Ako funguje turbodúchadlo s premenlivou geometriou: výhody, poruchy a údržba

Medzi rôznymi systémami prepĺňania motora existujú turbodúchadlá s pevnou geometriou alebo s premenlivou geometriou, známe ako VGT. V oboch prípadoch je cieľ rovnaký: využiť zotrvačnosť výfukových plynov na privedenie väčšieho množstva vzduchu do valcov, než by motor dokázal nasať sám, čím sa zvyšuje výkon.

Jednou z hlavných nevýhod motorov s bežnými turbodúchadlami však je, že keď motor pracuje pri nízkych otáčkach, výfukové plyny nemajú dostatočnú silu na roztočenie turbíny, ktorá stláča nasávaný vzduch. Naopak, pri vysokých otáčkach je prúd výfukových plynov taký veľký a turbínu roztáča tak silno, že je potrebné aktivovať obtokový ventil, čím sa časť energie výfukových plynov premárni.

Tento nedostatok riešia turbodúchadlá s premenlivou geometriou, ktoré, ako uvidíme, dokážu účinnejšie stláčať nasávaný vzduch pri nízkych aj vysokých otáčkach.

Prvé vývojové práce na turbodúchadlách s premenlivou geometriou pochádzajú z polovice 50. rokov, no prvým sériovo vyrábaným vozidlom s týmto systémom bola začiatkom 90. rokov Fiat Croma turbodiesel s motorom 1.9, ktorý bol zároveň jedným z prvých diesľov s priamym vstrekovaním. Dnes sa vyvinuli aj riešenia, ktoré na roztáčanie turbíny využívajú malé elektromotory. Ďalším typom turbodúchadiel, ktoré zlepšujú odozvu prepĺňaných motorov pri nízkych otáčkach, sú turbá Twin-Scroll.

Ako funguje turbo s premenlivou geometriou?

Rozdiel medzi pevným turbodúchadlom a premenlivým VGT spočíva v tom, že tie druhé majú mechanizmus, ktorý umožňuje meniť rýchlosť, akou výfukové plyny dopadajú na turbínu, čím sa dosiahne rýchlejšie roztočenie. Nemení sa množstvo vzduchu, ale prierez jeho vstupu.

Na tento účel majú systém pohyblivých lopatiek alebo lamiel, ktoré sa pri nízkych otáčkach motora uzatvárajú, čím zrýchľujú výfukové plyny, ktoré zvyšujú svoj tlak na turbínu. Pri vysokých otáčkach sa lopatky otvárajú, čo zväčšuje prierez vstupu výfukových plynov, a preto sa rýchlosť zníži. Vďaka tomu sa maximálny tlak plnenia dosiahne pri vyšších otáčkach motora.

Nastavovanie lopatiek môže prebiehať mechanicky pomocou pneumatického alebo vákuového aktuátora, no u modernejších motorov je bežnejšie použiť malý elektromotor, ktorý ovláda elektronická riadiaca jednotka (ECU) motora.

Podrobnejšie o tom, ako funguje turbodúchadlo s premenlivou geometriou, sa môžete dozvedieť vovzdelávacom videu:

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

Aké výhody ponúka turbo s premenlivou geometriou?

Keď poznáme princíp fungovania turbodúchadla s premenlivou geometriou, jeho výhody sú zrejmé:

• Znižujú alebo odstraňujú „turbo-lag“ alebo oneskorenie odozvy, typické pre motory s prepĺňaním pri zrýchľovaní z nízkych otáčok.
• Optimalizujú fungovanie systému prepĺňania pri všetkých otáčkach motora, čo umožňuje plochejšiu krivku krútiaceho momentu.
• Keďže reguláciu tlaku plnenia zabezpečujú pohyblivé lopatky, nie je potrebný obtokový ventil alebo „waste gate“.
• Ide o jednoduchšie riešenie ako sekvenčné dvojité turbo. Aj tak existujú vysokovýkonné motory s viacerými turbodúchadlami, z ktorých je aspoň jedno s premenlivou geometriou.
• Optimalizáciou dodávky krútiaceho momentu sa zlepšujú výkonové parametre, a teda aj spotreba a emisie

Aké nevýhody má turbo s premenlivou geometriou?

Keďže ide o zložitejší mechanizmus s väčším počtom pohyblivých častí, turbodúchadlá s premenlivou geometriou sú drahšie ako bežné. Z rovnakého dôvodu sú aj náchylnejšie na poruchy.

Ďalšou nevýhodou je zložitosť ich použitia v benzínových motoroch, kde vyššie teploty výfukových plynov vyžadujú sofistikovanejšie a drahšie riešenia.

Porsche patrila medzi prvé značky, ktoré použili turbodúchadlo s premenlivou geometriou v benzínovom motore, a dnes sa s ním možno stretnúť aj u malých motorov ako riešenie na zvýšenie účinnosti, skôr než na dosiahnutie vysokého výkonu. Nedávnym príkladom je hybridný motor 1.5 nového Alfa Romeo Tonale.

Údržba, starostlivosť a poruchy turbodúchadiel s premenlivou geometriou

Keďže majú väčší počet pohyblivých častí, ktoré navyše sú vystavené vysokým teplotám a prúdeniu výfukových plynov, turbodúchadlá s premenlivou geometriou majú viac problémov ako turbá s pevnou geometriou.

Najčastejšou poruchou je zaseknutie systému premenlivých lopatiek. Problémom je, že turbo s premenlivou geometriou sa nespráva ako turbo s pevnou geometriou, pretože zablokované lopatky spôsobia, že motor funguje správne len v určitom rozsahu otáčok. Príznakmi sú zjavná strata výkonu a s ňou spojený nárast spotreby. Pri týchto poruchách je tiež časté pozorovať skoky vo výkone alebo mŕtve zóny, v ktorých motor akoby netlačil.

Podobne ako pri prietokomeroch vzduchu, EGR a filtroch pevných častíc je jednou z hlavných príčin zaseknutia turba s premenlivou geometriou jazda prevažne v meste alebo stále pri veľmi nízkych otáčkach, keď spaľovanie produkuje najviac sadzí.

Najlepším spôsobom, ako predísť poruchám turbodúchadla s premenlivou geometriou, je preto neobmedzovať jazdu len na mestské trasy, občas vyraziť na cestu a nechať motor pracovať aj pri stredných alebo vysokých otáčkach. Samozrejme, nevyhnutné je aj používať vhodný motorový olej a dodržiavať intervaly údržby.