Jak odbywa się regulacja turbiny ze zmienną geometrią?

1. Turbosprężarki VNT VTG, czyli jak działa zmienna geometria.

Eksploatacja silnika diesla ma dwa oblicza. Z jednej strony jest to zmniejszona ilość zużywanego paliwa, co przekłada się na większą ergonomię pracy, a nam owocuje większą ilością zaoszczędzonych pieniędzy, niemniej jednak jest również druga, ciemniejsza strona, gdyż wymiana podzespołów silnika niemieckiego inżyniera, zawsze równa się wysokim kosztom. Podobnie jak układ zasilania silnika, układ doładowujący silnik, czyli popularna turbosprężarka, w wypadku konieczności wymiany, zmusza nas do pożegnania się ze sporą ilością gotówki. Nowa turbosprężarka, to koszt kilku tysięcy złotych, a dochodzi do tego jeszcze konieczność profesjonalnego montażu, który, jeśli przeprowadzony nieumiejętnie, spowoduje bardzo poważne uszkodzenia silnika, które jeszcze bardziej nadszarpną stan naszego portfela.

2. Jak odbywa się regulacja turbiny ze zmienną geometrią?

Wszyscy użytkownicy pierwszych układów doładowujących silniki spalinowe powietrze znają zjawisko turbodziury. Był to czas, który potrzebowała turbosprężarka, aby "załadować się", czyli sprężyć powietrze do poziomu, przy którym otwierały się zawory po stronie kompresji. Zjawisko to zniknęło w momencie wynalezienia systemu VGT (lub VTG). Skrót ten to akronim z angielskiego Variable Geometry Turbine, co oznacza nie mniej nie więcej tylko właśnie zmienną geometrię kierowania spalin. Jak zbudowana jest turbina VTG? Czym charakteryzuje się praca takiej turbosprężarki? Jak odbywa się regulacja turbiny ze zmienną geometrią?

Spaliny podawane na wirnik turbiny po stronie gorącej turbosprężarki, ich ilość i prędkość przepływu, to czynniki uzależnione bezpośrednio od pracy silnika. Jak sprawić, aby zwiększyć prędkość przepływu, bez zmiany objętości tłoczonych gazów. Oczywiście poprzez zwiększenie ciśnienia. Jak to zrobić, aby turbodziurę zmniejszyć, a nie jeszcze bardziej ją powiększyć, to było pytanie, nad którym pracował cały sztab inżynierów. Rozwiązanie okazało się równie proste co pomysłowe. Z braku możliwości ingerencji w inne czynniki zmniejszono... światło dolotu. 

3. Koniec turbodziury, początek problemów.

Spaliny podawane do turbiny trafiały, już nie bezpośrednio na łopatki wirnika, tylko najpierw na ruchome łopatki zwane kierowniczkami spalin. Ruchomy system podawania spalin, zależnie od pracy silnika zmieniał swoje nachylenie względem turbiny, od łagodnego kąta przy niskich obrotach, nie powodując tym samym zbędnego obciążenia turbodoładowania, a przy naciśnięcia pedału gazu, przy gwałtownym zwiększeniu obrotów w silniku, ustawiony kąt natychmiastowo się zmniejszał, powodując zmniejszenie światła przepływu, co z kolei gwarantowało, że prędkość podawanych spalin była dużo większa, przy zachowaniu wszystkich pozostałych parametrów na tym samym poziomie. Dzięki temu rozwiązaniu występowanie zjawiska turbodziury zminimalizowano do poziomu niewyczuwalnego w eksploatacji. Jednak spowodowało również, że turbosprężarka stała się podzespołem jeszcze bardziej zawodnym niż do tamtej pory. Kontrolą położenia łopatek zajmuje się po dziś dzień tak zwana sztanga, czyli cięgno łączące siłownik z pierścieniem, na którym znajdują się osadzone łopatki kierujące. Regulacja sztangi turbiny VNT opisana jest w następnym akapicie. Zmiany pojawiają się dość często w sposobie sterowania wyżej wymienionym pierścieniem. Wyróżniamy 3 sposoby, nastawnik, elektro-pneumatyczny siłownik (często używa się nazwy aktuator, co jest zapożyczeniem od angielskiej nazwy siłownika - actuator) lub silnik krokowy. Kontrolę nad wymienionymi sprawuje EDC lub ECU, co gwarantuje dokładność i szybkość reakcji, na której tak zależało projektantom. Sterowanie pracą siłownika odpowiadającego za kąt ustawienia łopatek odbywa się poprzez regulację ciśnienia generowanego przez pompę vacuum zaworem N75, którego trzy króćce łączą się odpowiednio z siłownikiem, pompą i powietrzem atmosferycznym. Najlepiej przeprowadzać regulację turbiny po regeneracji.

4. Sztanga, zderzak i łopatki - regulacja turbiny.

Regulacja turbiny VNT (czasem zwanego również VTG – termin ukuty przez Honeywella) odbywa się za pomocą ustawienia dwóch śrub umieszczonych w konstrukcji turbosprężarki. Jedna z nich to śruba regulacyjna zderzaka, a druga to śruba regulacyjna siłownika. Śruba regulacyjna zderzaka odpowiada za tak zwany "dół" turbosprężarki, czyli moment (ilość obrotów silnika), od którego zaczyna działać zmienna geometria i zmienia się położenie łopatek. Zadanie drugiej śruby jest dużo bardziej złożone. Przy dużej dozie wyrozumiałości można przyjąć, że śruba regulacyjna siłownika odpowiada analogicznie za "górę" pracy turbosprężarki. Określa ona maksymalne ciśnienie pracy turbosprężarki i uniemożliwia jej przeładowanie i zacięcie się zmiennej geometrii. Nazywa się to regulacją zderzaka i regulacją ogranicznika turbiny. Aby system funkcjonował sprawnie, w turbosprężarkach dodatkowo instaluje się zawór wastegate. Zawór ten odpowiedzialny jest za otwieranie kanałów upustowych, które mają za zadanie zmniejszenie ciśnienia panującego po ciepłej stronie turbosprężarki, co ma na celu uniemożliwienie przeładowania turbosprężarki. Warto zaznaczyć, że nieodpowiednia regulacja zaworu może doprowadzić do uszkodzenia zmiennej geometrii a w skrajnych wypadkach nawet do rozerwania korpusu turbo.

Regeneracja turbosprężarek tylko w profesjonalnej pracowni

Jak już wspomniałem, turbo zalicza się do podzespołów w silniku wymagających naszej opieki i uwagi, ponieważ jest delikatne, a wymiana droga. Warto więc wspomnieć, że większość turbosprężarek poddaje się procesowi regeneracji, który w większości przypadków przywraca fabryczne parametry pracy podzespołu. Jednak, by dłużej cieszyć się żywotnością turbosprężarki, należy korzystać z usług profesjonalistów i specjalistycznych pracowni. Do odpowiedniej regeneracji turbosprężarki konieczny jest specjalistyczny sprzęt, taki jak wyważarki i doważarki oraz specjalne maszyny umożliwiające czyszczenie na przykład muszli turbin ze zbierającego się nagaru. Połączenie szkolonej kadry i odpowiedniego sprzętu powinno zaowocować nam sprawną turbosprężarką, przy znacząco niższych kosztach niż w przypadku inwestycji w nową. Samo ustawienie geometrii turbiny i cena, jaką trzeba za to zapłacić, jest znacznie niższa, niż za regenerację czy nową turbinę. Pamiętajmy również, że na tak zregenerowaną turbinę powinniśmy otrzymać gwarancję!