bosch service regeneracja turbosprężarek

regeneracja

turbosprężarek samochodowych

film pracowni naprawy turbosprężarek

Jak ciekawie wygląda doładowanie - turbosprężarka – budowa, działanie, regulacja zmiennej geometrii łopatek turbiny VTG VST

Zmienna geometria turbiny (turbosprężarki) – VTG

Udostępnij
Zapraszamy do polubienia naszego profilu na instagramie
Zapraszamy do polubienia naszego profilu na wykop.pl


Doładowanie silnika za pomocą turbosprężarki odśrodkowej jest jednym z najpopularniejszych i najbardziej efektywnych zabiegów podniesienia sprawności oraz silnika. Zabieg ten polega na umieszczeniu turbiny w układzie wydechowym silnika, która jest połączona na wspólnym wałku ze sprężarką. Wirnik turbiny będąc napędzany przez spaliny, przekazuje siłę na wirnik sprężarki, która spręża i przetłacza powietrze do komory spalania. W celu poprawy napełniania stosuje się dodatkowo chłodnicę powietrza doładowanego (intercooler).

Mając na uwadze tendencję „bezwładności” wirników w urządzeniach wirnikowych, zastosowano wiele rozwiązań mających na celu eliminację lub trafniej minimalizację tego zjawiska.

Ogólny schemat turbodoładowania:

Ogólny schemat turbodoładowania


Różne rodzaje regulacji ciśnienia doładowania




Proces regulacji ciśnienia doładowania jest obowiązkowy choćby ze względu na ograniczone możliwości parametryzacji procesu przepływu gazów wydechowych, przy zachowaniu stałej geometrii obudowy turbosprężarki. Turbina jest tak dobrana do silnika spalinowego, żeby osiągała swoją maksymalną sprawność od założonej prędkości obrotowej silnika. Jest to uwarunkowane narastaniem przepływu spalin, co powoduje zwiększanie prędkości obrotowej wirnika turbiny, a w końcowym efekcie do zwiększania ciśnienia doładowania. Jednak w niższych partiach prędkości obrotowych silnika występują niedostatki przepływu gazu wylotowych, a tym samym powstaje „nieciągłość” w procesie napełniania, co jest charakterystyczne dla zjawiska „turbodziury”. Oprócz za małego ciśnienia doładowania, może występować również problem ze zbyt wysokim ciśnieniem doładowania. Jest to niebezpieczne dla silnika zjawiska, a proces regulacji tego ciśnienie jest rozwiązywany na kilka sposobów.


Regulowana kierownica spalin




Lepsze wykorzystanie energii spalin można uzyskać dzięki zastosowaniu regulacji ukierunkowania napływu spalin na łopatki turbiny za pomocą zmiennej kierownicy.

Zmienna geometria dolotu realizowana za pomocą jednej kierownicy:

Zmienna geometria turbiny – zmienna geometria dolotu za pomocą jednej kierownicy


Zasadą działania tego systemu jest założenie, że bez względu na prędkość obrotową silnika prędkość przepływu spalin pozostaje stała, a tym samym obroty turbosprężarki są niezależne od obrotów silnika.


Zmienna geometria turbosprężarki – VTG


To rozwiązanie zalicza się do tych, które poprawiły w sposób znaczący nadążność turbosprężarki wraz ze zmianami prędkości obrotowych silnika. System ten jest umieszczony zarówno po stronie turbiny jak i sprężarki. Możliwa jest zatem optymalizacja ciśnienia doładowania silnika dzięki lepszemu wykorzystaniu energii spalin. Zastosowanie układu zmiennej geometrii dolotu umożliwiło poprawę pracy w całym zakresie obrotów, zwłaszcza jeśli chodzi o efekt pompowania turbosprężarki, który jest związany z pracą w stanie nieustalonym. Zmienne nachylenie kierownic turbiny, różne dla niskich prędkości obrotowych i dla wysokich prędkości obrotowych silnika, pozwoliło na skrócenie czasu pracy urządzenia (turbosprężarki) w czasie stanu nieustalonego. Nastawne kierownice dostosowują przekrój przepływu, a więc i ciśnienie gazów w turbinie do pożądanego ciśnienia doładowania. Dzięki adaptacji przekroju przepływu spalin możliwe jest – w zakresie niskiej jego wartości – osiąganie dużej prędkości spalin, co pozwala zachować optymalne ciśnienie doładowania. W zakresie wyższych prędkości przepływu spalin, charakterystycznych dla wyższych prędkości obrotowych silnika, równoległe w stosunku do obudowy turbiny ustawienie łopatek nie powoduje przyspieszania przepływu spalin, co sprawia że ciśnienie ładunku zostaje ograniczone. Obrót pierścienia nastawczego powoduje zmianę kąta nachylenia łopatek kierujących turbiny. Zmiana pochylenia tych łopatek jest możliwa dzięki pneumatycznemu nastawnikowi reagującemu na podciśnienie lub nadciśnienie. W obecnych generacjach turbosprężarek, układ pneumatyczny został zastąpiony silnikiem krokowym, co pozwala na większą precyzję regulacji kąta pochylenia łopatek, a co za tym idzie, dokładniejsze określenie zapotrzebowania na powietrze.

Turbosprężarka z VTG i silnikiem krokowym, zastosowana w silniku 3.0 TDI Audi



Turbosprężarka z VTG i silnikiem krokowym – zastosowana w silniku 3.0 TDI Audi


Zmienna geometria kierownic VTG



Zmienna geometria kierownic turbiny VTG


Dobrym przykładem zastosowania turbosprężarki o zmiennej geometrii typu VTG jest silnik produkowany w Polsce od kwietnia 2003 roku, jako efekt współpracy Fiata z GM w ramach spółki Powertrain z siedzibą w Biesku Białej. Ten kompaktowy silnik o zapłonie samoczynnym i pojemności 1248 cm3 znalazł w swojej podstawowej (moc 70 KM) wersji z turbosprężarką o stałej geometrii zastosowanie wśród samochodów miejskich, takich jak Fiat Panda, Opel Agila, a w mocniejszych odmianach mocy 85 KM i 90 KM silnik ten znalazł zastosowanie w samochodach kompaktowych, kombi oraz ostatnio coraz w coraz to popularniejszej klasie samochodów wielofunkcjonalnych, takich jak Fiat Doblo czy Opel Combo. Ta czterocylindrowa, 16-zaworowa jednostka wyróżnia się między innymi tym, że posiada bardzo korzystne wskaźniki masy oraz gabarytu w stosunku do generowanej mocy. Masa własna tej jednostki wraz z osprzętem, wynosi 130 kg.

Silnik 1.3 JTD w wersji 70-konnej



Silnik 1.3 JTD 70 KM


Pojawiły się również koncepcje tego silnika w wariancie o mocy 112 KM, co idealnie pasowałoby do idei Downsizing’u. W budowie kadłuba tego silnika należy zauważyć zastosowanie żeliwa, jako materiału podnoszącego sztywność, oraz aluminium – do wykonania dolnej pokrywy zamykającej łożyska główne, w celu ograniczenia masy jednostki. Dużą uwagę skupiono na głowicy silnika, która wykonana jest ze stopów aluminium. W układzie rozrządu zastosowano tradycyjnie już dwa wałki, ale tylko jeden napędzany jest łańcuchem od wału korbowego a drugi – za pomocą przekładni z paskiem zębatym, zainstalowanej po przeciwległej stronie wałka napędowego. Sam układ rozrządu połączony łańcuchem jest wyposażony w hydrauliczny napinasz oraz ślizgowe prowadnice, dzięki czemu wydłużona jest bezobsługowa eksploatacja (do 250 tyś. Km). Dzięki odchylenie zaworów ssących i wydechowych o 3° od pionu pozwoliło na zainstalowanie między nimi wtryskiwacza. Układ rozrządu stanowi także źródło napędu dla pompy wysokiego ciśnienia zasilającej system wtryskowy Common Rail, którą napędza jeden z wałków rozrządu. Drugi wałek rozrządu realizuje napęd pompy podciśnieniowej odpowiedzialnej za regulację ciśnienia doładowania turbosprężarki.

Silnik 1.3 JTD został zaopatrzony w zasobnikowy układ wtryskowy Common Rail firmy Bosch. Zastosowano w nim nowoczesne, elektromagnetyczne wtryskiwacze firmy Bosch, które pozwalają na 5 fazowe podzielenie wtrysku paliwa do komory spalania. W podstawowym silniku, zastosowano wtryskiwacze 5-otworowe o średnicy każdego otworka wynoszącej 0,13 mm oraz uzyskiwanym ciśnieniu wtrysku rzędu 140 MPa. W celu poprawienia wskaźników mocy silnika, zdecydowano się na zastosowanie turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek, która umożliwiła optymalizację procesu napełniania w całym zakresie prędkości obrotowej jednostki. W związku z wyższym ciśnienie doładowania, uzyskiwanym dzięki lepszej wydajności turbosprężarki, zmniejszono stopień sprężania silnika a także podniesiono maksymalne ciśnienie wtrysku do 160 MPa. By móc regulować zmienną geometrią łopatek, potrzebne stało się zastosowanie rozbudowanego sterownika silnika, który wykonywał by precyzyjnie tą regulację. Zmiana ciśnienia doładowania jest realizowana poprzez siłownik pneumatyczny, który przesuwa kierownicę sterującą kątem nachylenia łopatek.

Układ dolotowy silnika 1.3 JTD został dodatkowo zoptymalizowany pod względem napełniania, nie tylko dzięki zastosowaniu chłodnicy powietrza doładowującego wraz z turbosprężarką o zmiennej geometrii łopatek – VTG, ale także generatora zawirowania w układzie dolotowym. Rozwiązanie to jest na razie w fazie konceptu, ale ma dużą szansę na zastosowanie w powszechnie produkowanych samochodach.

Działanie generatora zawirowania jest oparte na nadaniu wstępnego zawirowania w płaszczyźnie osiowej na wlocie do sprężarki. Efektem tego jest zmiana kąta napływu powietrza na łopatki wirnika sprężarki, dzięki czemu urządzenie szybciej przechodzi ze stanu pompowania do efektywnej pracy. W dynamizatorze występują dwa kanały przepływu powietrza. Jeden – zewnętrzny – powodujący efekt zawirowania powietrza podczas procesu napełniania, drugi – wewnętrzny, z wbudowaną przepustnicą dławiącą, wymuszającą opływanie ładunku kanałem zewnętrznym o kształcie ślimakowym. Dzięki zabiegom technicznym, silnik o pojemności 1.3 generuje moc 90 KM przy spalaniu 4,7 l/100km. Warto też zaznaczyć, że ten silnik produkuje małe ilości szkodliwych substancji. W prototypowej wersji samochodu Opel Speedster zastosowano chłodnicę powietrza doładowanego, gdzie chłodzenie ładunku odbywało się za pomocą wody. Rezultatem było osiągnięcie momentu obrotowego 240 Nm, ale ostateczna wersja miała zredukowany moment obrotowy do 200 Nm, z obawy przed szybkim uszkodzeniem elementów przeniesienia napędu.


Turbosprężarka z suwakiem regulacyjnym – VST




W tym rozwiązaniu regulacji ciśnienia doładowania występuje ruchomy suwak regulacyjny, za pomocą którego odbywa się zmiana objętości czynnej przestrzeni roboczej turbiny. Korpus turbiny podzielony jest na dwie części. Mniejsza część jest używana podczas pracy silnika na niskich obrotach, czemu towarzyszy mały przepływ gazów wylotowych. Mniejszy przekrój ma za zadanie zdynamizować niską prędkość tych gazów. Druga, sąsiednia część ma większą objętość czynnej przestrzeni roboczej, a dodatkowo współpracuje jeszcze z mniejszą częścią. Praca turbosprężarki w zakresie pełnego obciążenia jest możliwa, dzięki przesuwaniu suwaka regulacyjnego odsłaniającego w sposób płynny zarówno czynną objętość roboczą, jak i cały kanał przepływu w przypadku zapotrzebowania na uzyskanie większej sprawności urządzenia. Dodatkowo przesuwanie się przesłony powoduje, że napływające stopniowo w miarę zwiększania się prędkości obrotowej silnika gazy wydechowe, posiadające już swoją prędkość wynikającą z narastającego ciśnienia będącego wynikiem procesu spalania w komorze cylindra, nie powodują kolejnego wzrostu ciśnienia. Pozwala to zachować ten ważny parametr na bezpiecznym poziomie. Ten rodzaj regulacji ciśnienia doładowania ma również kanał obejściowy, umożliwiający skierowanie części gazów wydechowych poza turbinę.

Regeneracja turbosprężarek dla miast Warszawa, Łódź, Wrocław, Poznań, Kielce, Kraków, Katowice, Opole, Bielsko Biała.
Naprawa turbosprężarek Częstochowa, Białystok, Olsztyn, Gdańsk, Gdynia, Szczecin, Grudziądz, Gorzów Wielkopolski.
Testy turbosprężarek Piła, Suwałki, Elbląg, Ełk, Siedlce, Radom, Mielec, Rzeszów.
Czyszczenie turbosprężarek Lublin, Tarnów, Zielona Góra, Bydgoszcz, Legnica, Krosno, Kalisz, Rybnik, Gliwice.
Turbosprężarki Nowy Sącz, Tychy, Jelenia Góra, Nysa, Stargard Szczeciński, Wałbrzych, Koszalin, Starachowice.