CC BY
28Научная статья
УДК 621.43.052:001.891.7
Основные причины выхода из строя автомобильного
турбокомпрессора
Александр Юрьевич Малахов 1 Магомед-Шарип Магомедович Магомедов 2
1 2 Московский автомобильно-дорожныи государственный технический университет (МАДИ), Москва, Россия
Аннотация. В статье рассматриваются самые распространённые причины выхода из строя турбокомпрессора автомобиля и рассказывается о признаках, по которым их можно определить. Данная статья может стать наглядным пособием для экспертов (специалистов), производящих исследование причин выхода из строя автомобильного турбокомпрессора.
Ключевые слова: турбокомпрессор, причины отказа, люфт вала ротора, разрушение лопаток компрессорного и турбинного колеса, заклинивание механизма соплового аппарата переменного сечения.
Для цитирования: Малахов А. Ю., Магомедов М.-Ш. М. Основные причины выхода из строя автомобильного турбокомпрессора // Проблемы экспертизы в автомобильно-дорожной отрасли. 2023. № 2(7). С. 11-29.
Original article
The main reasons for the failure of an automobile
turbocharger
Аleksandr Yu. Malakhov 1 Мagomed-Sharip М. Мagomedov 2
1 2, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), Moscow, Russia
Abstract. The article discusses the most common causes of failure of automobile turbo-charger and describes the signs by which they can be determined. This article can become a visual aid for experts (specialists) conducting a study of the causes of failure of an automobile tur-bocharger.
Keywords: turbocharger, causes of failure, rotor shaft backlash, destruction of compressor and turbine wheel blades, jamming of the mechanism of the nozzle apparatus of variable cross-section
For citation: Malakhov А. Yu., Мagomedov М.-Sh. М. The main reasons for the failure of an automobile turbocharger. Automotive and Road expert evaluation. 2023;(2):11-29. (in Russ).
© Малахов А. Ю., Магомедов М.-Ш. М., 2023
Введение
В предыдущем выпуске журнала № 1(6) была опубликована статья, посвя-щённая назначению, принципу работы и устройству турбокомпрессора автомобиля [1]. В рамках этой статьи будут рассмотрены непосредственно причины, приводящие к выходу из строя автомобильного турбокомпрессора, а также показаны признаки, по которым можно сделать выводы о данных причинах. Основные причины выхода из строя турбокомпрессора Турбокомпрессор взаимодействует со множеством различных систем ДВС автомобиля (система впуска, выпуска, смазки, охлаждения и т.п.). Чаще всего, именно неисправная работа данных систем приводит к отказу турбокомпрессора. К основным причинам выход из строя автомобильного турбокомпрессора относится: 1. Загрязнение моторного масла абразивными частицами Одной из самых часто встречающихся причин выхода из строя турбокомпрессора автомобиля является наличие в моторном масле его ДВС абразивных частиц. К таким абразивным частицам относятся: продукты неполного сгорания топлива (в основном сажевые частицы); продукты разложения (срабатывания) металлсодержащих присадок масла; твердые шламовые отложения процесса деструкции моторного масла (кокс, нерастворимые оксиды и т.п.); частицы пыли из окружающей среды, а также продукты износа трущихся поверхностей деталей двигателя (деталей цилиндропоршневой группы, вкладышей коленчатого вала, постелей распределительных валов, шестерней и корпуса масляного насоса и т.п.).
Абразивные частицы вместе с моторным маслом через трубку подачи поступают к трущимся парам картриджа турбокомпрессора (рис. 1, 2).
Рис. 1. Абразивные сажевые частицы в трубке подачи моторного масла в картридж турбокомпрессора
Рис. 2. Абразивные сажевые частицы, поступающие в зазор между валом ротора и радиальным подшипником картриджа
Мельчайшие абразивные частицы превращают моторное масло в полирующую или шлифующую среду, которая приводит к изнашиванию трущихся поверхностей деталей турбокомпрессора. В результате происходит абразивный износ поверхности опорных шеек вала ротора (рис. 3), внутренней поверхности радиального подшипника (рис. 4), посадочной поверхности подшипника в корпусе картриджа (рис. 5), поверхности упорного подшипника в центральной части и пяты упорной втулки вала (рис. 6).
Рис. 3. Абразивный износ поверхности опорных шеек вала ротора турбокомпрессора в месте установки радиального подшипника
Рис. 4. Абразивный износ внутренней поверхности радиального подшипника
Рис. 5. Абразивный износ посадочной поверхности подшипника в корпусе картриджа
Рис. 6. Абразивный износ поверхности упорного подшипника в центральной части
и пяты упорной втулки вала
При загрязнении моторного масла продуктами износа трущихся поверхностей деталей ДВС в пары трения картриджа турбокомпрессора попадают более грубые металлические частицы. Данные частицы оставляют на трущихся поверхностях более глубокие царапины (рис. 7). Зачастую указанные металлические частицы можно обнаружить при разборке турбокомпрессора в мельчайших масляных каналах корпуса картриджа или его подшипников (рис. 8). В связи с этим рекомендуется всегда производить разборку турбокомпрессора в чистых условиях (исключающих попадание таких частиц извне) и детально исследовать все масля-
ные каналы картриджа и подшипников на наличие в них посторонних абразивных частиц.
Рис. 7. Глубокие царапины на поверхности вала ротора турбокомпрессора
в результате её контакта с металлическими частицами
Рис. 8. Металлические частицы, обнаруженные в масляном канале радиального подшипника картриджа
Основной признак попадания абразивных частиц в картридж турбокомпрессора - абразивный износ всех трущихся поверхностей. В результате износа поверхностей подшипников (радиального и упорного), а также поверхности их установки внутри корпуса картриджа, вал ротора турбокомпрессора приобретает чрезмерный люфт (осевой и радиальный). В результате чрезмерного люфта лопатки компрессорного (или турбинного) колеса начинают контактировать с внутренней поверхностью компрессорного (или турбинного) корпуса. Это приводит к боковым повреждениям (деформации и задирам) лопаток компрессорного колеса (рис. 9) и соответствующим повреждениям на внутренней поверхности компрессорного корпуса (рис. 10). При этом, турбокомпрессор при работе начинает издавать специфический звук в виде свиста, а из корпуса картриджа в компрессорный или турбинный корпус начинает вытекать моторное масло. Дальнейшая работа турбокомпрессора в таких условиях может привести к деформации и разрушению вала ротора.
Рис. 9. Боковые повреждения лопаток компрессорного колеса
Рис. 10. Повреждение внутренней поверхности компрессорного корпуса в результате контакта с лопатками компрессорного колеса
2. Деградация моторного масла
Моторное масло при работе постоянно подвергается агрессивному воздействию высоких температур, кислорода, водяного пара, продуктов горения топли-вовоздушной смеси, которые прорываются в картер. В моторное масло попадает несгоревшее топливо из цилиндров двигателя и продукты износа его трущихся деталей. Всё это приводит к деградации моторного масла, то есть к его окислению, разрушению и трансформации молекул базы. В результате в масле начинает образовываться нерастворимый осадок - шлам, а на нагретых металлических поверхностях формируются лакообразные (смолянистые) отложения. Конечно же такое образование лакообразных (смолянистых) отложений на поверхности вала ротора (рис. 11) и густых шламовых соединений внутри картриджа (рис. 12) приведут к нарушению процесса смазки трущихся поверхностей, потере несущей способности масляного клина подшипников, их перегреву и, в итоге, к выходу из строя турбокомпрессора.
Рис. 11. Лакообразные (смолянистые) Рис. 12. Густые шламовые отложения на
отложения на поверхности вала ротора деталях вала ротора картриджа
Лакообразные (смолянистые) отложения, образующиеся на поверхности вала ротора турбокомпрессора, не следует путать со следами перегрева (цветами побежалости) поверхности, которые образуются при острой нехватке моторного масла в картридже. Лакообразные (смолянистые) отложения стираются растворителем с поверхности вала ротора, а следы перегрева (цвета побежалости) - нет.
Основной причиной деградации моторного масла является его несвоевременная замена. Турбированные ДВС по сравнению с атмосферными являются более тяжело нагруженными. В связи с этим в таких ДВС необходимо использовать специальное моторное масло и производить его замену чаще, чем на атмосферных.
3. Острая нехватка моторного масла (масляное голодание) или низкое давление системы смазки ДВС
При недостаточном количестве моторного масла (при так называемом «масляном голодании») или же при его низком давлении в системе смазки ДВС нарушается процесс смазки и охлаждения трущихся поверхностей деталей турбокомпрессора. Масляный клин, разделяющий трущиеся детали картриджа турбокомпрессора, теряет свою несущую способность и продавливается, что приводит к сухому контакту металлических поверхностей. В случае острой нехватки моторного масла в турбокомпрессоре трущиеся поверхности сильно перегреваются с образованием следов перегрева (цветов побежалости) (рис. 13).
Рис. 13. Следы перегрева (цвета побежалости) на поверхности вала ротора
турбокомпрессора
При низком давлении моторного масла в системе смазки ДВС и продавли-вании масляного клина, поверхность вала ротора начинает локально контактировать с поверхностью подшипника. Смазка в данном месте локального контакта полностью исчезает, возникает сухое трение и задир поверхности (схватывание и отрыв материала). При этом на поверхности вала ротора, зачастую, образуется локальный участок наволакивания бронзового материала подшипника (рис. 14).
Рис. 14. Локальный участок наволакивания бронзового материала подшипника на валу ротора в результате задира
Схватывание поверхности подшипника с поверхностью вала ротора при таком задире также может привести и к разрушению вала. При этом вал ротора разрушается в месте его соединения с турбинным колесом (см. рис. 15).
Рис. 15. Разрушение вала ротора турбокомпрессора в результате схватывания его поверхности с поверхностью подшипника при задире
Центр масс всех вращающихся деталей турбокомпрессора располагается на опорной шейке вала ротора со стороны турбинного колеса (рис. 16). В связи с этим при низком давлении моторного масла в масляной системе ДВС радиальный подшипник опорной шейки вала со стороны турбинного колеса изнашивается в большей степени, чем другой радиальный подшипник со стороны компрессорного колеса.
Рис. 16. Центр масс всех вращающихся деталей турбокомпрессора
Острая нехватка моторного масла или его низкое давление в системе смазки может быть связана, например, с низким уровнем моторного масла в ДВС, с неисправностью масляного насоса, с забитой отложениями трубкой подачи масла к картриджу турбокомпрессора (рис. 17) или с загрязнением сеточки-фильтра этой трубки (рис. 18). В связи с этим рекомендуется при замене турбокомпрессора также менять и трубку подачи к нему моторного масла вместе с сеточкой-фильтром.
Рис. 17. Полностью забитая отложениями Рис. 18. Забитая отложениями
трубка подачи масла к турбокомпрессору сеточка-фильтр трубки подачи масла
к турбокомпрессору
Нехватка моторного масла между подшипником и валом турбокомпрессора может также произойти по причине нарушения правил эксплуатации автомобиля, в части резкого выключения двигателя после интенсивного движения. В случае, если автомобиль не оборудован турбо-таймером, после интенсивного движения необходимо обязательно дать поработать двигателю в течение нескольких минут на холостых оборотах. Это обеспечит плавное снижение скорости вращения вала ротора и необходимое охлаждение корпуса турбокомпрессора.
4. Попадание посторонних предметов (частиц)
Попадание посторонних предметов в турбокомпрессор может произойти как в компрессорную, так и в турбинную его части. В компрессорную часть посто-
ронний предмет может попасть со стороны впуска воздуха, например, через некачественно установленный или загрязнённый (повреждённый) воздушный фильтр, не герметичность патрубков впуска (повреждённый или плохо установленный патрубок). Посторонними предметами во впуске могут также быть фрагменты разрушенного компрессорного колеса предыдущего турбокомпрессора, которые не устранили после установки нового. Также данные посторонние предметы могут попасть во впуск в результате неаккуратной работы механика при выполнении каких-либо ремонтных работ, требующих демонтаж или подразбор-ку элементов впуска.
В случае, если попавший в компрессорную часть предмет имеет достаточно большой размер, происходит сильное разрушение всех лопаток компрессорного колеса (рис. 19). В случае, если в компрессорную часть попадает множество мелких посторонних частиц (например, частицы песка и пыли в неочищенном воздухе), то происходит изнашивание уголков лопаток компрессорного колеса с их скруглением (рис. 20).
Рис. 19. Разрушенные лопаток компрессорного колеса в результате попадания в компрессорный корпус постороннего предмета
Рис. 20. Повреждение уголков лопаток компрессорного колеса с их скруглением в результате попадания в компрессорную часть неочищенного воздуха
В компрессорную часть может попасть также ветошь или хлопчатобумажная перчатка (забытая механиком во впуске), что приведёт к повреждению лопаток в виде их деформации (рис. 21).
Рис. 21. Повреждение (деформация) лопаток компрессорного колеса в результате попадания в компрессорную часть хлопчатобумажной перчатки
В случае повреждения только одной лопатки компрессоного колеса, это может быть связано с попаданием в компрессорный корпус льдинки замершего во впускном патрубке конденсата воды (рис. 22).
Посторонние предметы (частицы) могут попасть и в турбинный корпус со стороны цилиндров ДВС. В этом случае, в первую очередь происходит повреждение входных боковых кромок лопаток турбинного колеса (рис. 23), так как они первыми контактируют с посторонними частицами в отработавших газах из цилиндров ДВС. Такими частицами могут быть фрагменты разрушенния днища поршня, поршневых колец, тарелок клапанов или их сёдел, свечей зажигания, элементов впускного коллектора или же твердые частицы сажи.
Рис. 22. Повреждение лишь одной лопатки компрессорного колеса в результате её контаткта с льдинкой из впускного коллектора
Рис. 23. Повреждение входных боковых кромок лопаток турбинного колеса в результате их контаткта с посторонними частицами из цилиндров ДВС [2]
При попадании постороннего предмета в компрессорный корпус турбокомпрессора возможно не только разрушение лопаток компрессорного колеса, но и разрушение вала ротора. При этом разрушение вала ротора происходит по месту концентратора напряжения - переход от большого диаметра к малому (рис. 24). Разрушение вала в данном месте может также произойти и по причине касания лопаток компрессорного колеса о стенку компрессорного корпуса на выскоких оборотах вращения.
Рис. 24. Место разрушения вала ротора турбокомпрессора в результате попадания в его компрессорный корпус постороннего предмета
5. Забитая выхлопная система автомобиля
Забитая выхлопная система автомобиля (каталитический нейтрализатор отработавших газов или сажевый фильтр) приводит к возникновению противо-
давления в системе выпуска. Указанное противодавление вызывает чрезмерную осевую нагрузку на вал ротора турбокомпрессора в направлении от турбинного колеса к компрессорному, а также перегрев турбокомпрессора. Чрезмерная осевая нагрузка на вал ротора приводит к изнашиванию центральной части упорного подшипника картриджа турбокомпрессора (рис. 25). Радиальные подшипники вала ротора при этом, как правило, не изнашиваются, или же изнашиваются в меньшей степени. Также чрезмерная осевая нагрузка и износ упорного подшипника приводит к контакту обратной стороны турбинного колеса с поверхностью газоотражающей тарелки с образованием на них соответствующих повреждений (рис. 26).
Рис. 25. Повреждение центральной части Рис. 26. Повреждение поверхности
упорного подшипника газоотражающей тарелки подшипника
6. Перегрев турбокомпрессора
Перегрев турбокомпрессора происходит по причине нарушения процесса сгорания топливовоздушной смеси, чаще всего, из-за неисправной работы топливной аппаратуры ДВС или же из-за использования в автомобиле некачественного топлива, а также по причине забитой выхлопной системы автомобиля (каталитического нейтрализатора отработавших газов или сажевого фильтра).
При перегреве турбокомпрессора основному тепловому воздействию подвергается турбинный корпус. Признаками перегрева турбокомпрессора являются: наличие следов перегрева на шейке вала ротора в месте его соединения с турбинным колесом, односторонние (со стороны турбинного колеса) следы перегрева на радиальном подшипнике (рис. 27), залегание (закоксовывание, износ) уплотни-тельных колец вала со стороны турбинной части, образование углеродистых отложений на обратной стороне турбинного колеса (рис. 28), прогар (деформация) газоотражающей тарелки (рис. 29); образование трещин в турбинном корпусе (рис. 30) и появление на его поверхности цветов побежалости.
Возможен также и общий перегрев всего турбокомпрессора по причине завоздушивания его внутреннего канала охлаждения картриджа (при наличии системы охлаждения корпуса картриджа) или из-за неисправности системы охдаждения всего ДВС автомобиля. В этом случае следы перегрева (цвета побежалости) присутвуют на всех деталях картриджа, даже на деталях его компрессорной (холодной) части.
Рис. 27. Односторонние (со стороны турбинного колеса) следы перегрева на радиальном подшипнике на радиальном подшипнике
Рис. 28. Образование углеродистых отложений на обратной стороне турбинного колеса
Рис. 29. Прогар газоотражающей тарелки турбокомпрессора
Рис. 30. Образование трещин в турбинном корпусе
7. Превышение допустимых оборотов вращения турбокомпрессора
Турбокомпрессор рассчитан на свою работу в определённом диапазоне допустимых оборотов вращения. При изготовлении и сборке турбокомпрессора производится точная балансировка вращения его вала ротора вплоть до максимальных оборотов его работы допустимых производителем. В случае превышения данных максимальных оборотов, турбокомпрессор «уходит в разнос» - вращение вала ротора с превышением допустимых производителем оборотов. При такой работе турбокомпрессора возникает неконтролируемый дисбаланс и чрезмерное биение вала ротора (ведь вал ротора при таких оборотах вращения не балансируется). В результате происходит очень быстрый износ подшипников картриджа, контакт лопаток компрессорного (или турбинного) колеса с внутренней поверхностью компрессорного (или турбинного) корпуса, разрушение вала ротора.
Как указывается в брошюре всемирно известного производителя Mahle «Турбокомпрессор: виды повреждений, причины и их предотвращение» [3], признаками превышения допустимых оборотов вращения вала турбокомпрессора являются также повреждения обратной поверхности компрессорного колеса (рис. 31) и разрушение компрессорного колеса на части (рис. 32). Алюминиевый сплав из которого изготавливается компрессорное колесо при чрезмерных оборотах вращения под действием центробежных сил начинает пластически деформиро-
ваться. Данные деформации превышают допустимый для материала предел текучести, и он начинает «течь» (рис. 33). В результате наружный диаметр компрессорного колеса увеличивается и его лопатки могут соприкоснуться с корпусом, что приведёт к разрушению колеса на части или разрушению вала ротора.
Рис. 31. Повреждения обратной Рис. 32. «Течь» (превышение предела
поверхности компрессорного [3] колеса текучести) алюминиевого материала колеса
Помимо этого, чрезмерная реактивная осевая сила, возникающая на турбинном колесе при работе турбокомпрессора с превышением допустимых оборотов, приводит к повреждению поверхности центральной части упорного подшипника, обращённой к компрессорному корпусу.
Ещё одним признаком работы турбокомпрессора с превышением допустимых оборотов вращения является выкрашивание входных кромок лопаток его турбинного колеса (рис. 34). Не стоит путать данные повреждения с повреждениями, полученными лопатками от попадания в турбинный корпус посторонних предметов со стороны ДВС. При критических оборотах вращения вала ротора лопатки турбинного колеса начинают испытывать вибрации 4-го порядка. Под данной вибрационной нагрузкой и высокой температурой отработавших газов входные кромки турбинного колеса начинают выкрашиваться.
Рис. 33. Разрушение компрессорного колеса Рис. 34. Выкрашивание входных кромок на части [4] колеса лопаток турбинного колеса [5]
Причины превышение допустимых оборотов вращения турбокомпрессора: - неправильно подобранная для конкретного ДВС модель турбокомпрессора;
- нештатное перепрограммирование электронного блока управления ЭБУ ДВС автомобиля («чип-тюнинг»);
- нештатная (неправильная) регулировка вестгейт клапана или механизма соплового аппарата переменного сечения турбокомпрессора;
- неисправность пневматического или электрического актуатора вестгейт клапана или актуатора управления механизмом соплового аппарата переменного сечения;
- неисправность (или неправильное подключение) электропневматического клапана управления актуатором вестгейт клапана или клапана управления ак-туатором механизма соплового аппарата переменного сечения; заклинивание лопаток соплового аппарата переменного сечения в положении «максимум наддува» (минимальный зазор между лопатками) из-за нагарооб-разных сажевых отложений (рис. 35); или из-за их механического повреждения посторонними предметами (рис. 36); или из-за деформации деталей механизма по причине перегрева турбинного корпуса.
Рис. 35. Заклинивание рычага штока актуатора управления механизма соплового аппарата переменного сечения (слева) и самого механизма (справа) из-за накопления
нагарообразных сажевых отложений
Рис. 36. Повреждение и деформация лопаток соплового аппарата переменного сечения из-
за их контакта с посторонним предметом
8. Производственные дефекты (некачественный восстановительный ремонт)
Возможные производственные дефекты турбокомпрессора: - выбор несоответствующего материала для изготовления деталей турбокомпрессора;
- металлургические производственные дефекты в структуре материала деталей турбокомпрессора (трещины, поры, раковины, неметаллические включения и т.п.);
- некачественная механическая обработка деталей турбокомпрессора (грубое (не точное) точение, сверление внутренних каналов и т.п.)
- некачественная сборка турбокомпрессора (несоблюдение моментов затяжки крепежных деталей, не установка каких-либо деталей, попадание посторонних предметов внутрь корпуса, неправильная регулировка вестгейт клапана или механизма соплового аппарата и т.п.);
- некачественная балансировка турбокомпрессора (или её полное отсутствие).
Из практики производства автотехнических экспертиз следует, что вероятность производственного дефекта турбокомпрессоров изготовленных всемирно известными фирмами производителями (Garret, IHI, Borg Warner, Holset и т.п.) весьма маловероятна. Связано это с высоким уровнем контроля производства и сборки турбокомпрессоров на указанных предприятиях. Шанс выявить производственный дефект более вероятно в неоригинальных (контрафактных) турбокомпрессорах.
Также более вероятны производственные дефекты турбокомпрессора, связанные с некачественно выполненными работами по его установке на автомобиль или же связанные с его некачественно произведённым восстановительным ремонтом. Напомним, что производственный (технологический) дефект (по ГОСТ Р 58197-2018) - это дефект, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта автомобиля [6].
Процедура установки турбокомпрессора на автомобиль не так проста, как многие думают.
Рекомендации по установке нового турбокомпрессора следующие:
1. В первую очередь нужно провести диагностику автомобиля, выяснить причину выхода из строя предыдущего турбокомпрессора и устранить её, иначе новый турбокомпрессор после установки выйдет из строя через короткий промежуток времени эксплуатации.
2. Проверить патрубки системы впуска и выпуска на наличие посторонних предметов (частиц), фрагментов разрушенного предыдущего турбокомпрессора. Проверить интеркулер на наличие в нём посторонних предметов и моторного масла. Промыть и очистить все перечисленные элементы.
3. Заменить воздушный фильтр, масляный фильтр и моторное масло. При необходимости промыть ДВС.
4. Проверить трубку подачи и слива моторного масла турбокомпрессора. При необходимости заменить их на новые. Заменить фильтр-сеточку трубки подачи моторного масла к турбокомпрессору.
5. Установить турбокомпрессор на двигатель. Недопустимо использование герметика на входном отверстии подачи моторного масла в картридж и выхлопном фланце турбокомпрессора. Используйте новые прокладки. Все болты (гайки) крепления турбокомпрессора должны быть затянуты моментами, указанными в технической документации производителя.
6. Заполнить входное отверстие масляного канала чистым моторным маслом перед подсоединением трубки подачи масла к турбокомпрессору. Несколько
раз вручную провернуть крыльчатку, чтобы масло попало на подшипники. Повторять данную операцию, пока масло не потечет из отверстия масляного канала картриджа турбокомпрессора.
7. Перед подсоединением шланга слива масла провернуть двигатель до получения устойчивого потока масла из канала дренажа, таким образом, предотвращая масляное голодание турбокомпрессора при запуске двигателя.
8. Перед запуском двигателя необходимо отключить подачу топлива и прокрутить двигатель стартером в течение 20-30 секунд для того, чтобы заполнилась масляная система.
9. Дать поработать двигателю на оборотах холостого хода 5-10 минут после установки турбокомпрессора. Это предотвратит повреждение подшипников, и будет достаточным для того, чтобы удалить любые остаточные загрязнения из системы смазки и корпуса картриджа.
Выполнение вышеуказанных рекомендаций позволит исключить возможные причины повторного выхода из строя нового турбокомпрессора после его установки, а также позволит избежать возможный первый запуск турбокомпрессора «на сухую» (без заполнения картриджа необходимым количество моторного масла). Использование герметика на входном отверстии подачи моторного масла в картридж турбокомпрессора может привести к тому, что его фрагменты попадут во внутренние масляные каналы корпуса картриджа (или масляные каналы его подшипников) и перекроют их.
К недостаткам восстановительного ремонта турбокомпрессора, которые чаще всего приводят к его выходу из строя, можно отнести:
а) неправильно подобранные детали. Например, подобранные подшипники скольжения (не того размера, не того вида) (рис. 37), или же попытка установить в картридж вал ротора от другой модели, или же неправильно подобранные уплотнительные кольца вала ротора (с отсутствием теплового зазора в замке) (рис. 38). Установка уплотнительных колец без наличия теплового зазора приведёт к утечкам моторного масла из картриджа турбокомпрессора в турбинный корпус.
Установленный во время ремонта подшипннк (без масляных отверстий)
Подшипник предусмотренный производителем (с масляными отверстиями)
Подвод масла к одной рабочей части радиального подшипника
Подвод масла к другой рабочей части радиального подшипника
Рис. 37. Пример неправильно подобранного для восстановительного ремонта турбокомпрессора радиального подшипника
К
Рис. 38. Неправильно подобранныеуплотнительные кольца (без тепловых зазоров в замке)
вала ротора турбокомпрессора
Иногда, при отсутствии необходимых ремонтных деталей мастера прибегают к способу подгонки к восстанавливаемому турбокомпрессору имеющихся в наличие деталей, совершенно от других моделей турбокомпрессора. Такой пример показан на рис. 39. Не найдя подходящий вал ротора, мастер решил подогнать имеющийся в наличие вал от другой модели турбокомпрессора путём точения вручную каждой лопатки его турбинного колеса;
Рис. 39. Точение вручную каждой лопатки турбинного колеса с целью подогнать вал ротора под восстанавливаемый турбокомпрессор
б) некачественная мойка и очистка турбокомпрессора.
Некачественная очистка турбинного корпуса турбокомпрессора от твердых нагарообразований может привести к контакту с ними лопаток турбинного колеса в эксплуатации. Некачественная мойка и очистка механизма соплового аппарата переменного сечения VANT от сажи может привести к его заклиниванию в процессе работы. Иногда после некачественной дробеструйной очистки и мойки турбокомпрессора в его турбинном корпусе можно обнаружить частицы дроби, которые при установке и эксплуатации турбокомпрессора привели к повреждению лопаток его турбинного колеса;
в) отсутствие надлежащего контроля за состоянием и геометрией деталей турбокомпрессора.
В обязательном порядке при ремонте турбокомпрессора необходимо надлежащее контролирование состояния геометрии всех его деталей (ровность
вала ротора, диаметр паза в картридже под уплотнительное кольцо (рис. 40), диаметр посадочного места радиального подшипника в корпусе картриджа и т.п.). Нарушение геометрии деталей турбокомпрессора приведёт к его отказу или утечкам моторного масла из картриджа. Сюда же можно также отнести и повреждение деталей турбокомпрессора в результате его небрежной сборки;
Сильный износ (выработка) боковой поверхности паза под уплотнительное кольцо с одной стороны
Рис. 40. Пример отсутствия надлежащего контроля при восстановительном ремонте за состоянием геометрии посадочного пазауплотнительного кольца в картридже турбокомпрессора (это привело к утечкам моторного масла из картриджа
в эксплуатации)
г) некачественная балансировка деталей турбокомпрессора или его картриджа в сборе (или полное отсутствие балансировки картриджа).
В связи с тем, что турбокомпрессор вращается с очень высокими оборотами, его детали подвергаются тщательной балансировке. Сначала балансируются отдельно компрессорное колесо и турбинное колесо с валом, затем балансируют весь картридж в сборе (за исключением некоторых грузовых «малооборотистых» турбокомпрессоров). Для правильной балансировки турбокомпрессора необходимы специальные дорогостоящие балансировочные стенды. Некоторые ремонтные сервисы таких стендов не имеют, в связи с чем балансировку турбокомпрессора не производят, что, с очень большой долей вероятности, приведёт к выходу из строя турбокомпрессора при его работе на автомобиле. Признаком балансировки картриджа турбокомпрессора в сборе является наличие на гайке его вала ротора следа в виде среза металла (рис. 41). Если такой след на гайке вала ротора отсутвует, то с большой долей вероятности можно заключить, что картридж не подвергался окончательной балансировке в сборе.
К слову, данная гайка вала ротора имеет левостороннюю резьбу. Таким образом, при штатном вращение вала ротора гайка самозатягивается и никак не может самостоятельно открутиться в обратную сторону. Гайка может открутиться только за счёт сил инерции при резкой остановке вала ротора. Это может произойти либо за счёт схватывания (приваривания) шеек вала ротора с поверхностью радиального подшипника, либо же за счёт попадания под лопатки турбинного колеса постороннего предмета.
Другим примером некачественной балансировки может служить грубая (не аккуратная) балансировка компрессорного колеса, показанная на рис. 42. Неаккуратный глубокий срез металла компрессорного колеса привёл к его разрушению при эксплуатации;
Рис. 41. След в виде среза металла на гайке вала ротора, свидетельствующий о балансировке картриджа в сборе
Рис. 42. Некачественная незаводская балансирока компрессорного колеса, приведшая к его разрушению
д) некачественная (ненадлежащая) регулировка открытия вестгейт клапана и рабочих положений механизма соплового аппарата переменного сечения VANT (или отсутствие ремонта их актуаторов). Для правильной регулировки открытия вестгейт клапана и рабочих положений механизма соплового аппарата переменного сечения VANT, помимо того, что необходимо иметь специальное оборудование и специальные стенды, также нужно знать предусмотренные производителем регулировочные данные. Многие сервисы, занимающиеся ремонтом турбокомпрессоров такого оборудования и стендов, не имеют, и предусмотренные производителем регулировочные данные у них отсутствуют, в связи с чем регулировка турбокомпрессоров ими производится «на глаз». Соответственно, в дальнейшем после установки такого «отрегулированного» турбокомпрессора на автомобиль, он либо не будет создавать нужного давления наддува, либо же может «пойти в разнос» (уйти в режим превышения допустимых оборотов вращения). То же самое может произойти и по причине отсутствие контроля при ремонте за состоянием актуаторов. Их исправность обязательно нужно проверить, и при выявлении необходимости ремонта либо восстанавливать их, либо же менять на новые.
Заключение
В статье были рассмотрены самые распространённые причины выхода из строя турбокомпрессора автомобиля и показаны признаки, по которым их можно определить. Данная статья будет полезной для экспертов (специалистов), проводящих исследование причин выхода из строя автомобильного турбокомпрессора. В следующем номере журнала выйдет статья, посвящённая методике экспертизы турбокомпрессоров автомобиля.
Список источников
1. Малахов, А. Ю. Назначение, принцип работы и устройство турбокомпрессора автомобиля / А. Ю. Малахов, М. Ш. М. Магомедов // Проблемы экспертизы в автомобильно-дорожной отрасли. - 2023. - № 1(6). - С. 11-25. - EDN UXWWQY.
2. Самохин, С. Вскрытие показало... Часть 3. Попадос / С. Самохин, И. Ермоленк // АБС-Авто. - 2016. - № 227 февр. - URL: https://abs-magazine.ru/artide/vskrytie-pokazalo-chast-3-popados (дата обращения: 24.04.2023).
3. Turbocharger: damage profiles, causes, and preventio. - URL: https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-north-america/pdfs-&-thumbnails / catalogs-and-literature/turbochargers/turbo-damage-brochure-mo-2-612.pdf (дата обращения: 25.04.2023).
4. Всё про турбокомпрессоры, или нагнетатель обстановки // За рулем. - URL: https: / / www.zr.ru/content/articles/904974-nagnetatel-obstanovki/?ysclid=lf0w3c3n6m615960379 (дата обращения: 02.05.2023).
5. Самохин, С. Вал - пополам, турбина - вдребезги... / С. Самохин, И. Ермоленк // АБС-Авто. - 2017. - № 242 май. - URL: https://abs-magazine.ru/article/val-popolam-turbina-vdrebezgi (дата обращения: 10.05.2023).
6. ГОСТ Р 58197-2018. Порядок проведения экспертизы качества автомототранспортных средств. - Москва: ФГУП «Стандартинформ», 2018. - 24 с.
Referens
1. Malakhov A.Yu., Magomedov M.-Sh.M. Automotive and Road expert evaluation, 2023, no. 1(6), pp. 11-25.
2. Samohin S., Ermolenk I. ABS-Avto, 2016, no. 226 Feb., available at: https://abs-magazine.ru/article/vskrytie-pokazalo-chast-3-popados (24.04.2023).
3. Turbocharger: damage profiles, causes, and preventio, available at: https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-north-america/pdfs-&-thumbnails/catalogs-and-literature/turbochargers/turbo-damage-brochure-mo-2-612.pdf (25.04.2023).
4. Vsyo pro turbokompressory, ili nagnetatel obstanovki, available at: https://www.zr.ru/content/articles/904974-nagnetatel-obstanovki/?ysclid=lf0w3c3n6m615960379 (02.05.2023).
5. Samohin S., Ermolenk I. ABS-Avto, 2017, no. 242 May, available at: https://abs-magazine.ru/article/val-popolam-turbina-vdrebezgi (10.05.2023).
6. Poryadok provedeniya ekspertizy kachestva avtomototransportnyh sredstv, GOSTR 58197-2018 (The procedure for conducting an examination of the quality of motor vehicles, State Standart R 58197-2018), Moscow, FGUP Standartinfo, 2018, 24 p.
Информация об авторах
А. Ю. Малахов - кандидат технических наук, заведующий лабораторией МАДИ.
М.-Ш. М. Магомедов - студент МАДИ.
Information about the authors
А. Yu. Malakhov - Candidate of Sciences (Technical), Head of the laboratory MADI.
М.-Sh. М. Мagomedov - student MADI.
Статья поступила в редакцию 20.05.2023; одобрена после рецензирования 08.06.2023; принята к
публикации 08.06.2023.
The article was submitted 20.05.2023; approved after reviewing 08.06.2023; accepted for publication
08.06.2023.
