Seriál turbodmychadla: Problémy s turbem? Jen o nevypínání motoru po dojezdu to není (2. díl)

Stalo se tak trochu pravidlem, že lidé, jezdící vozem, jehož motor využívá turbodmychadlo, často až nezdravě svádějí všemožné problémy s pohonnou jednotkou na něj. Přitom v mnohých případech je zdroj problémů někde jinde. Firma SPECIAL TURBO a. s., zastupující už více než 20 let na českém trhu přední světové výrobce turbodmychadel, uvádí, že u více než poloviny záručních oprav turbodmychadel byla příčina potíží jinde. Alespoň tak to vyplývá ze studie jednoho z předních evropských výrobců užitkových vozidel.

Závady turbodmychadel lze v zásadě rozdělit na několik částí. Některé jsou způsobeny špatnými řidičskými návyky, jiné závadou na klíčových skupinách motoru (zejména mazací soustavě) a další třeba chybnou montáží nového turbodmychadla či jen laxním přístupem k pravidelné údržbě motoru.

„Co se týče závad vlivem chybné montáže turbodmychadla, nejpočetnější jsou ty způsobené absencí zaolejování ložiskové skříně, čímž dojde k poškození turbodmychadla už při prvním startu vozidla. Dále pak za zmínku stojí například použití neadekvátního spojovacího materiálu nebo použití tekutého tmelu místo kvalitního těsnění,“ vysvětluje Jiří Valášek, ředitel firmy SPECIAL TURBO.

Nepřítelem je teplota

V souvislosti se závadami turbodmychadel bývají často skloňovány právě špatné řidičské návyky, vedoucí ke snížení životnosti této drahé a v zásadě klíčové součásti. Turbodmychadlo poháněné výfukovými plyny z podstaty věci pracuje při extrémních teplotách. Ty běžně dosahují až 900 stupňů. Že turbodmychadlu škodí, když někdo po jízdě při vyšší zátěži ihned vypne motor, se už tak nějak ví. Při vypnutí motoru se zastaví olejové čerpadlo, tudíž olej přestane proudit. Ten nejen že maže, nýbrž i účinně odvádí teplo, tedy chladí. Vinou toto dochází k nárůstu teploty v ložiskovém uzlu, což má za následek, že olej, který zde zůstal, začíná vlivem vysoké teploty karbonovat. A zakarbonovaný olej působí na kluzná ložiska turbodmychadla jako brusná pasta. Situaci dnes ještě zhoršuje používání super řídkých motorových olejů, takzvaných nízko viskozitních. Jsou to zpravidla ty se specifikací SAE 0W-30, 5W-30 či dokonce 0W-20. Dobře mažou za nízkých teplot, kladou malý odpor pohyblivým částem motoru, avšak vůbec se nehodí pro mazání při vysokých teplotách. Faktem je, že ačkoliv je toto tvrzení správné, žádný z výrobců turbodmychadel se o problémech pramenících z použití těchto řídkých olejů nezmiňuje.

Seriál turbodmychadla. První díl: Co nevíte o turbech? Dříve výkon, dnes spíše efektivita

Životnost turbodmychadla ovšem závisí i na jiných okolnostech souvisejících s řidičskými návyky. Třeba pokud někdo motor vytáčí příliš brzy po studeném startu. Nízká teplota oleje působí na turbodmychadlo rovněž škodlivě. Pozor také na to, že v okamžiku, kdy teplota chladicí kapaliny dostoupá na provozní hodnotu (dnes běžně přes 90 stupňů), má v danou chvíli olej tak o 20 stupňů méně. A v případě turbodmychadla je důležitý právě ten olej. Bohužel u současných aut se často můžete pouze domýšlet, zda je už motor ohřátý, neboť ukazatel teploty často chybí. A kontrolka ohřátí motoru „modrý teploměr“ je mnohdy až příliš optimistická, takže zhasíná dříve, než se motor opravdu dostane na správnou provozní teplotu. Zase se ale můžete u nových aut třeba připojit na internet…

Olej, olej, olej

S životností turbodmychadla přímo souvisí stav oleje a potažmo mazací soustavy. Stačí, aby měl motor snížený tlak mazání (třeba z důvodu vady na odstředivé regulaci olejového čerpadla na jeho výtlačné části) a jako první to odnese kromě hlavy motoru právě turbodmychadlo. Turbodmychadlu, respektive jeho ložiskám také velice škodí laxní přístup k výměnám oleje. A také sacího filtru. To je obzvláště důležité zejména u vozidel, provozovaných v prašném prostředí. Týká se to zejména stavebních strojů či nákladních aut.

Turbodmychadlu, stejně jako motoru, neprospívá provoz s minimem motorového oleje. Sem patří rovněž i stav, kdy je hladina oleje na spodní rysce olejové měrky nebo těsně nad ní. Sice to je v normě, nicméně je třeba mít na paměti, že čím je olejová náplň menší, tím se olej pomaleji dochlazuje. Dochází tedy k jeho přepalování s výše uvedenými následky. Asi nejpřesvědčivějším důkazem je motor PSA 1.6 HDI (řada DV6). Nejen, že má relativně malou olejovou náplň, nýbrž i její dno je tvarováno nevhodně, takže při výměně oleje tam vždy trochu starého zůstane. Mechanici autorizovaných servisů Peugeot a Citroën mluví tak o 0,5 litru. K eliminaci používají následující fintu - čerstvý olej nalévají, přičemž zátku zašroubují až v okamžiku, kdy začne vytékat nový olej. Tím tak vlastně vytlačí ten starý, který na dně vany zůstává. Od roku 2010 s přechodem na Euro5 došlo u motorů DV6 ke zkrácení servisního intervalu z 30.000 na 20.000 km.

Při nedostatku oleje dochází obvykle u radiálního ložiska turbodmychadla k opotřebení jeho vnitřního průměru. případně k takzvanému otlučení. U axiálního zase pro změnu k opotřebení jeho třecích ploch. Projevuje se to též zabarvením. Příčin ale může být více. Třeba když někdo natočí motor bez oleje, či je olejový čistič silně znečištěný. Firma SPECIAL TURBO dokonce umí k příslušnému zabarvení kluzné plochy ložisek, jakožto průvodního jevu nedostatku mazacího oleje přiřadit určitou teplotu.

Turbodmychadla budoucnosti: Opravdu budou elektrická? A k čemu budou elektromobilům?

Pokud je motorový olej znečištěný, dochází vlivem poškození kontaktní plochy radiálních ložisek ke zvětšování vůlí rotoru. Podle poškození ložisek lze určit dokonce velikost částic v oleji, které svojí abrazivností pánve poškodily. Jemné částice většinou ložiska vyleští. Jejich povrch pak trochu vypadá, jako by byl lapovaný. Naopak hrubé částice, tedy větších rozměrů do kluzných ploch ložisek vytlačí vrypy. V extrému může zmíněné zvětšování vůlí rotoru vyústit až ke kontaktu dmychadlového respektive turbínového kola se skříní turbodmychadla. Při tom dojde k destrukci jejich lopatek. Za popsanými problémy stojí nejčastěji výše zmíněná zanedbaná údržba mazacího systému. Někdy může být příčinou také olejový čistič, respektive jeho obtokový systém, který se u některých motorů aktivuje při studeném startu.

Opotřebení ložisek se navenek projevuje zvýšenou spotřebou oleje, jakkoliv ta může mít i celou řadu jiných příčin. Od ztvrdlých těsnění ventilových vodítek (takzvaných gufer) přes opotřebené stírací pístní kroužky až po celkové opotřebení motoru, jehož důsledkem je obyčejně vznik ovality na válcích. Pokud je příčinou vysoké spotřeby oleje turbodmychadlo, pak olej obvykle podtéká dmychadlové kolo přímo do sacího potrubí, aby byl následně nasán motorem a spalován.

Píská a „netlačí“

Že s turbodmychadlem není něco v pořádku, prozradí také zvýšený hluk. Typické „pískání“ turba při zátěži je toho pro motoristickou veřejnost neklamným důkazem. Pravdou je, že typický pískavý zvuk, dobře známý nejen mnohým uživatelům více ojetých volkswagenů s motory TDI, sice může ukazovat na závadu na turbodmychadle, nicméně příčinou může být zrovna tak i něco jiného. Pískání u turbodmychadla má obvykle příčinu ve vzniku nevývažku. Vzhledem k vysokým otáčkám, řádově až 150.000 za minutu, se i sebemenší odchylka od přesného vyvážení rotoru projeví.

Pokud je ovšem uvedený zvukový projev motoru doprovázený pocitovým poklesem výkonu, může se skutečně jednat o dílčí poškození některé z částí turbodmychadla. Nejčastěji jde o uhnutou lopatku dmychadla, případně jiné poškození dmychadlového kola. To může mít více příčin. S opotřebením ložisek, o němž píšeme výše, souvisí většinou kontakt dmychadlového kola s vnitřní plochou skříně, o níž se lopatka vlastně tře, takže dochází k jejímu postupnému úbytku.

Jinou příčinou je vnik cizího tělesa, třeba z důvodu špatně těsnícího sacího filtru. To se stává, zejména pokud jeho obroučka dobře netěsní ve filtr boxu (krabici, v níž je sací filtr uložen). Firma SPECIAL TURBO ovšem zaznamenala i případy, kdy vniknuté cizí těleso byla vytočená utahovací matice na rotoru.

Zajímavou příčinou poškození dmychadlového kola je lom konce lopatky vlivem koroze. Zmíněný typ poškození je častý u vozidel s přeplňovanými motory, které jezdí ve slaném prostředí. Typické v přímořských státech. U nás se tento typ poškození vyskytuje u strojů (vozidel) pracujících v důlním průmyslu.

Nedbalost i „fyzikální jevy“

U turbodmychadel při jejich provozu ale nedochází pouze k poškození lopatek dmychadlového kola, nýbrž i k destrukci lopatek turbínového kola. I tady může být původcem problému vstup cizího tělesa. Je to však méně pravděpodobné, než v případě dmychadlových kol. Přesto se podle zkušeností firmy SPECIAL TURBO už takové případy staly.

Třeba když mechanik při montáži turbodmychadla zapomněl ve sběrném potrubí některou ze součástek. Stačí šroub či matice. Jestliže ve sběrném potrubí někdo něco zapomene, proběhne to motorem a poškodí již například ventil, píst atd. Šroub nebo matice se následně dostanou do turbodmychadla již v úplně jiném stavu – tedy, jestli se tam vůbec dostanou…

Dále mohou destrukci turbínového kola způsobit různé úlomky, od ventilů až po částice z poškozené turbínové skříně. Téměř výhradně se stává u turbodmychadel pracujících na hranici životnosti. A pak jsou tu ještě úlomky ze sběrného potrubí. V extrému to mohou být částice z vysypaného (uvolněného) jádra katalyzátoru. Ten je sice umístěn až za turbodmychadlem, nicméně vlivem recirkulace spalin se přes otevřený EGR ventil mohou úlomky dostat zpět do motoru a následně výfukovými ventily do turbodmychadla. Ventil EGR se otevírá pouze v režimu nízkého zatížení, při němž současně výrazně poklesne tlak v sacím potrubí. Vinou toho se úlomky mohou pohybovat proti pohybu výfukových spalin.

Turbodmychadla VGT: Naklápění lopatek čtyřikrát jinak (+videa)

Podobně jako u dmychadla může i u turbínového kola dojít k destrukci z důvodu otěru jeho lopatek o vnitřní plochu skříně. Důvodem je opět zvětšená vůle v radiálním ložisku.

Zvláštní případ destrukce představuje takzvaná vibrační únava. Při ní obvykle dochází k lomu lopatky a příčinou je vada odlitku nebo únava materiálu případně přetočení turbodmychadla, často vinou závady na regulaci plnicího tlaku. Zvláštní případ představují v tomto případě turbodmychadla s proměnnou geometrií rozváděcích lopatek statoru turbíny, takzvané typy VNT nebo VGT. U nich je příčinou závady změna pásma rezonance (frekvence vlastních kmitů) lopatek rozváděcího ústrojí. Toto je poměrně častý případ padající na vrub neodborné opravě.

Lopatky turbíny může poškodit ještě takzvaná „horká koroze“. K ní dochází zejména u materiálu, který přichází pravidelně do kontaktu se spalinami z různých paliv. Obvykle se zo stává těm, kteří střídavě svůj vůz provozují na benzin, LPG či E85.

Když regulace nereguluje

Za špatnou funkci turbodmychadla ovšem mnohdy nemůže turbodmychadlo jako takové, nýbrž jeho pomocná zařízení. Tím nejvýznamnějším je regulace, respektive systém omezující plnicí tlak. U turbodmychadel VNT (VGT) je dobře známé zatuhávání mechanismu pohyblivých lopatek. Často to bývá přisuzováno nevhodnému užívání vozu. Pokud totiž řidič jezdí většinu času jen v nízkých otáčkách, nedonutí regulaci omezovat plnicí tlak a mechanismus regulace (v tomto případě lopatky) se nehýbe a tudíž zatuhne v určité poloze. Příčinou je také fakt, že v nízkých otáčkách motor produkuje více sazí, což vede k zakarbonování mechanismu lopatek. Současné pružné přeplňované motory navíc řidiče ani nenutí agregát vytáčet. Proč, když potřebná dynamika je k dispozici už v nízkých otáčkách?

Důvodem, proč mechanismus lopatek zatuhne, bývá také koroze, případně spalování oleje, který je mastný a jeho usazeniny doslova zalepují čepy lopatek. Pravidelně lopatky zatuhávají i těm, kteří často jezdí na krátké vzdálenosti. Rovněž příliš nesvědčí spalování nafty s přísadou bioložky. Odborníci ze SPECIAL TURBO doporučují jezdit tak, aby motor alespoň jednou týdně pracoval po dobu nejméně půl hodiny při otáčkách zhruba 3000 za minutu.

U turbodmychadel, používajících k regulaci plnicí tlaku a tedy otáček rotoru jak obtokový kanál (wastegate) tak i proměnnou geometrií (VGT/VNT), může být příčinou závady na regulaci jednak taktovací ventil, který řídí podtlak v pneumatickém (akčním) ovládacím členu, a také samotný pneumatický aktuátor. U něho může třeba prasknout membrána (méně obvyklé) a také podléhá korozi.

Dnes je regulace plnicího tlaku stále častěji svěřována krokovému servomotoru. Je to přesnější a rychlejší. Ten buď přímo ovládá klapku obtoku, nebo „tahá“ za ovládací člen mechanismu lopatek proměnné geometrie. Problém je jeho poloha. Je totiž umístěn na skříni turbodmychadla a i přes snahu jej maximálně tepelně odstínit je to právě vysoká teplota panující v okolí turbodmychadla, která je pro něj mnohdy hrobem. A pak jsou tu různé snímače, od plnicího tlaku, polohy pneumatického aktuátoru, až po snímač klepání u zážehového motoru.

Příště se podíváme na některé konkrétní závady turbodmychadel a hlavně se zaměříme na technologii oprav turbodmychadel.

Jak je to s chlazením turbodmychadel

V diskusi pod minule uveřejněným článkem o turbodmychadlech padaly zajímavé dotazy a názory vás čtenářů. Často v nich bylo skloňováno slovo „chlazení“ turbodmychadla. U některých zážehových motorů je ložiskový uzel (skříň) turbodmychadel opatřený kanály pro chladicí kapalinu a tedy zařazený do okruhu chlazení motoru. Příkladem může být třeba motor TSI VW/Audi EA888 či starší přeplňovaný dvoulitr TFSI EA113, známý třeba z před modernizačního VW Scirocco R či VW Golfu GTI Mk5 do roku 2009. Chlazení ložisek využívá také motor PSA 1.6 THP (řada EP6DT a její deriváty) či dokonce nový tříválec PSA 1.2 PureTech Turbo (řada EB2DT).

To ale není vše. Uvedené pohonné jednotky mají navíc systém dochlazování ložisek turbodmychadla po vypnutí motoru. K tomu slouží malé pomocné elektrické čerpadlo, jehož zásluhou chladicí kapalina cirkuluje v okruhu chlazení turbodmychadla přes motor a termostat.

Velký přehled všech typů turbodmychadel. V čem se liší?

Technika dochlazování turbodmychadla po odstavení motoru není ničím novým. Už v roce 1985 ji zavedlo Porsche u velkého přeplňovaného čtyřválce typu 944 Turbo. V roce 1989 to použil Lotus na motoru Isuzu 1.6 Turbo pro svůj neúspěšný roadster s předním pohonem Elan M100.

Trochu jiné to je u přeplňovaných vznětových motorů. Tady je chlazení ložisek vcelku raritní, zřejmě z důvodu nižší teploty spalin u dieselů. Najdete jej třeba na motoru Renault 2.0 dCi (řada M9R) ovšem bez dochlazování po vypnutí motoru.

Jak asi tušíte, současná móda stop-start systémů turbodmychadlům rozhodně neprospívá. Máme vyzkoušeno, že i pokud s autem jedete rychle, tak po zastavení při aktivovaném stop-startu systému se motor vypne. V tu chvíli prudce roste teplota v ložiskové skříni. Následky toho popisujeme výše.

Firma Porsche kdysi v souvislosti s uvedením typu 944 Turbo v roce 1985 publikovala zajímavý graf závislosti teploty v ložiskovém uzlu (osa y) na čase od okamžiku vypnutí motoru (osa x). A čísla to jsou dodnes zajímavá, ostatně posuďte sami. Jako referenční byly v tomto případě použity otáčky motoru 6000 za minutu. U nechlazeného turbodmychadla činila teplota při chodu motoru v daném místě téměř 200 stupňů, u vodou chlazeného to bylo asi 175 stupňů. Po 120 sekundách od vypnutí motoru klesla teplota v ložiskovém uzlu u turbodmychadla s dochlazováním na 140 stupňů . Naopak u systému bez chlazení vodou byla v daném čase teplota 275 stupňů Celsia. A dále rostla, když svého vrcholu asi 280 stupňů dosáhla ve 180. sekundě od vypnutí motoru. Naopak u typu s dochlazováním teplota ložiskového uzlu od vypnutí motoru neustále plynule klesala. Závěr nechť si udělá každý ze čtenářů sám...