Praca turbosprężarki a zmienna geometria kierownicy

W sytuacji, gdy energia gazów wydechowych jest zbyt mała, by rozpędzić turbosprężarkę, powstaje tak zwana turbodziura. Najczęściej mamy z nią do czynienia w niskim zakresie prędkości obrotowej silnika spalinowego lub jeśli kierowca zamyka przepustnicę. Jednym ze sposobów na eliminację tego problemu jest zastosowanie zmiennej geometrii kierownicy. Co to oznacza w praktyce?

Zmienna geometria turbiny

W motoryzacji zmiana geometrii danej części oznacza zmianę położenia poszczególnych jej elementów. W zakresie turbosprężarek obejmuje to zmianę kąta nachylenia łopatek kierownicy spalin. Turbosprężarki ze zmienną geometrią określane są to mianem VGT (Variable Gemotery Turbochargers) lub VNT (Variable Nozzle Turbines). Do poprawnego ustawienia zmiennej geometrii konieczne jest wykonanie komputerowej diagnostyki pojazdu. To obowiązkowa czynność w procesie montażu turbosprężarki. Renomowany serwis STS Turbo wykorzystuje w tym celu dwa najnowocześniejsze Turbo Testery.

Głównym zadaniem tej technologii jest zmniejszenie odczuwalności czasu, jaki turbosprężarka potrzebuje, aby zacząć wydajnie pracować. Nie jest ona podłączona bezpośrednio do silnika, napędzają ją gazy wylotowe. Tym samym nie jest w stanie dostosować się do jego zmian obrotowych i obciążenia. VNT pozwala w pewnym stopniu uniezależnić pracę turbiny od obrotów silnika.

Praca sprężarki VNT

Podstawą konstrukcji każdej sprężarki jest łożyskowy wał, na którym umieszczone są dwa wirniki – wirnik turbiny w układzie wydechowym oraz wirnik sprężarki w systemie dolotowym. Spaliny napędzają ten pierwszy, który pobudza do pracy sprężarkę, która doprowadza powietrze do silnika przez kolektor dolotowy lub chłodnicę.

Kąt nachylenia łopatek kierownicy spalin jest modyfikowany poprzez pneumatyczny siłownik obracający pierścień, do którego są one przymocowane. Siłownik napędzany jest podciśnieniem z kolektora dolotowego. W ten sposób zmienna geometria kierownicy wpływa na strumień spalin kierowany na łopatki wirnika turbiny.

Podczas pracy na małych obrotach ustawienie łopatek kierownicy ogranicza przekrój przepływu spalin, co zwiększa ich prędkość. Pozwala to szybciej wprawić w ruch sprężarkę. Wraz ze wzrostem obrotów silnika rośnie też przekrój przepływu spalin – łopatki ograniczają ciśnienie gazów wylotowych. Turbosprężarka o zmiennej geometrii pozwala nie tylko poprawić wydajność silnika przy niskich obrotach, ale też przebieg krzywej momentu obrotowego, a tym samym przyspieszenie pojazdu.

Turbosprężarki typu VGT mają też wadę – jest to ich większa niż w tradycyjnych turbosprężarkach usterkowość. Blokada pierścienia, gdy łopatki ustawione są na zmniejszenie przekroju przepływu spalin, prowadzi do gwałtownego wzrostu ciśnienia. Jazda na wysokich i średnich obrotach jest w takim przypadku niebezpieczna, a turbosprężarka wymaga natychmiastowej regeneracji w serwisie.