Rys. 4,75. Turbosprężarka w sekcji (290TD): 1 - turbina; 2 - wał; 3 - kanał olejowy; 4 - sprężarka
Obudowa turbosprężarki jest podzielona na dwa przedziały: turbinę 1 (Rys. 4,75) i sprężarka 4. Każda ma wirnik. Siedzą sztywno na tym samym wale 2. Turbina jest napędzana przepływem spalin, sprężarka pompuje powietrze przez korpus zaworu regulującego ciśnienie do cylindrów.
Regulator ciśnienia powietrza doładowującego
Oba wirniki turbin mogą osiągać bardzo wysokie prędkości, ponad 100 000 obr./min-1. W takim przypadku ciśnienie powietrza doładowującego może wzrosnąć powyżej 2 barów. Ponieważ to ciśnienie jest nadmierne, na sprężarce zainstalowany jest regulator ciśnienia powietrza, który pełni funkcję zmniejszania ciśnienia.
Gdy prędkość obrotowa turbiny osiągnie około 50 000 min-1 i powstaje niewielkie ciśnienie, regulator pracuje w taki sposób, że ciśnienie jest utrzymywane na stałym poziomie nawet przy niskich prędkościach, co pomaga uniknąć «niepowodzenia» z gwałtownym wzrostem prędkości.
Jeśli ciśnienie na regulatorze przy dużych obciążeniach wzrośnie powyżej ustawionego (0,9 bara), membrana się otwiera. W takim przypadku tylko niewielka część spalin będzie pracować dla turbiny, a reszta trafi do tłumika.
Aby utrzymać wymagane ciśnienie powietrza podczas jazdy na dowolnej wysokości (w górach) czujnik wbudowany w jednostkę sterującą «wznosić». Podczas jazdy na rozrzedzonym powietrzu czujnik wysyła sygnał, aby zwiększyć ciśnienie w sprężarce, a tym samym utrzymuje normalne mieszanie powietrza z paliwem.
Turbosprężarka VTG
Rys. 4.76. Przekrój turbosprężarki VTG: 1 - wirnik turbiny; 2 - odsłonięte kierownice; 3 - ustawianie ostrzy kół; 4 – docisk z dźwignią regulacyjną; 5 - wirnik sprężarki; 6 - komora próżniowa
4-cylindrowe silniki Common Rail wyposażone są w tzw. turbosprężarki VTG o zmiennej geometrii turbiny (Rys. 4.76).
W sprężarce VTG przekrój przepływu powietrza zmienia się w zależności od trybu pracy silnika, dzięki czemu pompowane jest optymalne ciśnienie. Optymalne ciśnienie jest osiągane przez jednostkę sterującą w zależności od charakterystyki montażu łopatek kierujących turbiny wewnątrz sprężarki.
Przy niskich prędkościach obrotowych silnika łopatki są zasłonięte, co zmniejsza przekrój poprzeczny przepływu powietrza, a ciśnienie wzrasta; Przy dużych prędkościach przekrój poprzeczny wzrasta, a ciśnienie spada.
Osiąga to szereg korzyści:
- 1. Zmiana ustawienia kierownic pozwala optymalnie wykorzystać energię spalin oraz osiągnąć wysoką sprawność dzięki dużemu wyborowi charakterystyk regulacji.
- 2. Zwiększenie ciśnienia powietrza doładowującego przy niskich prędkościach. Turbosprężarka pracuje szybciej, eliminując w ten sposób «niepowodzenia» podczas przechodzenia z niskich do wysokich prędkości.
- 3. Zwiększenie momentu obrotowego dzięki lepszemu wypełnieniu cylindrów.
- 4. Zmniejszenie zadymienia przy pełnym obciążeniu dzięki obecności rezerwy wymuszonego powietrza.
- 5. Poprawiona dynamika ciśnienia tłoczenia.
- 6. Odrzucenie zaworu regulacji ciśnienia powietrza doładowującego (waste gate).
- 7. Zwiększona moc dzięki zwiększonemu ciśnieniu tłoczenia przy niskich prędkościach, a tym samym optymalna kontrola tłoczenia.
1. Jeśli turbosprężarka nie działa, może to być spowodowane szybkim wyłączeniem gorącego silnika zaraz po długiej jeździe z maksymalną prędkością. W tym trybie może dojść do koksowania sprężarki: łożyska wału, zwłaszcza po stronie turbiny spalinowej, bardzo się przegrzewają, olej w nich się wypala i mogą wrzeć. Jeśli zdarza się to często, łożyska ulegną awarii i będą wymagały wymiany. Dlatego nigdy bezpośrednio po dłuższym ruchu z maksymalnym obciążeniem nie wyłączaj silnika, pozwól mu pracować jeszcze przez jakiś czas na biegu jałowym.
2. Nigdy nie uruchamiaj silnika bez filtra powietrza, małe cząstki stałe mogą uszkodzić sprężarkę (prędkość obrotowa turbiny po obwodzie - do 500 m/s). Przed wymianą sprężarki należy sprawdzić działanie następujących elementów (w zależności od przyczyny awarii): zapłon, układ zasilania, sprężanie, filtr powietrza oraz szczelność połączeń układu wtrysku powietrza i układu wydechowego.
Chłodnica powietrza doładowującego
Chłodnica powietrza znajdująca się pomiędzy turbosprężarką a obudową zaworu regulacji ciśnienia jest podłączona do obwodu chłodzenia silnika. Jeśli powietrze w sprężarce osiągnie temperaturę +110°C, to przechodząc przez chłodnicę jest schładzane do +70°C.
W komorze mieszania za chłodnicą czyste powietrze jest mieszane ze spalinami w proporcjach obliczonych komputerowo w celu optymalizacji osiągów silnika. W tym celu komora mieszania jest wyposażona w specjalny zawór spalin oraz przepustnicę, która jest sterowana przez przetwornik elektropneumatyczny. Dławienie powietrza zwiększa spadek ciśnienia między powietrzem dolotowym a spalinami, a tym samym wpływa na wydajność układu wydechowego.
Rys. 4,77. Kierunek przepływu powietrza (pokazane strzałkami): 1 - turbosprężarka; 2 - rury odgałęzione; 3 - grzejnik
Czyszczenie chłodnicy powietrza doładowującego
"30 000 km"
Czyścić chłodnicę powietrza doładowującego podczas letniego okresu eksploatacji pojazdu. Ta operacja jest wykonywana w taki sam sposób, jak w przypadku chłodnicy układu chłodzenia.