A turbófeltöltés elvének vizsgálata során érintettük azokat a problémákat, amelyek korlátozzák a gázturbófeltöltők hatékonyságát. A változó geometriájú turbina kiterjesztheti a turbófeltöltő hatótávolságát, és érzékenyebbé teheti a motort. Nemcsak a rendszer felépítéséről, hanem a vezérlőszelep meghibásodásának tüneteiről, a VNT turbófeltöltők tisztításáról és beállításáról is beszélünk.
VNT turbina kialakítása
Az ábrán a Volkswagen, Skoda járművekre szerelt változó geometriájú turbina látható. A turbófeltöltő általános elrendezése és a kiegészítő levegőbefecskendezés elve nem különbözik a hagyományos turbófeltöltőktől. A fő jellemzői a forgatható pengék, a vezérlőmechanizmus és a vákuumhajtás.
Működési elv
A forgó lapátok egy tartógyűrűbe szerelt tengelyeken forognak. Mindegyik lapát tengelyéhez vezérlő rudak vannak rögzítve, amelyek a beállítógyűrűbe illeszkednek, ha fel vannak szerelve. A vezetőkar összeköti a beállítógyűrűt a vezérlő rúdkarral és a forgó lapátok vákuumos működtető tengelyével.
Amikor a vákuumos működtető tengely pozíciója megváltozik, a beállítógyűrű egy bizonyos szögben elfordul. Ezáltal a pengék tengelye a tartógyűrűben elfordul. Ezek szinkronban változtatják helyzetüket, ezáltal megváltoztatják a kipufogógázáramlás keresztmetszetét.
A változó geometriájú turbina működési elve a turbinakerékhez érkező kipufogógázáram szabályozásán alapul. A beállítás lehetővé teszi, hogy a kipufogógáz-áram átvezető szakasza a motor üzemmódjához igazodjon.
Hogyan változik a lökettérfogatnyomás?
Amikor a változó bemeneti gyűjtőcsőgeometriájú rendszer elvét vizsgáltuk, beszéltünk a gázáram függéséről a csatorna keresztmetszetétől. Ugyanazon nyomás mellett a gázáramlás nagyobb lesz egy szűkebb keresztmetszetű csatornában.
Ahhoz, hogy a turbina alacsony fordulatszámon gyorsan a hatékony működés zónájába kerüljön, nagy lökettérfogat-nyomás szükséges. Ebben az üzemmódban a lapátok csökkentik annak a csatornának a keresztmetszetét, amelyen keresztül a kipufogógázok a turbina járókerékhez jutnak. Az eredmény magasabb lökettérfogatnyomás.
A motor magas fordulatszám-tartományában a kipufogógázok térfogata megnő. A kis csatornakeresztmetszet túlzott kipufogógáz-visszaáramláshoz vezet, ami a hengerek friss TPV-töltettel való rossz feltöltését eredményezi.
Ezért a motor fordulatszámának növekedésével a lapátok változtatják a helyzetüket, növelve a kipufogógázok áthaladásához szükséges keresztmetszetet.
A változó geometriájú elv megszünteti a megkerülő szelepet (wastegate). A teljes kipufogógázáram a járókerék "forró" részén halad át. A túltöltődést a forgó lapátok helyzetének változtatásával lehet megakadályozni.
A rendszer metszeti nézetben
- A lapátok a sugárirányú vonalakra merőlegesen helyezkednek el, ami a kipufogógáz áramlásának keskeny keresztmetszetét jelenti. Ez biztosítja a gyors lökést és a lökést az alacsony fordulatszám-tartományban.
- Lépcsőzetes elrendezésű lapátok – nagy keresztmetszet a kipufogógáz áramlásához. Ugyanez az üzemmód vészhelyzeti üzemmódként használatos, amikor az öndiagnosztikai rendszer rendszerhibát regisztrál, és a mágnesszelep nem kap áramot.
Geometria vezérlés
A turbina geometriáját a motorvezérlő egység változtatja meg. A fent leírt rendszer működési elve feltételezi egy feltöltő mágnesszelep meglétét. A szelepet PWM jel vezérli. A motor ECU-ja a jel munkaszünetének változtatásával állítja be a szükséges vákuumot a forgólapátos hajtás vákuumkörnyezetében. Ezzel a vezérléssel az ECU simán és pontosan tudja vezérelni a vezérlőgyűrűt, hogy a motor minden üzemmódjában hatékony égést biztosítson a TPV-nek.
Amikor a mágnesszelep ki van kapcsolva, a vákuumkörnyezet légköri nyomáson van, és a lapátok lépcsőzetes helyzetbe vannak állítva. Az ECU folyamatosan lekérdezi a motorérzékelő hardvert, hogy a lökettérfogatnyomás egyenletesen állítható legyen.
Alapvető különbség
Az autóipari gázturbinák minden típusa 3 üzemmóddal rendelkezik:
- Kilépés a munkaterületre. A forgó turbina tengely ellenállást fejt ki a kipufogógázok áramlásával szemben, ami csökkenti a hengerek töltöttségét és következésképpen a motor hatásfokát. A turbinakerék kipörgésével magyarázzák a járművezetők a "turbo lag" jelenségét;
- A tényleges munkaterület. Amint a kompresszorkerék fordulatszámát elérjük, több levegő kerül a hengerekbe, ami a nyomaték növekedését eredményezi;
- Túlhajtási zóna (a következő értéktől A oldalon keresztül-Fonás – a pörgés felett). A turbófeltöltő kialakítása hatékonysági zónákra utal. A motorkonstrukciót is bizonyos mennyiségű lökettérfogatnövelésre tervezték. Ha a kipufogógáz-áramlás meghaladja az optimális hatásfok zónát és a számított lökettérfogat-értéket, a turbófeltöltő további használata csak a motor hatásfokát csökkenti. A járókerék tervezési sebességének túllépése szintén a légáramlás leállását eredményezi. Ezért a legtöbb turbina kialakítása szelepet tartalmaz. Ez utóbbi bizonyos motorfordulatszámoknál a kipufogógáz-áramlással megkerüli a turbinakereket.
A rögzített geometriájú turbinák tervezése mindig kompromisszumot jelent a hatásfok zónába való kilépési sebesség, a lökettérfogat értéke és a csúcsteljesítmény határértéke között. Ezeket a paramétereket befolyásolja a gázcsatornák átmérője, az indító- és exdusser területének aránya, a howsis területe/sugara, a wastegate kialakítása, a lefúvószelep. Mivel azonban a turbina jellemzőit már a tervezési szakaszban meghatározzák, a turbina működési tartománya meglehetősen szűk.
Előnyök
- A turbina "forró" részének csatornakeresztmetszetének aktív változtatásával a turbina hatékony munkaterülete kiterjeszthető. A változó geometriájú turbófeltöltővel ellátott autók már a legalacsonyabb fordulatszámon is nagyobb teljesítményt tudnak leadni.
- Csökkentett kipufogógáz-ellennyomás magas fordulatszámon. Mivel a "forró" részen nincs kipufogószelep, kevesebb gáz áramlik a különböző irányokba, ami javítja a gázok áramlását a turbinán keresztül.
- Javított motorrugalmasság.
- Csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és a károsanyag-kibocsátást.
Lehetséges meghibásodások
A turbinák tervezésének növekvő összetettsége elkerülhetetlenül a meghibásodások kockázatának növekedéséhez vezet. A változó geometriájú műveletek esetében azonban a helyzet nem olyan rossz, mint amilyennek látszik. A mechanizmussal csak néhány nagyobb probléma van:
- Elakadt penge mozgása. A csapágypárok kritikus kopása és a szennyeződések miatt következik be. A szén- és olajlerakódások akadályozzák a beállítógyűrű zavartalan működését;
- A pengék elakadása az egyik állásban. A kritikus szennyeződések miatt a vákuumerő nem elegendő a beállítógyűrű mozgatásához;
- A forgó lapátok vákuumos működtetőjének, a turbófeltöltő nyomásszabályozó szelepének meghibásodása.
A fő tünetek közé tartozik a gyorsításkor jelentkező rángatás, a motor teljesítményének csökkenése, a megnövekedett üzemanyag-fogyasztás és a műszerfalon megjelenő Check Engine jelzés.
