Причины расхода масла

Одной из типичных неисправностей турбокомпрессора является выброс моторного масла во впускной коллектор (или в интеркулер, если он есть) или в выхлопную систему. Но всегда ли при таких симптомах можно однозначно судить о неисправности турбины? Нет, далеко не всегда. Существует ряд причин, по которым даже полностью исправный турбокомпрессор выбрасывает масло в горячую или в холодную улитку, или в обе сразу.

Рассмотрим конструкцию одного из самых распространенных по применяемости на легковых автомобилях турбокомпрессора производства Garrett GT15 (см.рис.1). Внутренняя полость корпуса подшипников турбокомпрессора (22) изолирована от системы впуска двигателя уплотнительным кольцом (6), от системы выпуска - уплотнительным кольцом (5). Но, несмотря на то, что эти кольца помогают избежать утечек масла (особенно на холостом ходу двигателя, когда обороты ротора турбокомпрессора невысокие), они в действительности не являются основными масляными уплотнениями. Их нужно рассматривать как элементы, затрудняющие утечку воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом подшипников. В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе подшипников. Часть газов из турбины и часть воздуха, сжатого в компрессоре, попадают в корпус подшипников и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.

турбина

Рис. 1 - Схема турбокомпрессора Garrett GT15

1. Journal Bearing (Slender Shaft) - радиальный подшипник скольжения

2. Spiral snap ring (Brg retainer) - спиральное пружинное стопорное кольцо

3. 'O' Ring Insert (Square) - манжета уплотнительного диска (квадратного сечения)

4. 'O' Ring Brg Hsg to CC - манжета корпуса компрессора

5. Piston Ring (Turbine End) - уплотнительное кольцо (сторона турбины)

6. Piston Ring (Comp 10mm) - уплотнительное кольцо (сторона компрессора)

7. Thrust Flinger (10-pad /10mm P/Ring) - наружная упорная втулка

8. Thrust Collar (10-pad) - упорная внутренняя втулка

9. Anti rotation pin (journal brg) - противопроворотный штифт радиального подшипника

10. Thrust Bearing (New 360 degree 10-pad) - упорный подшипник

11. Shaft nut LHT - гайка вала с левой резьбой

13. Locking screw (s/plate to brg hsg) - крепежный винт

14. Bolt (Turb Hsg) - болт крепления корпуса турбины

20. Compressor Wheel - колесо компрессора

21. Shaft & Wheel - вал с колесом турбины

22. Bearing Housing - корпус подшипников

23. Seal Plate - уплотнительный диск

 

Основные масляные уплотнения турбокомпрессора являются уплотнениями динамического типа, работающие на основе использования центробежных сил для предотвращения утечек масла из корпуса подшипников. Рассмотрим динамическое уплотнение со стороны турбины. На валу со стороны турбинного колеса выполняются две канавки (рис.1 поз.21, фото1). Канавка, расположенная ближе к турбинному колесу, предназначена для установки в нее уплотнительного кольца (рис.1 поз.5, фото1). Вторая канавка и разница диаметров D и d (фото1) выполняют роль динамического масляного уплотнения. Отработанное масло под действием центробежных сил разбрызгивается внутри корпуса подшипников и далее стекает через маслосливное отверстие турбокомпрессора.

ремонт турбины

Фото 1. Ротор турбокомпрессора

 

Аналогично работает динамическое масляное уплотнение со стороны компрессора, роль которого выполняет разница диаметров наружней упорной втулки (рис.1 поз.7).

Использование иных масляных уплотнений в турбокомпрессорах (например сальников, манжет и т.д.) не представляется возможным из-за огромных скоростей вращения валов, при которых контактные системы уплотнений во-первых создадут слишком большое сопротивление вращению вала, во-вторых слишком быстро выйдут из строя. Правда существуют так называемые карбоновые масляные уплотнения - аналог сальниковых уплотнений (такие уплотнения применяются в автомобильных водяных насосах-``помпах``), но карбоновые уплотнения применяются только на низкооборотистых турбинах (до 80 тыс. об/мин), и то далеко не на всех.

Итак, основным условием нормальной работы турбокомпрессора (в плане отсутствия утечек масла) является нормальная работа его динамических уплотнений. Динамические уплотнения, в свою очередь, могут нормально работать только в воздушном пространстве, то есть только тогда, когда внутренняя полость корпуса подшипников свободна от моторного масла. Если корпус подшипников по каким-либо причинам заполняется ("подпирается") маслом или нарушается баланс давлений внутри корпуса подшипников и извне его, динамические уплотнения практически перестают работать, происходит утечка масла через уплотнительные кольца в корпус комрессора и в корпус турбины.

Рассмотрим причины, по которым возникает такая ситуация.

  • Первая причина (на мой взгляд, наиболее распространенная): Не работает (или плохо работает) по каким-либо причинам система вентиляции картера двигателя. Система вентиляции картера любого двигателя внутреннего сгорания предназначена для устранения избыточного давления в картере двигателя, возникающего вследствие прорыва газов из камеры сгорания в картер при работе двигателя. Патрубок вентиляции картера любого ДВС подключаестя к зоне пониженного давления (т.е. разряжения). В нетурбированных двигателях это, как правило, впускной коллектор, в двигателях с турбонаддувом-это всасывающий патрубок турбокомпрессора. Сливная масляная магистраль турбокомпрессора подключается к масляной системе двигателя, как правило, ниже нормального уровня масла в картере. Таким образом, если в картере возникает избыточное давление картерных газов, масло не может нормально сливаться по сливной магистрали турбокомпрессора, оно ``подпирается`` в корпусе подшипников со всеми вытекающими отсюда последствиями. Причиной этого может быть сильная закоксованность масляного сепаратора системы вентиляции картера, закоксованность патрубка системы вентиляции картера, перелом или зажатие этого патрубка и т.д.
  • Вторая причина: Затруднен нормальный слив отработанного масла по сливной магистрали турбокомпрессора по различным причинам (закоксованность, попадание посторонних предметов, остатков старой прокладки, герметика). Определить и устранить эту причину не составляет большого труда.
  • Третья причина: Затруднен забор воздуха на турбокомпрессор. Попросту говоря, "забит" воздушный фильтр или частично заблокирован воздухозаборный патрубок (например сильно перегнут, за счет чего уменьшается его проходное сечение). При работе турбокомпрессора за счет динамических сил за вращающимся на огромной скорости компрессорным колесом создается некоторое разрежение. Если возникает излишнее сопротивление забору воздуха, это разрежение многократно увеличивается, масло просто ``высасывается`` из среднего корпуса турбокомпрессора.
  • Четвертая причина: Затруднен выброс отработанных газов через выхлопную систему. Излишнее сопротивление в выхлопной системе (засорaен или закоксован катализатор, неисправна или замята банка глушителя и т.д.) вызывает увеличение давления в "горячей" улитке турбокомпрессора, что вызовет прорыв выхлопных газов в средний корпус турбокомпрессора и увеличение давления внутри его, что, в свою очередь, вызовет выброс масла со стороны компрессора.
  • Пятая причина (наиболее серьезная): Полностью исправная система вентиляции картера не справляется с потоком картерных газов, вследствие чего происходит подпор отработавшего моторного масла в корпусе подшипников турбокомпрессора. Происходит интенсивный выброс масла в корпус компрессора (холодную улитку) и (или) в корпус турбины (горячую улитку). Такая ситуация говорит, как правило, о запредельном износе поршневой группы двигателя. Причем замер компрессии в такой ситуации может не дать корректных результатов – компрессия может быть хорошей за счет «масляного уплотнения». Косвенным подтверждением неисправности поршневой группы также является (как правило) наличие значительного количества масла в воздухозаборном патрубке турбокомпрессора, начиная с места подключения патрубка системы вентиляции картера (сапуна). Такая неисправность «лечится» либо заменой поршневых колец, если они по какой-то причине «залегли» (например от перегрева), а блок цилиндров (или гильзы) и поршня в хорошем состоянии, либо полным капитальным ремонтом двигателя или его заменой.

При наличии одной или нескольких вышеприведенных причин даже полностью исправный турбокомпрессор будет выбрасывать масло, а из выхлопной трубы будет валить добротный сизый дым.

В итоге хочу заметить, что появление масла во впускном коллекторе или в интеркулере вообще может не иметь отношения к турбине. В первую очередь при появлении таких симптомов следует проверить всю ту же систему вентиляции картера двигателя, в каком она состоянии и что в ней делается. При неисправности системы вентиляции или, в конце концов, самого двигателя, масло через патрубок вентиляции картера будет попадать в воэдухоподающий патрубок турбокомпрессора и далее в интеркулер и впускной коллектор.

© Виктор Аленский