Почему новая турбина может выйти из строя? 7 причин вне турбокомпрессора

Новая турбина может быть повреждена, если после отказа предыдущего турбокомпрессора в автомобиле осталась его действительная причина. Новый узел будет работать в той же системе смазки, впуска и выпуска и в тех же условиях сгорания. Поэтому перед установкой следующей турбины нужно определить не только то, что было повреждено, но и то, какой механизм к этому привёл. Состояние снятого турбокомпрессора может задать направление диагностики, но само по себе ещё не подтверждает конкретную причину.

Приведённые ниже выводы основаны на повторяющихся случаях повреждения турбокомпрессоров и на информации, поступающей от мастерских, работающих с системами наддува. Более чем 20-летний опыт Wiatreo в отрасли позволяет рассматривать повреждённую турбину не только как деталь, подлежащую замене, но и как источник информации о проблемах в системах, взаимодействующих с двигателем. Такая практика показывает, почему перед установкой нового узла необходимо проверить системы, которые могли создать условия, приведшие к повреждению предыдущего.

7 причин поломки турбины вне вины самой турбины

Изношенные подшипники, повреждённые лопатки компрессорного колеса и перегретая горячая сторона ведут диагностику в разных направлениях. Поэтому перед установкой следующего турбокомпрессора нужно проверить системы, которые могли изменить его смазку, поток воздуха, давление отработавших газов или условия сгорания. Один и тот же симптом может иметь несколько источников, поэтому обнаружение повреждения ещё не завершает поиск причины.

1. Проблемы со смазкой: количество, давление и свойства масла

Вал и подшипники скольжения турбины разделены масляной плёнкой. Недостаток масла, слишком низкое давление, неподходящая вязкость или недостаточная стойкость масла к высокой температуре ухудшают смазку. В крайнем случае вал начинает работать без достаточного защитного слоя, что приводит к износу опорных поверхностей, увеличению люфта и заклиниванию, а в тяжелых случаях также к повреждению вала.

Проблема действует и в обратную сторону. Избыточное давление, например связанное с неправильной работой масляного насоса, может способствовать попаданию масла на впускную или горячую сторону и образованию отложений. Масло, эксплуатируемое слишком долго, теряет защитные свойства, окисляется и коксуется, а отложения ухудшают проток и работу подвижных элементов. Закоксовыванию способствует также остановка сильно прогретого двигателя сразу после высокой нагрузки, когда циркуляция масла прекращается при всё ещё высокой температуре турбокомпрессора.

Поэтому перед установкой следующего узла нужно проверить уровень и спецификацию масла, давление в системе, работу насоса и проходимость подводящей масляной магистрали. Сама по себе замена турбины не улучшит ни один из этих параметров.

2. Засорен слив масла и нарушенный перепад давлений

Исправной подачи масла недостаточно, если смазочный материал не может свободно покинуть турбокомпрессор. Суженная, закоксованная, перегнутая или неправильно проложенная сливная магистраль создает противодавление в корпусе. Масло может тогда попадать во впуск или выпуск, где высокая температура способствует его сгоранию и образованию твёрдых отложений.

Похожая картина может возникнуть при неправильном перепаде давлений между впускной и выпускной сторонами. Сопротивление с одной стороны может способствовать выдавливанию масла с другой, поэтому замасливание патрубков, дымление и падение наддува ещё не доказывают повреждения внутренних элементов турбины. Кроме того, отвод масла может ухудшать повышенное давление в картере, поэтому при таких симптомах проверка не должна ограничиваться одной сливной магистралью.

Нагар, образующийся в таких условиях, со временем может ограничивать подвижность механизмов, регулирующих поток отработавших газов. Поэтому перед установкой нового турбо нужно установить, почему масло не отводилось должным образом, вместо того чтобы считать саму течь полным диагнозом.

3. Негерметичный впуск, воздушный фильтр и загрязнения

Впускная система может нагружать турбокомпрессор несколькими способами. Загрязнённый фильтр ограничивает поток воздуха, а повреждённый или плохо установленный фильтрующий элемент, негерметичный корпус либо разгерметизация перед компрессором могут допустить попадание нефильтрованного воздуха, пыли и мелких посторонних частиц на рабочее колесо. Негерметичность патрубков также изменяет поток воздуха и затрудняет достижение ожидаемого давления наддува.

Твёрдые частицы, ударяющие в быстро вращающееся компрессорное колесо, действуют как абразив. Они постепенно разрушают кромки лопаток компрессорного колеса или вал, создают микроповреждения и изменяют распределение массы ротора, что может ухудшить его балансировку и увеличить нагрузку на вал и подшипники. Другую проблему создают масло и нагар, откладывающиеся во впуске, поскольку большое количество отложений — это сигнал, что необходимо установить их источник, прежде чем они начнут ограничивать поток или попадут дальше в систему.

Другую проблему создают масло и нагар, откладывающиеся во впуске, поскольку большое количество отложений — это сигнал, что необходимо установить их источник, прежде чем они начнут ограничивать поток или попадут дальше в систему.

Следы механических ударов на холодной стороне, таким образом, ведут диагностику в сторону фильтра, его корпуса и участка впуска перед компрессором. Падение наддува без таких следов, в свою очередь, требует проверки герметичности патрубков и соединений.

4. DPF, катализатор и GPF: когда проблема начинается с выхлопа

Забитый сажевый фильтр DPF или чрезмерно ограниченный проток через катализатор увеличивают противодавление отработавших газов. С ростом сопротивления растёт тепловая нагрузка на горячую сторону, а отработавшие газы покидают систему не в тех условиях, которые предусмотрены конструкцией двигателя. Следствием могут стать перегрев, утечки масла, колебания давления наддува, ускоренный износ подшипникового узла и падение мощности.

Высокая температура и сажа могут также приводить к закоксовыванию масла и ограничивать подвижность механизма изменяемой геометрии VNT или вестгейта. Тогда первичная проблема с потоком отработавших газов начинает влиять и на управление наддувом. В бензиновых двигателях аналогичного внимания требует GPF, поскольку нарушение потока при высокой тепловой нагрузке может ухудшать условия работы корпуса турбины, горячей стороны и вестгейта.

Отдельным указанием служит треснувший или негерметичный выпускной коллектор. Утечка отработавших газов перед турбиной уменьшает энергию, поступающую на ротор, и может проявляться недостаточным наддувом, потерей мощности или ошибкой P0299. Поэтому при перегретой горячей стороне или нестабильном наддуве проверка должна охватывать проходимость DPF и катализатора, состояние GPF в соответствующих двигателях, а также герметичность коллектора и остальной части выпускной системы.

5. EGR и нарушенный поток отработавших газов

Система EGR изменяет количество отработавших газов, направляемых обратно в двигатель, поэтому её правильная работа важна и для условий работы турбонаддува. Загрязнённый, непроходимый или нестабильно работающий клапан может нарушить поток и давление на выпускной стороне. В результате могут появляться отклонения наддува, падения мощности и дымление.

Во многих современных дизелях системы EGR низкого и высокого давления работают совместно с DPF и остальными элементами контроля выбросов. Это не означает, что любую неисправность одной из этих систем можно автоматически признать причиной отказа турбо. Нужно установить, действительно ли изменились поток отработавших газов, противодавление или параметры наддува.

Похожие симптомы может давать неисправный механизм VNT/VGT или электронный клапан. Однако эти элементы не следует относить к внешним источникам повреждения, поскольку они принадлежат самому турбокомпрессору и требуют отдельной оценки.

6. Форсунки, дозирование и параметры топлива

Современная система впрыска очень точно управляет моментом, количеством и способом подачи топлива. В решениях Bosch Common Rail давление впрыска достигает 2500 бар. Износ форсунки или отклонение её корректировок может заметно изменить процесс сгорания. Изношенный распылитель может подавать неправильную дозу или плохо распылять топливо, и тогда изменяются температура и состав отработавших газов, приводящих турбину в движение. 

Слишком малая доза может вызывать падение мощности и нарушать взаимодействие двигателя с системой наддува. Избыточная доза либо неправильное распыление способствуют неполному сгоранию топлива, образованию сажи и росту тепловой нагрузки на выпуск. Поэтому случай, когда заменили DPF или турбокомпрессор, но не проверили форсунки, может закончиться возвращением проблемы.

Значение имеет также топливо, соответствующее требованиям конкретного двигателя. Неправильные параметры, в том числе несоответствующее цетановое число в дизеле, повышенное содержание серы или загрязнения, способствующие образованию отложений, могут ухудшать процесс сгорания и чистоту системы. Поэтому при перегреве или сильном нагаре нужно проверить корректировки форсунок и параметры сгорания, вместо того чтобы начинать со следующей турбины.

7. Повреждения двигателя и посторонние предметы с горячей стороны

Не всякая внешняя причина развивается постепенно. Фрагмент повреждённого элемента цилиндропоршневой группы может попасть с отработавшими газами непосредственно в горячую часть турбины. Примером служит повреждение маслосъёмного кольца, фрагмент которого может ударить в турбинное колесо, повредить лопатки и привести к дальнейшему повреждению ротора или вала.

Следы такого удара имеют иной характер, чем постепенный износ, вызванный маслом или температурой. Установка следующей турбины без обнаружения источника осколков означает, что более серьёзная неисправность останется в самом двигателе. Поэтому механическое повреждение со стороны горячей части требует проверки того, что происходило в цилиндрах и на пути отработавших газов перед турбиной.

Семь описанных областей не исчерпывают неисправностей, которые могут возникнуть внутри самого турбокомпрессора. Заводской дефект, усталость материала, собственный износ подшипников, перегрев, плохая балансировка ротора, заблокированная изменяемая геометрия или неисправный актуатор образуют отдельную группу и могут давать похожие симптомы. Если внешняя причина не подтверждается, состояние старого узла становится отправной точкой для разграничения этих двух групп отказов.

Направление дальнейшей диагностики, на которую указывают следы на старой турбине 

След на повреждённом турбокомпрессоре указывает направление диагностики, но сам по себе не подтверждает источник отказа. Один и тот же вид повреждения может возникнуть в нескольких различных условиях, поэтому сначала нужно подробно задокументировать состояние узла.

При осмотре стоит зафиксировать:

•         состояние компрессорного колеса и кромок лопаток

•         состояние ротора, подшипников и картриджа CHRA

•         осевой и радиальный люфт

•         наличие масла, нагара и отложений

•         следы перегрева горячей стороны

•         состояние и диапазон хода механизма VNT/VGT, а также результат проверки актуатора.

Отдельного следа обычно недостаточно для указания источника отказа, поэтому его нужно сопоставить с проверкой соответствующих систем автомобиля.

Дальнейшие действия можно свести к пяти шагам:

1.       Задокументировать повреждение старой турбины.

2.       Определить системы, которые могли создать такие условия.

3.       Подтвердить или исключить гипотезы средствами мастерской диагностики.

4.       Устранить подтверждённую причину и повторно проверить систему.

5.       Только затем установить следующий турбокомпрессор и проверить параметры наддува.

Установка следующей турбины должна происходить только после подтверждения и устранения источника предыдущего отказа либо после достоверного исключения внешней причины. Без этого очередной узел остаётся подверженным невыясненному механизму повреждения.

Наиболее частые вопросы до и после установки нового турбокомпрессора

Что необходимо сделать с масляной системой перед первым запуском новой турбины?

Необходимо применить свежее масло требуемой спецификации и новый фильтр, а также подтвердить проходимость подающей и сливной магистралей. Перед первым запуском турбокомпрессор следует заполнить свежим маслом, а затем обеспечить подачу масла к его подшипниковому узлу в соответствии с процедурой производителя. Первых секунд работы без правильной смазки может хватить, чтобы повредить подшипниковый узел.

Что делать с интеркулером после отказа турбины? Промыть или заменить?

Это зависит от вида повреждения. Масло и отложения нужно удалить из системы в соответствии с процедурой производителя. Однако если механическое повреждение компрессорного колеса оставило металлические фрагменты, сама по себе промывка интеркулера может не обеспечить их полного удаления. В таком случае интеркулер может потребовать замены, чтобы загрязнения впоследствии не попали в двигатель.

Можно ли сразу ехать после замены турбины?

Нет. После правильной подготовки масляной системы двигатель нужно сначала запустить на холостом ходу и проверить герметичность масляных, впускных и выпускных соединений. После этой проверки следует повторно проверить уровень масла. Только когда нет утечек, а система работает правильно, можно перейти к контрольной поездке и проверке параметров наддува в соответствии с процедурой производителя.

Означает ли дымление после замены турбины дефект нового узла?

Не всегда. Масло, оставшееся после предыдущего отказа в интеркулере или впуске, может вызывать дымление и после установки нового турбокомпрессора. Если симптом сохраняется, нужно проверить чистоту системы, проходимость слива масла, а также давление в картере и работу его вентиляции, прежде чем источником проблемы будет признан новый узел.

Означает ли свист после замены турбины её повреждение?

Не всегда. Громкий или новый нехарактерный свист может вызывать негерметичность патрубков, интеркулера, соединений системы наддува либо выпускной системы. Поэтому сначала нужно проверить герметичность воздушного и газового тракта. Только после исключения этих причин следует диагностировать сам турбокомпрессор.