Doładowanie sekwencyjne

Doładowanie sekwencyjne polega na zastosowaniu dwóch turbosprężarek, gdzie w zakresie małych i średnich prędkości obrotowych silnika pracuje jedna z nich (większa), a następnie w miarę zwiększania prędkości obrotowej i obciążenia silnika włącza się druga mniejsza. Tak w skrócie wygląda zasada działania turbiny w sekwencji. Działanie turbosprężarki pierwszej i drugiej jest taka sama, różnica jest w gabarytach natomiast regulacja turbiny przebiega identycznie. Przy małych obciążeniach silnika i małej prędkości obrotowej całkowita masa spalin przepływa przez większą turbosprężarkę. Zawór zamyka dopływ spalin do drugiej, mniejszej turbosprężarki, a zawór odcina sprężarkę od zbiornika wyrównawczego układu dolotowego, w którym panuje ciśnienie doładowania wytwarzane przez pracującą, większą sprężarkę. Przy wzroście ciśnienia doładowania do wymaganej wartości konieczne jest zmniejszenie masowego natężenia spalin przepływających przez pracującą turbinę dzięki otwarciu zaworu, powodującemu upust części spalin i włączenie do pracy drugiej turbiny. Tak więc w tym układzie doładowania upuszczanie części spalin, mające na celu ograniczenie wartości ciśnienia doładowania, nie wiąże się ze stratą energii, jak to jest w przypadku upustowej regulacji parametrów doładowania w rozumieniu konwencjonalnym. Dwie turbiny to w eksploatacji dwa problemy, bo do naprawy są dwa urządzenia, a czyszczenie turbiny cena nie zawsze jest niska. Charakterystyki uzyskane na podstawie przeprowadzonych badań wstępnych świadczą o poprawie wszystkich (oprócz zadymienia) efektywnych wskaźników pracy badanego silnika, prowadzącej do znacznego zwiększenia momentu obrotowego. Jest to szczególnie zauważalne w pierwszym zakresie prędkości obrotowych silnika, w którym uzyskano znaczne przyrosty momentu obrotowego bez dokonywania korekcji dawkowania paliwa. Podobny efekt można by również uzyskać z zastosowaniem np. upustowej regulacji doładowania, która również pozwala na wzrost ciśnienia doładowania w zakresie małych prędkości obrotowych. Przeprowadzone badania na hamowni pozwoliły na ocenę wpływu analizowanych układów doładowania w porównaniu z silnikiem doładowanym konwencjonalnie, wyposażonym w turbosprężarkę o oznaczeniu B4A. Zastosowanie turbosprężarki w silniku z upustem spalin, identycznej z turbosprężarką pierwszego zakresu silnika doładowanego zakresowo, miało na celu wyeliminowanie różnic w osiągach silnika do chwili otwarcia zaworu upustowego. Uzyskane wyniki badań ukazują poprawę wszystkich, oprócz zadymienia, efektywnych wskaźników pracy badanego silnika w zakresie małych prędkości obrotowych. Powoduje to znaczne zwiększenie momentu obrotowego bez korekcji dawkowania paliwa. Przebieg krzywych momentu obrotowego, ciśnienia doładowania, jednostkowego zużycia paliwa oraz zadymienia spalin w pierwszym zakresie małych prędkości obrotowych wskazywały na korzyści wynikające ze zmiany systemu doładowania. Maksymalna wartość momentu obrotowego w porównaniu z silnikiem doładowanym konwencjonalnie zwiększyła się o ok. 5%. Jednocześnie maksimum momentu obrotowego przesunęło się w kierunku mniejszych prędkości obrotowych , z 1400 do ok. 1300 obr/min. Zmniejszyło się również jednostkowe zużycie paliwa oraz zadymienie spalin. Największy, wynoszący 7% przyrost momentu obrotowego uzyskano przy najmniejszej prędkości obrotowej pierwszego zakresu. Tak znaczne zwiększenie momentu obrotowego przy nie zmienionym dawkowaniu paliwa jest efektem wzrostu ciśnienia doładowania w wyniku zastosowania mniejszej turbosprężarki o zmniejszonym (w porównaniu z doładowaniem konwencjonalnym) z 21 do 17 cm2 przekroju skrzyni wlotowej turbiny.

Co powoduje zwiększone ciśnienie doładowania w turbosprężarce?

Zwiększone ciśnienie doładowania w całym pierwszym zakresie prędkości obrotowych spowodowało wzrost sprawności napełniania silnika oraz masy powietrza dostarczanego do cylindrów silnika, a tym samym zwiększenie współczynnika nadmiaru powietrza, przyczyniając się do wzrostu jego sprawności cieplnej. W wyniku zwiększania współczynnika nadmiaru powietrza zmniejszyło się zadymienie spalin oraz o ok. 100◦C spadła temperatura gazów przed turbiną. Zmniejszyła się również maksymalna temperatura obiegu, co stwarza możliwości dalszego zwiększenia momentu obrotowego w rozpatrywanym zakresie prędkości przez korekcję dawkowania. Nie powoduje to nadmiernego wzrostu obciążeń cieplnych oraz zadymienia spalin. Przyrost momentu zmniejsza się jednak wraz ze zwiększeniem prędkości obrotowej, osiągając w silniku doładowanym zakresowo wartość minimalną przy maksymalnej prędkości obrotowej. Świadczyć to może o zwiększeniu pracy wymiany ładunku w wyniku zwiększenia gazów przed turbiną, spowodowanego zastosowaniem turbiny o bardziej stromej charakterystyce przepływowej. Zwiększyły się również opory tarcia w układzie korbowo-tłokowym przy większych ciśnieniach panujących w cylindrach silnika. Wzajemne oddziaływanie tych czynników przyczyniło się do zwiększania średniego ciśnienia tarcia, a przy większych prędkościach obrotowych, kiedy współczynnik nadmiaru powietrza przybiera większe wartości, przyrosty sprawności cieplnej są znacznie mniejsze. W efekcie zmniejszenie sprawności mechanicznej tylko w małym stopniu jest rekompensowane zwiększeniem sprawności cieplnej, co w niewielkim stopniu wpływa na poprawę efektywnych wskaźników pracy silnika. Tezę tę wydaje się potwierdzać przebieg krzywej momentu obrotowego w drugim zakresie prędkości obrotowych silnika. Moment obrotowy w całym drugim zakresie jest większy niż w przypadku doładowania konwencjonalnego, a jednostkowe zużycie paliwa – mniejsze. Zwiększa się jednak zadymienie spalin, które począwszy od prędkości obrotowej n = 1800 min-1 przyjmuje niedopuszczalne wartości. W silniku o upustowej regulacji doładowania początek upustu spalin nastąpił przy n = 1500 min-1, a więc gdy ciśnienie doładowania osiągnęło wartość jak w silniku doładowanym konwencjonalnie przy prędkości znamionowej. Początkowo zaobserwować można poprawę efektywnych wskaźników , lecz po zwiększeniu prędkości obrotowej powyżej ok. 1700 min-1, gdy w silniku z układem doładowania zakresowego następuje przełączenie na drugi zakres pracy, sytuacja ulega zmianie. Znaczne pogorszenie wskaźników silnika z upustem spalin, pomimo większego ciśnienia doładowania, zarówno w stosunku do silnika doładowanego konwencjonalnie, jak i zakresowo wynika pogorszenia parametrów pracy turbosprężarki. Pogorszenie jest najbardziej widoczne przy prędkości znamionowej, przy której sprawność sprężania jest najmniejsza, a wartość upustu spalin największa, powodując pogorszenie wymiany ładunku w cylindrach. W rezultacie moment obrotowy jest mniejszy, a jednostkowe zużycie paliwa większe. Zadymienie spalin, początkowo mniejsze, zwiększa się i przyjmuje wyższe wartości niż przy doładowaniu zakresowym. Przyczyną tego jest zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza, wywołane wzrostem temperatury powietrza doładowującego, która przy prędkości znamionowej jest o ok. 30◦C wyższa niż w porównanym silniku. Nie jest to kompensowane 5-procentowym wzrostem ciśnienia doładowania, powodując zmniejszenie gęstości ładunku. System ten stosowany jest powszechnie przez takich producentów jak: grupa VAG, BMW, FIAT czy Mercedes.

Koszt regeneracji turbiny IHI

Często zadawane pytanie przy tym rozwiązaniu to ile kosztuje regeneracja turbiny odpowiedz nie zawsze jest dla nas optymistyczna. Można stosować środek do czyszczenia turbiny, ale nie zastąpi to terminowej wymiany oleju i prawidłowej eksploatacji. Jeżeli pojawi się jednak problem w jednej z nich można skontaktować się z naszymi serwisami regeneracja turbin w miastach Katowice, Kielce, Szczecin, Warszawa, Jaworzno, Bydgoszcz, Poznań, Lublin czy Łódź i zapytać jak powinna wyglądać regeneracja sprężarek i na czym polega regeneracja turbiny w naszym turbo serwisie. Bo wiedza ile kosztuje turbosprężarka nowa nie daje nam wiele do myślenia , że naprawa lub czyszczenie turbiny jest zawsze bardziej opłacalna.