Турбина как причина утечек масла

Достаточно распространенной является ситуация, когда происходит выброс масла из подшипникового узла в корпус компрессора (при наличии – в интеркулер) или турбины. Часто при этом делается однозначный вывод о неисправности турбины, однако это далеко не всегда соответствует действительности. Масло из исправного турбокомпрессора может утекать по целому ряду причин, причем в отдельных случаях утечки происходят сразу в обе стороны.

Для того, чтобы разобраться в этих причинах, следует рассмотреть типичную конструкцию ТК. В качестве примера используется турбокомпрессор производства компании Garrett модели GT15 (рис. 1). Корпус подшипников ТК имеет внутреннюю полость, которая изолирована от компрессорной части уплотнительным кольцом 5, а от турбинной части уплотнительным кольцом 6. Данные уплотнения работают в основном на невысоких оборотах турбокомпрессора, поскольку неспособны удержать масло при высоком давлении. Они по сути являются конструктивными элементами, призванными затруднить утечку масла и прорыв газов в полость корпуса подшипников. При рабочих режимах работы ТК давление газов в обеих частях превышает давление внутри корпуса подшипников. Таким образом, часть газов все же прорывается внутрь, смешивается с маслом и попадает в картер, после чего удаляется в атмосферу через систему вентиляции картера.

Рис. 1 — Схема турбокомпрессора Garrett GT15

1. Journal Bearing (Slender Shaft) — радиальный подшипник скольжения

2. Spiral snap ring (Brg retainer) — спиральное пружинное стопорное кольцо

3. «O« Ring Insert (Square) — манжета уплотнительного диска (квадратного сечения)

4. «O« Ring Brg Hsg to CC — манжета корпуса компрессора

5. Piston Ring (Turbine End) — уплотнительное кольцо (сторона турбины)

6. Piston Ring (Comp 10mm) — уплотнительное кольцо (сторона компрессора)

7. Thrust Flinger (10-pad /10mm P/Ring) — наружная упорная втулка

8. Thrust Collar (10-pad) — упорная внутренняя втулка

9. Anti rotation pin (journal brg) — противопроворотный штифт радиального подшипника

10. Thrust Bearing (New 360 degree 10-pad) — упорный подшипник

11. Shaft nut LHT — гайка вала с левой резьбой

13. Locking screw (s/plate to brg hsg) — крепежный винт

14. Bolt (Turb Hsg) — болт крепления корпуса турбины

20. Compressor Wheel — колесо компрессора

21. Shaft & Wheel — вал с колесом турбины

22. Bearing Housing — корпус подшипников

23. Seal Plate — уплотнительный диск

Использование в турбокомпрессорах масляных уплотнений контактного типа (сальников, манжет и т.д.) не представляется возможным по причинам, во-первых, создания слишком большого сопротивления вращению, а во-вторых, слишком быстрому износу ввиду запредельной частоты вращения ротора ТК. Стоит упомянуть б одном типе контактных уплотнений – карбоновых (подобные используются для уплотнения ротора водяного насоса (помпы) двигателя). Однако они применяются лишь на низкооборотистых турбокомпрессорах, частота вращения которых не превышает 80 тыс. об./мин. Тем не менее, это довольно экзотический вид уплотнений, в большинстве турбокомпрессоров применяется другой подход.

Для обеспечения отсутствия протечек масла без создания сопротивления вращению используются так называемые динамические уплотнения. В основе их работы лежит принцип использования центробежных сил, которые не позволяют маслу вытекать наружу. Динамическое уплотнение на примере турбокомпрессора Garrett GT15 представляет собой две канавки, проточенные на валу ротора (фото 1). В одну из них устанавливается уплотнительное кольцо, а вторая канавка при разнице диаметров D и d и является динамическим уплотнением. Центробежные силы, воздействующие на масло после того, как оно отработало в подшипниках, приводит к его разбрызгиванию внутри корпуса, после чего оно самотеком поступает в картер двигателя.

Фото 1. Ротор турбокомпрессора

Принципы работы динамических уплотнений со стороны турбины и компрессора и турбины идентичны. Разница лишь в конструктивных особенностях – со стороны компрессора динамическое уплотнение создает разница диаметров наружной упорной втулки (рис. 1 поз. 7).

Таким образом, нормальная работа подшипникового узла турбокомпрессора обеспечивается наличием динамических уплотнений, для нормальной работы которых должны соблюдаться некоторые условия. Основное требование – наличие внутри корпуса подшипников воздуха. При определенных проблемах корпус может быть заполнен маслом, либо нарушается правильное соотношение давления внутри и снаружи. При этом работа динамических уплотнений невозможна по физическим причинам, что и приводит к появлению утечек масла в сторону компрессора, турбины либо в обе стороны одновременно.

Некорректная работа динамических уплотнений может иметь под собой несколько причин, рассмотренных ниже.

Наиболее распространенная причина отказа в работе динамических уплотнений турбокомпрессора – нарушения в работе системы вентиляции картера. Как известно, эта система призвана обеспечить отвод газов из картера, которые попадают туда, прорываясь из цилиндров двигателя через поршневые кольца. Для эффективной работы данной системы выпускной патрубок должен быть присоединен к зоне разрежения (пониженного давления). Для атмосферных двигателей это может быть впускной коллектор, а в случае мотора с турбонаддувом, где во впускном коллекторе наблюдается повышенное давление, патрубок отвода картерных газов подключается к впуску турбокомпрессора. Масло из турбокомпрессора сливается самотеком, и присоединение к системе смазки обычно ниже уровня масла в системе. Если же в картере возникает избыточное давление, то естественный слив масла нарушается, и оно может накапливаться в корпусе подшипников, вызывая эффект подпора и нарушая нормальную работу динамических уплотнений. Наиболее распространенная причина нарушения вентиляции картера – закоксовывание патрубка отвода картерных газов или масляного сепаратора. Также причиной может стать механическая деформация патрубка.

Вторая распространенная причина кроется в частичном перекрытии сливной магистрали турбокомпрессора. Это может быть та же закоксованность, попадание посторонних предметов (герметик, куски прокладок), механическое повреждение магистрали. Эта причина без особого труда поддается диагностике и устранению

Третья причина – недостаточно количество воздуха на входе в турбокомпрессор. К этому может привести несвоевременная замена воздушного фильтра, либо использование некачественного фильтра, прохождение воздуха через который затруднено. Также причиной может стать механическое повреждение – патрубок перегнут, и через него проходит меньше воздуха, чем необходимо. При этом в компрессорной зоне создается некоторое разрежение, вследствие чего масло вытекает в корпус компрессора.

Четвертая причина может крыться на стороне выхлопной системы. Прежде всего, может быть деформирована какая-либо часть выхлопной системы. Также может быть закоксован узел катализатора. Вследствие этого повышается давление в турбинной части и часть газов прорывается в корпус подшипников, создавая избыточное давление и там. Масло в этом случае будет вытекать в сторону компрессора.

Вышеперечисленные причины могут сосуществовать в комбинации, но в любом случае индикатором будет сизый выхлоп. Стоит еще раз заметить, что при этом турбина может быть полностью исправной, и после устранения описанных неполадок работа турбокомпрессора придет в норму, а утечки масла прекратятся. При их появлении прежде всего следует проверить систему вентиляции картера.

Почему Турбина «ест масло»

«Турбина ест масло» или «Турбина гонит масло»— такое выражение можно часто услышать от водителей или мастеров, ремонтирующих турбированные моторы автомобилей, и это означает то, что узел приходит в негодность, и его в скором времени придется менять. При изношенности деталей турбины теряется мощность, пропадает динамика авто, приходится проверять уровень и доливать моторное масло через каждую 1 тыс. км, а то и чаще.

Турбина – достаточно «капризная» вещь, выходит из строя по разным причинам. Чтобы она служила как можно дольше, необходимо проводить ряд профилактических мер, иначе замены автомобильного турбокомпрессора не избежать – ремонт здесь обходится не дешевле, чем само устройство в сборе, и во многих случаях нецелесообразен.

Для чего нужна автомобильная турбина

Турбокомпрессор предназначен для нагнетания дополнительной порции кислорода в камеры сгорания ДВС (двигателя внутреннего сгорания), так как при стандартной подаче топливовоздушной смеси в цилиндры воздуха не хватает, из-за этого теряется КПД, соответственно, эффективность работы мотора снижается.

Система сконструирована так, что часть выпускных газов поступает в корпус турбины на «горячую» крыльчатку, которая, вращаясь, начинает нагнетать воздух во впускной тракт ДВС. Вал крыльчатки вращается в подшипниках, сам механизм от раскаленного выхлопа сильно нагревается. Чтобы как-то охладить работающий узел, придуман интеркулер, который остужает воздушный поток до температуры 50-60 градусов. ИЗОБРАЖЕНИЕ

Также в турбине имеется и другая крыльчатка, «холодная», которая закачивает воздух со стороны впускного коллектора, но она тоже нагревается от остальных частей механизма, только не настолько сильно. Одним словом, турбина устанавливается для того, чтобы увеличить мощность двигателя, повысить коэффициент полезного действия автомобильного двигателя, сделать мотор более приемистым и динамичным. Но турбокомпрессор работает при большой нагрузке и в тяжелом температурном режиме, поэтому требует ухода и соблюдения правил эксплуатации авто.

Наиболее частые поломки в системе турбонаддува

В процессе эксплуатации автомобиля турбированный двигатель подвергается износу, так как все узлы и агрегаты ДВС имеют свой определенный ресурс. Также со временем изнашиваются детали турбины, но турбокомпрессор может выйти из строя и раньше положенного времени, и основные причины неисправностей здесь следующие:

• • в моторе используется грязное масло;
• • произошел удар, из-за которого пострадали детали турбины;
• • масла в двигателе недостаточно;
• • турбокомпрессор перегрелся.

В основном поломки в системе турбонаддува происходят из-за нарушений правила эксплуатации авто, несвоевременного техобслуживания.

1. Механические повреждения турбины

Крыльчатка, подшипники или вал могут пострадать в результате удара во время аварии, в таком случае турбину ремонтировать бесполезно, ее следует менять. Может произойти и другая ситуация, например, на лопасти попал посторонний предмет (гайка, болт и прочее). Поэтому перед установкой турбокомпрессора необходимо внимательно проверить каналы впускного и выпускного тракта, здесь не должно быть лишних деталей. Также коллекторы следует очистить от пыли и грязи, из-за загрязнения происходит интенсивный износ трущихся частей турбокомпрессора.

Повреждения лопастей «холодной» крыльчатки свидетельствует о том, что во впускной тракт попал посторонний предмет, это может быть крепеж, ветошь или что-то другое. Если повреждаются лопасти «горячей» крыльчатки (со стороны выпускного коллектора), большая вероятность того, что имеются серьезные неисправности в самом двигателе. Когда «горячая» крыльчатка имеет повреждения, вероятно, что в двигателе повреждены поршни, поршневые кольца или седла клапанов. Правда, здесь следует оговориться: если разрушается седло клапана, оно сразу же разлетается по всем цилиндрам, появляется сильный стук, и мотор может заклинить в любой момент.

Если вы занимаетесь снятием и установкой турбины, ее очисткой от грязи, ни в коем случае не сгибайте лопасти – это приведет к поломке турбокомпрессора, и последствия таких действий будут весьма печальными.

2. Последствия работы мотора на грязном масле

О своевременной смене масла в ДВС сказано много, также понятно, что нельзя использовать расходные материалы низкого качества, а тем более фальсификат. Но грязь, частицы абразива и кокс, присутствующие в смазке, оказывают негативное влияние не только на ДВС, но и на детали турбокомпрессора – изнашиваются подшипники и вал ротора, из-за попадания абразивных частиц в узел происходит перегрев. Грязным масло бывает не только из-за того, что оно не вовремя меняется, или не соответствует требованиям к качеству, здесь причины еще могут быть следующими:

• • в масляном фильтре неисправен обратный клапан;
• • маслофильтр засорен (допустим, он остался старым при очередной замене масла);
• • мастера во время проведения ремонта занесли грязь в двигатель.

Чтобы избежать преждевременной поломки турбины, следует использовать только высококачественные моторные масла и маслофильтры, применять лишь те расходные материалы, которые рекомендованы заводом-изготовителем.

3. Низкий уровень масла в ДВС

Для любого дизельного двигателя ямз необходимо поддерживать достаточный уровень масла, если смазки в системе будет меньше, чем нужно, может произойти масляное голодание, и даже застучать коленчатый вал. Но если для ДВС кратковременная нехватка смазки еще как-то допустима (например, уровень масла по щупу немного ниже отметки MIN), то турбина не терпит масляного голодания. В этом случае детали турбокомпрессора подвержены интенсивному износу в результате перегрева и работы «на сухую».

Другие причины, из-за которых могло произойти масляное голодание турбины:

• • недостаточное давление масла – изношены шестерни маслонасоса, присутствует общий износ трущихся деталей в двигателе (коренных шеек коленвала, опор распредвалов);
• • некорректная установка турбины, из-за чего произошел «сухой» старт;
• • запуск двигателя после длительного простоя автомобиля;
• • попадание охлаждающей жидкости или топлива в смазку, поэтому масло частично потеряло свои смазочные свойства;
• • обрыв маслопровода (шланга масляного радиатора), в результате вытекло масло;
• • попадание герметика в масляную систему;
• • неисправный редукционный клапан, по этой причине давление масла упало ниже нормы;
• • сужение канала в маслоподающей трубке.

Чтобы турбина не пострадала от масляного голодания, водителю необходимо регулярно проверять уровень масла по щупу, следить за давлением в масляной системе по датчикам, периодически осматривать состояние масляных патрубков.

4. Перегрев турбокомпрессора

Под воздействием высоких температур и при недостаточном количестве масла в турбокомпрессоре образуется сажа и копоть, детали турбины закоксовываются — или, другими словами, образуется нагар. Если двигатель заглушить на больших оборотах, смазка на ротор турбины перестанет подаваться, хотя лопасти еще некоторое время будут продолжать крутиться. Из-за этого происходит перегрев, и как следствие, быстрый износ трущихся частей системы турбонаддува.

Чтобы турбина лишний раз не перегревалась, а ее детали достаточно смазывались, прежде чем заглушить мотор, необходимо дать ДВС некоторое время поработать на холостых оборотах. В этом случае нагрузка на турбокомпрессор будет минимальной, и он успеет остыть. Также водителю следует учитывать, что работа двигателя с повышенной нагрузкой приводит к деформации подшипников вал ротора, подгоранию масла, вследствие чего образуется кокс. Из-за перегрева на валу ротора образуются задиры, теряют свою герметичность уплотнения.

Другие причины, по которым может перегреваться турбокомпрессор:

• • засорен воздушный фильтр, из-за этого вместе с воздухом на ротор попадает пыль;
• • замена масла производится реже, чем положено, из-за грязи возникает повышенное трение, детали перегреваются;
• • турбина установлена неквалифицированными мастерами;
• • использовано моторное масло, не соответствующее техническим условиям, оно обладает низкими смазывающими свойствами.

Из-за перегрева разрушаются различные части турбокомпрессора, в том числе и «улитки» (корпуса) впускной и выпускной системы. Также перегрев происходит из-за тяжелых условий эксплуатации – при высокой нагрузке, постоянной работе двигателя в пыльных условиях, в жаркое время года.

Почему из турбины может вытекать масло

Течь масла через турбокомпрессор – достаточно частое явление, и оно не всегда проявляется из-за дефектов самой турбины.

Причины здесь могут быть разными:

• • уровень масла в системе больше положенного;
• • забита вентиляция картерных газов ДВС;
• • изношена цилиндро-поршневая группа, из-за этого внутри двигателя создается большое давление;
• • засорен катализатор (каталитический нейтрализатор);
• • забился маслосливной канал турбины;
• • в соединении сливного патрубка с турбиной было использовано много герметика, за счет чего диаметр сливного отверстия уменьшился.

По всем вышеперечисленным причинам можно понять, что многие из них связаны с проблемами слива масла. В «улитку» турбины смазка подается под давлением через подающую магистраль, затем происходит ее смешивание с воздухом и выпускными газами. В результате образуется масляная пенка, в дальнейшем она стекает в нижнюю часть корпуса турбины, и только затем попадает в маслосливную магистраль, а по ней уже возвращается в поддон двигателя.

Если сливной канал будет недостаточно широким, или масла окажется больше нормы, оно будет задерживаться в корпусе турбокомпрессора, вытекать через уплотнители. Здесь нужно удостовериться, что в сливе нет лишних изгибов, где может скапливаться масло. Также следует проверить, что сливная линия расположена выше уровня смазки в поддоне ДВС. Если все в порядке, можно приступать к проверке состояния вентиляционной системы двигателя, проводить диагностику поршневой.

Уплотнительные кольца в турбине

Многие ошибочно думают, что уплотнения турбокомпрессора предназначены только для того, чтобы не происходило попадание масла в корпус турбины. Отчасти это так, но основная задача уплотнений – не позволять газам под большим давлением попадать в «улитку» турбины, а затем и в картер ДВС. Некоторые марки турбокомпрессоров выпускаются промышленностью вообще без уплотнительного кольца со стороны впускного тракта, несмотря на это, течи масла здесь не происходит.

Течь масла в результате засора воздушного фильтра

Во время эксплуатации автомобиля от пыльного и грязного воздуха постепенно начинает засоряться воздушный фильтр ДВС, в фильтрующем элементе скапливаются пылинки, частички абразива. Сопротивление воздушному потоку увеличивается, и за счет этого на входе турбокомпрессора создается некоторый вакуум. На средних и больших оборотах при засоренном фильтре двигатель ведет себя нормально, так как за колесом компрессора имеется избыток давления, поэтому течи масла нет.

Но на холостом ходу и малых оборотах вакуум создается на выходе и входе, когда мотор работает на малой нагрузке долго, масло под воздействием разрежения начинает подниматься с нижней части корпуса турбины и появляться во впускном коллекторе. Решить проблему здесь достаточно просто – нужно из корпуса воздушного фильтра достать фильтрующий элемент и произвести его визуальный осмотр на предмет засорения. Если нет возможности сразу купить новый фильтр, его можно продуть сжатым воздухом. Вообще замену фильтра следует проводить по регламенту, установленному заводом-изготовителем, но если авто ездит по пыльным дорогам, элемент меняется чаще.

Влияние засоренного катализатора на турбину

Если копотью и сажей забивается катализатор, то в этом случае создается сопротивление выпускным газам, из-за чего возрастает нагрузка на ротор турбокомпрессора. Эксплуатация автомобиля с забитым каталитическим нейтрализатором приводит не только к повышенному расходу топлива, ухудшению динамики и снижению мощности ДВС, но и к преждевременному износу подшипников ротора турбины. В результате приходится или ремонтировать турбокомпрессор, или полностью его менять.

Что делать, если течет турбина

Причин течи масла из турбокомпрессора много, но если в этом виновата лишь сама турбина, ее необходимо менять:

• • качественный ремонт турбокомпрессора могут выполнить только высококвалифицированные специалисты, профессионалов в этом деле мало;
• • стоимость подобной работы высока, во многих случаях она сопоставима с ценой новой турбины, или может быть даже выше.

Если вы определили, что через турбокомпрессор течет масло, рекомендуется сразу же обращаться к квалифицированным мастерам на станцию техобслуживания.

Продление срока службы турбокомпрессора

Основная причина масляной течи через турбину – избыток давления, создаваемый в картере двигателя, чтобы его не возникало, необходимо регулярно проводить ряд профилактических мер. Также следует не забывать о своевременном ТО, профессионалы автомобильного ремонта советуют выполнять следующее:

• • своевременно производить замену моторного масла и маслофильтра, грязь в масляной системе пагубно влияет на турбину, «убивает» ее;
• • проверять состояние воздушного фильтра даже в том случае, если еще не пришел срок его замены. При этом осматривается не только сам фильтрующий элемент, но и корпус фильтра, воздушный патрубок;
• • периодически снимать и очищать патрубки, идущие от турбокомпрессора;
• • проверять герметичность самого корпуса воздушного фильтра. Если короб не герметичен, в обход фильтрующего элемента пыль будет попадать на крыльчатку турбокомпрессора.

Эксплуатируя автомобиль с турбированным двигателем, нельзя экономить на расходных материалах: следует заливать в мотор лишь качественное моторное масло, использовать фильтры оригинального производства. Также нужно помнить, что серийная машина с турбодвигателем не предназначена для гонок, хотя и обладает достаточно мощным силовым агрегатом.

В случае выхода из строя турбины ее замену нужно доверять профессионалам, и на собственные силы не надеяться. Есть немало примеров, когда самостоятельный монтаж и демонтаж турбокомпрессора приводил к плачевным результатам, и владельцу автомобиля приходилось дорого расплачиваться за свою неквалифицированную работу.