Jak działa turbina bez zmiennej geometrii?

Turbosprężarka bez zmiennej geometrii jest mechanizmem wirnikowym składającym się z turbiny oraz sprężarki, zamontowanych na wspólnym wale. Czynnikiem napędowym, zapewniającym działanie tego mechanizmu są spaliny produkowane przez silnik. Schemat działania jest następujący – spaliny pod bardzo dużym ciśnieniem napierają na łopatki turbiny, która w efekcie zaczyna się obracać. Ten obrót powoduje obrót wału, który następnie napędza sprężarkę. Sprężarka następnie zaczyna tłoczyć do komory spalania tlen w większej ilości, niż silnik mógłby pobrać sam z otoczenia. Efektem tego jest wydajniejsze spalanie paliwa i znaczne zwiększenie mocy jednostki napędowej. Urządzenia turbo bez zmiennej geometrii posiadają łopatki ustawione pod jednym kątem przez cały czas. Dlatego ich działanie jest odczuwalne dopiero po wejściu silnika na wyższe obroty.

Turbosprężarka ze stałą lub zmienną geometrią - Turbina ze zmienną geometrią czy bez

W popularnych turbodoładowanych samochodach występują dwa kluczowe rodzaje turbosprężarek – ze stałą i zmienną geometrią łopatek. Turbiny o stałej geometrii łopatek uchodzą za proste w budowie, a przez to najmniej kłopotliwe w eksploatacji i regeneracji. Są w nich stałe elementy turbodoładowania, czyli osadzone na połączonych ze sobą wałach dwa wirniki, które są połączone ze sobą w sposób stały, bez zastosowania jakichkolwiek przełożeń. Turbosprężarka ze zmienną geometrią polega na modyfikacji wirnika turbiny, a konkretnie na bieżących zmianach kąta nachylenia łopatek odpowiedzialnych za jego napęd. Łopatki te podlegają samoregulacji, za prawą zainstalowania na ich pierścieniach o ruchu kątowym sterowanych przez specjalny siłownik obsługiwany siłą spalin. 

Turbosprężarka ze stałą i zmienną geometrią – czym się różnią? - Jak rozpoznać turbinę ze zmienną geometrią

Najlepszym sposobem na zmniejszenie turbodziury jest zastosowanie zmiennej geometrii turbiny, Ruchome łopatki, zwane także kierownicami, zmieniają swój kąt nachylenia, a tym samym nadają zmienny kształt strumieniowi spalin padających na łopatki turbiny. W zależności od wielkości ciśnienia  łopatki ustawiają się pod większym lub mniejszym kątem, co przyspiesza wchodzenie wirnika na obroty już przy mniejszym ciśnieniu spalin, a przy większym turbosprężarka działa tak, jak zwykła bez zmiennej geometrii.

Technologia zmiennej geometrii w turbosprężarkach - Budowa turbosprężarki ze zmienną geometrią

Turbosprężarka o zmiennej geometrii jest szczególnym typem turbiny, w której łopatki podlegają płynnej zmianie kąta nachylenia. Takie rozwiązanie ma na celu zmniejszenie bezwładności i efektu turbodziury. Ten podzespół możemy podzielić na dwie główne części: gorącą i chłodną. W gorącej części znajduje się turbina, która jest napędzana przez spaliny wylatujące z silnika. Głównym elementem części chłodnej jest sprężarka, która jest napędzana przez turbinę, z którą obraca się na wspólnym wale. Rozpędzone łopatki sprężarki mają za zadanie sprężyć powietrze i wtłoczyć je do w doładowanej formie do komór spalania silnika, przez co wzbogacają mieszankę paliwowo-powietrzną. Do działania tego podzespołu potrzebny jest odpowiedni pęd wylatujących kolektorem wydechowym spalin. Dzięki odpowiedniemu ułożeniu łopatek w zmiennej geometrii turbina może najpierw skutecznie rozpędzić się przy niewielkiej ilości spalin wyrzucanych pod niedużym ciśnieniem, a potem, w miarę wzrostu prędkości obrotowej silnika, efektownie wykorzystać więcej spalin przy wysokich obrotach.