Zjednodušené: Typy turbodmychadel

Turbodmychadla jsou důležité součásti používané pro optimalizaci výkonu silničních a terénních motorů. Zvyšují výkon motoru, zlepšují palivovou účinnost a pomáhají snižovat emise spalovacích motorů (ICE). Společnost Cummins Inc. nabízí celou řadu turbodmychadel, která splňují nejrůznější požadavky na motory používané v nesčetných aplikacích. 

Primárními typy turbodmychadel jsou turbodmychadla s pevnou geometrií, turbodmychadla s obtokovým ventilem a turbodmychadla s variabilní geometrií. Výrobci motorů při výběru typu turbodmychadla, které je pro jejich motor a aplikaci nejvhodnější, zohledňují několik faktorů. Tento článek vám pomůže pochopit základní rozdíly mezi těmito typy turbodmychadel. Pokud vás to zajímá, můžete si také přečíst, jak Cummins úspěšně testuje svá turbodmychadla za studena.

Co je turbodmychadlo a jak funguje?

Turbodmychadla zvyšují průtok vzduchu do válců motoru, což umožňuje větší hustotu výkonu motoru a lepší spalování. Turbodmychadla využívají energii ve výfukových plynech motoru k otáčení turbíny při vysokých otáčkách. Hřídel spojuje turbínové kolo s kolem kompresoru. Rotační kompresor zvyšuje tlak a průtok čerstvého vzduchu do motoru.

Jaké jsou typy turbodmychadel?

Rozdíly mezi typy turbodmychadel popsanými v tomto článku jsou založeny na způsobu manipulace s výfukovými plyny před jejich vstupem do turbínového kola.

Turbodmychadla s pevnou geometrií

Výfukové plyny před vstupem do turbínového kola procházejí skříní turbíny turbodmychadla. Dutina v tělese turbíny se nazývá voluta. U turbodmychadel s pevnou geometrií proudí 100 % výfukových plynů přes spirálu do turbínového kola. Kolo turbíny a tvar spirály ovlivňují výkon turbodmychadla a motoru. Geometrie skříně turbíny a kol jsou navrženy tak, aby optimalizovaly výkon při různých otáčkách a zatíženích motoru. Některá turbodmychadla s pevnou geometrií lopatek obsahují také trysku s pevnými lopatkami, která zlepšuje výkon turbíny za specifických provozních podmínek.

Výhodou turbodmychadel s pevnou geometrií lopatek ve srovnání s ostatními konstrukcemi je jednoduchost konstrukce, nízká cena a menší rozměry. Hlavní nevýhodou je nedostatečná flexibilita při optimalizaci výkonu motoru. Vzhledem k pevné geometrii motoru je třeba dělat kompromisy mezi optimální přechodovou odezvou motoru, schopností maximálního točivého momentu a jmenovitými otáčkami a výkonem motoru.

Turbodmychadla s pevnou geometrií se často používají u motorů, které pracují při konstantních otáčkách. Patří sem motory používané při výrobě energie a ve velkých průmyslových a námořních aplikacích. Turbodmychadla s pevnou geometrií lopatek se v silničních aplikacích používají jen zřídka.

Turbodmychadla s obtokovým ventilem

Turbodmychadlo s odpadním ventilem je podobné turbodmychadlu s pevnou geometrií lopatek s přidanou funkcí v turbínové skříni: s odpadním ventilem. Když je ventil otevřený, část výfukových plynů obchází turbínové kolo a snižuje jeho otáčky. To pomáhá regulovat průtok vzduchu z kompresoru do motoru. U turbodmychadel s odpadním ventilem lze zvolit menší turbínovou skříň, aby se zvýšil průtok vzduchu do motoru při nízkých otáčkách. To zlepšuje odezvu motoru a zrychlení vozidla. Odpadní ventil se pak otevře při vyšších otáčkách motoru, aby se zabránilo nadměrnému přeplňování motoru a aby turbodmychadlo nepřekročilo svůj limit otáček. 

Ve srovnání s turbodmychadly s pevnou geometrií lopatek je velkou výhodou turbodmychadel s odpadním ventilem to, že nabízejí větší flexibilitu při optimalizaci výkonu motoru. Turbodmychadla s odpadním ventilem jsou o něco dražší a mají větší rozměry díky přidání pohonu (součást, která vytváří sílu nebo točivý moment) pro ovládání ventilu odpadního šoupátka. Pohony mohou být pneumatické (mechanické) nebo elektrické.

Turbodmychadla s odpadním ventilem se používají především v aplikacích, které pracují při různých otáčkách a zatížení motoru. Tyto motory se používají v různých silničních i terénních aplikacích. 

Turbodmychadla s variabilní geometrií

Turbodmychadla s variabilní geometrií jsou složitější než turbodmychadla s pevnou geometrií a turbodmychadla s odpadním ventilem. Turbodmychadla s variabilní geometrií pracují tak, že mění plochu výfukového průchodu bezprostředně předtím, než výfukové plyny vstoupí do turbínového kola. Zmenšení plochy zvyšuje tlak a rychlost výfukových plynů vstupujících do turbínového kola.  To zase v případě potřeby zvyšuje plnicí tlak a průtok vzduchu do motoru. Těžká nákladní vozidla, která pracují v rozmanitých prostředích s různým zatížením, mohou být skvělým příkladem toho, jak nápomocné jsou přednosti turbodmychadla s variabilní geometrií lopatek. 

Turbodmychadla s variabilní geometrií lopatek mohou být dražší než jiné typy turbodmychadel. Přestože jsou turbodmychadla s proměnlivou geometrií drahá, jejich výhodou je výrazná optimalizace výkonu motoru v širokém rozsahu otáček a zatížení. Tato turbodmychadla mohou být použita také ke zlepšení brzdění motoru, k pohonu recirkulace výfukových plynů a k podpoře tepelného řízení následného zpracování výfukových plynů. Patentovaný systém Holset VGT^TM společnosti Cummins nadále poskytuje vynikající výkon a odolnost turbodmychadla v komerčních aplikacích.

Turbodmychadla s variabilní geometrií lopatek se používají v široké škále aplikací, aby pomohla splnit nejpřísnější emisní předpisy. Nacházejí se především v silničních a terénních aplikacích s různými otáčkami a zatížením motoru, protože pomáhají zajistit optimalizovaný výkon v mnoha aplikacích a pracovních cyklech.

Výrobci motorů zvažují při výběru turbodmychadel a vzduchotechnických architektur různé kompromisy. Některé motory používají jediné turbodmychadlo, zatímco jiné používají více turbodmychadel uspořádaných sériově nebo paralelně.  

Společnost Cummins nabízí řadu turbodmychadel, které splňují potřeby našich zákazníků. Kromě navrhování turbodmychadel pro vznětové motory je společnost Cummins technologickým lídrem v oblasti turbodmychadel pro alternativní paliva, včetně zemního plynu a vodíku. Obraťte se na nás a dozvíte se více o našich produktech.