• si-2019.png
  • si-foto-2015.jpg
  • si-foto-2016.jpg
  • si-foto2-2015.jpg
  • si-foto2-2016.jpg
  • si-foto3-2016.jpg

Cieľom mojej práce je vysvetliť princíp preplňovania. V mojej práci som sa hlavne zameral na preplňovanie turbodúchadlom. Pomenovať jednotlivé časti turbodúchadla a uviesť ich princíp činnosti. Poukázať na výhody a nevýhody preplňovania turbodúchadlom. Preplňovanie, ako tému mojej práce som si vybral, pretože ma vždy zaujímala činnosť a princíp fungovania turbodúchadla.  K teoretickej časti som pripravil aj model turba s variabilnou geometriou rozvádzacích lopatiek.

1. PREPLŇOVANIE

Preplňpovanie slúži k zvýšeniu objemového výkonu, tzn. jednotky výkonu (kW, prípadne kone - Hp) lomeno jednotkou objemu (cm3/l, jeden liter = 1 dm3). Pokial má teda litrový motor výkon 50 kW, je pomer výkonu a objemu objem 50 kW/l.

Zaujímavejší je spôsob, akým toho dosiahneme. Základnou úlohou preplňovania  je dostať do priestoru valce maximum zmesi benzínu so vzduchom. Pomer zložiek tejto zmesi je viac-menej nemenný ako pre preplňované, tak pre atmosferické motory. Pomer benzínu a vzduchu udáva koeficient lambda, ktorý je rovný hodnote 14,7,  pre diesely o niečo málo menej. V takto vzniknutej zmesi je teda na každý gram benzínu 14,7 gramov vzduchu. Toto je ustálený pomer ingrediencií, ktorý najčastejšie papá Váš spalovací miláčik, viac-menej v reáli sa používajú i chudobnejšie zmesi vo chvíli, kedy nie je potreba výkonu, treba pri zastavení, a potom sa pomer mení.

Bohatšia zmes sa naopak využije pri chladení komponentov, pretože všetko palivo sa nespáli a nespálená časť sa iba zmení na plyn. Značenie sa potom odvodzuje od aktuálneho pomeru vzduchu ku palivu, pokiaľ je vzduchu 1,1 x viacej než u ideálnej zmesi, zapíše sa ako lambda + 0,1, prípadne lambda 1,1. Pokial je naopak zmes bohatšia, hodnoty sú nižšie než lambda. Pokiaľ teda chceme dostať do spaľovacieho priestoru viacej paliva, potrebujeme i viacej vzduchu, čo sa rieši práve dúchadlom.

Turbodúchadlo, alebo hovorovo turbo, je turbínou poháňané čerpadlo, ktoré čerpá plyny. K veľkému rozšíreniu tohto zariadenia došlo vďaka použitiu v spaľovacích motoroch kvôli zvýšeniu celkového výkonu pomocou zväčšenia množstva nasávaného vzduchu, ktorý s palivom vchádza do spaľovacích priestorov motora. Hlavnou výhodou turbodúchadiel je významný nárast výkonu, spojený iba z malým zvýšením hmotnosti. Turbodúchadlo využíva nevyužitú energiu výfukových plynov prúdiacich z motora, a tým zvyšuje celkovú účinnosť pohonnej jednotky. Nevýhodou je to, že pri benzínových motoroch sa pri použití turbodúchadla musia znižovať kompresný pomer aby nedochádzalo k samovznieteniu paliva. To potom nepriaznivo vplýva na účinnosť motora v nízkych otáčkach, kedy turbodúchadlo nedodáva potrebné množstvo vzduchu. Naftové motory týmto problémom netrpia, lebo sú principiálne založené na samovznietení paliva - nafty. Pre obidva typy motorov však turbodúchadlo predstavuje veľkú výhodu vo vyšších nadmorských výškach, kde je nižší tlak vzduchu. Tento dôvod bol aj príčinou vývoja tohto zariadenia pôvodne pre letecké motory.

1.1  Rozdelenie dúchadiel

Kompresory s mechanickým pohonom

Pri mechanickom preplňovaní si treba na začiatok uvedomiť jednu základnú vlastnosť. Mechanický kompresor – dúchadlo je poháňané dnes najpoužívanejším mechanickým ozubeným prevodom od kľukového hriadeľa motora. To znamená, že toto zariadenie uberá časť výkonu motora. To znamená, že za rovnakých podmienok dodá motor preplňovaný turbodúchadlom na kolesá väčší výkon, ako motor preplňovaný mechanickým kompresorom. Turbodúchadlo na rozdiel od mechanického kompresora využíva potenciál nevyužitej energie výfukových plynov. Ako príklad si môžeme uviesť model Mercedes C32 AMG, kde sa dúchadlo otáča 3,3 x rýchlejšie ako kľukový hriadeľ motora a pri najvyšších otáčkach motora (6200 ot/min) spotrebováva z výkonu motora až 44 kW. Aj cez túto nepriaznivú skutočnosť dokázal Mercedes dostať z motora V6 slušný výkon 260 kW. V konečnom dôsledku ale kompresor viacej výkonu pridá, než uberie.

V motoroch automobilov sa môžeme stretnúť s rôznymi konštrukciami mechanického kompresora. Medzi najviac používané patrí Rootsove, Lysholmovo, krídlové alebo kompresor s tzv. špirálovým G-dúchadlom, ktoré vyvinula a používa automobilka Volkswagen. V súčastnosti používajú mechanické preplňovanie hlavne automobilky Mercedes (používa dúchadlá Lysholm, ktoré vyrába japonská firma IHI), VW, Audi a tiež Jaguár (ktorý používa Rootsove dúchadlá). Dúchadlá môžu byť v prípade potreby (nízkeho zaťaženia) elektromagneticky odpájané, čím sa eliminuje výkonový odber z motora. Ďalšou nevýhodou  okrem čiastočného odberu výkonu je aj citeľný hluk pohybu a vzájomného trenia rôznych mechanických častí. So spomínaných faktov ale pramení aj jedna základná výhoda, a to je okamžitá reakcia na zvýšenie otáčok, t.j. nekoná sa žiadna tzv. turbodiera, ktorú poznáme najmä zo starších  motorov preplňovaných turbodúchadlom. Motor s preplňovaním mechanickým kompresorom pripomína atmosferický motor väčšieho objemu a výkonu. Najmä pre náročnejších motoristov je pocitovo jeho chovanie lepšie ako preplňovaný motor s turbodúchadlom.

Obr.1 Kompresor

 

Rootsovo dúchadlo

Rootsovo dúchadlo má pomerne jednoduchú konštrukciu , ale hodí sak nízkotlakému preplňovanie , pretože jeho účinnosť prudko klesá so zvyšujúcim sa pomerom stlačenia. Keďže má plnenie a výtlak z priestoru medzi palcami dúchadla kolísavý priebeh , je aj dodávka vzduchu do valca kolísavá . Týmto je tiež spôsobený charakteristický priebeh zvuku motora , známy veľkými rázy . účinnosť Rootsovho dúchadla je asi 79 % pri pomere stlačení do 1,2 , ale pri pomere stlačení 2 je už len 68 % . Dúchadlo sa musí s motorom zladiť tak , aby sa výkon motora nekolísal .

 

Odstredivé radiálne dúchadlo ( kompresor )

Problém radiálneho kompresora spočíva v takzvanom pumpovaní hranicu , ktorá nesmie byť prekročená , aby sa neporušila funkcie dúchadla . Veľmi blízko pumpovacej hranice však leží prevádzkový bod o najvyššej účinnosti a už iba veľmi malou zmenou výtlačného množstvo dôsledkom zmeny pretečeného objemu motora , zväčšením odporov v plnení motora ,zvýšením tlakov vo výfukovom potrubí alebo v tlmiči výfuku vďaka usadeninám alebo ak sa zmenší prietokový prierez kvôli usadeninám na plniacom ventile , dôjde k prekročeniu pumpovacej hranice a dochádza k takzvanému pumpovacému chodu kompresora . vďaka tomuto obmedzeniu musí prevádzkový stav ležať v takej vzdialenosti , aby sme pumpovacému  chodu zabránili , nech nastanú akékoľvek podmienky . Dúchadlo by pri tomto stave malo mať čo najväčšiu účinnosť , jej veľkosť je vďaka pumpovní hranicu veľmi obmedzená . Aj napriek tomu však kompresor dosahuje dostatočne vysokej účinnosti pri pomeroch stlačení 1,5 -3,5

Turbodúchadlo, alebo hovorovo turbo,je turbínou poháňané čerpadlo, ktoré čerpá plyny. K veľkému rozšíreniu tohto zariadenia došlo vďaka použitiu v spaľovacích motoroch kvôli zvýšeniu celkového výkonu pomocou zväčšenia množstva nasávaného vzduchu, ktorý s palivom vchádza do spaľovacích priestorov motora. Hlavnou výhodou turbodúchadiel je významný nárast výkonu, spojený iba z malým zvýšením hmotnosti. Turbodúchadlo využíva nevyužitú energiu výfukových plynov prúdiacich z motora, a tým zvyšuje celkovú účinnosť pohonnej jednotky. Nevýhodou je to, že pri benzínových motoroch sa pri použití turbodúchadla musú znižovať kompresný pomer aby nedochádzalo k samovznieteniu paliva. To potom nepriaznivo vplýva na účinnosť motora v nízkych otáčkach, kedy turbodúchadlo nedodáva potrebné množstvo vzduchu. Naftové motory týmto problémom netrpia, lebo sú principálne založené na samovznietení paliva - nafty. Pre obidva typy motorov však turbodúchadlo predstavuje veľkú výhodu vo vyšších nadmorských výškach, kde je nižší tlak vzduchu. Tento dôvod bol aj príčinou vývoja tohto zariadenia pôvodne pre letecké motory.

Na podobnom princípe pracuje aj kompresor, avšak rozdiel medzi nimi je v tom, že kompresor je poháňaný remeňom spojeným s kľukovým hriadeľom a turbodúchadlo je poháňané turbínou, ktorú roztáčajú prúdiace výfukové plyny.

Turbodúchadlá sú použité v Ottovom cykle a v Dieselovom cykle spaľovacích motorov. Turbodúchadlá sa najčastejšie používajú v osobných a nákladných automobiloch, lokomotívach, lietadlách a stavebných strojoch. Takisto nachádzajú uplatnenie v palivových článkoch.

 

Dúchadlá rozdeľujeme podľa princípu činnosti motora:

  1. Zážehový
  2. Vznetový
  3. Štvordobý
  4. Dvojdobý

 

Existuje niekoľko spôsobov ako dostať do priestoru valca viac vzduchu. Preto sa spôsob preplňovania v zásade delí na päť skupín a k preplňovaniu sa využívajú:

1.  S mechanickým preplňovaním od motora (kompresor),

2. Turbopreplňovanie,

3. kombinované zariadenia, kde na preplňovaní spolupracujú turbodúchadlo s mechanickým kompresorom,

4. inerčné zariadenie (využívajú dynamické javy v saní a výfuku Comprex),

5. náporové, kedy sa motor plní sám v závislosti na rýchlosti – najčastejšie pri motocykloch,

6. s nezávislým pohonom preplňovania

 

Podľa druhu konštrukcie dúchadla rozdeľujeme na:

Objemové, ktoré sa delia na piestové a rotačné. A lopatkové, tie sa delia na radiálne a axiálne. Podľa stupňa preplňovania sa delia na jednostupňové a viacstupňové.

 

Rozdelenie z hľadiska tlaku preplňovania:

  • Nízkotlakové preplňovanie –výkon do 50% ; pomer stláčania do 1,5 ; vzduch dúchadla sa nechladí
  • Strednotlakové preplňovanie – výkon 50-75% ; pomer stláčania 1,5-1,8 ; vzduch sa môže chladiť
  • Vysokotlakové preplňovanie – výkon nad 75% ; pomer stláčania nad 1,8 ; nutný chladič plniaceho vzduchu 

2.  KONŠTRUKČNÉ RIEŠENIE TURBODÚCHADIEL, ČINNOSŤ

Turbodúchadlo sa skladá z troch hlavných častí:

dúchadlová – sacia časť (slúži k nasávaniu čerstvého vzduchu, stlačeniu a jeho dodávke do spaľovacieho priestoru),

ložisková časť (zabezpečuje uloženie, chladenie a mazanie rotačných skupín),

turbínová – výfuková časť (zaisťuje pohon turbodúchadla).

Obr.2  Schéma turba a motora

Turbodúchadlá

Motory preplňované turbodúchadlom dosahujú väčšiu účinnosť a hospodárnosť než motory preplňované kompresorom mechanicky spojeným s motorom . Vyška preplňovania je obmedzená teplotou vytlačeného vzduchu , pretože zväčšená hmotnosť vzduchu sa už nevyužije k zvýšeniu kladenej práce motora ani pri zvyšovani plniaceho tlaku . Túto hranicu môžeme posunúť vyššie zvolením turbodúchadlá s vyššou účinnosťou alebo zaradením medzichladiča stlačeného vzduchu . Keďže dochádza k zvýšeniu spaľovacích tlakov a teplôt , je vďaka tomu preplňovania obmedzené , ďalej tieto obmedzenia predstavujú teploty výfukového ventilu a lopatiek turbíny , strednou teplotou obehu motora a v neposlednom rade aj priebehom spaľovania vrátane prípravy zmesi . Turbína turbodúchadla môže byť spojená s radiálnym alebo axiálnym kompresorom , ktorý však oproti radiálnemu neprináša žiadne zvláštne výhody , a preto sa používa iba sporadicky . Pri zachovaní dobrej účinnosti sa jednostupňový radiálny kompresor používa do pomeru stlačenia 3,5 , pre vyššie pomery stlačení sa užívajú dvojstupňové radiálne kompresory . Turbína na výfukové plyny môže pracovať ako rovnotlaková s rovnotlakovým vzdutím plynov pred turbínou alebo v impulznom režime preplňovania , kedy sa využíva kinetická energia plynov unikajúcich z valca .

Rovnotlakové preplňovanie

Rovnotlaková turbína má väčšiu účinnosť ako turbína impulzná a jej využitie je významnejšie pri pomere tlakov nad 1,8 až 1,9 . Je potrebné zabezpečiť vyrovnanie premenných tlakov pri nastavenom chode motora , preto sú výfuky valcov spojené do jedného potrubia s väčším priemerom . Rovnotlaková turbína dosahuje dobrej účinnosti , pretože pracuje so stálym nepretržitým a plným ostrekom lopatiek turbíny . Výška tlaku pred turbínou nie je obmedzená , ale existuje tu istý optimálny pomer plniaceho tlaku k tlaku pred turbínou a motor pri ňom má najvyššiu účinnosť a najvyšší stredný užitočný tlak . Tento rovnovážny stav sa nastavuje automaticky , a preto každému stavu motora náleží určitý pomer stlačenia. Tlak vo výfuku a tiež účinnosť turbodúchadlá – ak je účinnosť vysoká u turbodúchadla , je väčšia aj účinnosť motora . Turbodúchadlo je možné zaradiť aj do motora bez preplňovania , ale jedine ak je tento motordostatočne mechanicky dimenzovaný , aby vydržal prestavenie na vyšší plniaci tlak . Rovnotlakové preplňovanie sa používa u motorov s vysokotlakovým preplňovaním. Používa sa aj u automobilových motorov, pretože je menej citlivé na zmeny chodu motora než u impulzného preplňovania, a usporiadanie výfukového potrubia je jednoduchšie a lacnejšie, rovnako ako samotná turbína .

Impulzné preplňovanie

Impulzná turbína sa využíva pri pomere stlačení do 1,8 až 1,9 . Výfukové potrubia sú krátke a spájajú dva , najviac tri valce. Spájajú tak , aby sa priebehy tlakových impulzov vzájomne nerušili , a sú privedené k sekciám rozvádzacích lopatiek . Prietokový prierez potrubia je o niečo väčší , než je najväčší prietokový prierez vo výfukovom ventile . Výfukové potrubia musia tiež zniesť tlaky a teploty , ktoré sú nastavené . Pri prietoku plynu dochádza k tlakovým a tepelným stratám. Potrubie nemôže mať tak malý objem , aby v ňom dochádzalo k premenám kinetickej energie na energiu tlakovú . preto sa nedá čisto impulzného preplňovania dosiahnuť . Prietok plynov potrubím je nestacionárny a s časom sa mení tlak a teplota . Tohto kolísania tlakov pred turbínou sa u impulzného preplňovania využíva k lepšiemu naplneniu valca a tiež k jeho lepšiemu vyplachovaniu . Na vyplachovanie spaľovacieho priestoru dochádza , keď je tlak vo výfukovom potrubie nižší ako okamžitý plniaci tlak . Rozvod je v tejto chvíli prekrytý , u štvordobých motorov je toto prekrytie značné . Pri prekrytí rozvodu plniaci vzduch preteká spaľovacím priestorom , zlepšuje naplnenie valca , odnáša so sebou zvyšky spalín z predchádzajúceho obehu. Znižuje teplotu plynov vo valci a spaľovacom priestore , vďaka tomu sa zvyšuje hmotnosť čerstvej náplne.  A pretože plniaci vzduch preteká aj do výfukového potrubia , znižuje aj teplotu plynov pred turbínou . Vďaka zvýšeniu hmotnosti čerstvej náplne sa tiež zvyšuje stredný užitočný tlak na piest . Impulznú turbínu je možné využiť tiež v kombinácii s rovnotlakovou . Impulzna turbína poháňa druhý stupeň , prvý stupeň je poháňaný turbínou rovnotlakovou . Toto dvojstupňové preplňovanie zvyšuje účinnosť využitia energie výfukových plynov a vďaka prívodu väčšej hmotnosti vzduchu tiež stredný užitočný tlak . Toto dvojstupňové riešenie je však zložité a drahé . pre nízkotlakové preplňovania má impulzná turbína asi o 25 % väčší výkon ako turbína rovnotlaková .

Turbodúchadlo vždy zvyšuje cenu motora, zvyšujú sa aj nároky na údržbu. Turbodúchadlo je potrebné po jazde nechať vychladnúť pri bežiacom motore, pri zastavení motora sa tiež zastaví prietok chladiaceho oleja a turbodúchadlo sa môže poškodiť. Doba k akcelerácii preplňovaného motora je vyššia ako u motora atmosférického, pretože plyny na začiatku akcelerácie nemajú dostatočne veľkú  kinetickú energiu k urýchleniu rotora turbodúchadla a prúdu plynov v potrubí. Opačný problém nastáva pri spomalení, kedy turbodúchadlo dodáva do valca väčšiu hmotnosť vzduchu než je potrebné na spaľovanie. Toto sa rieši zaradením tzv blow-off ventilu, ktorý prepúšťa prebytočný vzduch von z turbodúchadlá a bráni tak jeho spomalenie. Vďaka tejto regulácii sa môžu zlepšiť prechody motora, náročnosť na reguláciu je značná predovšetkým u automobilových motorov, kde je potreba v určitom rozmedzí otáčok dávať nepremenný výkon.

 

2.1 Turbína

Energia, ktorú poskytuje turbína je prevedená z entalpie a kinetickej energie plynu. Ložiská turbíny dosahujú pri prúdení výfukových plynov do 250 000 otáčok za minútu. Veľkosť a tvar môžu určovať výkonové charakteristiky turbodúchadla. Tak vysoké otáčky predstavujú problém pre klasické guličkové ložiská, ktoré by mohli explodovať. Preto sa používajú fluidné ložiská, v ktorých sú pohybujúce časti oddelené a zároveň chladené tenkou vrstvou oleja. Olej sa väčšinou odoberá z mazacej sústavy motora a musí byť po prechode turbodúchadlom chladený olejovým chladičom.

Výkon turbodúchadla je úzko spätý s jeho veľkosťou. Väčšie turbodúchadlá sa viac zohrievajú a ich väčšia turbína poskytuje väčší tlak, avšak pri nízkych otáčkach trpia turbodierou. Malé turbodúchadlá sa otáčajú rýchlo, ale nemajú taký výkon pri akcelerácii vo vysokých otáčkach. Na spojenie výhod malých a veľkých turbín sa používajú pokročilé návrhy, ako dvojité turbodúchadlá, turbodúchadlá s delenou dúchadlovou časťou alebo turbodúchadlá s variabilnou geometriou lopatiek.

Obr.3 Turbína

 

2.2 Medzichladenie (INTERCOOLER)

Medzichladič stlačeného vzduchu po anglicky Intercooler ochladzuje stlačený vzduch vychádzajúci z turbodúchadla. Chladnejší vzduch je hustejší, tzn. na rovnaký objem má vyšší obsah kyslíku. Takýto ochladený vzduch priaznivo ovplyvňuje spaľovací proces, čo okrem iných výhod prináša aj vyšší výkon motora. Výhody použitia intercoolera sú: zvýšenie výkonu a účinnosti motora, nižšia spotreba paliva a emisie, menšie tepelné namáhanie motora.

Obr.4 Intercooler

 

2.3 Wastegate

Mnoho turbodúchadiel používa ventil wastegate, ktorý umožňuje malým turbodúchadlám redukovať turbodieru. Ventil wastegate reguluje tok výfukových plynov vchádzajúcich do turbíny výfukovej časti turbodúchadla. Ten môže byť riadený solenoidom, ktorý ovláda riadiaca jednotka motora alebo regulátor plniaceho tlaku, avšak väčšina sériovo vyrábaných automobilov používa pružinou zaťaženú membránu.

Obr.5 Wastegate

2.4 Blow-off ventil/diverter/bypass/dump ventil

Turbodúchadlom prepĺňané motory pracujú najlepšie pri plne otvorenej škrtiacej klapke a potrebujú vysoké otáčky. Keď je však škrtiaca klapka zavretá, stlačený vzduch nemá kde prúdiť. V tejto situácii narastá tlak na úroveň, ktorá môže viesť k poškodeniu. Keď sa tlak ďalej zvyšuje, začne sa slačený vzduch vracať späť na lopatky dúchadla a ďalej von. Spätné prúdenie turbodúchadlom môže zapríčiniť, že sa rýchlosť otáčok hriadele turbíny spomalí rýchlejšie ako normálne, čo môže zničiť turbodúchadlo.

Aby sa predchádzalo tejto udalosti je ventil umiestnený medzi turbodúchadlo a škrtiacu klapku, kde vypúšťa prebytočný tlak vzduchu. Tento ventil je známy ako blow-off ventil alebo dump ventil. Je to pretlakový ventil a je bežne ovládaný vákuom v sacom potrubí.

Hlavné použitie tohto ventilu je kvôli udržaniu roztočeného turbodúchadla pri vysokých otáčkach. Vzduch je obyčajne vrátený späť na vstup turbodúchadla (diverter, bypass ventil) alebo je vzduch vypúšťaný do okolia (blow-off ventil).

Obr.6 Blow-off ventil

3. ANTI LAG SYSTÉM

Systém proti oneskoreniu nástupu tlaku turba

Je to systém určený výhradne pre závodné aplikácie, ktorý vznikol v rallyšporte kvôli udržaniu otáčok turba a následnému rýchlemu nástupu jeho tlaku pri výjazdoch zo zákrut. Dnes, pri povinnom používaní restriktorov, je v podstate nemysliteľné štartovať s vozidlom vybaveným turbomotorom bez tohto systému, či už v rally, alebo súťaži do vrchu.

Vo svojej ranej dobe fungoval ako akýsi bypass, kde bol po uvoľnení plynového pedálu prebytočný tlak vypustený cez blow-off ventil do výfuku pred turbo, kde okysličil výfukové plyny, ktoré obsahovali veľké množstvo nespáleného benzínu a tie explodovali v turbe, čím ho udržiavali v otáčkach.

Dnešný ALS funguje podstatne dômyselnejšie. Bypass sa tak ako v minulosti nepoužíva, ale dodatočný vzduch pri zavretej škrtiacej klapke – keď je uvoľnený plynový pedál – je stále potrebný, lebo bez vzduchu nie je zmes, ale iba benzín, a ten zďaleka nie je taký výbušný ako zmes.

V zásade sa používajú tri spôsoby dodatočného prísunu vzduchu. Dva sú realizované cez škrtiacu klapku a jeden bypassom, ktorý je v aktívnom stave ALS otvorený solenoidom. Ten otvára cestu vzduchu zo sacieho traktu spred klapky priamo do sania za klapku, pričom túto úplne obchádza. Ďalšie dva spôsoby, ktoré sú používané omnoho častejšie, udržujú škrtiacu klapku pootvorenú v požadovanom, vopred nastavenom uhle. Prvý sa vyznačuje konštantnou, fixne nastavenou štrbinou a používa sa v skupine N, kde nie sú dovolené prakticky žiadne mechanické zásahy do vozidla. Druhý, technicky zložitejší a dokonalejší, využíva tzv. ALS throttle kicker, teda otvárač škrtiacej klapky ovládaný solenoidom, ktorý po uvedení do činnosti otvorí cestu podtlaku, ktorým sa pootvorí škrtiaca klapka. Tento sa bežne používa vo vozidlách špecifikácie WRC.

K účinnej funkcii ALS treba, samozrejme, ešte palivo, predzápal a zopár špeciálnych funkcií riadiacej elektroniky, ktoré sú plne programovateľné.

 

3.1 Veličiny funkcie ALS

Cut level – množstvo krátkodobých vypnutí dodávky paliva alebo iskry podľa 3D mapy, kde os X tvorí uhol otvorenia škrtiacej klapky a os Y tvoria otáčky motora,

Ignition retard – počet stupňov, o ktoré sa posunie predzápal podľa 3D mapy s tými istými osami,

Fuel enrichment – teda obohatenie palivom podľa 3D mapy tiež s tými istými osami.

Dlhú dobu sa používal ignition cut – teda prerušenie iskry –, ale dnes sa preferuje fuel cut, teda prerušenie dodávky paliva, a to z dôvodu menšieho prehrievania výfukovej časti hlavy valcov a výfukových ventilov, výfukových zvodov, turba a výfuku.

ALS je systém, ktorý dlhodobým používaním poškodzuje motor, výfuk a turbo, a preto prvá vec, ktorú jazdec po prejazde cieľovou fotobunkou urobí, je vypnutie systému.

Účinnosť ALS je závislá od agresívnosti jeho nastavenia. Systém je nastaviteľný od úplne ľahkého udržiavania tlakového režimu až po silne agresívne „kopance“ do chrbta pri opätovnom zošliapnutí pedála plynu. Každý pretekár používa nastavenie podľa toho, aké mu vyhovuje, prípadne sa mení podľa podmienok na trati. Na suchý asfalt sa používa agresívnejšie nastavenie ako na mokrý alebo na nespevnený povrch.

Dnešné, plne programovateľné riadiace jednotky toto umožňujú v plnom rozsahu. Tie novšie, napríklad nový rad MoTeC, dokonca umožňujú prepínanie dvoch rôznych nastavení ALS za jazdy priamo z miesta vodiča.

 

4. PRÍČINY PORÚCH

90 % všetkých porúch turbodúchadiel je spôsobených nasledujúcimi príčinami : Najčastejšou príčinou poškodenia turbodúchadiel sú chýbajúce úlomky rotora pôvodného turbodúchadlá v sacom trakte a na sitku váhy vzduchu , potom ich následné nasatie novonamontovaným turbodúchadlom .

Ďalšie najčastejšou poruchou je nedostatočné mazanie turbodúchadla zapríčinené uvoľnenými nečistotami v oleji . Vniknutiu cudzieho telesa do turbíny alebo do kolesa kompresora

Nečistoty v oleji. Nepravidelná výmena oleja. Preto sa odporúča kompletné vyčistenie olejovej sústavy ( Preplach - bez turbodúchadla ) .

Nedostatočný prísun oleja ( tlak oleja / filter , nečistoty usadené vo vani a sieťkach v olejovej sústave. Týmto poruchám sa dá predísť pravidelnou údržbou . Pri vykonávaní údržby vzduchového filtra je napríklad potrebné dávať pozor , aby sa do turbodúchadla nedostala žiadne cudzie telesá .

Náhle vypnutie rozpáleného motora

Ložiská rotora turbodúchadla sú mazané motorovým olejom, ktorý vytvára medzi hriadeľom rotora a klznou plochou ložiska tenký olejový film. Pri normálnom tlaku v olejovom okruhu olej stíha ložiská rotora chladiť aj pri jeho maximálnych otáčkach (150 – 250 000 min-1). Okrem mazania ich zároveň ochladzuje, v niektorých prípadoch sú dokonca chladené aj vodou z chladiaceho okruhu motora (napr. motory Renault 2.0 dCi, VW 1.2 TSI…).

Keď sa motor po vypnutí zastaví, roztočený rotor turbodúchadla zastavuje pozvoľna, čo znamená, že sa stále točí, aj keď olejové čerpadlo už dávno stojí a olej prestane v okruhu prúdiť. Toto sú pre ložiská rotora najrizikovejšie chvíle. Každé turbodúchadlo je však konštruované tak, aby zastavenie motora prežilo bez ujmy. Horšia situácia nastane, keď tesne pred vypnutím motora pridáte plyn, čím rotor turbodúchadla roztočíte na vyššie otáčky a dlhšie sa točí „na sucho“.

Najhoršou situáciou je, keď bol motor krátko pred vypnutím vystavený zaťaženiu (napr. jazda max. rýchlosťou, stúpanie do prudkého kopca, jazda po okruhu). Vtedy je turbodúchadlo doslova žeravé. Vypnutím motora zastavíte prúdenie oleja okolo horúcich ložísk, kde sa tenký film stojatého oleja takmer okamžite spečie a vytvorí tvrdý karbón, ktorý dovtedy chránené ložiská jednoducho poškodí. Vodou chladené ložiská znášajú takéto momenty lepšie, ani tie však nedokážu takéto surové zaobchádzanie tolerovať večne.

 

4.1 Výhody preplňovania turbodúchadlom :

- Menšie rozmery motora pri rovnakom výkone – menšia hmotnosť

- Turbína na výfukové plyny znižuje hluk výfuku

- Vyšší krútiaci moment a výkon motora

- Zlepšenie tepelnej a celkovej účinnosti motora

- Nižšia spotreba (merná)

- Zníženie emisií

 

4.2 Nevýhody preplňovania turbodúchadlom :

- Väčšie mechanické a tepelné zaťaženie

- Horšia akceleračná schopnosť

- Zložitejšia konštrukcia motora

 

5. METODIKA VLASTNEJ PRÁCE

Na model mojej práce som si vybral turbodúchadlo typu KKK, nemeckého výrobcu. Toto turbodúchadlo je vybavené variabilnou geometriou rozvádzacích lopatiek. Toto turbodúchadlo je montované koncernom VW group. 

 

 Obr.7 zadná časť modelu

Model som najskôr celý očistil a pripravil na rezanie. Odmontoval som časti ktoré mi bránily pri rezaní. Rezal som s uhlovou brúskou a rezným kotúčom. Nemal som žiadne väčšie problémy.

Obr.7 predná časť modelu

Model som potom odmastil a očistil od nečistôt, tým som ho pripravil na farbenie. Farbil som ho farbami REVELL. Tieto farby sa používajú v modelárskom odvetví. Tieto farby som volil kvôli ich vysokej kvalite. Dôvod prečo som ho farbil štetcami bol ten, pretože časti boli príliš malé na to, aby som ho striekal sprejom.

Obr.8 model tesne po farbení

Po uschnutí farby som model skompletizoval. Ako podstavec modelu som použil drevenú dosku ktorú som ofrézoval a ohobľoval na stroji. Práca na modeli mi zabrala približne 2 hodiny.

Obr.9 tesne pred dokončením

Záver

Teoretická príloha spoločne s modelom turbodúchadla s variabilnou geometriou rozvádzacích lopatiek, pomôže žiakom pochopiť podstatu turba. Ako model som použil turbodúchadlo z motorového vozidla Volkswagen golf. Turbo bolo nefunkčné ale ako model na názorný popis časti je dostačujúce.  Model bude dobrou učebnou pomôckou pri vyučovaní odborných predmetov. 

© 2019 Súťaž: Strojár - Inovátor
Back to Top