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Approfondimenti Tecnici

Sostituzione Turbocompressore: analisi del guasto, precauzioni e suggerimenti tecnici

Approfondimenti Tecnici - Manutenzioni e Riparazioni
Scritto da Administrator   
Lunedì 12 Luglio 2010 20:07

Precauzioni e avvertenze per la sostituzione del Turbocompressore

In questo breve Vademecum parleremo di un frequente inconveniente legato (soprattutto) alle moderne motorizzazioni Turbo Diesel: la rottura (spesso precoce) del turbocompressore. Questo nostro Articolo vuole essere una "Mini Guida" relativa alla sostituzione di questo costoso particolare, con particolare riferimento a tutte quelle avvertenze di natura tecnica che bisogna assumere prima di sostituirlo, in modo da accertare la reale causa che ne ha determinato il cedimento, per garantire al nuovo turbocompressore "lunga vita".


LA REGOLA BASE: prima di sostituire un turbocompressore con uno nuovo (o revisionato) bisogna categoricamente accertare SEMPRE le cause che ne hanno determinato la rottura/cedimento, pena spiacevolissimi (e costosi) inconvenienti!!

Nei moderni motori (ci riferiamo in particolare ai Diesel sovralimentati di ultima generazione), il turbocompressore rappresenta uno dei componenti frequentemente soggetto ad usura/cedimento prematuro.

Il turbocompressore in queste moderne motorizzazioni è molto "stressato": basta poco per metterlo "KO".

I Motoristi odierni sono orientati verso la ricerca delle prestazioni assolute
, anche per questioni di marketing (derivanti da analoghe motorizzazioni concorrenti): spesso mettono proprio il turbocompressore in "precario equilibrio" in quanto, proprio questo componente, rappresenta una delle vie più semplici per l'ottenimento di elevate potenze e prestazioni.


Questo precario equilibrio tecnico (prestazioni / affidabilità) spesso poggia, ad esempio, sull'olio lubrificante: con temperature prossime e talvolta superiori agli 850 °C è raginevole comprendere quanto un'alterazione delle proprietà del lubrificante (per invecchiamento o alterazione) possa mettere fuori gioco un turbocompressore.

Inoltre, depositi carboniosi, lacche et similia -derivanti da elevate temperature- compromettono sia le proprietà lubrificanti, sia, per altro verso, producono ostruzioni nei condotti di lubrificazione. Da non sottovalutare anche che, un innalzamento del livello olio motore, causa trafilamenti dalle guarnizioni di tenuta dell'alberino; trafilamenti che proseguono anche se successivamente si ripristina il corretto livello dell'olio.

Altro punto delicato -fonte di criticità- è rappresentato -oltre che dalle temperature di esercizio- anche dalla velocità angolare di rotazione della turbosoffiante: spesso si superano i 220.000 giri/minuto; una elevata velocità di rotazione crea dei carichi non trascurabili sulle componenti mobili (giranti).
La forza centrifuga si innalza con l'innalzamento del regime di rotazione, e può raggiungere livelli tali che comportano la rottura prematura delle componenti.

Il "Chip-Tuning" su alcune motorizzazioni non è proprio "salutare": anche piccole variazioni delle pressioni di sovralimentazioni determinano il superamento delle soglie critiche di temperatura e di velocità angolare di rotazione che portano, inesorabilmente, al cedimento del turbocompressore. E' fortemente consigliabile l'uso di termocoppie che rilevino le temperature dei gas di scarico e del corpo turbocompressore per "suggerire" all'elaboratore la curva più idonea nella gestione delle pressioni di elaborazione. Determinante anche il grado di "strozzatura" che la linea di scarico presenta: essa influisce negativamente più sullo scambio termico che sulle prestazioni e determina, di conseguenza, una seria minaccia per l'affidabilità del turbocompressore.


QUALCHE BREVE RICHIAMO TECNICO: cos'è una turbina, un turbocompressore, un turbocompressore a geometria variabile, un compressore volumetrico.


TURBINA:

E' un dispositivo costituito da una girante munita di palette e alloggiata in uno statore avente conformazione a chiocciola. In campo automobilistico si impiegano turbine azionate dai gas di scarico, che consentono di recuperare parte dell'energia posseduta da questi ultimi, che altrimenti finirebbe dispersa nell'atmosfera. Quando i gas escono dal cilindro hanno una elevata temperatura e una certa pressione: la turbina consente di trasformare in energia meccanica una parte del loro calore e della loro energia di movimento. Le turbine a gas di scarico che usualmente vengono utilizzate per azionare compressori centrifughi sono quasi sempre del tipo a flusso centripeto; la girante (che deve essere equilibrata con una accuratezza eccezionale) viene realizzata in genere in leghe speciali estremamente resistenti alle alte temperature (come ad esempio il Nimonic, materiale usualmente impiegato per le turbine dei motori aeronautici) mentre la chiocciola, tipicamente, e' in ghisa. Rispetto alle turbine impiegate in anni passati, un miglioramento dell'affidabilità lo si è ottenuto introducendo il raffreddamento ad acqua e l'utilizzo di olii motori con specifiche migliorate.

 

TURBOCOMPRESSORE:

Il turbocompressore (noto spesso come "turbo") rappresenta senza dubbio il sistema di sovralimentazione più diffuso in campo automobilistico. Esso è composto da una girante turbina che viene messa in rotazione dai gas di scarico e da una girante compressore, generalmente in lega di magnesio, collegata alla turbina mediante un piccolo albero. Il compressore, trascinato in rotazione dalla turbina, comprime l'aria e la immette nel collettore d'aspirazione, fornendo ai cilindri del motore un volume d'aria maggiore di quanto ne potrebbero aspirare. Si tratta di un complesso altamente efficiente in quanto utilizza l'energia residua dei gas di scarico per azionare la turbina e quindi il compressore. In questo modo è possibile immettere nella camera di scoppio anche un maggior quantitativo di carburante, assicurando così una maggiore potenza. Tuttavia, proprio in virtù di tale potenza, anche i gas di scarico sono costretti a uscire più velocemente: così anche il turbocompressore ruoterà più rapidamente conferendo una sempre maggiore potenza al propulsore. La girante normalmente supera i 200.000 giri/min. Per non incorrere nel cosiddetto fenomeno della "detonazione" o addirittura nella rottura del motore stesso, non si può superare un determinato rapporto di compressione all'interno dei cilindri. Per questo motivo è presente una valvola, detta di wastegate , per eliminare i gas in eccesso e stabilizzare la pressione in un determinato range (sia quella di picco che quella di mantenimento). Una ulteriore valvola -presente solo su motizzazioni benzina- chiamata di "by-pass" o di "pop-off" nel caso scarichi in aria libera, provvede ad aprirsi totalmente in fase di rilascio del gas. Questo per evitare che, con farfalla totalmente chiusa, la turbina (che continua a ruotare per effetto dell'inerzia) comprima l'aria contro la farfalla del gas completamente chiusa ricevendo un "colpo d'ariete" sulla girante. Il colpo d'ariete compromette sia l'affidabilità del turbocompressore e, per altro verso, contribuisce ad un aumento dell'effetto "turbo-lag" a causa del rallentamento della velocità del compressore costretto a "soffiare" contro la valvola a farfalla chiusa. Questa valvola può essere di due tipi. Il primo tipo è a sfiato interno (detta anche di ricircolo o di by-pass): in questo caso l'aria in eccesso viene convogliata a monte della turbina. Il secondo tipo è a sfiato esterno ("pop-off") e in questo caso l'aria in eccesso viene semplicemente espulsa in aria libera da un apposita apertura situata nella valvola, creando il tipico "sbuffo" quando si rilascia -in modo repentino- il pedale acceleratore. Il turbocompressore funziona particolarmente bene agli alti regimi di rotazione mentre, fino ai 2000-3000 RPM, rappresenta solo uno svantaggio per via dell'inerzia della girante che rallenta i gas di scarico, inducendo una non trascurabile contropressione. Nei motori ad alte prestazioni c'è quindi la tendenza a installare più turbocompressori di ridotte dimensioni anziché uno solo. In tema di turbocompressore e di compressore volumetrico, vale la pena dedicare due righe alla Delta S4 del 1985, il cui quattro cilindri con cilindrata 1759cc erogava, nella versione "stradale" ed in quella da rally, rispettivamente ben 250cv e 500cv (dichiarati, si parlava in realtà di circa 600 effettivi). Quest'unità utilizzava un sistema combinato in cui un compressore volumetrico ed un turbocompressore operavano in serie: ai bassi regimi era attivo il volumetrico, la cui azione diminuiva all'aumentare dei giri - ed alla corrispondente entrata in funzione del turbocompressore - per poi essere completamente "by-passato" ad alto numero di giri. Questa soluzione è stata ripresa -ad esempio- recentemente dal gruppo Audi-VW sulla Golf V equipaggiata con motore di cilindrata 1.400 in grado di sviluppare una potenza di ben 170cv, con un ottimo risultato in ambito di prestazioni e consumi.

 

TURBOCOMPRESSORE A GEOMETRIA VARIABILE:

Concettualmente identico al turbocompressore; la differenza più evidente da quest'ultimo è riscontrabile nella girante di scarico. Essa infatti è "circondata" da palette deflettrici mobili che determinano la variazione dell'angolo d'incidenza del flusso dei gas di scarico rispetto alle palette della girante motrice. In funzione del regime di rotazione, queste vengono chiuse o aperte per favorire la velocità o la portata a seconda dei regimi stessi. Ciò porta ad una maggiore flessibilità e adattabilità di comportamento rispetto al "Turbo" a geometria fissa: una turbina a geometria variabile consente di ottenere la stessa bassa inerzia di una turbina di piccole dimensioni e la portata d'aria (quindi l'effetto di maggior riempimento volumetrico dei cilindri) di una turbina di maggiori dimensioni. Il campo di applicazione più vasto è quello dei TurboDiesel ad alte prestazioni.

 

TURBOCOMPRESSORE VOLUMETRICO:

Il compressore centrifugo o volumetrico utilizza lo stesso principio del turbocompressore, la differenza principale però è che la girante non è messa in funzione dai gas di scarico ma da una puleggia calettata sull'alberino della girante e collegata tramite cinghia a una delle pulegge che ruotano insieme al motore, come se fosse una puleggia della distribuzione, oppure può essere mossa da un motore elettrico. Il vantaggio in termini di potenza di quest'ultima soluzione è molto ridotto rispetto al turbocompressore, e la principale causa sta nel fatto che ruotando vincolata al motore (al contrario della girante del turbo che ruota liberamente) il numero di giri raggiungibile fa sì che non si possa arrivare ad elevate pressioni; tuttavia la estrema semplicità di installazione di questo tipo di sovralimentazione fa sì che vengano abbattuti tutti i problemi (e conseguentemente i costi) relativi all'installazione del turbo e la rende un'ottima alternativa qualora l'incremento di cavalli si voglia contenere entro l' 80-99% della potenza iniziale (questo nel caso di giranti molto grandi). Una soluzione molto più rara sta nell'utilizzare un compressore centrifugo con la girante mossa da un motorino elettrico. La particolarità di questa installazione risiede nel fatto che in generale si sfruttano trasmissioni meccaniche per l'azionamento di compressori volumetrici mentre quelli dinamici vengono azionati con i gas di scarico.

 

ANALISI TECNICA PREVENTIVA DEL TURBOCOMPRESSORE DA SOSTITUIRE:

Limitarsi a sostituire il turbocompressore quando si è rotto non è sufficiente: infatti, montare sul veicolo un altro turbo, sia nuovo che di rotazione, senza aver compreso ed eliminato le cause che hanno portato alla rottura del vecchio turbo, non solo è una pratica sbrigativa e tecnicamente "scorretta", ma è SEMPRE preludio di una nuova ed imminente rottura del turbo sostitutivo.

 

Individuare ed eliminare le cause che hanno determinato la rottura del vecchio turbo assicura lunga vita a quello che  sarà montato in sostituzione!

 

CONTROLLI  e VERIFICHE PRELIMINARI:

Ispezionare/Verificare con cura quanto segue:

- lato aspirazione della compressore (filtro aria, airbox, tubature, misuratore massa aria, ecc.)

- lato uscita compressore (condotti, intercooler, valvole di by-pass o pop-off, impianto EGR, ecc.)

- linea di ingresso turbina (collettori di scarico, impianto EGR, ecc.)

- linea di scarico uscita turbina (catalizzatore, silenziatori)

- livello olio motore (MAI superiore al livello MAX)

- assenza di contaminazione olio lubrificante motore

- impiego di olio motore secondo le prescrizioni del Costruttore

- pressione e quantità olio lubrificante in ingresso turbocompressore (Pressione minima circa 2 bar)

- scarico olio dal turbocompressore (assenza di ostruzioni - Portata minima di 0,25 l al minuto con motore al minimo)

- ventilazione basamento (circuito di blow-by: valvola, eventuale separatore ciclonico, eventuale filtro, ecc.)


AVVERTENZE PER IL MONTAGGIO:

Qualche  "Regola d'Oro":

- PULIRE CONDOTTI DI ASPIRAZIONE E COLLETTORE DI SCARICO. CORPI ESTRANEI, ANCHE PICCOLI, DANNEGGIANO IL TURBOCOMPRESSORE.

- I TUBI DI ENTRATA E USCITA OLIO NON DEVONO AVERE OSTRUZIONI, PIEGHE, RESTRINGIMENTI.

- CAMBIARE OLIO MOTORE E FILTRI OLIO E ARIA.

- IL LIVELLO OLIO MOTORE DEVE STARE SOTTO IL MASSIMO.

- PRIMA DI MONTARE IL TURBOCOMPRESSORE FAR GIRARE IL MOTORE SENZA TURBOCOMPRESSORE E SENZA AVVIARLO, PER 15 SECONDI CIRCA, AFFINCHÉ L'OLIO "SPORCO" RESIDUO E LE PICCOLE SCORIE VADANO IN UNA BACINELLA E NON VADANO NEL TURBOCOMPRESSORE CHE VI ACCINGETE A MONTARE!!

- MONTARE IL TURBOCOMPRESSORE E RIEMPIRLO TUTTO CON OLIO MOTORE PULITO.

- FAR GIRARE IL MOTORE SENZA AVVIARLO, PER 15 SECONDI, AFFINCHÉ I RESIDUI D'ARIA ESCANO DAL CIRCUITO DELL'OLIO DEL TURBOCOMPRESSORE.

- AVVIARE IL MOTORE E FARLO GIRARE A MINIMO PER 5 MINUTI, EVITANDO BRUSCHE ACCELERATE A MOTORE FREDDO.

- NON SPEGNERE MAI DOPO UN'ACCELERATA, PERCHÉ LA POMPA OLIO SI FERMA SUBITO E IL ROTORE DEL TURBOCOMPRESSORE CONTINUA A GIRARE; IL TURBOCOMPRESSORE SI DANNEGGIA IN QUANTO GIRA PER INERZIA -SENZA ALCUN VELO D'OLIO- ANCHE CON IL MOTORE SPENTO!

 

 

Motore Citroen C3 HDI

 

UN CASO CONCRETO DI GUASTO DEL TURBOCOMPRESSORE:

Una cattiva tenuta tra iniettore e sede di quest'ultimo può essere la causa del cedimento di un turbocompressore?

La risposta, per quanto vi possa lasciare increduli, è SI.

 

E' il caso che personalmente ho verificato su una Citroen C3 1.6 HDI che dopo la prima rottura del turbocompressore, continuava a "macinare" turbocompressori ogni circa 6.000 - 8.000 chilometri.

 

 

Questo inconveniente riguarda tutte quelle vetture equipaggiate con il motore PSA 1.6 HDI DV6TED4 quali:

- Citroen C2 - C3 - C4 - C5

- Peugeot 1007 - 206 - 207 - 307 - 308 - 407

- Mini Clubman

- Mazda 3

- Ford Focus

 

La causa del guasto, come anticipato, è stata da me individuata nella cattiva tenuta di un iniettore nella sua sede: la fuoriuscita di gas di scarico (attraverso la sede iniettore) -a temperatura e pressione elevata- determinava il cedimento di parte della guarnizione di tenuta del manicotto interposto tra l'alloggiamento iniettore e il coperchio valvole.

 

L'olio motore non finiva nell'alloggiamento iniettore in quanto la pressione posseduta dai gas di scarico è nettamente superiore a quella dell' olio esistente nel vano distribuzione.

 

Il gas di scarico quindi veniva "soffiato" nel vano alberi distribuzione della testa cilindri, determinando un'importante contaminazione dell'olio lubrificante.

Insomma l'olio motore presenta concentrazioni vere e proprie di CARBONE (o meglio, "sedimenti carboniosi")!

Il valore % di contaminazione "carboniosa" è in diretta relazione con il livello di olio motore: un livello basso di olio motore accentua e favorisce quindi un rapido cedimento della turbina (pardon: turbocompressore).

 

La contaminazione del lubrificante impatta quindi con le proprietà lubrificanti e protettive di quest'ultimo, inducendo altresì una sorta di "componente abrasiva" (derivante dai residui carboniosi) che, di fatto, è la "fonte" dei prematuri cedimenti del turbocompressore!!

 

LA SOLUZIONE: sistemazione della tenuta sede/iniettore (pulizia sede testa e iniettore, sostituzione guarnizione in rame), sostituzione guarnizione (OR) danneggiata e lavaggio prolungato del motore con apposito additivo per olio lubrificante. Sostituzione dell'olio motore e del filtro con conseguente montaggio di un nuovo turbocompressore.

 

Dalle notizie in mio possesso, al momento, nessuna Info Assistenziale (Inforapide) è stata diramata alla Rete Assistenza da parte di Citroen per questo genere di inconveniente su questo suo motopropulsore.

 

 

 

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