Regulator turbiny

Autor: Nick Hibberd

figure 1

Miałem szczęście niedawno zdobyć jeden z pierwszych egzemplarzy WPS500X - czujnika ciśnienia i podciśnienia. Po otrzymaniu urządzenia szybko nadarzyła się okazja do jego wykorzystania do analizy regulatora turbiny zwanego potocznie gruszką.

Urządzenia te już od dłuższego czasu dostępne są na rynku, a w masowej produkcji pojawiły się w latach 80-tych. W dobrze znanych nam turbinach ze stałą geometrią, zawór regulacji ciśnienia po prostu przekierowuje gazy wylotowe z dala od turbiny ,  natomiast jednostki ze zmienną geometrią (VNT) kontrolują doładowanie w zupełnie inny sposób. Dzięki zastosowaniu ruchomych łopatek umieszczonych na obręczy turbiny możliwe jest wpływanie na prędkość z jaką gazy wylotowe "uderzają" w turbinę co pozwala to na zmienianie generowanego doładowania.

Jest kilka korzyści stosowania takich rozwiązań w porównaniu do tradycyjnego, między innymi zredukowanie opóźnienia turbo, zwiększenie doładowania pod małym obciążeniem, możliwość działania niezależnie od obciążenia oraz prędkości silnika. Istnieją również korzyści dla zaworu ERG spowodowane przez ciśnienie zwrotne z wydechu, które jest wytwarzane bezpośrednio w rezultacie pracy VNT. Dzięki tym wszystkim powodom łatwo zrozumieć dlaczego ten względnie nowy projekt został tak dobrze przyjęty przez rynek motoryzacji. Technologia ta nie jest jednak bez wad. Po kilki latach używania (w szczególność przez "kierowców ekonomicznych") na łopatkach mechanizmu osadza sie węgiel, który powoduje jego blokowanie  - skutkiem tego jest zmniejszenie osiągów doładowania.

Odnalezienie przyczyn awarii VNT może być stosunkowo prostym zadaniem. Jest to również jedno z miejsc gdzie użycie diagnoskopu odgrywa bardzo dużą rolę. Diagnoskop może informować mechanika o wielu istotnych parametrach pracy elementów otaczających kontrolę doładowania, dzięki tym danym można podjąć właściwą decyzję gdzie należy skupić swoją uwagę. Pamiętajmy również o błędach DTC, które zapisują miejsca powstawania usterki wykrytej przez ECM. Wszystkie te czynniki powodowały, że użycie oscyloskopu samochodowego w tym miejscu było bardzo ograniczone - aż do teraz.

Najbardziej powszechnym symptomem usterki VNT jest za duże doładowanie. W takim przypadku ECM rozpoznaje usterkę, zapisuje błąd DTC a następnie przełącza samochód w tryb awaryjny. Wyłączenie i ponowne uruchomienie silnika przeważnie przywraca moc aż do momentu ponownego wystąpienia awarii. Przy diagnozowaniu takiego przypadku należy przed wyciągnięciem jakichkolwiek wniosków w pierwszej kolejności przetestować i zweryfikować obwód kontrolny ECM-u.

figure 2

Plan działania jest dość prosty, podłączając miernik podciśnienia pod wejście sterujące  regulatorem turbiny możemy zmierzyć podciśnienie podawane na turbinę. Kiedy wymagany poziom doładowania jest osiągnięty ( przeważnie 2.0 Bara ) sprawdzamy czy ECM uwalnia oraz reguluje ciśnienie dostarczane do zaworu sterującego turbiną przy jednoczesnym utrzymywaniu odpowiedniego doładowania. Jeśli podciśnienie spada a doładowanie ciągle rośnie to oznacza, że mamy problem. Uważam że sprawdzanie integralności ciśnienia na wczesnym etapie testu jest pomocne ponieważ pozwala to określić co dzieje się na końcu kontrolera obwodu . Test ten daje również skumulowaną diagnozę obwodu kontrolera dzięki czemu można wyeliminować wiele pojedynczych testów sprawdzających.

Wykonanie tego testu jest zawsze utrudnione z powodu ciągłego monitorowania wartości doładowania oraz miernika podciśnienia. Dodatkowo potrzebne jest zaangażowania innej osoby do prowadzenia samochodu. W tym właśnie miejscu wkracza WPS500X który znacząco upraszcza cały proces. Wystarczy tylko przed rozpoczęciem jazdy testowej podłączyć WPS500X a następnie ustawić zapisywanie w oscyloskopie samochodowym. Po powrocie z jadzy mamy dostęp do zapisanych przebiegów, które pokazują pracę kontrolera doładowania oraz jego powiązania przyczynowo-skutkowe.

figure 3

VW Golf 2003 1.9 TDI

figure 4
figure 5

Volvo S80 2005 2.4 D5

figure 6
figure 7

Wykryłem wiele przyczyn awarii używając tej metody. Jednocześnie odkryłem, że w każdym przypadku mechanizm VNT był bardziej skłonny zawieść przy niskiej temperaturze silnika. Dodatkowo jeśli turbo w silniku popracowało już parę razy to występowanie awarii stawało się nieregularne. Oczywiście zależy to od stopnia awarii.

Z przebiegami podobnymi do tych na rysunkach oczekiwanym działaniem będzie najprawdopodobniej zdemontowanie turbo. Opisana metoda ujawniła do tej pory nieszczelny zawór elektromagnetyczny. Jeśli patrzylibyśmy na wartości rzeczywiste diagnoskopu to wszystkie objawy wskazywałyby na zablokowane turbo. Dlatego właśnie uważam za bardo dobrą praktykę fizyczne testowanie kontroli ciśnienia. Wspomniałem już, że podobne testy można przeprowadzać stosując mierniki podciśnienia co już robiłem w przeszłości. Jednak dzięki WPS500X odkryłem "w ciśnieniu" ukryte detale, których do tej pory nie byłem świadom. WPS500X udowodnił mi, że jest również bardzo dobrym narzędziem do nauki.

PicoScope pliki

  • Pobierz pliki PicoScope z przebiegami wykorzystanymi w tym artykule:
  • psdata Golf 1 (115 KiB)
  • psdata Golf 2 (116 KiB)
  • psdata Volvo 1 (139 KiB)
  • psdata Volvo 2 (148 KiB)

AR005

*do przeprowadzonego badania użyto oscyloskop samochodowy USB PICO PicoScope 4423