Så fungerar en turbo med variabel geometri: fördelar, fel och underhåll

Bland de olika system för överladdning som finns i en motor finns turbo med fast geometri eller med variabel geometri, kallade VGT. I båda fallen är målet detsamma: att utnyttja avgasernas rörelseenergi för att föra in mer luft i cylindrarna än motorn kan suga in på egen hand, vilket ökar prestandan.

Men ett av de största problemen med motorer med konventionella turbon är att när motorn arbetar på låga varvtal har avgaserna inte tillräcklig kraft för att accelerera turbinen som komprimerar insugsluften. Omvänt, när motorn går på höga varvtal, är avgasflödet så stort och driver turbinen med så mycket energi att en avblåsningsventil måste aktiveras, vilket innebär att en del av den energi som avgaserna bär på går förlorad.

Det är detta problem som turbon med variabel geometri löser, vilket vi kommer att se, eftersom den har större förmåga att effektivt komprimera insugsluften både vid låga och höga varvtal.

De första utvecklingarna av turbon med variabel geometri går tillbaka till mitten av 1950-talet, men det första serieproducerade fordonet som använde den var Fiat Croma turbodiesel i början av 1990-talet, med sin 1.9-motor, som också var en av de första dieslarna med direktinsprutning. I dag har man även utvecklat lösningar som direkt använder små elmotorer för att accelerera turbinen. Andra typer av turbon som används för att förbättra responsen hos överladdade motorer vid låga varvtal är turbo med Twin-Scroll.

Hur fungerar en turbo med variabel geometri?

Skillnaden mellan en fast turbo och en VGT är att den senare har en mekanism som gör det möjligt att variera hastigheten på avgaserna som träffar turbinen, så att den accelererar snabbare. Den ändrar inte luftmängden, utan inloppets area.

För detta har den ett system med rörliga flikar eller skovlar som stängs när motorn går på låga varvtal, vilket accelererar avgaserna, som ökar sitt tryck mot turbinen. När motorn arbetar på höga varvtal öppnas skovlarna, vilket ökar inloppsarean för avgaserna och därmed minskar hastigheten. Detta gör att maximalt laddtryck kan nås vid högre motorvarvtal.

Regleringen av skovlarna kan göras med ett mekaniskt system med en tryck- eller vakuumställdon, men i modernare motorer är det vanligast att använda en liten elmotor som styrs av motorns elektroniska styrenhet (ECU).

Du kan se mer i detalj hur en turbo med variabel geometri fungerar i den här videon:

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

Vilka fördelar erbjuder en turbo med variabel geometri?

Med kännedom om principen för hur en turbo med variabel geometri fungerar är fördelarna uppenbara:

• De minskar eller eliminerar den ”turbo-lag” eller fördröjning i responsen som är typisk för turbomotorer vid acceleration från låga varvtal.
• De optimerar överladdningssystemets funktion vid alla motorvarvtal, vilket ger en plattare momentkurva.
• Genom att reglera laddtrycket med hjälp av de rörliga skovlarna behövs ingen avblåsningsventil eller ”waste gate”.
• Det är en enklare lösning än en sekventiell dubbelturbo. Ändå finns det högpresterande motorer med mer än en turbo där minst en är av variabel geometri.
• Genom att optimera momentleveransen förbättras prestandan och därmed även förbrukningen och utsläppen

Vilka nackdelar har en variabel turbo?

Eftersom det är en mer komplex mekanism med fler rörliga delar är turbon med variabel geometri dyrare än de konventionella. Av samma anledning är den också mer känslig för fel.

En annan nackdel är komplexiteten i användningen i bensinmotorer, där de högre avgastemperaturerna kräver mer sofistikerade och dyrare lösningar.

Porsche var ett av de första märkena som använde en turbo med variabel geometri i en bensinmotor, men i dag finns den även i små motorer som en lösning för att förbättra effektiviteten snarare än för att uppnå hög prestanda. Ett färskt exempel är 1.5-hybridmotorn i den nya Alfa Romeo Tonale.

Underhåll, skötsel och fel på turbon med variabel geometri

Eftersom den har fler rörliga delar som dessutom utsätts för höga temperaturer och avgaserna, uppvisar turbon med variabel geometri fler problem än turbon med fast geometri.

Det vanligaste felet är att systemet med de variabla skovlarna kör fast. Problemet i detta fall är att den variabla turbon inte fungerar som en med fast geometri, eftersom skovlarnas blockering gör att motorn bara fungerar korrekt inom ett visst varvtalsintervall. Symtomen är en tydlig prestandaförlust med följande ökad förbrukning. Det är också vanligt i dessa fall att märka hack i effektleveransen, eller döda zoner där motorn verkar sakna drivkraft.

Precis som med luftflödesmätare, EGR och partikelfilter är en av de främsta orsakerna till att en turbo med variabel geometri kör fast att man främst kör i stadstrafik, eller med motorn hela tiden på mycket låga varv, vilket är när förbränningen ger mest sot.

Det bästa sättet att undvika fel på en turbo med variabel geometri är därför att inte begränsa körningen till stadsmiljö, och då och då ta sig ut på landsväg och låta motorn arbeta även på medelhöga eller höga varv. Givetvis är det också nödvändigt att använda rätt motorolja och följa serviceintervallen.