Turbosprężarka o zmiennej geometrii łopatek
Turbosprężarka o zmiennej geometrii łopatek ? stosowana w samochodach turbosprężarka ze zmiennym kątem nachylenia kierownic spalin płynących do turbiny. Stosowane by zniwelować tzw. efekt turbodziury.
Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Turbospr%C4%99%C5%BCarka_o_zmiennej_geometrii_%C5%82opatek
Turbodziura
Turbodziura to czas zwłoki pomiędzy zadziałaniem czynnika sterującego (np. zdecydowanym wciśnięciem pedału gazu) a reakcją silnika doładowanego przez turbosprężarkę na to zadziałanie.
Zjawisko jest wynikiem opóźnienia (przesunięcia fazy) pomiędzy chwilowym wydatkiem spalin a zapotrzebowaniem na powietrze w tym momencie w nieustalonych warunkach pracy silnika. Jest wynikiem bezwładności wirnika turbosprężarki i gazodynamicznej więzi pomiędzy zespołem turbosprężarki a silnikiem. Sprężarki mechaniczne nie wykazują tego ograniczenia.
Aby zmniejszyć uciążliwość tego zjawiska, stosuje się różne metody. Stosuje się na przykład zmniejszanie bezwładności wirnika (przez wykonanie go z lżejszych materiałów, na przykład z ceramiki). W silnikach wysokoprężnych, gdzie jest duży wydatek spalin, problem jest mniejszy. Można stosować przewymiarowaną turbosprężarkę i zawory upustowe ograniczające maksymalne ciśnienie doładowania. Możliwe jest stosowanie zespołu dwóch mniejszych turbosprężarek (popularne w silnikach widlastych). Turbosprężarka ze zmiennym kątem łopatek kierujących, zapewniając w miarę stałe obroty wirnika, jest prawdopodobnie najlepszym rozwiązaniem problemu. W zaawansowanych technicznie silnikach iskrowych stosuje się doładowanie dwusystemowe - przy niższych mocach (i małym wydatku spalin) aktywne jest doładowanie mechaniczne, przy większych mocach włącza się do obiegu turbosprężarka - jak w silnikach TSI.
Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Turbodziura
Jak działa turbo?
Obroty sprężarki, a tym samym i jej stopień sprężania zależą od ilości gazów napędzających turbinę, która przy małym zapotrzebowaniu na moc jest mała. Dlatego gdy gwałtownie wzrasta zapotrzebowanie na moc silnika (zmiana biegu, wciśnięcie gazu w celu przyspieszenia) pomimo dostarczenia dodatkowego paliwa, przez moment, aż sprężarka zostanie rozpędzona sprężanie sprężarki jest małe, przez co silnik przez moment ma małą moc. Dodatkowo w tym czasie z powodu mniejszej ilości dostarczonego powietrza do cylindrów, układ dostarczający paliwo nie może dostarczyć go tyle co przy statycznym obciążeniu silnika. Efekt mniejszej mocy silnika przy gwałtownym wzroście zapotrzebowania na moc nazywany jest turbodziurą. Usprawnienia konstrukcyjne sprawiają, że dzisiejsze turbosprężarki mają mniejszy moment bezwładności wirnika, a dawkowanie paliwa jest dokładniejsze, przez co efekt turbodziury jest mniejszy.
W celu ograniczenia tego zjawiska stosuje się też sterowanie wydajnością turbosprężarki. Możliwe są tu dwa sposoby ? sterowanie ilością spalin przepływających poprzez turbinę lub sterowanie geometrią przepływu.
W pierwszym rozwiązaniu stosuje się zawór obejściowy, który jest sterowany poprzez ciśnienie doładowywania ? gdy ciśnienie wytwarzane przez sprężarkę przekracza ustaloną przez konstruktora silnika wartość, zawór otwiera się i przepuszcza część spalin poza wirnikiem turbiny.
Drugim rozwiązaniem jest umieszczenie łopatek sterujących kątem pod jakim spaliny trafiają na łopatki wirnika. Przy małych prędkościach obrotowych silnika, spaliny uderzają w wirnik pod kątem zbliżonym do prostego i jednocześnie łopatki sterujące wytwarzają rodzaj dyszy przyspieszających przepływ spalin. Ograniczenie ciśnienia doładowania polega na kierowaniu strumienia spalin pod coraz ostrzejszym kątem względem łopatek turbiny przy jednoczesnym poszerzeniu kanału przepływu co powoduje ograniczenie prędkości spalin. Konstrukcyjnie rozwiązuje się to w ten sposób, że wirnik turbiny otacza rodzaj żaluzji kierujących przepływem spalin.
Pierwotnie ciśnienie doładowywania było sterowane czysto mechanicznie, we współczesnych silnikach samochodowych ciśnieniem steruje sterownik silnika, wykorzystując sygnały z czujników ciśnienia i ilości zassanego powietrza. Elementami wykonawczymi sterującymi zaworami lub żaluzjami są siłowniki pneumatyczne (wykorzystujące podciśnienie) sterowane elektrozaworami lub silniki krokowe ? tak jak w silniku 1,2 TSI grupy VW
W sprężarce rośnie temperatura powietrza w wyniku:
wzrostu ciśnienia (zgodnie z równaniem adiabaty),
przepływu ciepła przez elementy konstrukcyjne od gorących spalin do chłodniejszego powietrza.
Jest to zjawisko niekorzystne, gdyż obniża efekt działania turbosprężarki, oraz zwiększa temperaturę w momencie spalania. Zwiększenie temperatury wpływa niekorzystnie na elementy silnika, obniża sprawność silnika jak i zwiększa wydzielanie tlenków azotu. Aby obniżyć temperaturę sprężonego powietrza stosowany jest wymiennik ciepła zwany intercoolerem lub chłodnicą międzystopniową powietrza.
Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Turbospr%C4%99%C5%BCarka