Turbosprężarki z technologią zmiennej geometrii – Bosch Diesel Service

Jednym z najpopularniejszych obecnie rozwiązań dotyczących tzw. „turbodziury” jest wprowadzona w 1991r. przez firmę Garrett technologia turbosprężarek ze zmienną geometrią łopatek.

1. Turbosprężarki VNT/VGT/VTG - historia

Turbosprężarki VNT/VGT/VTG(wszystkie te skróty oznaczają to samo) zostały opracowane, jako odpowiedź na wymogi producentów silników wysokoprężnych odnośnie potrzeby na szybką reakcję turbosprężarki i wzrostu ciśnienia w układzie dolotowym. Zastosowanie zmiennej geometrii łopatek wirników zaowocowało wyeliminowaniem efektu turbo dziury wraz ze znacznym poprawieniem osiągów jednostek napędowych. Pozwoliło to także na utrzymywanie coraz bardziej rygorystycznych norm emisji spalin.

2. Budowa i działanie

W zwykłych turbosprężarkach prędkość obrotowa wału jest ściśle uzależniona od ilości spalin dostarczanych z kolektora wylotowego. W urządzeniach typu VNT umieszczone są dodatkowe, ruchome łopatki, nazywane kierownicami. Są one osadzone na pierścieniu o ruchu kątowym. Zabieg ten pozwala na zmianę kąta nachylenia kierownic, kierujących spaliny na łopatki wirnika turbiny. Ciśnienie w kolektorze ssącym wytworzone przez pracę sprężarki wymusza pracę membrany siłownika, do którego zamontowane jest ramię sterujące obrotem pierścienia z kierownicami. Kiedy silnik pracuje na niskich obrotach, kierownice nachylone są pod kątem wymuszającym jak największą prędkość spalin poprzez zmniejszenie średnicy przepływu. Przy dużych obrotach średnica przepływu powietrza jest zwiększana. Dzięki temu ciśnienie doładowania nie przekracza odgórnie ustalonego poziomu, nie pozwalając na przeciążenie zarówno silnika jak i turbosprężarki. W niektórych systemach VNT, jak np. silniki HDi koncernu PSA zastosowane są łopatki wysuwane. Cięgno, regulujące ruch obrotowy pierścienia z osadzonymi na nim kierownicami, sterowane jest przez pneumatyczny nastawnik reagujący na zmianę ciśnienia lub przez układ z siłownikiem elektropneumatycznym wykorzystującym silnik krokowy. Sterowany jest on za pomocą komputera, co daje nam lepszy zakres regulacji kąta nachylenia ruchomych łopatek oraz większą dokładność.

Zalety i wady technologii VNT

Zmienna geometria łopatek znacząco zmniejsza zależność prędkości obrotowej turbosprężarki od obrotów jednostki napędowej. Dzięki płynnej zmianie kąta nachylenia kierownic niemal całkowicie niwelowany jest efekt turbodziury. Poprawiona jest efektywność przepływu spalin do turbiny, co powoduje lepszą charakterystykę momentu obrotowego silnika.

VNT są konstrukcjami niezwykle precyzyjnymi i skomplikowanymi mało odpornym na zanieczyszczenia sadzą i bardzo często naprawa polega na czyszczeniu zmiennej geometrii. Mimo iż z zewnątrz przypominają tradycyjne turbosprężarki, materiały z których są wykonane oraz rozwiązania technologiczne w nich zastosowane znacznie różnią się od starszych konstrukcji. Wymagają one podczas regeneracji, naprawy turbosprężarki odpowiedniego ustawienia i regulacji parametrów takich jak minimalne i maksymalne wartości przepływu spalin, które wykonać można tylko i wyłącznie posiadając odpowiednie maszyny i specjalistyczną wiedzę, a sprostać temu zadaniu może nasz autoryzowany warsztat Melett w Stalowej Woli. Próba regeneracji, używając nieoryginalnych elementów Melett, czy niewłaściwa regulacja, mogą spowodować wiele poważnych problemów jak np. konflikt z ECU(komputerem zarządzającym pracą silnika). Może wywołać również powstanie zbyt bogatej mieszanki, owocującej przegrzaniem silnika, czy niedostateczne lub zbyt wysokie ciśnienie doładowania. Źle serwisowana turbosprężarka może głośno pracować. Prawdopodobne jest też zwiększenie toksyczności spalin, co może doprowadzić do wyeliminowania pojazdu z ruchu drogowego. Rozwiązanie wprowadzili dwaj najwięksi producenci systemów VNT/VGT: Garrett(Honeywell) i Borg Warner Turbo Systems, oferując naprawy fabryczne.

Technologia VNT świetnie sprawdza się w silnikach wysokoprężnych, gdzie temperatura spalania jest niższa od tej w silnikach benzynowych o nawet 250 stopni Celsjusza. Wyższa temperatura utrudnia dobór materiałów na produkcję elementów ruchomych. Pierwszym producentem silników benzynowych, wykorzystujących VNT, jest Porsche, które w 2006 roku dzięki zastosowaniu materiałów i technologii wykorzystywanych na co dzień w lotnictwie, zamontowało zmienną geometrię w swoim flagowym modelu 911(generacja 997).