nieprawidłową konstrukcją odpływu powrotnego. Jeśli przewód spustowy oleju jest wygięty lub zatkany, zużyty olej nie odpływa, a tworzy nadmierne ciśnienie w obudowie. Rezultat - przeciek oleju z "zimnej" strony turbiny, pojawienie się dymu z rury wydechowej i zmniejszenie wydajności doładowania.

• Praca turbiny pod niesymetrycznym ciśnieniem. Na przykład, jeśli po stronie dolotu lub wylotu powstaje opór lub zator, pojawia się niewyważenie. W rezultacie olej zaczyna być wyciskany z przeciwnej strony obudowy turbiny - przez uszczelki, przewody lub połączenia. Prowadzi to do wycieków oleju, zadymienia i spadku ciśnienia doładowania nawet przy sprawnych elementach wewnętrznych.

Analizując listę przyczyny awarii turbosprężarki, wyciągamy wniosek, że olej "niezgodny ze specyfikacją" może mieć inną lepkość, niewystarczającą odporność termiczną lub niską odporność na utlenianie. Nawet przy prawidłowej wymianie i tak spowoduję zużycie turbosprężarki w trybie przyspieszonym.

Dodatkowym czynnikiem może być niedrożny układ recyrkulacji gazów wydechowych (EGR). Wówczas rośnie ciśnienie w układzie wydechowym, turbina zaczyna pracować w niestabilnych warunkach, a olej jest wyciskany przez uszczelnienia po "zimnej" stronie mimo sprawnej mechaniki.

Awaria turbosprężarki z powodu paliwa - kiedy staję się przyczyną usterki

Nawet sprawna turbina szybko ulegnie awarii, jeśli przeprowadzono nieprawidłowe ustawienie podawania paliwa do silnika. Przy niedostatku paliwa wzrasta temperatura spalin — powoduje to przegrzanie gorącej części turbiny i przyspiesza zużycie łopatek i łożysk.

Jeśli podawane jest zbyt dużo paliwa, nie zdąża ono spalić się całkowicie. Pozostałości trafiają do turbiny, tworząc nagar paliwowy z lokalnych wybuchów, co prowokuje dalsze problemy z turbiną. W obu przypadkach doładowanie działa niestabilnie.

Dodatkowe ryzyko stanowi tankowanie paliwa niespełniającego wymagań producenta. Zwiększona zawartość popiołu, siarki lub niska liczba cetanowa prowadzą do zanieczyszczenia turbosprężarki i stają się przyczyny uszkodzenia turbosprezarki.

Jako kolejne przyczyny uszkodzenia turbosprezarki mogą być zwiększone zawartości popiołu, siarki lub niska liczba cetanowa, co prowadzi do zanieczyszczenia turbosprężarki. 

Nastawniki jako przyczyna ukrytych awarii turbiny

W nowoczesnych silnikach od 2023 roku większość systemów sterowania silnikiem stała się elektroniczna. Dotyczy to również turbosprężarek, których praca jest koordynowana głównie przez elektroniczne nastawniki. Są to kompaktowe napędy, które regulują geometrię turbiny i obciążenie doładowania w czasie rzeczywistym. Jednak za ich precyzyjną pracą kryje się konstrukcyjna specyfika: wszystkie są wykonane z tworzywa sztucznego. W oryginalnym i wysokiej jakości wykonaniu — jest to termoodporny kaprolon (PA6).

Z jednej strony, materiał ten jest odporny na przegrzanie i tarcie. Z drugiej — ma naturalne ograniczenie wytrzymałości. Z czasem zaczynają się ścierać koła zębate, potencjometry, mikronapędy i przekładnia. Zwykle dzieje się to po przebiegu 150-200 tys. km, ale może nastąpić wcześniej, jeśli aktuator nie jest najlepszej jakości.

Co ważne: awaria turbosprężarki z powodu zepsucia nastawnika nie staję się natychmiastową, ale zakłóca jej pracę:

• zawiesza się geometria;

• nie koryguje się ciśnienie doładowania;

• spada moc silnika.

Przy tym nie ma wyraźnych uszkodzeń mechanicznych, dlatego mało kto zwraca uwagę na początkową fazę zużycia elektronicznego aktuatora. Głównie podczas obsługi technicznej turbiny specjaliści nie sprawdzają sterownika do momentu jego całkowitej awarii lub przeprowadzają szybką wizualną ocenę jego stanu. Dlatego często zaliczamy zepsucie nastawnika do przyczyny uszkodzenia turbosprezarki, szczególnie w nowoczesnych samochodach z elektronicznym sterowaniem.

Kiedy przyczyny awarii turbosprężarki leżą w systemach powiązanych

Turbosprężarka nie działa sama z siebie, jej stan bezpośrednio zależy od wielu powiązanych systemów samochodu. Działa tu zasada domina: wystarczy, że jeden system ulegnie awarii, a następnie zaczynają się problemy z turbiną i pozostałymi elementami silnika. Właśnie dlatego ważne jest, aby na czas wykrywać wzajemne powiązania usterek, a nie rozwiązywać tylko lokalne problemy.

Systemy ekologiczne: czy rzeczywiście normy EURO 6D przeciążają turbinę?

Od momentu wejścia w życie norm EURO 6D (2020 r.) konstrukcja silników diesla poważnie się zmieniła. Aby spełnić surowe wymagania dotyczące emisji, producenci wprowadzili cały kompleks systemów kontroli ekologii:

• SCR;

• EGR (niskiego i wysokiego ciśnienia);

• DPF.

Wszystkie one działają w połączeniu z turbiną, ale to właśnie ona najczęściej cierpi z powodu ich awarii. Każdy z tych systemów jest zaprojektowany dla dokładnych parametrów ciśnienia, temperatury i objętości gazów. Przy naruszeniu choćby jednego parametru, na przykład przy zatkaniu DPF lub niestabilnej pracy zaworu EGR, turbina zaczyna pracować w trybie awaryjnym. Powstaje obciążenie asymetryczne turbosprężarki z jednej strony sprężarki i silnik traci równowagę.

Turbosprężarka powinna funkcjonować w symetrycznym przeciwciśnieniu. Ale kiedy, na przykład, filtr DPF zatyka się, a spaliny nie odprowadzają się z odpowiednią prędkością — turbina pracuje pod nadmiernym ciśnieniem. Prowokuje to:

• wzrost temperatury obudowy turbosprężarki;

• wycieki oleju;

• skoki ciśnienia doładowania;

• przyspieszone zużycie części turbiny.

Ważne, aby zrozumieć: te systemy nie są konstrukcyjnym "słabym ogniwem". Wręcz przeciwnie — systemy ekologiczne przeciążają turbinę nie dlatego, że są złe, ale dlatego, że wymagają innej kultury obsługi. Skrócone interwały wymiany oleju, częstsza wymiana filtrów, konieczność kontroli jakości paliwa — to wszystko nowe realia, do których nie wszyscy kierowcy i serwisy się przystosowali.

Jeśli wcześniej standardowa obsługa techniczna była przeprowadzana co 10-12 tys. km, to teraz wielu producentów zaleca interwał 7-8 tys. km. Ale w praktyce ta zasada jest często ignorowana. Stąd problemy: obciążenie EGR, przegrzanie DPF, skoki ciśnienia na turbinę i w konsekwencji — przyczyny awaria turbiny bez wyraźnych zewnętrznych uszkodzeń.

System podawania paliwa: jak ciśnienie 2500 barów wpływa na żywotność turbosprężarki diesla?

Niewielu łączy stan turbiny z pracą wtryskiwaczy, ale w nowoczesnych silnikach ta zależność jest bezpośrednia. Ewolucja układu paliwowego wyniosła go na zupełnie nowy poziom obciążenia: jeśli wcześniej ciśnienie wtrysku wynosiło 500-800 barów, to teraz osiąga 2500 barów. Taka precyzja wymaga idealnego stanu całego systemu, w przeciwnym razie konsekwencje odbijają się na pracy turbiny.

Dziś wtryskiwacz — to nie tylko wtryskiwacz, ale precyzyjne narzędzie z minimalnym dopuszczalnym błędem. I jeśli wcześniej układ paliwowy był raczej częścią pomocniczą, to teraz jest jedną z głównych przyczyny uszkodzenia turbiny w dieslu.

Kiedy wtryskiwacze zużywają się, zaczyna się odchylenie w dozowaniu i rozpylaniu paliwa. A kiedy zatyka się filtr, turbina pracuje pod zwiększonym przeciwciśnieniem, z przegrzaniem i skokami doładowania.

Problem pogłębia się, gdy awaria jednego wtryskiwacza często nie jest postrzegana jako przyczyna uszkodzeń. W serwisie mogą wymienić DPF, przemyć turbosprężarkę, ale nie wykonać diagnostyki układu paliwowego. W rezultacie — powtórzenie awarii.

Przeciążenie termiczne: dlaczego cierpi turbina benzynowa?

W przeciwieństwie do silników diesla, silniki benzynowe pracują w wyższych temperaturach — do 1000°C. I przegrzanie w tym przypadku — to nie wyjątek, ale stan roboczy, a jeśli system sobie nie radzi, problemy z turbiną rozpoczną się przedwcześnie.  

Aby spełniać standardy ekologiczne, w takich silnikach instalowany jest GPF (Gasoline Particulate Filter) — odpowiednik DPF, ale zaprojektowany dla spalania benzyny. Jest wykonany z bardziej żaroodpornych materiałów, ale nawet one nie chronią przed zużyciem w trudnych warunkach eksploatacji.

GPF działa w strefie między kolektorem wydechowym a turbiną, dlatego jego stan bezpośrednio wpływa na temperaturę i ciśnienie w obudowie doładowania. Przy długotrwałej pracy w trudnych warunkach, na przykład na wysokich obrotach lub w korkach w upale, nagrzewanie staje się krytyczne dla:

• obudowa turbosprężarki,

• zaworu sterującego doładowaniem (Wastegate),

• łopatek gorącej strony i wewnętrznej geometrii.

W rezultacie zawór Wastegate traci szczelność i nieprawidłowo reguluje ciśnienie. Turbosprężarka traci precyzję sterowania, a kierowca odczuwa to jako niedoładowanie, utratę dynamiki, zapadnięcia podczas przyspieszania i ogólne wrażenie, że "silnik mulczy".

Przy tym zewnętrznie turbina może być "w porządku" — nie ma wycieków, łopatki są całe, ale jej zachowanie jest zaburzone. I jeśli nie uwzględni się zużycia GPF i degradacji termicznej obudowy, diagnostyka może okazać się bezużyteczna.

Uszkodzenie turbiny, co naprawdę za tym stoi: podstawowe zasady pracy z systemami powiązanymi

Nierzadko widzimy tę samą sytuację: turbina wymieniona, problem pozostał. A wszystko dlatego, że uwaga skupiona jest na skutku, a nie na przyczynie. Aby uniknąć powtórnych napraw i przedłużyć żywotność doładowania, warto trzymać się kilku podstawowych zasad, które w praktyce działają lepiej niż jakakolwiek uniwersalna rada:

1. Przeprowadzaj kontrolę systemów DPF, EGR i SCR co 50-80 tys. km, szczególnie jeśli eksploatacja samochodu odbywa się w cyklu miejskim.

2. Przy przebiegu powyżej 150 tys. km warto osobno sprawdzić stan zawora turbiny, nawet jeśli zewnętrznie wszystko działa poprawnie.

3. Nie odkładaj wymiany oleju i filtrów — nie dlatego, że tak jest napisane w instrukcji, ale dlatego, że dla turbosprężarki to kwestia przetrwania.

4. Przy jakiejkolwiek niestabilności doładowania — szukaj nie tylko tego, co uległo awarii, ale i dlaczego to się stało. Bardzo często odpowiedź kryje się poza samą turbiną.

5. Jeśli jest możliwość — raz na sezon rób profilaktyczną diagnostykę, komponent po komponencie, szczególnie jeśli silnik jest skomplikowany i nowoczesny.

I tak, wiemy, jak trudno bywa znaleźć źródło problemu. W naszej praktyce były przypadki, gdy samochód miesiąc stał w oficjalnym serwisie, ponieważ nikt nie mógł ustalić przyczyny niestabilnej pracy. Rozwiązanie znajdowało się dopiero po dialogu między mechanikiem a zespołem Wiatreo, który dogłębnie zna się na teorii. Nie wykonujemy napraw. Ale znamy turbiny. I jeśli coś jest niejasne — zawsze można zapytać tych, którzy rozumieją, jak zbudowana jest turbosprężarka i co mogło pójść nie tak.