Regeneracja turbosprężarki BMW X5 M50d

Nowoczesne silniki osiągają imponujące parametry dzięki turbodoładowaniu. Przykładem jest 3-litrowy silnik wysokoprężny BMW wyposażony w układ tri-turbo – innowacyjne rozwiązanie wykorzystujące trzy turbosprężarki do zwiększenia mocy i momentu obrotowego. Tak zaawansowany system pozwala na osiągi sportowego auta przy zachowaniu bardzo rozsądnej efektywności paliwowej, lecz jednocześnie stawia wysokie wymagania serwisowe. Wysoka moc, świetna reakcja na gaz i niskie spalanie sprawiają, że modele serii M Performance, takie jak M550d czy X5 M50d w których montowano wspomniany układ są bardzo chętnie kupowane. W artykule przedstawiamy szczegółowe studium przypadku: regeneracja turbosprężarki BMW X5 M50d. Omawiamy objawy awarii, przebieg naprawy oraz efekty przeprowadzonej regeneracji.

Jak działa system tri-turbo w BMW?

Turbosprężarka jest urządzeniem wykorzystującym energię spalin do doładowania silnika. Gazy wydechowe napędzają turbinę, która spręża powietrze dostarczane do cylindrów, zwiększając tym samym ilość tlenu w komorze spalania. Większa ilość powietrza przekłada się na efektywniejsze spalanie paliwa i wyższą moc silnika. W układzie tri-turbo – zastosowanym m.in. w 3.0-litrowym dieslu BMW – trzy turbosprężarki współpracują ze sobą w różnych zakresach obrotów, aby zapewnić optymalne doładowanie. Przy niskich obrotach pracuje pierwsza, mała turbosprężarka o zmiennej geometrii, zapewniając szybką reakcję na dodanie gazu. W średnim zakresie dołącza się druga turbina, zwiększając moment obrotowy, a przy wysokich obrotach aktywuje się trzecia, większa turbosprężarka, co pozwala osiągnąć pełnię mocy (rzędu 381 KM i 740 Nm w topowej wersji silnika). Fundamentalna zasada działania tego systemu opiera się na precyzyjnym doborze charakterystyk poszczególnych turbosprężarek, co pozwala na optymalne wykorzystanie energii spalin w całym zakresie pracy silnika. Warto zaznaczyć, że BMW opracowało szereg rozwiązań technologicznych, aby ten złożony system działał niezawodnie. Turbosprężarki zostały dostarczone przez firmę BorgWarner – dwie małe to model BV45 o zmiennej geometrii, a duża to model B2, specjalnie zaprojektowane do pracy w układzie trójstopniowym​. Tak zaawansowana konstrukcja, łącząca trzy turbosprężarki i wysokociśnieniowy wtrysk, czyni ten silnik wyjątkowym – był to pierwszy na świecie seryjny silnik Diesla z trzema turbinami. Debiut 3.0-litrowego silnika tri-turbo nastąpił w 2012 roku wraz z wprowadzeniem linii modeli BMW M Performance Automobiles. Jednostka N57S o mocy 381 KM i momencie 740 Nm trafiła początkowo do czterech modeli BMW:

• BMW M550d xDrive – Seria 5 (F10 sedan oraz F11 touring) w wersji M550d została wyposażona w ten silnik, stając się pierwszą “emką na ropę”. Przyspieszenie 0-100 km/h wynosi tu 4,7 s (sedan) , co dorównuje ówczesnym modelom sportowym, przy jednoczesnym średnim zużyciu paliwa zaledwie około 6,3–6,4 l/100 km​. Model ten oferował napęd xDrive na wszystkie koła oraz 8-biegową skrzynię automatyczną, aby efektywnie przenieść wysoki moment obrotowy na asfalt.
• BMW X5 M50d – W dużym SUV-ie X5 również zastosowano tę jednostkę. Model X5 M50d (pierwsza generacja E70 LCI oraz kolejna F15) dysponował identycznymi parametrami 381 KM/740 Nm. Sprint 0-100 km/h zajmuje około 5,3–5,4 s​. Średnie zużycie paliwa wynosi ~7,5 l/100 km (wg normy), a emisja CO₂ ~199 g/km​. Był to najszybszy wówczas diesel w segmencie SUV-ów BMW.
• BMW X6 M50d – Sportowo-użytkowy X6 (E71 LCI, a później F16) otrzymał identyczny układ tri-turbo. Dzięki nieco bardziej opływowemu nadwoziu coupé SUV osiąga 100 km/h w ok. 5,3 s​. Spalanie średnie deklarowano na poziomie ~7,7 l/100 km​. X6 M50d wyróżniał się ogromnym momentem umożliwiającym dynamiczne przyspieszenia mimo wysokiej masy pojazdu.
• BMW 750d xDrive / 750Ld xDrive – Topowa limuzyna serii 7 F01/F02 po faceliftingu również została wyposażona w omawiany silnik pod oznaczeniem 750d. BMW wprowadziło ten model pod koniec 2012 roku, oferując go na wybranych rynkach (np. w Europie) zarówno w standardowym, jak i przedłużonym nadwoziu​. Był to najbardziej luksusowy model z tri-turbo, łączący osiągi zbliżone do wersji benzynowych V8 z oszczędnością diesla. Przyspieszenie 0-100 km/h wynosi około 4,9 s (krótsza wersja)​. W modelu 750d standardem była technologia BluePerformance (układ redukcji emisji spalin z katalizatorem SCR), aby spełnić surowsze normy emisji spalin odpowiednie dla limuzyny​.

Typowe usterki układu tri-turbo 

Zaawansowana konstrukcja z trzema turbosprężarkami oraz towarzyszące jej systemy (wysokociśnieniowy układ wtryskowy, układy recyrkulacji spalin, filtry cząstek stałych) powodują, że silnik ten wymaga troskliwej opieki i uważnej eksploatacji. Właściciele modeli BMW z silnikiem tri-turbo, takich jak M550d czy X5 M50d, często nie zdają sobie sprawy, jak skomplikowana technologia pracuje pod maską ich samochodu. A wiedza ta może zaoszczędzić sporo pieniędzy i nerwów przy ewentualnych naprawach. System tri-turbo, choć genialny pod kątem inżynierii, ma swoje słabości:

1. Wrażliwe łożyska – Brak odpowiedniego smarowania lub nadmierne ciepło mogą prowadzić do zużycia łożysk, co skutkuje hałasem, wibracjami i spadkiem wydajności. W przypadku trzech turbosprężarek ryzyko awarii jednej z nich jest większe, co może wpływać na ogólną wydajność silnika. Mało wydajna pompa olejowa przy długotrwałej i mocno wydajnej eksploatacji w niewystarczający sposób smaruje i studzi wałek i łożyska w obudowie łożyskowań co powoduje karbonizację oleju na łożyskach co w dłuższej perspektywie prowadzi do zatarcia i urwania wirnika.
2. Osady i nagar – Długotrwałe użytkowanie może prowadzić do osadzania się nagaru na łopatkach kompresora lub turbiny, co zmniejsza efektywność i może powodować nierównomiernego doładowania. W systemie triturbo, gdzie turbosprężarki działają w różnych zakresach, nagromadzenie nagaru może szczególnie wpływać na niskie i średnie obroty.
3. Złożony układ smarowania – więcej połączeń oznacza więcej potencjalnych miejsc wycieku oleju. W przypadku systemu triturbo, wycieki mogą być trudniejsze do wykrycia, ponieważ każda turbosprężarka ma własne połączenia.

Studium przypadku: regeneracja turbosprężarki BMW X5 M50d

Do warsztatu Turborolmet w Łodzi trafiła turbina od BMW X5 M50d z silnikiem N57S, który wykazywał typowe objawy usterki układu doładowania. Właściciel zgłaszał spadek mocy, szarpanie przy przyspieszaniu oraz charakterystyczny gwiżdżący dźwięk podczas pracy silnika. Zauważył też zwiększone zużycie oleju. Po demontażu i rozebraniu na części układu doładowania odkryliśmy m.in.:

Uszkodzenie wirnika turbosprężarki

Na zdjęciach widać, że jeden z wirników turbosprężarki ma połamane łopatki. Jest to poważna awaria, która mogła być spowodowana:

• Przez ciało obce, które dostało się do układu dolotowego lub wydechowego.
• Zatarciem łożysk, które doprowadziło do kontaktu wirnika z obudową.
• Przegrzaniem i osłabieniem struktury wirnika, co mogło skutkować jego pęknięciem.

Osady olejowe i nagar

Zdjęcia pokazują duże nagromadzenie osadów olejowych i nagaru w kanałach turbosprężarki oraz na mechanizmach zmiennej geometrii. Możliwe przyczyny:

• Zaniedbana wymiana oleju – zużyty olej traci właściwości smarne i powoduje odkładanie się zanieczyszczeń.
• Problemy z układem odmy – jeśli odma nie funkcjonuje prawidłowo, nadmiar oparów oleju przedostaje się do układu dolotowego.
• Niepełne spalanie paliwa – np. z powodu niesprawnych wtryskiwaczy, co prowadzi do wzrostu ilości sadzy i zanieczyszczenia turbin.

Problemy ze zmienną geometrią turbosprężarki

Mechanizm zmiennej geometrii turbosprężarki pokryty był naprawdę grubą warstwą osadów. Może to prowadzić do:

• Zacinania się łopatek zmiennej geometrii, co prowadzi do nieprawidłowego sterowania doładowaniem.
• Utraty płynności regulacji ciśnienia doładowania, co objawia się np. brakiem mocy na niskich lub wysokich obrotach.

Wycieki oleju i problem z układem smarowania

Liczne wycieki oleju w różnych miejscach turbosprężarek często oznaczają:

• Zużyte uszczelnienia turbin, co prowadzi do przecieków oleju do układu wydechowego i dolotowego.
• Zbyt wysokie ciśnienie oleju (np. przez zatkany przewód odpływu oleju), co może skutkować jego wypychaniem do turbosprężarki.
• Nieszczelność układu smarowania, co zwiększa ryzyko zatarcia łożysk turbin.

Proces regeneracji turbosprężarki

Zamiast wymieniać cały kosztowny zestaw turbosprężarek, zaproponowaliśmy kompleksową regenerację:

1. Mała i średnia turbosprężarka – wymiana kompletnego układu wirującego (wałek, koło kompresji, łożyskowanie, obudowa łożyskowań, talerz uszczelniający, osłonki termiczne), regeneracja zmiennej geometrii oraz kompleksowa regeneracja nastawnika (wymiana silniczka, przekładki ślimakowej oraz zębatki wraz z pozycjometrem). Dodatkowo wymieniliśmy w małej turbosprężarce obudowę z powodu wyrobienia powierzchni przez uszkodzony wirnik, co skutkowało zmianą wymiarów (zwiększeniem) w stosunku do nowej części.
2. Duża turbosprężarka – wymiana wałka, koła kompresji, talerza uszczelniającego oraz łożyskowania.
3. Wyważanie – wszystkie turbosprężarki zostały precyzyjnie wyważone na wyważarce wysokoobrotowej Schenck TB Sonio. Mała i średnia turbosprężarka przy 170 000 obr/min, duża przy 100 000 obr/min.
4. Kalibracja – wszystkie turbosprężarki zostały skalibrowane: mała i średnia dynamicznie na maszynie Cimat Turbo Test Expert, duża – ustawienie aktuatorów na stanowisku Reda Gater Test3.

Wnioski z przeprowadzonej regeneracji:

Opisany przypadek regeneracji turbosprężarki w BMW X5 M50d potwierdza, że przy odpowiednim podejściu technicznym możliwe jest przywrócenie fabrycznych parametrów układu tri-turbo. Kluczowe znaczenie dla sukcesu naprawy miało dokładne zdiagnozowanie pierwotnej przyczyny uszkodzeń, co pozwoliło nie tylko wymienić uszkodzone elementy, ale także zapobiec powtórzeniu się problemu w przyszłości.

Całkowity koszt regeneracji wyniósł ułamek ceny nowego zespołu turbosprężarek, co przy równoważnej jakości i trwałości naprawy stanowi znaczącą oszczędność dla właściciela pojazdu. Dodatkowo, regeneracja pozwoliła zachować fabryczną charakterystykę pracy silnika, co nie zawsze jest możliwe przy stosowaniu nieoryginalnych zamienników.

Podsumowanie

Układ tri-turbo BMW 3.0 stanowi przykład zaawansowanej inżynierii motoryzacyjnej, wymagającej specjalistycznego podejścia w diagnostyce i naprawie. Przedstawione studium przypadku pokazuje, że właściwa regeneracja może przywrócić pełną sprawność układu, stanowiąc alternatywę dla kosztownej wymiany całego zespołu turbosprężarek.

Profesjonalna regeneracja turbosprężarek wymaga specjalistycznego zaplecza diagnostycznego oraz doświadczonej kadry technicznej. Tylko takie połączenie gwarantuje przywrócenie pełnej sprawności zaawansowanych układów doładowania. W przypadku zauważenia objawów takich jak spadek mocy, nietypowe dźwięki turbosprężarki czy nadmierne zużycie oleju, warto skonsultować się z warsztatem specjalizującym się w naprawie turbosprężarek.

Autor: Paweł Wycech – Turborolmet Regeneracja i Naprawa Turbosprężarek