Причина повышенного давления наддува
Обратился в мою мастерскую клиент с проблемой, которую, как он рассказал, не может решить с момента покупки автомобиля, примерно полгода. Проблему он эту уже изучил, так как побывал, по его словам, на двух сервисах в Минске. Суть заключалась в повышенном давлении наддува. То есть давление турбокомпрессора превышало норму, и машина сваливалась в аварийный режим работы. При этом загорались лапочки на панели инструментов: Check Engine, ESP, Service. И, соответственно, машина теряла тягу. Также клиент рассказал, что на одном из этих сервисов, не найдя никаких неисправностей, забраковали турбину. Эту турбину сняли и завезли в ремонт. Но в фирме, занимающейся ремонтом турбокомпрессоров, неисправностей не нашли. И турбину пришлось ставить на место. Я не уточнял, брали деньги за снятие-установку или нет, так как если не брали, то людей мне немного жаль. Снять-поставить ее -та еще работенка. На нее отводится 4,7 нормо-часа. А так как это Citroen С5, то уложиться в это время весьма сложно. В решении проблемы с наддувом я ничего особенно сложного не представлял. Ни один раз сталкивался на современных дизелях с проблемами по наддуву. С одним только нюансом – НАДДУВА ОБЫЧНО НЕ ХВАТАЕТ. Полный энтузиазма быстро во всем разобраться, беру машину в работу. Приступаем.
Итак, Citroen С5, 2.2 HDI, код двигателя 4НХ.
Подключаю сканер (Lexia) и стираю ошибки. Пробная поездка. Разгоняюсь динамично, насколько позволяет слегка заснеженная дорога. Первая, вторая, третья – полет нормальный. Турбина свистит. Разгон хороший. Все пока в норме.
На четвертой передаче в районе 90 км/ч происходит все то, о чем рассказал клиент. С упавшей тягой и горящими лампочками на панели возвращаюсь в гараж. Еще раз смотрю все сканером. Да. В памяти ЭБУ двигателя висит ошибка: Р0245 “Высокое давление в турбокомпрессоре”.
При этом в записи по ошибке видно следующее:
– режим работы двигателя – 3373 об/мин;
– давление турбокомпрессора – 2165 mbar;
– номинальное давление в турбокомпрессоре(расчетное) – 1835 mbar;
– циклическое соотношение открытия электроклапана давления турбины – 4%.
Так что давление наддува превысило расчетное на 330 mbar. В блок ESP прописались две ошибки по проблемам с крутящим моментом, на которые я решил пока не обращать внимание. Стираю ошибки. И смотрю дату на холостом ходу. Газую до 3500 об/мин. Да, действительно, расчетное давление 1200-1300 mbar , а фактическое, согласно показанию датчика давления во впускных патрубках, 1700 – 1800 mbar.
Управление сканер отображает в процентах, дословно, “циклическое соотношение открытия электроклапана давления турбины”. На холостом ходу 53-55%, на 3500 об/мин 5%.
Правда, сколько не газовал, на холостом ходу, ошибка так и не появилась. Подсоединил в вакуумную магистраль управления наддувом вакуумметр (рис. 1). На холостом ходу: -0,4 bar. Газую: -0,1 – -0,05 bar. Вроде, нормально управление работает. Хотя вакуум -0,4 bar, на мой взгляд, был маловат. Но данных по этому измерению все равно нет. Так что не заостряем на этом внимание. Перегнал машину на подъемник.
Поднял авто и снял защиту моторного отсека. Турбокомпрессор находится в крайне недоступном даже для осмотра месте. Попросил друга завести машину и погазовать. Кое- как приловчился, чтобы видеть шток привода регулировки турбокомпрессора. При запуске двигателя шток вакуумного привода втянулся, при 3500 об/мин выдвинулся в исходное положение. Опять, вроде, все правильно. По стремянке добрался до электромагнитного клапана и снял вакуумный шланг привода управления наддувом. Шток выдвинулся. Съехал с подъемника и прокатился с отсоединенным вакуумным шлангом. Та же картина. Я имею ввиду появление ошибок и пропадание тяги. Еще раз на сканер. С отсоединенным вакуумом давление наддува на 3500 об/мин даже увеличилось до 1950-2050 mbar. Странновато. Но выводы, как говорится, налицо. Проблема с механизмом управления наддувом в турбине. Что же еще может быть. Хоть мне и не хотелось, но видно придется снимать турбину и, скорее всего, везти в ремонт. Это был уже вечер пятницы. И снятие, соответственно, отложили на понедельник.
В понедельник, прежде чем приступить к демонтажу сего агрегата, позвонил в ОДО “Турбоком”. Этот звонок решил ход всех дальнейших действий. Общался я с инженером. Хороший и внимательный человек. Во-первых, он просветил меня, что у данного турбокомпрессора управление производится не так, как в обычном случае. То есть когда шток выдвинут (отсутствие вакуума), турбина раскручивается по максимуму, создавая максимальный наддув. А когда шток втянут, соответственно, наддув создается минимальный. Во-вторых, управление производится не перекрытием байпасного канала, а изменением положения лопаток в улитке. Про это “во-вторых” я, правда, знал. Но это “во-первых” явилось для меня откровением, так как разрушало мои представления о логике французской инженерной мысли. Неужели нельзя было разработать ПРАВИЛЬНЫЙ привод. Я имею ввиду, логичный. Пропал вакуум, пропал наддув. Есть вакуум, есть наддув. А так получается в случае пропадания вакуума (это зачастую просто треснувший шланг) я разгоняюсь до 4-й без вакуума, давление 2165 mbar рвет мне патрубки и интеркуллер. Еще газуя на холостом ходу, заметил, что патрубки раздуваются очень сильно. То есть, я считаю, какая-никакая угроза поломки из-за перенаддува есть. Иначе бы не появлялись ошибки. Или ошибки должны появиться при первых же прогазовках. Напомню: на холостом ошибка не появлялась.
Также инженер мне посоветовал на всякий случай проверить правильность показания датчика давления.
Сразу же его и проверил, включив в его воздушную магистраль свой манометр (рис. 2). Здесь оказалось все в порядке. Показания манометра и датчика практически идентичны.
Проверил наддув на 3500 об/мин, подключив вакуумный шланг управления наддувом к внешнему вакуумному насосу (своим легким). Давление сразу упало практически до атмосферного.
Новые знания, конечно, внесли определенную ясность, но не до конца, потому что управление электромагнитным клапаном наддува теперь никак не вписывалось в происходящее. Проверил еще раз, тот ли это клапан. Всего одинаковых клапанов Bosch 0928400414 (рис. 3) на этом двигателе четыре. Причем, три из них расположены в одном месте на одном кронштейне. Нет, клапан на 100% тот. Почему же такое обратное управление? Холостой ход 55% и -0,4 bar, 3500 об/мин 5% и 0.1 bar. Тестирование с подключенным к клапану осциллографом расставило все по своим местам. Логика инженеров концерна PSA вне конкуренции. Попробуйте угадать, как они описывают 100%-ное и 0%-ное открытие клапана. Извиняюсь, “цикличное соотношение открытия клапана”. Нормальные люди с базовыми знаниями по электротехнике ответят однозначно – есть питание, управление полное (клапан открыт), 0% – нет питания, управление отсутствует (клапан закрыт).
У инженеров и программистов, написавших дилерскую программу диагностики Lexia, все как раз наоборот. 100% – клапан закрыт, выключен, нет питания. 0% -соответственно, полностью включен. То есть, когда ЭБУ хочет сбросить давление наддува и, соответственно, исходя из новой информации, втянуть шток (подать вакуум) – “цикличное соотношение” 5%. Но почему же у меня при открытом клапане вакуум не поднимается, а падает почти до нуля. Эту неувязку нашел за пару минут без всяких премудростей поочередным отключением от вакуумной магистрали других клапанов. Виновником оказался клапан управления геометрией впускного коллектора (рис. 4).
При раскручивании двигателя он включался, чтобы повернуть заслонки, и из-за неисправности стравливал весь вакуум из системы. Он был отключен от вакуумной магистрали – и проблема решилась. На холостом ходу вакуум так и остался около 0.4bаг. При раскручивании двигателя сначала падал до -0,2 – -0,15 bar (полагаю, для скорейшей раскрутки турбины), затем поднимался до -0,6 bar (снижение давления наддува). Давление наддува стало соответствовать расчетному (рис. 5).
При пробной поездке аварийный режим больше не включался. Исчезла проблема и с ESP.
Неисправный клапан Bosch 0928400309 в дальнейшем будет заменен. С клиентом этот вопрос согласован.
Хочется вернуться к логике отображения данных. Вскользь подумал, а может это и правильно, может диагносту и не надо знать, подано питание на клапан или нет. 55% – надув большой, 5% маленький. Все бы неплохо, но с рециркуляцией тогда беда (специально проверил). 95% – машина не прогрета (рис. 6), и рециркуляции практически нет (проверял вакуумметром), вакуум не подается к исполнительному механизму. 65% – прогретый двигатель, холостой ход, рециркуляция работает.
Конечно, этот метод отображения данных я запомню. Но когда чинишь технику, которая сконструирована по законам механики и электротехники, хотелось бы, чтобы дилерская программа корректно отображала эти законы. Тогда будет меньше путаницы. Возможно, диагносту дилерского центра это все давно известно. Но большинству подобная информация достается по крупицам из интернета или практической наработкой.
Надеюсь, эта статья кому-то даст новые знания и поможет не наткнуться на “грабли” в виде снятия-установки турбокомпрессора, только для того, чтобы узнать, что он полностью работоспособен.
А. Яниславский, “Автомастер”
Источник
Типовые неисправности систем турбонаддува, сопряженных с ней систем двигателя и основные причины выхода из строя турбокомпрессоров
*************************************************************************************************
*************************************************************************************************
1. Выброс моторного масла в нагнетающий патрубок турбокомпрессора и (или) в приемную трубу глушителя
1.1 Запредельный износ поверхностей трения турбокомпрессора (радиальных и упорного подшипников, вала, дистанционных втулок, уплотнительных колец)
Увеличенные зазоры между поверхностями трения вызывают многократное увеличение объема моторного масла, проходящего через картридж турбокомпрессора при его работе. В этом случае сливная магистраль не справляется с объемом масла, внутренний объем картриджа полностью заполняется маслом. Динамические уплотнения перестают работать, давление внутри картриджа превышает давление в турбине и в компрессоре, что приводит к интенсивному выбросу моторного масла во внутренние полости турбины и компрессора.
– Износ уплотнительного кольца со стороны корпуса компрессора (7)
– Износ упорной наружной втулки (9)
– Износ рабочей поверхности уплотнительного диска (18)
– Износ уплотнительного кольца со стороны корпуса турбины (6)
– Износ вала турбокомпрессора (посадочное место уплотнительного кольца со стороны корпуса турбины) (22)
– Износ корпуса подшипников (посадочное место уплотнительного кольца со стороны корпуса турбины)(23)
1.2. Неисправность системы вентиляции картера ДВС.
Система вентиляции картера любого двигателя внутреннего сгорания предназначена для устранения избыточного давления в картере двигателя, возникающего вследствие прорыва газов из камеры сгорания в картер при работе двигателя. Патрубок вентиляции картера любого ДВС подключается к зоне пониженного давления (т.е. разряжения). В нетурбированных двигателях это, как правило, впускной коллектор, в двигателях с турбонаддувом – это всасывающий патрубок турбокомпрессора. Сливная масляная магистраль турбокомпрессора подключается к масляной системе двигателя, как правило, ниже нормального уровня масла в картере. Таким образом, если в картере возникает избыточное давление картерных газов, масло не может нормально сливаться по сливной магистрали турбокомпрессора, оно «подпирается» в корпусе подшипников. Происходит заполнение внутренней полости картриджа моторным маслом, динамические уплотнения перестают работать, происходит выброс моторного масла в корпус компрессора (как правило).
Причиной такого явления может быть сильная закоксованность масляного сепаратора системы вентиляции картера, закоксованность патрубка системы вентиляции картера, перелом или зажатие этого патрубка и т.д.
1.3. Неисправность маслосливной магистрали турбокомпрессора.
Затруднен нормальный слив отработанного масла из турбокомпрессора по различным причинам: механическое повреждение (деформация) маслосливной магистрали, приведшее к уменьшению проходного сечения; закоксованность маслосливной магистрали; применение герметика при монтаже маслосливной магистрали, что влечет за собой уменьшения сечения маслосливного отверстия корпуса подшипников и т.д. Происходит заполнение внутренней полости картриджа моторным маслом, динамические уплотнения перестают работать, происходит выброс моторного масла в корпус компрессора.
1.4. Неисправность воздухозаборной магистрали.
Затруднен нормальный забор воздуха на турбокомпрессор вследствие сильной загрязненности фильтра очистки воздуха или из-за частичной блокировки воздухозаборного патрубка (например, сильно перегнут, за счет чего уменьшается его проходное сечение).
При работе турбокомпрессора за счет динамических сил за вращающимся на огромной скорости турбинным колесом создается некоторое разрежение. Если возникает излишнее сопротивление забору воздуха, это разрежение многократно увеличивается, масло просто «высасывается» из среднего корпуса турбокомпрессора.
1.5. Неисправность системы выпуска отработанных газов.
.JPG)
Излишнее сопротивление в системе выпуска отработанных газов (засорен или закоксован катализатор, неисправна или деформирована банка глушителя и т.д.) вызывает увеличение давления в корпусе турбины (т.е. в «горячей» улитке турбокомпрессора). В свою очередь, увеличение давления в корпусе турбины вызывает прорыв выхлопных газов в средний корпус турбокомпрессора (картридж) и увеличение давления внутри его, что, в свою очередь, вызывает выброс масла со стороны компрессора в нагнетающую воздушную магистраль.
1.6. Неисправность поршневой группы ДВС.
При неисправности поршневой группы одного или нескольких цилиндров (износ поршневых колец, износ или повреждение одного или нескольких поршней, «залегание» поршневых колец вследствие перегрева и т.д.) в двигателе возникает избыточное давление картерных газов. При превышении критического значения этого давления система вентиляции картера не будет справляться с объемом картерных газов. В результате давление в корпусе подшипников превысит давление в корпусе турбины и корпусе компрессора, что приведет к интенсивному выбросу моторного масла в корпус компрессора и корпус турбины.
*************************************************************************************************
2. Повышенный шум турбокомпрессора в различных режимах его работы
2.1. Запредельный износ поверхностей трения турбокомпрессора (радиальных и упорного подшипников, вала, дистанционных втулок)
Увеличенные зазоры между поверхностями трения вызывают образование значительных люфтов вала и крыльчаток, что приводит к соприкосновению крыльчаток с корпусами турбины и компрессора при работе турбокомпрессора. При вращении ротора на высоких оборотах соприкосновение крыльчаток со стенками корпусов приводит к возникновению сильного шума (вой, свист).
– Износ радиального подшипника турбокомпрессора (1,2), большой радиальный люфт вала (22), как следствие – соприкосновение при работе колеса турбины (22) с корпусом турбины (21) и (или) колеса компрессора (24) с корпусом компрессора (25)
– Износ вала турбокомпрессора (22), большой радиальный люфт вала, как следствие – соприкосновение при работе колеса турбины (22) с корпусом турбины (21) и (или) колеса компрессора (24) с корпусом компрессора (25)
– Износ упорного подшипника турбокомпрессора (12), большой осевой люфт вала, как следствие – соприкосновение при работе колеса турбины (22) с корпусом турбины (21) и (или) колеса компрессора (24) с корпусом компрессора (25)
2.2. Повреждение элементов турбокомпрессора посторонними предметами.
При механическом повреждении элементов турбокомпрессора (лопастей крыльчатки компрессора и (или) лопастей крыльчатки турбины) происходит резкое многократное увеличение значения остаточного дисбаланса ротора, что, в свою очередь, приводит к возникновению специфического «реактивного» звука при работе турбокомпрессора. Звук возникает вследствие чрезмерных радиальных нагрузок на вал, что, в конечном итоге, приводит к поломке турбокомпрессора.
– Нарушение геометрии колеса компрессора (24) из-за внешнего механического воздействия (попадание постороннего предмета со стороны воздушного фильтра), как следствие – превышение допустимого дисбаланса ротора турбокомпрессора
– Нарушение геометрии колеса турбины (22) из-за внешнего механического воздействия (попадание постороннего предмета со стороны выпускного коллектора двигателя), как следствие – превышение допустимого дисбаланса ротора турбокомпрессора
2.3. Неисправность воздухозаборной магистрали
Затруднен нормальный забор воздуха на турбокомпрессор вследствие сильной загрязненности фильтра очистки воздуха или из-за частичной блокировки воздухозаборного патрубка (например, сильно перегнут, за счет чего уменьшается его проходное сечение). Излишнее сопротивление при заборе воздуха вызывает дополнительный крутящий момент, воздействующий на вал в направлении, противоположном его вращению. При резком изменении момента воздействия на вал (при резком нажатии на акселератор, или при резком сбросе газа) возникает плавающий «реактивный» шум. Дальнейшая эксплуатация турбокомпрессора в таких условиях может вызвать его поломку.
2.4. Усталостные разрушения лопастей колеса компрессора или лопастей колеса турбины
Усталостные разрушения лопастей колеса компрессора или лопастей колеса турбины (т.е. отрыв части лопасти) при работе турбокомпрессора вызывает резкое многократное увеличение значения остаточного дисбаланса ротора, что вызывает появление постоянного значительного шума во всем диапазоне рабочих частот турбокомпрессора. Звук возникает вследствие чрезмерных радиальных нагрузок на вал, что, в конечном итоге, приводит к полному выходу из строя турбокомпрессора.
2.5. Неисправность системы выпуска отработанных газов
Излишнее сопротивление в системе выпуска отработанных газов (засорен или закоксован катализатор, неисправна или деформирована банка глушителя и т.д.) вызывает возникновение резонансных звуковых явлений в корпусе турбины (в горячей улитке) на различных рабочих частотах турбокомпрессора. Особенно часто резонансные шумы проявляются при неисправности системы выпуска отработанных газов в турбокомпрессорах с изменяемой геометрией турбины (с системой VNT).
2.6. Избыточное значение давления наддува
При превышении по различным причинам предельного значения давления наддува возникает избыточный крутящий момент, воздействующий на ротор в направлении, противоположном его вращению. Такое явление может приводить к возникновению высокотонального шума (свиста) при резкой перемене нагрузки на ротор турбокомпрессора (особенно при резком сбросе газа).
*************************************************************************************************
3. Турбокомпрессор не развивает номинального давления наддува
3.1. Неисправность системы рециркуляции отработанных газов двигателя
Система рециркуляции отработанных газов предназначена для частичного повторного дожигания отработанных газов с целью улучшения экологических показателей двигателя. Система рециркуляции обычно связывает впускной и выпускной коллектора, запирающим и регулирующим устройством является электромагнитный клапан (клапан EGR). При неисправности клапана EGR (электрической или механической) происходит постоянный частичный перепуск отработанных газов с выпускного коллектора во впускной. В этой ситуации потока отработанных газов через корпус турбины недостаточно для раскручивания ротора до номинальных оборотов. Плюс к этому двигатель «душится» от избыточного количества отработанных газов, поступающих в камеры сгорания через систему рециркуляции. В итоге двигатель теряет в этой ситуации до 60% мощности.
3.2. Неисправность системы выпуска отработанных газов
Излишнее сопротивление в системе выпуска отработанных газов (засорен или закоксован катализатор, неисправна или деформирована банка глушителя и т.д.) приводит к значительному снижению скорости потока отработанных газов через систему выпуска (в частности, через корпус турбины), что, в свою очередь, приводит к падению давления наддува и мощности двигателя.
3.3. Неисправность байпасной системы управления турбонаддувом
При неисправности «нормально открытой» байпасной системы управления турбонаддувом (система, в которой рабочий клапан управляется вакуумом, в исходном состоянии при незаведенном двигателе он открыт) турбокомпрессор не сможет развить требуемую мощность, так как часть потока отработанных газов будет отводиться через открытый байпасный клапан, а не через крыльчатку турбины. Такая же ситуация будет наблюдаться, если будет неисправен вакуумный рабочий клапан или присутствует утечка вакуума в магистрали управления.
3.4. Повреждение элементов турбокомпрессора посторонними предметами.
При механическом повреждении элементов турбокомпрессора (лопастей крыльчатки компрессора и (или) лопастей крыльчатки турбины) происходит резкое многократное увеличение значения остаточного дисбаланса ротора. При работе турбокомпрессора в таких условиях происходит разрушение масляной пленки в зоне трения вал-подшипник, сопротивление вращению ротора резко возрастает, вследствие чего турбокомпрессор не может развить номинальной мощности. Падение мощности турбокомпрессора в этой ситуации происходит также и из-за нарушения геометрических параметров лопастей крыльчаток турбины и (или) компрессора.
© Виктор Аленский
Источник