Így működik a változtatható geometriájú turbókompresszor: előnyök, meghibásodások és karbantartás

A motorok különféle túltöltési rendszerei között megtalálhatók a állandó geometriájú vagy változtatható geometriájú turbókompresszorok, amelyeket VGT néven is ismernek. Mindkét esetben ugyanaz a cél: a kipufogógázok tehetetlenségét kihasználva több levegőt juttatni a hengerekbe, mint amennyit a motor önmagában képes beszívni, így növelve a teljesítményt.

A hagyományos turbókkal túltöltött motorok egyik fő hátránya azonban, hogy alacsony fordulatszámon a kipufogógázok nem elég erősek ahhoz, hogy felgyorsítsák a beszívott levegőt sűrítő turbinát. Ezzel szemben magas fordulatszámon a kipufogógázok áramlása olyan nagy, és a turbinát olyan erősen hajtja, hogy szükségessé válik a búvószelep működtetése, így a kipufogógázok energiájának egy része kihasználatlan marad.

Ezt a problémát oldják meg a változtatható geometriájú turbókompresszorok, amelyek, mint látni fogjuk, alacsony és magas fordulatszámon egyaránt hatékonyabban képesek sűríteni a beszívott levegőt.

A változtatható geometriájú turbókompresszorok első fejlesztései az 50-es évek közepére nyúlnak vissza, de az első sorozatgyártású jármű, amelybe beépítették, a Fiat Croma turbodízel volt a 90-es évek elején, 1,9-es motorjában, amely szintén az első dízelek egyike volt, amelyek közvetlen befecskendezést alkalmaztak. Napjainkban olyan megoldásokat is kidolgoztak, amelyek kis elektromos motorokat használnak a turbina felgyorsítására. A túltöltött motorok alacsony fordulatszámú válaszkészségének javítására használt másik turbótípus a Twin-Scroll turbó.

Hogyan működik a változtatható geometriájú turbó?

A rögzített és a változtatható (VGT) turbókompresszor közötti különbség az, hogy az utóbbiak olyan mechanizmussal rendelkeznek, amely lehetővé teszi a turbinára érkező kipufogógázok sebességének változtatását, így az gyorsabban pörög fel. Nem a levegő mennyiségét módosítják, hanem annak bemeneti keresztmetszetét.

Ehhez egy állítható lapátrendszerrel rendelkeznek, amely alacsony fordulatszámon záródik, felgyorsítva a kipufogógázokat, amelyek így nagyobb nyomással hatnak a turbinára. Magas fordulatszámon a lapátok nyílnak, ami megnöveli a kipufogógázok bemeneti keresztmetszetét, ezért csökken a sebesség. Ez lehetővé teszi, hogy a maximális töltőnyomást a motor magasabb fordulatszámán érjék el.

A lapátok szabályozása történhet mechanikus rendszerrel, nyomás- vagy vákuumvezérelt működtetővel, de a modernebb motorokban általában egy kis elektromos motort alkalmaznak, amelyet a motor elektronikus vezérlőegysége (ECU) működtet.

A változtatható geometriájú turbókompresszor működéséről részletesebben is megtekinthet egy videót:

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

Milyen előnyei vannak a változtatható geometriájú turbónak?

A változtatható geometriájú turbókompresszor működési elvét ismerve előnyei nyilvánvalók:

• Csökkentik vagy megszüntetik a turbófeltöltéses motorokra jellemző „turbo-lag”, azaz a válaszidő-késést, amikor alacsony fordulatszámról gyorsítanak.
• Optimalizálják a túltöltő rendszer működését a motor minden fordulatszámán, ami laposabb nyomatékgörbét eredményez.
• Mivel a mozgó lapátok működtetésével szabályozzák a túltöltési nyomást, nincs szükség búvószelepre vagy „waste gate”-re.
• Ez egyszerűbb megoldás, mint a soros kettős turbó. Ennek ellenére vannak nagy teljesítményű motorok, amelyekben egynél több turbókompresszor dolgozik, és ezek közül legalább az egyik változtatható geometriájú.
• Mivel optimalizálják a nyomatékleadást, javul a teljesítmény, és ezzel együtt a fogyasztás és a kibocsátás is kedvezőbb lesz

Milyen hátrányai vannak a változtatható turbónak?

Mivel bonyolultabb mechanizmus és több mozgó alkatrész van benne, a változtatható geometriájú turbókompresszorok drágábbak a hagyományos típusoknál. Ugyanezen okból meghibásodásra is hajlamosabbak.

Másik hátrány, hogy benzinmotorokban bonyolult az alkalmazásuk, mivel a kipufogógázok magasabb hőmérséklete kifinomultabb és drágább fejlesztéseket igényel.

Porsche volt az egyik első márka, amely változtatható geometriájú turbókompresszort használt benzinmotorban, bár ma már kisebb motorokban is megtalálhatók, inkább a hatékonyság javítására, mint a nagy teljesítmény eléréséhez. Egy friss példa erre az új Alfa Romeo Tonale 1,5-ös hibrid motorja.

Karbantartás, ápolás és a változtatható geometriájú turbók meghibásodásai

Mivel több mozgó alkatrészük van, amelyek ráadásul magas hőmérsékletnek és a kipufogógázok áramlásának vannak kitéve, a változtatható geometriájú turbókompresszorok több problémával küzdenek, mint a rögzített geometriájúak.

A leggyakoribb hiba, hogy a változtatható lapátrendszer beragad. Ilyenkor a változtatható turbó nem úgy működik, mint egy rögzített geometriájú, mivel a lapátok beragadása miatt a motor csak egy bizonyos fordulatszám-tartományban működik megfelelően. Tünetei a teljesítmény egyértelmű csökkenése, ezzel együtt a fogyasztás növekedése. Ilyen esetekben gyakori még a teljesítményleadás ugrásszerű változása, vagy holt zónák, amelyekben úgy tűnik, a motor nem húz.

Ahogy a légtömegmérők, az EGR és a részecskeszűrők esetében is, a változtatható geometriájú turbó beragadásának egyik fő oka, ha főként városban vezetnek, vagy a motort folyamatosan nagyon alacsony fordulaton járatják, mert ilyenkor a égés több kormot termel.

A változtatható geometriájú turbókompresszor meghibásodásainak elkerülésének legjobb módja tehát, ha nem korlátozzák a vezetést városi útvonalakra, időnként kiülnek az országútra, és a motort közepes vagy magas fordulatszámon is járatják. Természetesen elengedhetetlen a megfelelő motorolaj használata és a karbantartási időközök betartása is.