Turbodúchadlo s pevnou a variabilnou geometriou – aký je rozdiel?
Často sa pri popise motorov používa pojem „premenlivá geometria turbodúchadla“. Ako sa líši od konštanty a aké sú jej výhody a nevýhody?
Turbodúchadlo je zariadenie, ktoré sa vo vznetových motoroch vo veľkej miere používa už od 80. rokov, zvyšuje krútiaci moment a výkon a priaznivo ovplyvňuje spotrebu paliva. Práve vďaka turbodúchadlu už diesely neboli vnímané ako špinavé pracovné stroje. V benzínových motoroch začali mať rovnakú úlohu a častejšie sa objavovali v 90. rokoch, postupom času si získali obľubu a po roku 2010 sa stali v benzínových motoroch rovnako bežné ako v 80. a 90. rokoch v dieseloch.
Ako funguje turbodúchadlo?
Turbodúchadlo sa skladá z turbíny a kompresora namontovaný na spoločnom hriadeli a v jednom puzdre rozdelenom na dve takmer dvojité strany. Turbína je poháňaná výfukovými plynmi z výfukového potrubia a kompresor, ktorý sa otáča na tom istom rotore s turbínou a je ňou poháňaný, vytvára tlak vzduchu, tzv. doplnenie. Potom vstupuje do sacieho potrubia a spaľovacích komôr. Čím vyšší je tlak výfukových plynov (vyššie otáčky motora), tým vyšší je kompresný tlak.
Hlavný problém turbodúchadiel spočíva práve v tomto fakte, pretože bez primeranej rýchlosti výfukových plynov nebude existovať správny tlak na stlačenie vzduchu vstupujúceho do motora. Preplňovanie vyžaduje určité množstvo výfukových plynov z motora pri určitých otáčkach – bez poriadneho zaťaženia výfukovými plynmi nedochádza k poriadnemu posilňovaniu, preto sú preplňované motory v nízkych otáčkach extrémne slabé.
Na minimalizáciu tohto nežiaduceho javu treba použiť turbodúchadlo so správnymi rozmermi pre daný motor. Menší (rotor s menším priemerom) sa „točí“ rýchlejšie, pretože vytvára menší odpor (menšiu zotrvačnosť), ale dáva menej vzduchu, a preto nebude generovať veľký impulz, t.j. moc. Čím väčšia je turbína, tým je efektívnejšia, ale vyžaduje si väčšie zaťaženie výfukovými plynmi a viac času na „roztočenie“. Tento čas sa nazýva turbo lag alebo lag. Preto má zmysel použiť malé turbodúchadlo pre malý motor (cca do 2 litrov) a veľké pre väčší motor. Väčšie však stále majú problém s oneskorením, takže Veľké motory zvyčajne používajú systémy bi-turbo a twin-turbo.
Benzín s priamym vstrekovaním – prečo turbo?
Variabilná geometria – riešenie problému s oneskorením turba
Najúčinnejším spôsobom, ako znížiť oneskorenie turba, je použitie turbíny s variabilnou geometriou. Pohyblivé lopatky, nazývané lopatky, menia svoju polohu (uhol sklonu) a tým dávajú premenlivý tvar prúdu výfukových plynov dopadajúcich na nemenné lopatky turbíny. V závislosti od tlaku výfukových plynov sú lopatky nastavené vo väčšom alebo menšom uhle, čo urýchľuje rotáciu rotora aj pri nižšom tlaku výfukových plynov a pri vyššom tlaku výfukových plynov pracuje turbodúchadlo ako klasické bez variabilného geometria. Kormidlá sa montujú s pneumatickým alebo elektronickým pohonom. Variabilná geometria turbín sa spočiatku používala takmer výlučne v dieselových motoroch., ale v súčasnosti ho čoraz viac využíva aj benzín.
Efekt variabilnej geometrie je viac plynulé zrýchlenie z nízkych otáčok a absencia viditeľného momentu „zapnutia turba“. Naftové motory s konštantnou geometriou turbíny zrýchľujú na cca 2000 otáčok spravidla oveľa rýchlejšie. Ak má turbo variabilnú geometriu, dokážu plynulo a zreteľne zrýchľovať od cca 1700-1800 otáčok.
Zdá sa, že variabilná geometria turbodúchadla má nejaké plusy, no nie vždy to tak je. Nad všetkým životnosť takýchto turbín je nižšia. Karbónové usadeniny na volantoch ich môžu zablokovať tak, že motor vo vysokom či nízkom pásme nemá svoju silu. Horšie je, že turbodúchadlá s variabilnou geometriou sa ťažšie regenerujú, čo je drahšie. Úplná regenerácia niekedy ani nie je možná.
