Fikseeritud geomeetriaga vs muutuva geomeetriaga turbolaadur – mis vahet sellel on?

Tihti kasutatakse mootorite kirjeldamisel terminit "muutuv turboülelaaduri geomeetria". Mille poolest see konstandist erineb ning millised on selle plussid ja miinused?

Turboülelaadur on seade, mida on diiselmootorites laialdaselt kasutatud alates 80ndatest, suurendades pöördemomenti ja võimsust ning mõjutades positiivselt kütusekulu. Just tänu turboülelaadurile ei peetud diisleid enam määrdunud töömasinateks. Bensiinimootorites hakkasid nad täitma sama ülesannet ja ilmusid sagedamini 90ndatel, aja jooksul kogusid nad populaarsust ja pärast 2010. aastat muutusid need bensiinimootorites sama tavaliseks kui 80ndatel ja 90ndatel diiselmootorites.

Kuidas turbolaadur töötab?

Turboülelaadur koosneb turbiinist ja kompressorist paigaldatud ühisele võllile ja ühte korpusesse, mis on jagatud kaheks peaaegu kaheks küljeks. Turbiini käitavad väljalaskekollektorist väljuvad heitgaasid ning turbiiniga samal rootoril pöörlev ja sellest juhitav kompressor tekitab õhurõhu, nn. täiendamine. Seejärel siseneb see sisselaskekollektorisse ja põlemiskambritesse. Mida kõrgem on heitgaasi rõhk (suurem mootori pöörlemiskiirus), seda suurem on surverõhk.  

Turboülelaadurite peamine probleem seisneb just selles, sest ilma sobiva heitgaasi kiiruseta ei teki mootorisse siseneva õhu kokkusurumiseks õiget rõhku. Ülelaadimine nõuab teatud pöörete juures mootorilt teatud kogust heitgaase – ilma korraliku heitgaasikoormuseta pole korralikku tõuget, seega on ülelaadimisega mootorid madalatel pööretel äärmiselt nõrgad.

Selle soovimatu nähtuse minimeerimiseks tuleks kasutada antud mootori jaoks õigete mõõtmetega turboülelaadurit. Väiksem (väiksema läbimõõduga rootor) “pöörleb” kiiremini, kuna tekitab vähem tõmbejõudu (vähem inertsi), kuid annab vähem õhku ja seetõttu ei tekita palju tõuget, s.t. võimsus. Mida suurem on turbiin, seda tõhusam see on, kuid see nõuab rohkem heitgaaside koormust ja rohkem aega "üles keerlemiseks". Seda aega nimetatakse turbo lagiks või viivituseks. Seetõttu on väikese mootori jaoks (kuni umbes 2 liitrit) mõistlik kasutada väikest turbolaadurit ja suurema mootori jaoks suurt. Suurematel on aga ikkagi lag probleem, nii et Suured mootorid kasutavad tavaliselt bi- ja twin-turbo süsteeme.

Otsesissepritsega bensiin – miks turbo?

Muutuv geomeetria – lahendus turbo lag probleemile

Kõige tõhusam viis turbo viivituse vähendamiseks on muutuva geomeetriaga turbiini kasutamine. Liikuvad labad, mida nimetatakse labadeks, muudavad oma asendit (kaldenurka) ja annavad seeläbi muutuva kuju heitgaaside voolule, mis tabab muutumatuid turbiini labasid. Olenevalt heitgaaside rõhust on labad seatud suurema või väiksema nurga alla, mis kiirendab rootori pöörlemist ka madalama heitgaasirõhu korral ning kõrgemal heitgaasi rõhul töötab turbolaadur nagu tavapärane ilma muutujata. geomeetria. Roolid on paigaldatud pneumaatilise või elektroonilise ajamiga. Muutuva turbiini geomeetriat kasutati algselt peaaegu eranditult diiselmootorites., kuid nüüd kasutatakse seda üha enam ka bensiin.

Muutuva geomeetria mõju on suurem sujuv kiirendus madalatelt pööretelt ja märgatava turbo sisselülitamise hetke puudumine. Konstantse turbiini geomeetriaga diiselmootorid kiirendavad reeglina umbes 2000 p/min palju kiiremini. Kui turbol on muutuva geomeetriaga, saavad nad sujuvalt ja selgelt kiirendada umbes 1700-1800 p/min.

Tundub, et turboülelaaduri muutuval geomeetrial on mõned plussid, kuid see pole alati nii. Ennekõike selliste turbiinide kasutusiga on madalam. Süsiniku ladestused rooliratastel võivad need blokeerida, nii et kõrge või madala vahemiku mootoril ei ole oma jõudu. Mis veelgi hullem, muutuva geomeetriaga turboülelaadureid on raskem regenereerida, mis on kallim. Mõnikord pole täielik regenereerimine isegi võimalik.