Jak samodzielnie w prawdziwie domowych (garażowych)
warunkach wymontować, rozebrać i wyczyścić turbinę Garrett
VNT20 ze zmienną geometrią łopatek VTG w silnikach 2,5 TDI V6
AFB, AKN, AKE.

Na co zwrócić szczególną uwagę przy montażu, pierwszym uruchomieniu oraz
codziennej eksploatacji turbiny VTG w swoim wymarzonym Audi.
W tej opowieści główną rolę gra motorek AFB… w AKN-ie wszystko na zasadzie
analogii, AKE natomiast będzie się różniło tylko jedną dodatkową uszczelką oraz
małymi zmianami konstrukcyjnymi w wydechu za turbiną. Śmiało więc mogą
wykorzystać ten tutorial wszyscy zainteresowani.
Na początek jednak kilka słów wstępu dla niezdecydowanych:
Właściwie eksploatowany silnik turbodoładowany może być niezawodny (tutaj
mała uwaga dla wszystkich sceptyków - może to być również V6 2,5 TDI). Nie
wybaczy jednak swojemu właścicielowi żadnych zaniedbań w obsłudze.
Turbosprężarki jeszcze niedawno temu kojarzyły się wyłącznie z samochodami
sportowymi z wyższej półki. A teraz? Niemal każdy rodzinny diesel może
pochwalić się turbodoładowaniem. Urządzenie to nie dziwi już nawet w małym
aucie miejskim. Powszechność tej techniki sprawia, że wielu kierowców
zapomina, iż doładowane silniki wymagają "szczególnej troski". Złe traktowanie
turbosprężarki zemści się prędzej czy później.

Do czego służy turbo?

Turbodoładowanie to nie jest nowy wynalazek, ma już niemal 100 lat. Do
seryjnych samochodów osobowych trafiło jednak znacznie później, dopiero w
latach 70. Kiedyś stosowane było głównie w celu podniesienia osiągów
samochodów sportowych lub umożliwienia pracy silników spalinowych na
znacznych wysokościach. W autach współczesnych priorytety są najczęściej
zupełnie inne - na pierwszym miejscu stawia się zmniejszenie zużycia paliwa,
niższą emisję toksycznych spalin, lepszą elastyczność silnika. Turbodoładowane
silniki pozwalają oszczędzać masę pojazdu. Silnik wolnossący (bez turbo) o
takiej samej mocy musi być dużo większy, waży nawet dwa razy więcej od
silnika doładowanego, zwykle zużywa więcej paliwa.

Jak to działa?

Zasada działania turbosprężarki jest prosta. Turbo składa się z dwóch wirników
umieszczonych na wspólnym wale. Jeden z nich znajduje się w układzie
wydechowym i jest napędzany energią spalin wydobywających się z silnika.
Drugi z wirników znajduje się w przewodzie dolotowym. Dzięki specjalnie
wyprofilowanym łopatkom, pod wpływem ruchu obrotowego wału wtłacza on
do silnika powietrze pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego. Dzięki temu
silnik pracuje wydajniej. Dzieje się tak dlatego, że uzyskiwana moc zależy od
wielkości dawki paliwa spalonej w określonym czasie. Aby jednak spalanie było
efektywne, należy dostarczyć odpowiednią ilość tlenu. Do spalenia kilograma
paliwa potrzeba ok. 14 kilogramów powietrza. Większa ilość powietrza
wtłoczona do silnika powala spalić przy takich samych obrotach i takiej samej
pojemności silnika odpowiednio więcej paliwa. Mieszanka spala się dokładniej,
więc spaliny są mniej toksyczne.
Skoro to tak wspaniałe rozwiązanie, to dlaczego nadal nie trafiło pod maski
wszystkich samochodów? Okazuje się, że wynalazek prosty w teorii, w praktyce
niesie ze sobą sporo problemów. Turbosprężarka pracuje w niezwykle ciężkich
warunkach. Jej wirnik znajduje się w strumieniu spalin osiągającym nawet
ponad 1000°C. W dodatku wał turbiny obraca się z prędkościami dochodzącymi
do niewyobrażalnych 290 tys. obr./min. Stworzenie urządzenia, które to
wytrzyma, jest prawdziwym wyzwaniem dla konstruktorów. W dodatku cały
silnik musi być dostosowany do osiąganej wyższej mocy. Silniki doładowane
często mają wzmocniony układ korbowy, wydajniejsze chłodzenie i lepsze
smarowanie.
Innym problemem jest nierównomierna charakterystyka pracy silników z turbo.
Pierwsze takie konstrukcje słynęły z tzw. turbodziury. Zjawisko to polegało na
tym, że między dodaniem gazu a faktyczną reakcją silnika mijała dłuższa chwila.
Turbina potrzebowała czasu, zanim mogła dostarczyć do silnika powietrze pod
odpowiednim ciśnieniem. Kiedy to jednak następowało, samochód z
niesamowitym impetem rwał się do przodu. Kierowcy poszukujący podobnych
wrażeń w nowych autach będą rozczarowani. Dzięki udoskonalonej konstrukcji i
lepszemu sterowaniu zjawisko "turbodziury" zostało niemal całkowicie
wyeliminowane. Turbosprężarki wyposażone w zawory upustowe regulujące
ciśnienie doładowania lub systemy zmiennej geometrii turbiny dostarczają
właściwego ciśnienia przez cały czas. I teraz właśnie doszliśmy do sedna sprawy
– naszej turbinki VTG.
W każdym silniku tłokowym około 70% energii uzyskiwanej ze spalania paliwa
wydalana jest bezproduktywnie do atmosfery wraz ze spalinami.
Turbosprężarka nie tylko poprawia osiągi silnika, ale również podnosi jego
sprawność.
Niestety, jak to zwykle w technice bywa, nie ma konstrukcji idealnych, a więc i
klasyczna turbosprężarka ma wady. Przede wszystkim brakuje jej możliwości
„płynnej” zmiany ciśnienia doładowania cylindrów oraz charakteryzuje się
opóźnieniem w reakcji na wciśnięcie pedału gazu. Polega to na tym, iż po
gwałtownym wciśnięciu pedału gazu nie następuje natychmiastowy wzrost
mocy silnika. Dopiero po pewnej chwili jednostka napędowa gwałtownie
nabiera wigoru. Te wady dawały się szczególnie we znaki w pierwszych silnikach
Diesla z układem comon rail. Wymyślono więc turbosprężarkę o zmiennej
geometrii turbiny VTG.
Jej działanie polega na zmianie kąta ustawienia łopatek turbiny, dzięki czemu
nawet przy małym obciążeniu silnika i niskich jego obrotach praca
turbosprężarki jest bardzo efektywna. Ponadto stało się możliwe płynne
regulowanie ciśnienia doładowania.
W silnikach wysokoprężnych z turbosprężarkami VTG nie wyczuwa się
opóźnienia w działaniu, a moment obrotowy osiąga wysokie wartości już przy
bardzo niskich obrotach jednostki napędowej, wzrasta także jej moc.
Turbina o zmiennej geometrii, czyli z ang. Variable Turbine Geometry (VTG) lub
Variable Nozzle Turbine (VNT) [nazwy te używane są zamiennie przez
producentów i zazwyczaj oznaczają to samo] jest to turbo sprężarka, która różni
się od standardowego wykonania tym, że kąt natarcia spalin w stosunku do
łopatek jest w niej regulowany zależnie od obciążenia silnika. W tradycyjnej
turbinie nie było takiej opcji. Możliwość regulacji kąta natarcia pozwala na
optymalny dobór oporu łopatek i sprężania w zależności od zapotrzebowania.
W pewnym stopniu pozwala to na redukcję tak nielubianego efektu
turbodziury. Ponadto regulacja kątu natarcia strugi spalin pozwala również na
pracę przy wyższych prędkościach obrotowych niż w standardowym
rozwiązaniu.
Na poniższej ilustracji pokazano rozwiązanie zastosowane przez Audi w
silnikach z turbo doładowaniem. Wszystko tu odbywa się poprzez obrót łopatek
wylotowych. Obrót łopatek wywołuje się za pomocą słowniczka a raczej
regulatora ciśnienia (kolor beżowy) oraz odpowiedniej przekładni i pierścienia
sterującego kierownicami.



Jak zadbać o turbinę ?
Trwałość turbosprężarki zależy przede wszystkim od prawidłowej eksploatacji.
Po uruchomieniu silnika nie należy od razu wykorzystywać pełnej mocy
jednostki. Nie powinno się też od razu po jeździe gasić doładowanego silnika.
Turbo musi ostygnąć na wolnych obrotach. Jeżeli chwilę przedtem silnik był
mocno obciążony, wirnik sprężarki może obracać się nawet ponad 100 tys.
obr./min. Póki silnik pracuje, jest on smarowany i chłodzony olejem. Gdy
zostaje wyłączony natychmiast po zakończeniu forsownej jazdy, smarowanie
wirnika zostaje gwałtownie "odcięte". Dopóki nie zatrzyma się on (zajmuje to
kilkadziesiąt sekund lub nawet więcej), pracuje bez smarowania. To powoduje
szybkie zużycie.
Podobnie oszczędności dotyczące obsługi, wymiany płynów, olejów i
materiałów eksploatacyjnych zemszczą się szybko. Zużyty olej silnikowy może w
szybkim tempie doprowadzić do awarii całego zespołu, podobnie jak stary lub
nieoryginalny filtr powietrza. Wystarczy, że do wirnika przedostaną się drobiny
piasku lub oderwane fragmenty wkładu filtra. Wobec olbrzymiej prędkości
obrotowej turbiny siła uderzenia jest ogromna. Poważne zniszczenia są wtedy
nieuniknione.
Na zakończenie tego trochę przydługawego wstępu – kilka słów o objawach
awarii turbiny VTG:

OBJAWY AWARII TURBOSPRĘŻARKI
Utrata mocy silnika może świadczyć o uszkodzeniu wirnika lub o nieszczelności
w układzie dolotowym lub wydechowym.
Niebieski dym oznacza, że w silniku lub w turbinie spala się olej. Powodem
mogą być uszkodzone uszczelniacze, czyli bezpośredni problem z ciśnieniem w
komorze korbowej silnika – tzw. zapchana odmą.
Czarny dym to znak, że do komory spalania dociera zbyt mało powietrza lub
mieszanka jest zbyt bogata.
Podejrzane odgłosy świadczą najczęściej o uszkodzonym wirniku, zużytych
łożyskach lub obudowie turbiny.
Pamiętajmy o tym, że wirnik turbiny może mieć luz poprzeczny (nawet do około
1mm), ale luz tzw. osiowy (wzdłużny) jest całkowicie niedopuszczalny !!!
Koszt typowej naprawy turbiny auta osobowego to ok. 700 - 1000 zł.
Najdroższym elementem jest zazwyczaj wirnik spalinowy stanowiący całość z
wałem turbiny. Jego cena wynosi nawet 70 proc. wartości całej turbosprężarki.
Autoryzowane warsztaty samochodowe często oferują tylko wymianę turbiny,
co kosztuje sporo więcej niż regeneracja.zrodlo homikuj pl