Teória

Princíp turbodúchadla

Turbodúchadlo je zariadenie, ktoré slúži na preplňovanie agregátov, a to ako vznetových, tak zážihových. Výsledkom práce turbodúchadla je vyšší výkon a krútiaci moment, pretože sa za jeho pôsobenia do spaľovacieho priestoru dostane väčšie množstvo vzduchu, čo umožní spáliť viac paliva.

Pri použití turbodúchadla ide o cudzie preplňovanie bez mechanického pohonu (iba výfukovými plynmi), ďalšia možnosť je preplňovanie dynamické , príp. s mechanickým pohonom (Rootsovo), o tých ale neskôr...
Dúchadlo je poháňané turbínou, využívajúcou tepelnú energiu výfukových plynov. Zrejmý účinok je dosiahnutý až v stredných alebo vyšších otáčkach a rozoznáme u nich aj určite oneskorenie reakcie, pretože výfukové plyny na základe svojej zotrvačnosti nemôžu sledovať rýchle zmeny zaťaženia. Výhodou je jeho práca s malými stratami a neodobratie užitočnej energie pre svoj pohon.

Rotor je tvorený turbínovým kolesom s hriadeľom a dúchadlovým (kompresovým) kolesom a točí sa 50 000 až 240 000 ot*min-1. To všetko pri mazaní olejom a uložení rotora vo valivom ložisku. Tu tiež vzniká častá porucha - nečistoty v oleji spôsobia poškodenie ložiska (mäkší materiál ako hriadeľ) a vznikne nežiaduca vôľa medzi ložiskom a rotorom, čo zapríči unik oleja do priestoru sania a môže pre motor znamenať aj úplné zničenie (olej vo valci je piestom nestlačiteľný : ) ). Rozmery rotora sú dané katalógom a majú určité tolerancie, preto nie je vždy potrebné ho meniť. Na konci článku môžete nájsť fotky zničených turbodúchadiel.

Turbínové koleso je poháňané výfukovými plynmi, pričom je s hriadeľmi pevne spojené a poháňa kompresorové koleso. Kompresor (dúchadlo) nasáva čerstvý vzduch a po stlačení plní motor, pričom stlačením v turbodúchadle sa vzduch zahreje až na 180 ° C!

Takto zahriaty vzduch môže byť (a nemusí) nútene ochladzovaný v intercooleri, čím sa zvýši hustota vzduchu pre plnenie valcov - vyššia hmotnosť vzduchu pri rovnakom objeme umožňuje použitie väčšieho množstva paliva. Tlaky bez chladenia plniaceho vzduchu sa pohybujú v rozmedzí hodnôt 0,02 - 0,18 MPa, s chladením od 0,05 do 0,22 MPa.

Tlaky plnenia motora nesmú byť prekočené nad hodnoty dané výrobcom, preto je nutné tlak turba regulovať

Regulácia tlaku preplňovania

Popri nebezpečenstve zničenia motora vysokými tlakmi plnenia je veľkosť turbodúchadla dimenzovaná tak, aby sa docielilo efektu preplňovania aj pri stredných otáčkach a malých rýchlostiach prúdenia výfukových plynov. To má za následok pri vysokých otáčkach motora a veľkého množstva výfukových plynov je tlak turbodúchadla alebo jeho otáčky v nepripustných hodnotách - preto je nutné turbo regulovať a to niekoľkými spôsobmi:

  • mechanicko pneumatickou reguláciou
  • elektronickou reguláciou
  • reguláciou zmenou prietokového prierezu (nastavilné rozvádzacie lopatky)

Pri využití mechanicko pneumatickej regulácie sa zníženie výkonu turbíny dosahuje vedením časti výfukových plynov obtokom do výfukového potrubia, tzv. by-pass. Obtok je riadený regulačným ventilom, ovládaným plniacim tlakom turbodúchadla, kedy plniaci tlak pôsobí na membránu tlakového snímača proti sile pružiny (Obr. 4). Hneď ako je plniacim tlakom prekonané predopnutie pružiny, ventil sa otvorí a odpustí časť vyfukových plynov. Regulačný ventil môže byť umiestnený na ľubovoľnom mieste výfukovej sústavy pred turbínou výfukových plynov.

Miesto ventilu sa môže použiť riadiaca klapka, ktorá je spojená s riadiacim prvkom, tj tlakovým snímačom umiestneným väčšinou v skrini turbodúchadla, jednoduchým mechanimom, obvykle tiahlom (Obr. 5). Dostatočnou vzdialenosťou tlakového snímača od horúcich častí turbodúchadla s regulačnou klapkou nie je tepelné zaťaženie membrány snímača príliš veľké a jeho prevádzka je tak spoľahlivejšia.

Pri zážihových motoroch pri uzavretej škrtiacej klapke (brzda motorom) vytláča turbodúchadlo do veľkého protitlaku, ktorý bráni prúdeniu a rotor s kolesom dúchadla je brzdený tak, že pri náhlych zmenách zaťaženia dochádza k oneskoreniu reakcie dúchadla. Aby sa tento nežiaduci jav obmedzil a dúchadlo pri prudkom prechode na plné zaťaženie otvorením škrtiacej klapky sa mohlo otáčať bez obmedzenia, používa sa v sacej sústave poistný obtokový ventil, riadený tlakom v sústave. Tento ventil pri uzavretej škrtiacej klapke a teda pri náraste tlaku sa otvára a prepúšťa stlačený vzduch späť do sania dúchadla - tomuto spôsobu sa hovorí regulácia plniaceho tlaku obtokovou klapkou.
Regulácia zmenou geometrií lopatiek - riadenie tlaku turbodúchadla pri daných otáčkach sa vykonáva prenastavovaním lopiek u turbínového kolesa ( výfuková časť ). Nízke otáčky, vysoký požadovaný tlak motora znamená v tomto prípade nutnosť zmenšenia prierezu pre tok výfukových plynov a pri vysokých otáčkach a požadovanom vysokom výkone je potrebné veľké množstvo výfukových plynu dopadajúceho na lopatky turbínového kolesa - nižšie je naznačená animácia, ako tieto lopatky pracujú.