O silnikach z turbo

Prezentujemy poradnik na temat regeneracja sprężarek

Zapraszamy do czytania i dzięki za komentarze.

Definicja turbosprężarki

Turbosprężarka ? maszyna wirnikowa składająca się z turbiny i sprężarki osadzonych na wspólnym wale. Służy do doładowania silnika spalinowego, albo kotła parowego. Turbina jest zasilana spalinami z silnika, a sprężone powietrze przez sprężarkę zasila silnik. Do cylindra wprowadzona jest większa ilość powietrza dzięki czemu wzrasta moc silnika, ale sprawność pozostaje bez zmian.

Turbodoładowanie zostało opatentowane w roku 1905 przez Szwajcara, dr. Alfreda Büchi, od 1938 było stosowane w samochodach ciężarowych, zaś od 1973 w osobowych.

Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Turbospr%C4%99%C5%BCarka

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

LPG a turbo

Obecnie bardzo dużo samochodów z silnikami benzynowymi wyposażonych jest w instalację gazową. Jest to bardzo ekonomiczne rozwiązanie - LPG jest znacznie tańsze niż benzyna. Przy obecnych cenach można zatankować 30 litrowy zbiornik za mniej niż 50zł. Tak więc wiele osób zadaje sobie pytanie - czy do mojego samochodu z turbo mogę założyć gaz?

Prawdopodobnie starsze rodzaje instalacji miały problemy z prawidłową pracą z silnikami turbodoładowanymi. Charakterystyka spalania samego gazu LPG jako paliwa powodowała wypalanie zaworów w głowicy silnika. Ten problem dotyczył szczególnie samochodów z turbo.

Współczesne instalacje LPG oparte są na zaawansowanych systemach wtryskowych i działają dokładnie tak jak systemy wtrysku benzynowego. Komputery tych instalacji zbierają dane z dokładnie tych samych czujników co komputery wtrysku benzynowego. Dodatkowo komunikują się z komputerem samochodu. Dzięki temu instalacja LPG zapewnia optymalną ilość paliwa. Znakomitą funkcją jest też dotrysk benzyny podczas pracy na LPG - pozwala to bardzo efektywnie schłodzić zawory.

Jak jeździć z turbo?

Charakterystyka silników turbodoładowanych znacznie różni się od tych wolnossących. Różnice dotyczą nie tylko samej mocy czy dynamiki silnika ale i sposobu jego eksploatacji.

Pierwszą ważną różnicą jest to, że turbosprężarka jest w stanie tłoczyć wystarczająco dużo powietrza dopiero jeśli jej wirnik osiągnie wysoki pułap obrotów. Aby to miało miejsce to silnik musi osiągnąć odpowiednio wysokie obroty. Do tego momentu pracuje jak jednostka wolnossąca - na podciśnieniu. Czas od wolnych obrotów silnika do pułapu doładowania turbiny powoduje efekt "turbo dziury". Dlatego aby silnik osiągał optymalne parametry mocy należy zmieniać biegi tak aby obroty pozostawały w zakresie doładowania.

Drugą ważną różnicą jest to, że za ostra jazda na zimnym silniku lub też natychmiastowe wyłączenie silnika po dłuższej trasie powodują bardzo szybkie zużywanie turbiny. Dzieje się tak dlatego, że sprężarka jest smarowana olejem silnikowym - to jest ten sam obieg. Kiedy olej jest jeszcze zimny to jest zbyt gęsty aby efektywnie smarować turbinę - więc przy pełnych obrotach będzie się ona zacierać. Natomiast po dłuższej jeździe turbina będzie bardzo nagrzana - jeśli nie pozostawimy silnika pracującego przez kilka minut nie zdąży się ona schłodzić - co będzie powodowało uszkodzenia.

Tak więc sposób na zniszczenie turbiny - pełen gaz na zimnym silniku a później po maksymalnym rozgrzaniu - natychmiastowe zgaszenie. Przy takim traktowaniu nawet nowa turbina padnie bardzo szybko.