Turbo punjači, turbo-kompresori ili turbine, su elementi sistema za sabijanje vazduha čija je uloga povećanje snage, iskoristivosti i efikasnosti motora, kao i smanjivanje potrošnje goriva i emisije izduvnih gasova.

Danas se u automobile praktično i ne ugrađuju dizel motori bez neke vrste turbo-punjača, a u velikoj mjeri su zastupljeni i kod benzinaca.

Kako su kvarovi turbine visoko na listi skupih kvarova, a turbo-dizelaši čine većinu automobila na našim putevima, u ovom tekstu ćemo obraditi princip rada, uzroke i simptome kvarova i kako sačuvati turbinu od istih.

Princip rada turbo-punjača

Da bi objasnili princip rada turbo-punjača, moramo se vratiti na osnove rada motora sa unutrašnjim sagorijevanjem.

Za potpuno sagorijevanje goriva, potrebno je da odnos vazduha i goriva bude 14,7 naprema 1, odnosno potrebno je 14,7 grama vazduha za sagorijevanje 1 grama goriva.

Što više vazduha dođe u komoru, potrebno je više goriva za pravilno sagorijevanje – veća količina smjese goriva i vazduha dovodi do veće snage.

Prvi turbo-punjači su nastali u avio industriji, kao pokušaj da se riješi problem gubitka snage na velikim visinama.

Kako je vazduh na visinama rijedak, avionski motori su gubili snagu, pa je bilo potrebno „prisilno“ ugurati više vazduha u cilindre, da bi gorivo moglo da sagorijeva.

Prva praktična upotreba je bila kod motora lokomotiva, a krajem sedamesetih godina prošlog vijeka dobijaju na značaju u auto-industriji.

Kod motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, vazduh se u motor ubacuje pomoću podpritiska koji nastaje u usisnom taktu motora, a uloga turbo-punjača je da poveća gustinu ubačenog vazduha sabijanjem.

Gušći vazduh znači više kiseonika, što znači da se može ubrizgati više goriva, zbog čega se razvija više snage iz iste radne zapremine motora, u odnosu na atmosferski motor (bez turbo-punjača).

Energiju za pogon i time sabijanje vazduha turbo-punjač dobija od pritiska koji stvaraju izduvni gasovi.

Turbo-punjač stalno radi, ne postoji broj obrtaja na kojem se „uključuje turbina“, a pauza koja nastaje između pritiska pedale gasa i porasta snage se dešava jer turbo-punjač treba neko vrijeme da napravi pritisak – ova pauza se naziva „turbo-rupa“.

Svaki turbo-punjač se sastoji od kućišta (statora), dva propelera i zajedničkog vratila (često se spominje i naziv „osovinica“, ali ipak je pravilan naziv vratilo, jer prenosi rotaciju-uvijanje, a osovine su opterećene na savijanje, kao npr. kod željezničkih vagona).

Turbo-punjač ima pogonsku stranu (crveno), gdje gasovi iz izduvne grane prelaze preko lopatica turbine i okreću kolo u zavisnosti od broja obrtaja motora.

Kolo rotora turbine je vratilom povezano sa kompresorskim kolom, koje zahvata atmosferski vazduh iz usisne grane, sabija ga i usmjerava prema interkuleru i dalje prema motoru (plava strana na slici).

Kako turbo-punjač može dostići i do 300.000 obrtaja u minuti, a pritisak i do 2,5 bara, vratilo i lopatice propelera moraju biti vrhunski balansirani i centrirani, da ne bi došlo do vibracija, koje mogu oštetiti njegove elemente.

Pored toga, imajući u vidu da je termički opterećen zbog vrelih izduvnih gasova, u proizvodnji turbo-punjača se koriste kvalitetni materijali, a elementi su izrađeni u uskim tolerancijama, tako da mogu zadržati pravilnu funkciju u dugogodišnjoj upotrebi u teškim uslovima rada.

Ako turbo-punjač ubacuje 50% više vazduha nego što se postiže atmosferskim ciklusom, može se očekivati da poveća snagu motora za 50%, ali kako postoje razni gubici, taj iznos je realno oko 30-40%.

Vrijednost „boost“ označava razliku između atmosferskog pritiska i pritiska u usisnoj grani, odnosno ako je vanjski pritisak 1 bar, a pritisak iza kompresora 1,5 bara, „boost“ iznosi 0,5 bara.

Kako se vazduh prilikom sabijanja zagrijava, potrebno je njegovo hlađenje, pa se usmjerava u hladnjak sabijenog vazduha – interkuler, o kojem više možete pročitati ovdje.

Blow-off i wastegate (vakuum) ventili

Turbo-punjač u toku svog rada mora ostati u granicama propisanih vrijednosti broja obrtaja, temperature i pritiska, kako se ne bi došlo do mehaničkih oštećenja.

Za regulaciju pritiska, odnosno rasterećenje turbine u toku rada, na starijim modelima su se koristili blow-off ventili, odnosno ventil je postavljen na kompresionoj strani punjača i kod puštanja pedale gasa, višak vazduha ispušta u atmosferu, da ne bi došlo do naglog usporavanja rotora.

Slična stvar je sa wastegate ventilom (vakuum ventil), samo što se nalazi na pogonskoj strani turbo-punjača, gdje on u slučaju previsokog pritiska ispušta gasove posebnim vodom u izduvnu granu prije nego što dođu do kola turbine i tako je rasterećuje.

Noviji automobili imaju turbo-punjače sa promjenljivom geometrijom lopatica, pa nema potrebe za dodatnim rasteretnim ventilima.

Kako rade turbo-punjači sa promjenljivom geometrijom lopatica?

Iako zvuči komplikovano, kod VGT – Variable Geometry Turbo punjača u suštini se radi u promjeni veličine otvora u kućištu pogonskog kola turbo-punjača.

Znate ono kad stisnete kraj baštenskog crijeva, kako bi mlaz vode otišao dalje?

E na sličnom principu radi i ovaj mehanizam.

Ako izduvni gasovi dođu do lopatica preko otvora manje veličine, to znači da će oni na ovom suženju izlaziti na turbinu pod većom brzinom, zbog čega turbina postiže solidan pritisak sabijanja već na manjem broju obrtaja motora.

Problem nastaje kada se broj obrtaja motora poveća, jer turbo-punjač ne može da osigura dovoljnu količinu vazduha motoru, zbog čega se gubi snaga.

Ovo „usko grlo“ uzrokuje i povratni pritisak u izduvnoj grani, odnosno motor mora jače da klipovima „gura“ izduvne gasove, zbog čega se takođe gubi dio snage.

Sa druge strane, ako se odmah postavi veći otvor kojim gasovi pogone turbinu, turbo-punjač postaje neupotrebljiv na nižim obrtajima, jer ne može brzo da postigne dovoljan broj obrtaja za „boost“ – nastaje „turbo rupa“ i motor nema jaku vuču.

Ovom problemu se doskočilo ugradnjom zakrilaca na statoru turbo-punjača, koja se u zavisnosti od režima rada motora zakreću i time smanjuju i povećavaju promjer otvora kojim izduvni gasovi „udaraju“ na kolo rotora, zbog čega se zovu turbo-punjači promjenljive geometrije.

Ova zakrilca se nalaze na jednom prstenu, a zakretanjem se upravlja signalom motorne elektronike, čiju “naredbu“ ispunjava pneumatski ili električni aktuator.

Na ovaj način moderni turbo-dizelaši dobro povlače već od nižih obrtaja i nemaju toliko izraženu famoznu „turbo rupu“.

Rješenje problema manje snage na nižim obrtajima je moguće i ugradnjom dva (bi-turbo) ili tri turbo-punjača, gdje je jedan, manji, zadužen za pritisak pri nižim obrtajima, a drugi, veći, preuzima sabijanje na višim obrtajima.

Kako bi pravilno odredila broj obrtaja i pritisak turbine, elektronika motora koristi podatke sa MAP i MAF senzora, o kojima možete pročitati ovdje.

Simptomi kvara turbo-punjača

– motor gubi snagu

– javlja se plavi ili crni dim iz auspuha

– prilikom davanja gasa javlja se zvuk fijukanja, struganja ili vibriranja

– povećana potrošnja ulja

– upaljena lampica „check engine“

Kvarovi turbo-punjača

Kvarovi turbo-punjača se mogu podijeliti na:

• kvarove zbog lošeg podmazivanja
• prodor stranih tijela u kućište
• kvarovi zbog previsoke temperature
• oštećenja usisnih i izduvnih vodova

Kvarovi zbog lošeg podmazivanja

Većina kvarova turbo-punjača se dešava zbog lošeg podmazivanja, po nekim statistikama učešće je i 50%.

Kako je već navedeno da su elementi turbine opterećeni visokim temperaturama (i preko 900 stepeni) te visokim obrtajima, a uz to su izloženi začađenim izduvnim gasovima, jasno da se njihovi kontakti moraju kvalitetno podmazati, kako bi se osiguralo smanjenje trenja i dobro hlađenje.

Turbo-punjači se podmazuju motornim uljem koje inače podmazuje klipove, clindre, vratila i ostale elemente motora u toku rada, a ulje se do elemenata turbine pod pritiskom dovodi sistemom crijeva i kanala.

Na većini turbo-punjača ugrađeni su klizni ležajevi od legure bakra, tako da između vratila koje se obrće velikom brzinom i pomenutih ležajeva stoji tek tanki uljni film, odnosno vratilo „pliva“ u ležaju, a zaptivanje između ovih elemenata i vanjske sredine omogućavaju zaptivni prstenovi.

U slučaju da se desi začepljenje u sistemu za podmazivanje, nastaje “suvo trenje” između vratila i ležaja, koji se zbog toga troši, te vratilo izlazi iz balansa, stvaraju se velike inercione sile zbog čega može doći do oštećenja zaptivnih prstenova.

Posljedica je curenje ulja u kompresioni prostor zbog povećanih zazora, zbog čega motor počinje da troši ulje, moguće je da se začepi interkuler itd.

Ova pojava se manifestuje karakterističnom plavom bojom vratila, na mjestu gdje je nastala previsoka temperatura.

Zašto je važna redovna zamjena ulja?

Kako se isto ulje koristi za motor i turbinu, sva čađ, nesagorjelo gorivo, opiljci itd. koji nastaju u procesu rada motora, prolaze kroz sitne kanale za podmazivanje na turbini, što dovodi do stvaranja naslaga u slučaju da se zanemari rok zamjene, a na vratilu se mogu vidjeti tragovi trošenja.

Proizvođači su za turbo motore propisali isključivo sintetička ulja, oznake 0W30, 5W30, 5W40 itd. zajedno sa određenim specifikacijama, npr. VW 505.01, VW 504/507 i sl.

Kod nas je uobičajeno da se u motore koji počinju da troše ulje sipa viskoznija gradacija, odnosno polusintetičko ulje 10W40, ali ova praksa veoma šteti turbo-punjaču.

Budući da se razvijaju visoke temperature, polusintetičko ulje (koje sadrži max. 30% sintetike) ih ne može izdržati i stvaraju se zagorjele naslage, odnosno ulje „koksira“, što takođe dovodi do problema sa ležajevima, vratilom itd.

Zbog ovoga je veoma važno da redovno mijenjate motorno ulje i da koristite odgovarajuću specifikaciju za svoj motor, uz kvalitetan filter ulja.

Prodor stranih tijela u kućište turbo-punjača

Kako je već pomenuto da se lopatice turbo-punjača okreću vrtoglavim brzinama, bilo kakav kontakt rotora i nekog stranog predmeta znači potencijalno krivljenje ili lom lopatica i debalans turbine.

Strana tijela mogu ući sa strane turbine, kao što su dijelovi izduvne grane, vijci, dijelovi ležišta ventila, ali i sa strane kompresora, dijelovi filtera za vazduh, komadi usisne grane, ulje sa oduška („iberlauf“) itd.

Zbog ovoga je jako bitno prilikom svake demontaže turbo-punjača da se detaljno pregleda unutrašnjost kućišta, kako bi se očistila od bilo kakvih stranih tijela.

Takođe, dešava se da kod saobraćajnih nesreća dođe do pucanja usisne grane, čiji komadi završavaju u turbo-punjaču, a nakon što se auto popravi i stavi u pogon – strada turbina.

Kvarovi zbog previsoke temperature

Kvar na sistemu za ubrizgavanje goriva može dovesti do kvara turbine, npr. neispravne dizne itd., jer ako su izduvni gasovi znatno vreliji od predviđenih, to negativno utiče na turbo-punjač, koji nije projektovan za tu visinu temperature.

Zbog ovoga dolazi do popuštanja zaptivnih karika, ubrzano se troše ležajevi, kompresor troši ulje, a dešava se lom lopatica i u težim slučajevima pucanje kućišta.

Oštećenja usisnih i izduvnih vodova

U toku rada je moguće da dođe do pucanja crijeva kojim izduvni gasovi ulaze u turbinu, zbog čega turbina gubi snagu, a takođe je moguće da crijeva na usisnoj strani turbo-punjača popucaju ili da dođe do popuštanja spojnica itd., zbog čega kompresor ne može da ostvari potreban pritisak.

Pored navedenih kvarova, mogu se desiti defekti zbog prevelikog pritiska ulja u sistemu, zaprljanog filtera vazduha, povećanog opterećenja zbog „čipovanja“, nakupljanja čađi na lopaticama itd.

Preventiva

Da bi turbo-punjač pravilno obavljao svoju funkciju, najbolje što možete uraditi je da redovno mijenjate motorno ulje koje je u skladu sa preporukom za vaš motor i koristite kvalitetne filtere za ulje.

Ne zanemarujete gubitak snage, povećanu potrošnju ulja i zvukove pri ubrzavanju, već odmah po pojavi prvih simptoma potražite pomoć kvalifikovanog servisera.

Na ovaj način možete spriječiti veće probleme i time smaniti troškove eventualne popravke.

Ukoliko do problema dođe, postoje servisi koje rade remont turbo-punjača, a u većini slučajeva se sve može popraviti, osim pucanja kućišta, kada je obično potrebna zamjena čitavog punjača.

Više o razlici turbo-punjača i kompresora možete pročitati ovdje.

Vladimir Grujić