Zmienna geometria Turbiny w samochodach osobowych i ciężarowych

KKK – Budowa Turbiny – Części do Turbosprężarek – Zmienna geometria Turbiny w samochodach osobowych i ciężarowych

Doładowanie mechaniczne polega na tym, że sprężarka jest napędzana od wału korbowego silnika za pośrednictwem przekładni zębowej lub pasków klinowych dostępnych. Pomiędzy sprężarką a źródłem napędu (wałem korbowym silnika) powstaje zatem powiązanie mechaniczne, stąd też nazwa sposobu tego doładowania. Poniżej, zobaczyć możemy budowę sprężarki typu Roots:
1. Obudowa sprężarki;
2. Wirniki sprężarki.

Na początku, w okresie prób, stosowano sprężarki tłokowe oraz rotacyjne łopatkowe, ale ze względu na duże wahania ciśnienia powietrza doładowanego, niską sprawność ogólną i skomplikowaną budowę nie znalazły one szerszego zastosowania. Powszechnie stosuje się za to sprężarki wirnikowe o poprzecznym lub osiowym przepływie powietrza tj. sprężarki Rootsa i Lysholma. Nieporównywalną zaletą tych sprężarek w porównaniu z tłokowymi i łopatkowymi jest ich możliwa praca ze znacznie większymi prędkościami obrotowymi oraz znacznie mniejsze wahania ciśnienia sprężonego powietrza. Sprężarki wirnikowe mogą mieć wirniki dwu- lub trzyłopatkowe, przy czym w celu zwiększenia równomierności przepływu powietrza przez sprężarkę stosuje się pochylenie linii łopat. Prędkość obrotowa tych sprężarek nie powinna przekraczać 7000 min-1 (są napędzane od wału korbowego silnika z przełożeniem przyspieszającym), z powodu wysokiej hałaśliwości (prędkość obwodowa wirnika 50m/s).

Zasady działania i efektywność doładowania mechanicznego oraz porównanie do turbodoładowania

W przypadku napędu paskami klinowymi bardzo istotną kwestią jest sama praca gięcia tych pasków. Ze względu na to jak działa turbosprężarka tego typu znacznie korzystniej jest napędzać sprężarkę stosując dużą liczbę pasków o małym przekroju, gdyż wtedy praca gięcia jest znacznie mniejsza oraz mniejsze są straty poślizgu. Przy wyższym sprężu pobór mocy do napędu sprężarki znacznie odbiega od wartości wyznaczonych teoretycznie niż ma to miejsce w przypadku sprężu mniejszego. Stopień doładowania silnika za pomocą sprężarki Roots’a nie powinien przekraczać 45÷50%, gdyż powyżej tej wartości, zaobserwować można drastycznie spadającą ekonomiczność tego doładowania. Sprawność ogólna silnika doładowanego mechanicznie zmniejsza się, co było głównym powodem dla którego zaniechano dalszego stosowania tego rodzaju doładowania. Budowa turbiny tego typu zwłaszcza w dobie kryzysu energetycznego nie będzie miała wielu zwolenników. Stosuje się je jeszcze w silnikach pojazdów specjalnych i wojskowych, kiedy chodzi przede wszystkim o poprawę właściwości dynamicznych pojazdu, a względy ekonomiczne odgrywają drugorzędną rolę. W efekcie sprężania oczywistą kwestią jest rosnąca temperatura i ciśnienie powietrza doprowadzonego do cylindra, co pozwala na szybsze odparowanie wtryśniętego paliwa i skrócenie okresu opóźnienia samozapłonu. Do poprawnej pracy silnika konieczne jest zatem zmniejszenie kąta wyprzedzenia wtrysku. W trakcie badań silnika wysokoprężnego o wtrysku bezpośrednim przeznaczonego do napędu pojazdów rolniczych stwierdzono, że potrzebne jest zmniejszenie tego kąta o 1◦ OWK na każde 0,013 MPa nadciśnienia doładowania. W ten sposób można było z maksymalnym efektem wykorzystać energię powstałą w wyniku spalania wtryśniętego do cylindra paliwa, bez powstawania tzw. odbijania, związanego z uzyskaniem przez silnik maksymalnego ciśnienia spalania przed GMP. Przedstawione wyniki dotyczyły silnika doładowanego mechanicznie za pomocą sprężarki Rootsa. Należy jednak pamiętać, że w przypadku doładowania mechanicznego sprężarka reaguje natychmiast na zmianę prędkości obrotowej silnika, podając wymaganą ilość powietrza. Dzięki temu zadymienie spalin jest praktycznie takie samo, jak w przypadku silnika niedoładowanego. Świadczy to o korzystnym wpływie doładowania na proces tworzenia mieszanki palnej w silniku i to zarówno w wyniku zwiększonej turbulencji powietrza, jak i zwiększonej jego temperatury, co pozwala na lepsze odparowanie paliwa wtryśniętego do komory spalania.

Turbodoładowanie w którym jest zmienna geometria turbiny (np. turbina passat b5) to znacznie skuteczniejszy sposób poprawy napełnienia silnika niż doładowanie mechaniczne, czego dowodem jest znacząco mniejsze zadymienie spalin, a dostępność części do turbosprężarek jest bardzo duża. Zadymienie spalin przy sprężu ok. 1,2 wynosi w przypadku doładowania mechanicznego 20%, a w przypadku turbodoładowania 6%. Przy sprężu 1,4 dla obydwu rodzajów doładowania zadymienie wynosi po 10%. Różnica wartości sprawności ogólnej wynosi odpowiednio 6% i 6,6% na korzyść turbodoładowania i jest to jeden z głównych argumentów przemawiających za tym sposobem doładowania, oprócz takich zalet, jak zmniejszenie toksyczności spalin, dzięki większemu nadmiarowi powietrza, oraz zmniejszenie zawartości gazów pozostałych w komorze spalania, dzięki lepszemu jej przepłukaniu. Doładowanie mechaniczne odegrało jednak swoją rolę, dając możliwość poznania i zrozumienia zjawisk w procesie sprężu powietrza. Inaczej wygląda sprawa doładowania mechanicznego silników wysokoprężnych dwusuwowych. Są to silniki o przepłukaniu wzdłużnym, tzn. dolot odbywa się przez szczeliny w tulei cylindra, a wylot przez zawór wylotowy. Aby uzyskać wysokie ciśnienie końca suwu sprężania, zapewniającego samozapłon mieszaniny paliwa z powietrzem, niezbędna jest sprężarka mechaniczna. Regeneracja turbin można przeprowadzić w różnych miastach takich jak Bydgoszcz, Lublin, Wrocław, Łódź, Kraków korzystając z naszych serwisów partnerskich, w których dokonać można demontażu i montażu. Warto też wiedzieć jakie są objawy uszkodzonej turbosprężarki.