Zmienna geometria turbiny – jak działa VNT/VGT?
Zmienna geometria turbiny pozwala turbosprężarce efektywnie wykorzystywać energię spalin w znacznie szerszym zakresie obrotów niż standardowe turbo o stałej geometrii.
Dzięki zastosowaniu tego rozwiązania technicznego zauważalnie redukowana jest turbodziura, a sam silnik zyskuje wyraźnie lepszą dynamikę nawet przy względnie niskich obrotach.
Z artykułu dowiesz się, jak działa zmienna geometria turbiny i jaką rolę pełni kierownica spalin, opisujemy również najczęstsze usterki turbosprężarek opartych na technologii VGT/VNT.
Czym jest zmienna geometria turbiny?
Zmienna geometria turbiny to rozwiązanie konstrukcyjne, oparte na regulacji przepływu gazów spalinowych w kierunku wirnika turbiny i precyzyjnej kontroli ilości spalin docierających do części gorącej. Pozwala to optymalizować pracę turbo w bardzo szerokim zakresie obrotów, co bezpośrednio przekłada się na poprawę efektywności spalania oraz dynamikę jazdy.
Sama technologia została opracowana i opatentowana w roku 1953 przez firmę Garrett, natomiast na szerszą skalę turbosprężarki ze zmienną geometrią zaczęto stosować w samochodach osobowych od roku 1985. Obecnie turbosprężarki VGT/VNT są praktycznie standardem we współczesnych autach, a do najważniejszych zalet turbo ze zmienną geometrią należą przede wszystkim:
- redukcja zjawiska turbodziury,
- większa dynamika silnika w szerokim zakresie obrotów,
- dokładniejsze spalanie paliwa i zmniejszona emisja szkodliwych substancji,
- lepsze przyspieszenie i szybsza reakcja na gaz.
VGT - co to znaczy?
Skrót VGT pochodzi od angielskiego Variable-Geometry Turbocharger i jest powszechnie wykorzystywany jako ogólne określenie turbosprężarek działających w oparciu o zasadę regulacji przepływu spalin poprzez zmianę położenia łopatek kierownicy spalin. Określenia VGT w odniesieniu do swoich turbosprężarek ze zmienną geometrią używają m.in. BorgWarner, IHI oraz Holset.
VNT - co to znaczy?
VNT to skrót od angielskiego Variable-Nozzle Turbine, stosowany pierwotnie przez firmę Garrett (Honeywell) jako określenie rozwiązania technicznego wykorzystywanego w produkowanych przez siebie turbosprężarkach. Potocznie zazwyczaj stosuje się skróty VNT i VGT (czasem również VTG, od niem. Variable-Turbinen-Geometrie) jako synonimy oznaczające turbo, w którym możliwa jest płynna regulacja przepływu ilości spalin do wirnika turbiny.
Jak działa zmienna geometria turbiny?
Zasada działania zmiennej geometrii turbiny jest dość prosta: ilość spalin dopływających do wirnika turbiny jest regulowana za pomocą kilkunastu ruchomych łopatek, znajdujących się na tzw. kierownicy spalin. W turbosprężarkach VNT kąt nachylenia łopatek jest regulowany za pomocą sterownika, dostosowującego położenie łopatek do bieżącego przepływu spalin.
Przy niskich prędkościach obrotowych spalin jest relatywnie niedużo, więc łopatki są przymykane, aby zwęzić strumień spalin i przyspieszyć go przed trafieniem na wirnik turbiny. W rezultacie turbosprężarka VNT szybciej osiąga pożądaną prędkość, a silnik zostaje doładowany wcześniej.
Wysokie obroty silnika oznaczają silny i szybki strumień spalin, dlatego łopatki kierownicy są stopniowo otwierane i utrzymywane przez sterownik w pozycji otwartej. Większy przekrój przepływu spalin pozwala utrzymać optymalne ciśnienie doładowania i ograniczyć ciśnienie gazów wylotowych.
Warto pamiętać, że w czasie normalnej jazdy kierownica spalin i łopatki nie są utrzymywane w jednej, stałej pozycji - całkowicie otwartej czy całkowicie zamkniętej. Sterownik cały czas aktualizuje ustawienie łopatek i dostosowuje je do sposobu pracy silnika.
Najczęstsze usterki turbosprężarek VGT
Turbosprężarki VGT, pomimo wielu niekwestionowanych zalet, mogą także ulegać różnego rodzaju awariom i usterkom. Do najczęściej spotykanych należą przede wszystkim:
- zapieczenie łopatek kierownicy spalin - dochodzi do niego z reguły w turbosprężarkach eksploatowanych w warunkach miejskich, gdzie rzadko kiedy turbina wchodzi na wyższe obroty. Gromadząca się sadza i nagar mogą całkowicie zablokować możliwość ruchu łopatek, co z kolei prowadzi do wyraźnej utraty mocy, nadmiernego dymienia z wydechu i pojawianiem się błędów silnika (wchodzenie w tryb awaryjny);
- awaria aktuatora (siłownika) - w zależności od zastosowanego rozwiązania technicznego siłownik może ulec różnego rodzaju uszkodzeniom, zazwyczaj w wyniku intensywnej eksploatacji. Najczęściej awarii ulegają elektronika, przekładnia ślimakowa oraz silnik sterownika;
- korozja i uszkodzenia mechaniczne łopatek - kierownica spalin oraz łopatki są wykonane ze stopów odpornych na ekstremalne temperatury i ciśnienie, ale odrywające się drobiny zapieczonego nagaru mogą je uszkodzić fizycznie, doprowadzając do utraty precyzji regulacji położenia. W skrajnych przypadkach może dojść do awarii całej turbosprężarki.
Więcej informacji o objawach zapieczenia i uszkodzenia turbiny ze zmienną geometrią znajdziesz na naszym blogu, w artykule poświęconym kierownicom spalin w turbinach VNT.
W razie pytań zapraszamy do kontaktu - nasi specjaliści chętnie odpowiedzą i wyjaśnią wątpliwości.
