Turbodmychadlo s pevnou a variabilní geometrií – jaký je rozdíl?
Často se při popisu motorů používá termín „proměnná geometrie turbodmychadla“. Jak se liší od konstanty a jaké jsou její výhody a nevýhody?
Turbodmychadlo je zařízení, které se ve vznětových motorech hojně používá již od 80. let, zvyšuje točivý moment a výkon a pozitivně ovlivňuje spotřebu paliva. Právě díky turbodmychadlu přestaly být diesely vnímány jako špinavé pracovní stroje. V benzinových motorech začaly mít stejný úkol a objevovaly se častěji v 90. letech, postupem času si získaly oblibu a po roce 2010 se staly u benzinových motorů stejně běžné jako v 80. a 90. letech u dieselů.
Jak funguje turbodmychadlo?
Turbodmychadlo se skládá z turbíny a kompresoru namontovaný na společné hřídeli a v jednom pouzdře rozděleném na dvě téměř dvojité strany. Turbína je poháněna výfukovými plyny z výfukového potrubí a kompresor, který se otáčí na stejném rotoru s turbínou a je jím poháněn, vytváří tlak vzduchu, t. zv. doplňování. Poté vstupuje do sacího potrubí a spalovací komory. Čím vyšší je tlak výfukových plynů (vyšší otáčky motoru), tím vyšší je kompresní tlak.
Hlavní problém turbodmychadel spočívá právě v tomto faktu, protože bez odpovídající rychlosti výfukových plynů nevznikne správný tlak pro stlačování vzduchu vstupujícího do motoru. Přeplňování vyžaduje určité množství výfukových plynů z motoru při určitých otáčkách – bez řádného zatížení výfukem nedochází k pořádnému posilování, takže přeplňované motory v nízkých otáčkách jsou extrémně slabé.
Pro minimalizaci tohoto nežádoucího jevu by mělo být použito turbodmychadlo se správnými rozměry pro daný motor. Menší (rotor s menším průměrem) se „otáčí“ rychleji, protože vytváří menší odpor (menší setrvačnost), ale dává méně vzduchu, a proto nebude generovat velký nárůst, tzn. Napájení. Čím je turbína větší, tím je účinnější, ale vyžaduje větší zatížení výfukovými plyny a více času na „roztočení“. Tato doba se nazývá turbo lag nebo lag. Proto má smysl pro malý motor (cca do 2 litrů) použít malé turbodmychadlo a pro větší motor velké. Větší však mají stále problém se zpožděním, takže Velké motory obvykle používají systémy bi-turbo a twin-turbo.
Benzín s přímým vstřikováním – proč turbo?
Variabilní geometrie – řešení problému se zpožděním turba
Nejúčinnějším způsobem, jak snížit prodlevu turba, je použití turbíny s proměnnou geometrií. Pohyblivé lopatky, nazývané lopatky, mění svou polohu (úhel náklonu) a tím dávají proměnlivý tvar proudu výfukových plynů, které dopadají na neměnné lopatky turbíny. V závislosti na tlaku výfukových plynů jsou lopatky nastaveny pod větším nebo menším úhlem, což zrychluje rotaci rotoru i při nižším tlaku výfukových plynů a při vyšším tlaku výfukových plynů pracuje turbodmychadlo jako klasické bez proměnné geometrie. Kormidla se montují s pneumatickým nebo elektronickým pohonem. Proměnná geometrie turbíny se zpočátku používala téměř výhradně u dieselových motorů., ale nyní je stále více používán také benzínem.
Efekt variabilní geometrie je více plynulé zrychlení z nízkých otáček a absence znatelného okamžiku „zapnutí turba“. Naftové motory s konstantní geometrií turbíny zpravidla zrychlují na cca 2000 ot./min mnohem rychleji. Pokud má turbo variabilní geometrii, dokážou plynule a přehledně akcelerovat zhruba od 1700-1800 ot./min.
Zdá se, že variabilní geometrie turbodmychadla má nějaké plusy, ale není tomu tak vždy. Především životnost takových turbín je nižší. Usazeniny karbonu na volantech je mohou zablokovat tak, že motor ve vysokém nebo nízkém pásmu nemá svou sílu. Horší je, že turbodmychadla s proměnnou geometrií se hůře regenerují, což je dražší. Někdy není úplná regenerace ani možná.
