Budowa turbosprężarki ze zmienną geometrią - Charakterystyka

1. Budowa oraz zasada działania turbosprężarki

Turbosprężarka jest zazwyczaj instalowana na boku bloku silnika. Jej obecność w pobliżu jednostki napędowej, determinowana jest dbałością, o jak najmniejsze starty energetyczne. Nie jest trudno zidentyfikować turbosprężarkę, ze względu na jej charakterystyczny wygląd, przypominający z zewnątrz muszlę ślimaka. Widoczny, charakterystyczny fragment, zwany jest częścią gorącą, a spowodowane jest to faktem, że turbo zawsze zwrócone jest częścią zimną w stronę bloku silnika. Część gorąca w turbinie jest zasilana spalinami, zawróconymi z układu wydechowego, w celu ich ponownego wykorzystania. Nie należy jednak mylić turbiny z zaworem ponownego wykorzystania spalin EGR, gdzie zawrócone spaliny tłoczone są do silnika w celu redukcji emisji tlenków azotu NOx, a w układzie doładowującym do napędzania wirnika turbiny. Część gorąca, wzięła swoją nazwę z faktu, że środowisko pracy turbiny rzeczywiście jest gorące, a temperatura sięga nawet 1000 stopni Celsjusza. Jak wysoka jest to wartość, może przedstawić fakt, że od około 800 stopni materiał zaczyna emitować swoje własne światło. Wymienione wyżej warunki pracy powodują, że do konstrukcji turbosprężarki samochodowej musiały zostać wykorzystane żaroodporne materiały, czyli stopy bogate w nikiel i chrom, z procentową zawartością, wyżej wymienionych metali, przekraczających 50%. Odporność takiego stopu na wysoką temperaturę, jest bardzo wysoka, jednak znacząco spada odporność na uszkodzenia mechaniczne, stąd też, bardzo istotne jest zachowanie hermetyczności układu, ponieważ przy 200 tysiącach obrotów na minutę, nawet ziarenko piasku może poczynić prawdziwe spustoszenie w kruchej konstrukcji łopatek turbiny. Ważnym elementem części gorącej nowoczesnych turbin, jest system VNT, czyli Variable Nozzle Turbine, czyli zmienna geometria sterowania spalin na łopatki turbiny. Sterowanie kątem podawania spalin na wirnik turbiny miało swój początek w 1990 roku w stajni Garretta, która do dziś jest uznanym na całym świecie producentem turbosprężarek. Część gorąca jest połączona z częścią zimną za pomocą wałka przełożenia, na którym zainstalowane są oba wirniki, zarówno turbiny jak i sprężarki. Ponieważ w konstrukcji nie zastosowano przekładni, stosunek pracy turbiny do sprężarki wynosi jeden do jeden. Wałek pracuje na łożysku ślizgowym, a odpowiednie właściwości smarne zapewnia olej silnikowy, doprowadzany do turbiny za pomocą odpowiedniego kanału doprowadzającego. Konieczne jest zastosowanie uszczelnienia łożyska, bo konsekwencje przedostania się oleju silnikowego do komory spalania, obrazuje rozbieganie silnika diesla (diesel runaway). Z powodu wysokich temperatur panujących w środowisku pracy turbiny, niestety niemożliwym było zastosowanie uszczelnień na bazie elastomerów, stąd też uszczelnienia, jakie wykorzystywane są w turbo, to uszczelniania dynamiczne, na bazie uszczelniających pierścieni, które pełną sprawność uzyskują dopiero przy dużym obciążeniu. Przewodność cieplna metalu powoduje, wraz z oporami pracy sprężarki, że temperatura tłoczonego do silnika powietrza wzrasta, co powoduje również wzrost temperatury pracy silnika, co niesie za sobą ryzyko jego uszkodzenia. Z tego powodu instalowany w układzie doładowania silnika jest intercooler, czyli chłodnica tłoczonego powietrza.

Eksploatacja turbiny, czyli czego nie robić  

Ze względu na specyfikę pracy turbiny, jest ona bardzo narażona na zużycie eksploatacyjne, szczególnie przy nieumiejętnym użytkowaniu. Jest kilka zasad, do których stosowanie się, zapewnia dłuższą żywotność podzespołu, takich jak nie wyłączanie silnika zaraz po zatrzymaniu się oraz nie wrzucanie silnika na wysokie obroty zanim kanały nie wypełnią się olejem silnikowym i nie zaczną smarować łożyska ślizgowego w turbo. Jeśli jednak już do uszkodzenia dojdzie, na szczęście dla naszego portfela, jest to element poddający się regeneracji, co znacznie zmniejszy koszty naprawy. Istotnym jest jednak, by taką naprawę zlecić warsztatowi zajmującemu się regeneracją turbin, na co dzień, ponieważ wymaga ona wiedzy i specjalistycznego sprzętu.