Teorie

_______________________________________________________________________________________________________________

Princip turbodmychadla

Turbodmychadlo je zařízení, které slouží k přeplňování agregátů, a to jak vznětových, tak zážehových. Výsledkem práce turbodmychadla je vyšší výkon a točivý moment, protože se za jeho působení do spalovacího prostoru dostane větší množství vzduchu, což umožní spálit více paliva.

Řez turbodmychadla s kompletním popisem

Při použití turbodmychadla jde o cizí přeplňování bez mechanického pohonu (pouze výfukovými plyny), další možnost je přeplňování dynamické, příp. s mechanickým pohonem (Rootsovo), o těch ale později...

Dmychadlo je poháněno turbínou, využívající tepelné energie výfukových plynů. Zřejmého učinku je dosaženo až ve středních nebo vyšších otáčkách a rozeznáme u nich i určitě zpoždění reakce, protože výfukové plyny na základě své setrvačnosti nemohou sledovat rychlé změny zatížení. Výhodou je jeho práce s malými ztrátami a neodebrání užitečné energie pro svůj pohon.

Schéma motoru s turbodmychadlem s pístem

Rotor je tvořen turbínovým kolem s hřídelí a dmychadlovým (kompresovým) kolem a točí se 50 000 až 240 000 ot*min-1. To vše při mazání olejem a uložení rotoru ve valivém ložisku. Zde také vzniká častá porucha - nečistoty v oleji způsobí poškození ložiska (měkčí materiál než hřídel) a vznikne nežádoucí vůle mezi ložiskem a rotorem, což zapříčí unik oleje do prostoru sání a může pro motor znamenat i úplné zničení (olej ve válci je pístem nestlačitelný :) ). Rozměry rotoru jsou dány katalogem a mají určité tolerance, proto je ne vždy potřeba ho měnit. Na konci článku můžete najít fotky zničených turbodmychadel.

Turbínové kolo je poháněno výfukovými plyny, přičemž je s hřídeli pevně spojeno a pohání kompresorové kolo. Kompresor (dmychadlo) nasává čerstvý vzduch a po stlačení plní motor, přičemž stlačením v turbodmychadle se vzduch zahřeje až na 180°C!

Rotor turbodmychadla s kompresním a turbínovým kolem

Takto zahřátý vzduch může být (a nemusí) nuceně ochlazován v intercooleru, čímž se zvýší hustota vzduchu pro plnění válců -> vyšší hmotnost vzduchu při stejném objemu umožňuje použití většího množství paliva. Tlaky bez chlazení plnícího vzduchu se pohybují v rozmezí hodnot 0,02 - 0,18 MPa, s chlazením od 0,05 do 0,22 MPa.

Tlaky plnění motoru nesmí být překočeny nad hodnoty dané výrobcem, proto je nutno tlak turba regulovat

Regulace tlaku přeplňování

Vedle nebezpečí zničení motoru vysokými tlaky plnění je velikost turbodmychadla dimenzována tak, aby se docílilo efektu přeplňování i při středních otáčkách a malých rychlostech proudění výfukových plynů. To má za následek při vysokých otačkách motoru a velkého množství výfukových plynů je tlak turbodmychadla nebo jeho otáčky v nepřipustných hodnotách - proto je nutno turbo regulovat a to několika způsoby:

- mechanicko pneumatickou regulací

- elektronickou regulací

- regulací změnou průtočného průřezu (nastavilné rozváděcí lopatky)

Při využití mechanicko pneumatické regulace se snížení výkonu turbíny dosahuje vedením části výfukových plynů obtokem do výfukového potrubí, tzv. by-pass. Obtok je řízen regulačním ventilem, ovladaným plnícím tlakem turbodmychadla, kdy plnící tlak působí na membránu tlakového snímače proti síle pružiny (Obr. 4). Jakmile je plnícím tlakem překonáno předepnutí pružiny, ventil se otevře a odpustí část vyfukových plynů. Regulační ventil může být umístěn na libovolném místě výfukové soustavy před turbínou výfukových plynů.

Regulace turbodmychadla ventilem plnícího tlaku

Místo ventilu se může použít řídící klapka, která je spojená s řídícím prvkem, tj. tlakovým snímačem umístěným většinou ve skříni turbodmychadla, jednoduchám mechanimem, obvykle táhlem (Obr. 5). Dostatečnou vzdáleností tlakového snímače od horkých částí turbodmychadla s regulační klapkou není tepelné zatížení membrány snímače příliš velké a jeho provoz je tak spolehlivější.

Regulace turbodmychadla obtokovou klapkou

U zážehových motorů při uzavřené škrtící klapce (brzda motorem) vytlačuje turbodmychadlo do velkého protitlaku, který brání proudění a rotor s kolem dmychadla je bržděn tak, že při náhlých změnách zatížení dochází ke zpoždění reakce dmychadla. Aby se tento nežádoucí jev omezil a dmychadlo při prudkém přechodu na plné zatížení otevřením škrtící klapky se mohlo otáčet bez omezení, používá se v sací soustavě pojistný obtokový ventil, řízený tlakem v soustavě. Tento ventil při uzavřené škrtící klapce a tudíž při nárůstu tlaku se otevírá a přepouští stlačený vzduch zpět do sání dmychadla - tomuto způsobu se říká regulace plnícího tlaku obtokovou klapkou.

Regulace změnou geometríí lopatek - řízení tlaku turbodmychadla při daných otáčkách se provádí přenastavováním lopek u turbínového kola ( výfuková část ). Nízké otáčky, vysoký požadovaný tlak motoru znamená v tomto případě nutnost zmenšení průřezu pro tok výfukových plynů a při vysokých otačkách a požadovaném vysokém výkony je potřeba velkého množství výfukových plynu dopadajícího na lopatky turbínového kola - níže je naznačena animace, jak tyto lopatky pracují.

Regulace turbodmychadla naklápěním lopatek princip VNT

Identifikace
turbodmychadla

poškození
turbodmychadla

Identifikace
vstřiku