Турбина дизельного двигателя 2.2 Freelander, Evoque, Discovery Sport

Сегодня поговорим о турбокомпрессорах дизельного двигателя, который устанавливается на автомобилях Freelander 2, Discovery Sport, Range Rover Evogue.


Данный вид турбокомпрессоров состоит из следующих основных элементов:
— картридж с крыльчатками, подшипниками и валом в сборе;

— компрессорная улитка с блоком изменения производительности потока нагнетаемого воздуха (так называемая геометрия);


— турбинная улитка;

— сервопривод и тяга управления производительностью компрессора (геометрией).

Надежность данного агрегата весьма высокая. Но характер эксплуатации каждого автомобиля разный и в сервисной практике встречаются различные поломки данного турбокомпрессора.
Рассмотрим сегодня случаи выхода из строя отдельных элементов данного турбокомпрессора и ответим на вопросы:
1. Что выходит из строя в турбине?
2. Какие симптомы выхода из строя турбокомпрессора?
3. Возможно ли отремонтировать старый турбокомпрессор?
4. Сколько стоит ремонт турбокомпрессора?
5. Какая альтернатива есть у владельца автомобиля в случае поломки турбокомпрессора?

Что выходит из строя в турбине ?
Картридж с крыльчатками, подшипниками и валом в сборе выходит из строя не так часто (не считая случаев когда лопатки крыльчаток разрушаются посторонними предметами и частицами, прилетевшими из коллектора или воздушного фильтра, или же случаев повышенного износа геометрии и лопатки повреждают лепестки компрессорного колеса) и как правило, вследствие упущенного уровня масла или качества масла в двигателе или перегрева турбокомпрессора (гоним, гоним, потом останавливаемся и не даем мотору поработать на холостых оборотах, а сразу глушим его, меняем масло в двигателе и т.д.).
Турбинная улитка выходит из строя вследствие старения и появления трещин и раковин на рабочих поверхностях металла.
Компрессорная улитка с блоком изменения производительности потока нагнетаемого воздуха (так называемая геометрия) — выходит из строя прежде всего вследствие естественного износа подвижных элементов (лопаток, осей и т.д.), а также вследствие формирования в ней твердых частиц от угара масла и выхлопных газов. Образуется данный шлак следующим образом: между воздушным фильтром и впускным патрубком турбокомпрессора врезана система вентиляции картерных газов двигателя, при работе которой образуется не только масляный туман, но прежде всего выхлопные газы, прорвавшиеся через поршневые кольца в картер двигателя. Впускная часть турбины при работе разогревается до температуры свыше 200 градусов Цельсия. Вот эти факторы и образуют шлаки на лопатках и корпусе геометрии, что и приводит к ее износу.
Сервопривод и тяга управления производительностью компрессора (геометрией) выходит из строя, как и вся электроника — износ или отказ электрической части (якорь, щетки, окисел и т.д.). Или износ механической части шестеренок привода, люфты и т.д.
Довольно-таки редко нам приходится менять или ремонтировать данные турбокомпрессоры вследствие отказа работы механической части, а именно вследствие износа вала, подшипников, крыльчаток, появления посторонних шумов при работе турбокомпрессора. Бывают поломки оси картриджа, но в любом случае такие неисправности возникают в данной модели турбины не так часто.
Намного чаще выходят из строя элементы управления геометрией — сервопривод привода геометрией и тяга сервопривода. Оригинальный сервопривод как деталь не поставляется отдельно производителем Land Rover на рынок. И очень редко когда предприятия по ремонту турбокомпрессоров могут отремонтировать или заменить данную деталь.
Какие симптомы выхода из строя турбокомпрессора?
Опишем лишь те симптомы, которые может ощутить владелец автомобиля не заезжая в сервисный центр:
— посторонние шумы, свист при работе компрессора;
— потеря мощности;
— черный дым из выхлопной трубы;
— сильный запах выхлопных газов в салоне автомобиля.
— надпись на панели приборов «Ограничение мощности», а также горящая лампа «Check Engine».
При возникновении любого из данных симптомов есть большой резон посетить сервис и как можно скорее.
Возможно ли отремонтировать старый турбокомпрессор? Точнее когда имеет смысл ремонтировать турбину?
При выходе из строя картриджа и его компонентов (крыльчатки, подшипник, вал) ремонтировать турбину имеет смысл. Качественная диагностика возможна.
Если компрессорная улитка с блоком изменения производительности потока нагнетаемого воздуха (так называемая геометрия) имеет значительные люфты или механические повреждения, то ремонт невозможен, т.к. отдельные элементы данной конструкции не поставляются и ни одна ремонтная организация не сможет выполнить данный ремонт квалифицированно и экономически обосновано. Поэтому в данном случае меняем турбокомпрессор целиком. Качественная диагностика невозможна.
В случае появления трещин на турбинной улитке ее необходимо менять. Качественный ремонт невозможен из-за материала улитки и больших температурных нагрузок при работе. Качественная диагностика возможна.
При выходе из строя сервопривода управления геометрией ремонт турбокомпрессора целесообразен и возможен. Если вышла из строя тяга управления производительностью компрессора (геометрией), то ремонт также возможен и целесообразен. Качественная диагностика возможна.
Обращаем особое внимание на то, что очень редко, даже крайне редко в турбине изнашивается один элемент и сохраняют свою работоспособность остальные элементы. Поэтому при диагностике турбины многие ремонтные организации найдя отклонения в основном элементе — картридже, фактически не исследуют остальные элементы турбокомпрессора.
Наиболее распространенная ошибка такого рода возникает при замене картриджа и отсутствии хорошей диагностики геометрии турбины или управления геометрией турбины.
Как обычно происходит развитие событий:
— владелец автомобиля передает турбокомпрессор в ремонтную организацию;
— ремонтная организация производит любимейший вид работ по турбинам — замена картриджа и приведение внешнего вида турбокомпрессора в состояние нового (пескоструйная обработка, окраска и т.д.), но без реальной диагностики геометрии турбины;
— владелец ставит турбина на автомобиль;
— сразу или почти сразу турбина вновь дает сбои и высвечиваются ошибки по превышению предельного значения давления или наоборот недостаточному давлению;
— турбина демонтируется и при исследовании крыльчатки компрессорного колеса выявляется факт повреждения лепестков;
— турбина передается в организацию, которая проводила ремонт турбины и наступает самый главный момент.
Организация делает вывод о том, что в турбину что-то прилетело извне (из воздушного фильтра или впускного тракта).
Выводы такого рода в большинстве случаев бывают неверными в силу того, что обычно сами лопатки геометрии при большом износе касаются лопастей крыльчатки и повреждают новый картридж.
В качестве выводов по теме отметим, что к ремонту данного вида турбокомпрессора нужно подходить с повышенным вниманием!
Сколько стоит ремонт турбокомпрессора?
В большинстве случаев стоимость ремонта не превышает 70% от стоимости новой неоригинальной турбины. Но случаи бывают разные.
Какая альтернатива есть у владельца автомобиля в случае поломки турбокомпрессора?
Установка нового оригинального компрессора — с именем Land Rover, но дорогого.
Установка товара заменителя — без имени Land Rover, но по приемлемой цене.
Ремонт турбокомпрессора — по самой приемлемой цене, но с особым вниманием к предварительной диагностике деталей.

Полноценный ремонт Ленд Ровер в специализированном сервисе LR-King!

Турбина дизельного двигателя 2.2 TD4 Freelander 2

А – воздухозабор из воздушного фильтра; B – сжатый воздух к охладителю наддувочного воздуха; C – впуск отработавших газов; D – выпуск отработавших газов

1 – питающий маслопровод; 2 – корпус компрессора; 3 – вращающееся электронное исполнительное устройство (REA); 4 – рычажный привод исполнительного устройства регулировки положения лопаток; 5 – корпус турбины; 6 – опорный кронштейн турбокомпрессора; 7 – трубопровод возврата масла; 8 – выпускной коллектор.

Дизельный двигатель 2.2 TD4 Freelander 2 характеризуется наличием турбокомпрессора Garrett с регулируемым сопловым аппаратом и вращающимся электронным исполнительным устройством (REA).

Турбокомпрессор – это устройство для увеличения мощности мотора за счет большего количества подаваемого в цилиндры воздуха.

Турбокомпрессор установлен на выпускной коллектор на правой стороне дизельного двигателя 2.2 TD и крепится к блоку цилиндров с помощью кронштейна. Маслопровод с ниппельным соединением типа «банджо» устанавливается между выпускным портом на правой стороне блока цилиндров и верхней частью корпуса турбокомпрессора. Он обеспечивает подачу масла под давлением к подшипникам турбокомпрессора. Маслопровод, закрепленный в нижней части турбокомпрессора, подсоединен к масляному картеру и направляет возвращаемое масло из турбокомпрессора в масляный картер. Над турбокомпрессором и выпускным коллектором установлен теплозащитный экран, служащий для защиты других элементов и предотвращения случайного контакта с горячими элементами системы выпуска.

Турбокомпрессор включает в себя турбину и компрессорное колесо, установленные на общем валу. Они заключены в литой корпус. Общий вал поддерживается двумя полуплавающими подшипниками. Литой корпус образует две камеры, которые плотно окружают компрессорное и турбинное колеса. Турбинное колесо расположено в потоке отработавших газов от дизельного двигателя 2.2 TD и системы выпуска. Компрессорное колесо расположено в потоке впускаемого воздуха между воздушным фильтром и выпуском к охладителю наддувочного воздуха.

Турбина (автомобильная) – это устройство использующее отработанные газы (выхлопные газы) для увеличения давления внутри впускной камеры.

При работе турбокомпрессора турбина и вал компрессора могут достигать частоты вращения более 200 000 об/мин и обеспечивать давление наддувочного воздуха (наддува) до 1,7 бар. Внутри турбинной камеры могут быть генерированы давление перед турбиной 3 бара и температура 800°C.

Компрессор – это устройство, которое предназначено для сжатия и подачи воздуха, а также других газов под давлением.

A – низкая частота вращения коленчатого вала двигателя; B – средняя частота вращения коленчатого вала двигателя; C – максимальная частота вращения двигателя

1 – модуль управления двигателем ECM; 2 – вращающееся электронное исполнительное устройство; 3 – вращающееся регулировочное кольцо; 4 – регулируемые лопатки; 5 – турбинное колесо.

К корпусу компрессора крепятся элементы REA, которые соединяются рычажным механизмом с вращающимся регулировочным кольцом, расположенным в корпусе турбины. По внутреннему периметру вращающегося регулировочного кольца размещен комплект радиальных регулируемых лопаток. Регулируемые лопатки расположены так, чтобы прерывать поток отработавших газов из двигателя, перед турбинным колесом.

REA управляется непосредственно модулем управления дизельным двигателем 2.2 TD (ECM). ECM постоянно управляет положением исполнительного устройства, используя входную информацию от различных датчиков, установленных на дизельном двигателе 2.2 TD и автомобиле. Датчик обратной связи в REA постоянно информирует ECM о положении исполнительного устройства при работе турбокомпрессора. Когда регулируемые лопатки не в состоянии достигать запрашиваемого положения, в памяти ECM регистрируется диагностический код неисправности (DTC).

Принцип работы

Турбокомпрессор использует энергию потока отработавших газов от дизельного двигателя 2.2 TD для обеспечения подачи сжатого воздуха к системе воздухозабора. Регулируемые лопатки позволяют турбокомпрессору создавать требуемое давление наддува для впускаемого воздуха для текущих рабочих условий дизельного двигателя 2.2 TD.

Дизельный двигатель 2.2 TD с турбонаддувом обеспечивает следующие преимущества над обычным дизельным двигателем с прямым забором воздуха:

• Более высокий объемный КПД
• Повышенные мощность и крутящий момент двигателя
• Уменьшение расхода топлива
• Уменьшение токсичности выхлопа
• Использование энергии отработавших газов
• Отсутствие зависимости от высоты над уровнем моря
• Ограниченные периоды повышенного наддува для непосредственных запросов двигателя

Реагируя на сигналы от различных датчиков, ECM управляет REA, чтобы приводить в действие вращающееся регулировочное кольцо. Перемещение регулировочного кольца изменяет угол наклона регулируемых лопаток, чтобы отклонять поток отработавших газов к внутреннему центру или наружному краю турбинного колеса.

Максимальное положение регулируемых лопаток турбокомпрессора (полностью открытое положение) — это также аварийное положение по умолчанию, в случае наличия электрической проблемы. REA будет перемещать регулируемые лопатки в полностью открытое положение, чтобы предотвратить повреждение дизельного двигателя 2.2 TD вследствие повышенного давления наддува.

Низкая частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD

При низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя объем отработавших газов, выходящих из дизельного двигателя 2.2 TD, низок. Лопатки перемещаются в закрытое положение, чтобы направить поток отработавших газов к наружному краю турбинного колеса. Закрытое положение лопаток обеспечивает уменьшение пропускной способности для потока газов и увеличивает скорость газов, идущих к турбинному колесу. Скорость турбинного колеса увеличивается, соответственно увеличивая количество наддувочного воздуха (давление наддува), подаваемого от компрессора.

Средняя частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD

Когда частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD и объем отработавших газов увеличиваются, лопатки перемещаются в открытое положение, чтобы направить поток отработавших газов к центру турбинного колеса. Лопатки не ограничивают поток отработавших газов и поэтому скорость газов зависит от частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD. Скорость турбинного колеса поддерживается благодаря увеличению скорости газов, выходящих из двигателя и направляемых к центральной зоне турбинного колеса.

Максимальная частота вращения дизельного двигателя 2.2 TD

При максимальной частоте вращения двигателя объем отработавших газов, выходящих из дизельного двигателя 2.2 TD, высок. Лопатки перемещаются в направлении полностью открытого положения и не воздействуют на скорость газа. Поток отработавших газов контактирует с центральной зоной турбинного колеса, чтобы поддерживать скорость турбинного колеса и давление наддува от компрессора.

Повышенное давление наддува

В процессе резкого ускорения турбокомпрессор должен в течение ограниченного периода времени создавать повышенное давление наддува, чтобы удовлетворять текущим потребностям подачи топлива к дизельному двигателю 2.2 TD. ECM будет запрашивать REA с целью перемещения регулируемых лопаток в закрытое положение, чтобы увеличить скорость турбинного колеса, уже вращающегося с высокой скоростью. Состояние повышенного давления наддува допускается модулем ECM в течение ограниченного периода.

Датчик барометрического давления

На большой высоте над уровнем моря турбокомпрессор будет работать обычно, но вследствие более низкого наружного давления турбина и компрессор могут иметь склонность к превышению допустимой частоты вращения. В ECM расположен датчик барометрического давления, служащий для предотвращения возникновения повышенного давления наддува и возможного повреждения двигателя в этих условиях. ECM открывает регулируемые лопатки в фазе открывания раньше, чтобы удовлетворить условиям высоты автомобиля над уровнем моря.

Смазка турбокомпрессора

Запросы быстрого ускорения и замедления турбокомпрессора зависят от устойчивости расхода чистого масла. Масло, подаваемое системой смазки дизельного двигателя 2.2 TD, обеспечивает смазку вала и подшипников турбокомпрессора, при этом также действуя в качестве охлаждающей жидкости для центрального корпуса турбокомпрессора.

Для поддержания предполагаемого срока службы турбокомпрессора следует заменять моторное масло через регулярные интервалы обслуживания, используя для этих целей масло рекомендуемого качества в требуемом количестве. Масло должно иметь свободный проход через турбокомпрессор и возможность неограниченного возвращения в масляный картер.