Turbófeltöltő működése
A turbófeltöltő működéséről néhány szóban:
A motorerő arányos a hengerekbe jutó levegő és üzemanyag mennyiségével. Nagyobb motorok esetében a folyamat ugyanaz, a nagyobb motor több levegőt szív be, így nagyobb teljesítményre képes.
Amennyiben azt szeretnénk, hogy egy kisebb motor nagyobb teljesítményt produkáljon, nincs más dolgunk, mint még több levegőt juttatni a hengerekbe ezt egy turbófeltöltő felszerelésével lehet megoldani. Hiszen a turbófeltöltő felszerelésével drasztikusan megváltoztathatjuk a motor teljesítményét.
Hogyan jut több levegő a motorba? Nézzük meg az alábbi sematikus ábrát.
Ezekkel az ábrákkal illusztráljuk a turbófeltöltő működési elvét.
- 1. Levegő bejárati nyílás
- 2. Sűrített levegő kimenet
- 3. Levegőhűtő
- 4. Szívó szelep
- 5. Kipufogó szelep
- 6. Turbina bemenet
- 7. Turbina kimenet
Jellegzetes turbófeltöltő felépítése:
Levegőszűrő (nincs az ábrán) melyen keresztülhalad a levegő, mielőtt a kompresszorba jutna (1)
Aztán a levegő összenyomódik, minek következtében a levegő sűrűsége megnő (2)
Több feltöltővel felszerelt autó rendelkezik ˝levegő hűtővel˝ (intercooler) (3), mely tovább hűti a levegőt, így növelve annak ellenállását a berobbanással szemben.
A motor szívó szelepén (4) keresztül jut a levegő a hengerbe. Mivel a levegő magasabb sűrűségű, így a henger több levegőt képes beszívni.
Magasabb levegő beáramlási arány, magasabb üzemanyag beömlési arányt eredményez
Több üzemanyag elégetése nagyobb teljesítményt eredményez.
Miután az üzemanyag elég a hengerben, a kipufogás a kipufogó szelepen (5) keresztül történik.
A magas hőmérsékletű kipufogógáz ezután továbbhalad a turbinába (6)
A turbina visszanyomást gyakorol a motorra, ami azt jelenti, hogy a motor kipufogó nyomása nagyobb, mint az atmoszféranyomás.
A hőmérséklet és a nyomás csökken a turbinában, (7) mely a kipufogógáz energiáját használja fel a kompresszor működéséhez.
Turbófeltöltő összetevői:
Blow off (elkerülő) szelep
A Turbófeltöltő rendszerek rendelkeznek egy Blow off szeleppel
A Turbófeltöltő rendszerben levő Blow off szelep (BOV) egy nyomás csökkentő szerkezet a leömlő területen, amely megakadályozza,
hogy a kompresszorban túlnyomás lépjen fel. Mivel a túlnyomás végső soron a csapágyak meghibásodásához vezet, az ehhez kapcsolódó
nagy igénybevételnek köszönhetően. A BOV-ot a kompresszor kimenet és a gáztest közé kell felszerelni lehetőleg a feltöltő léghűtő
folyásirányába (ha van ilyen felszerelve).
Wastegates
Kipufogó oldalon a Wastegate segítségével szabályozhatjuk a kipufogógáz nyomását. Néhány hagyományos diesel berendezés nem használ wastegates-et egyáltalán. Ezt a fajta rendszert szabadon lebegő turbófeltöltőnek hívjuk.
A gázolajat használó berendezések többségében szükséges a wastegates.
Kétféle konfigurációt különböztetünk meg, ezeket külső illetve belsőnek nevezzük.
A belsők a turbina házba épülnek be és egy „flopper” szelep kart köt össze a túlnyomás szabályzó szeleppel. A belsőket a kipufogó rendszerbe építik. A külső wastegate előnye, hogy az elvezetett gázt újra be lehet vezetni a turbinához. Ez növeli a turbina teljesítményét.
Olaj és Víz csőhálózat
Különös figyelmet kell fordítani az olaj és víz csőhálózat karbantartására. Egy elhanyagolt szivárgó hálózat komoly meghibásodásokhoz vezethet. Fontos a megfelelő beállítás, mivel az olaj kimenettől a tömegvonzást használva mozog az olaj a rendszerben. A bemeneti oldalon ajánlott a nyomást 60 psi fölött tartani. Ügyelni kell a turbófeltöltő visszahűtésére ez csökkenti a kenőolaj és a kopó alkatrészek lehetséges károsodását. Ezeket a káros hatásokat minimalizálja a vízhűtés, ami napjainkban egyre több turbófeltöltőnél elterjedt.
Common rail működése
Működési elv
A common rail nyomástárolós befecskendező rendszer esetében a nyomás előállítása és a befecskendezés szét vannak választva. A befecskendezési nyomás a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül hozható létre. Az elektronikus dízel szabályozás (EDC) az egyes részegységeket külön-külön hajtja meg.
Nyomás előállítás
A nyomás előállítását és a befecskendezést egy tároló térfogat segítségével lehet megvalósítani. A nyomás alá helyezett tüzelőanyag a common rail rendszer nyomástárolójában várja a befecskendezés pillanatát. A kívánt befecskendezési nyomást egy a dízelmotorról hajtott, folyamatosan üzemelő nagynyomású szivattyú állítja elő. Ez a rail-ben kialakuló nyomást a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől teljesen függetlenül adott értéken tartja. A hozzávetőleg állandó hozamú szállításnak köszönhetően a nagynyomású szivattyú mérete a hajtó nyomatéka is lényegesen kisebb lehet, mint az a hagyományos befecskendező rendszerek esetében szokásos. Ennek következményeként a szivattyú hajtása is kisebb terhelésnek van kitéve.
A nagynyomású szivattyú általában radiál dugattyús kialakítású, a haszongépjárműveknél egyes esetekben soros szivattyút találunk.
Nyomásszabályzás
Az adott rendszertől függően különféle nyomásszabályozási eljárásokat alkalmaznak.
Szabályozás a nagynyomású oldalon
A személygépkocsi-rendszereknél a kívánt rail-nyomást egy nyomásszabályozó-szelep a nagy nyomás oldalán állítja be. A fölösleges tüzelőanyag mennyiség a nyomásszabályozó-szelepen keresztül visszafolyik az alacsony nyomású körbe. Ez a szabályozási megoldás a rail-nyomás gyors módosítását teszi lehetővé a motor munkapont váltása (pl: terhelésváltozás) esetén.
Az első common rail rendszereknél a nagynyomású oldali szabályzást alkalmazták. A nyomásszabályzó-szelep ezekben az esetekben többnyire a railen van elhelyezve, egyes alkalmazásoknál közvetlenül a nagynyomású szivattyúra szerelik.
Betáplálás oldali mennyiségszabályzás
A rail-nyomás szabályzásának egy másik módszerénél a betáplálási oldalon végeznek mennyiségszabályzást. A nagynyomású szivattyúra rögzített mennyiségszabályozó egység feladata, hogy a szivattyú pontosan annyi tüzelő anyagot szállítson az elosztócsőbe, amennyivel a rendszer az előírt befecskendezési nyomást tudja fenntartani. Meghibásodás esetén egy nyomáskorlátozó szelep akadályozza meg a túlságosan nagy rail-nyomás kialakulását. A szívóoldalon megvalósított mennyiségszabályozással kevesebb tüzelőanyagot kell nagy nyomásra sűríteni, ezáltal a szivattyú teljesítményfelvétele is kisebb. Ennek pozitív hatása van a tüzelőanyag-fogyasztásra. Az eljárás további kedvező hatása, hogy a tartályba visszafolyó tüzelőanyag hőmérséklete alacsonyabb, mint a nagy nyomás oldalán végzett szabályzás esetében.
Két szabályzóelemes rendszer
A két szabályzóelemes rendszer az adagoló egységgel megvalósított szívóoldali nyomásszabályozást és a nyomásszabályzó-szeleppel végzett nagy nyomású szabályzást kombinálva egyesíti a két rendszer előnyeit.
Befecskendezés
Az injektorok a tüzelőanyagot közvetlenül a motor égésterébe fecskendezi be. Az injektorok a rail-ből kapnak nagy nyomású tápellátást, rövid tüzelőanyag-csöveken keresztül.
A motor-vezérlőegység az injektorba integrált szelepet vezérli, aminek hatására a befecskendező fúvókat nyit és zár.
A hengerbe jutó tüzelőanyag-mennyiséget a rendszernyomás és az injektor nyitási ideje határozza meg. Állandó nyomáson a mennyiség a kapcsolószelep bekapcsolási idejével arányos, ezáltal a motor, illetve a szivattyú fordulatszámától független (idővezérelt befecskendezés).
Hidraulikus teljesítménypotenciál
A nyomás előállítás és a befecskendezés szétválasztása még nagyobb szabadságot ad a rendszernek az égési folyamat kialakításában: a befecskendezési nyomást a jellegmezőben tetszőlegesen lehet megválasztani. A maximális befecskendezési nyomás jelenleg 1600 bar, a jövőben1800 bar lesz. A common rail rendszer az elő befecskendezés, illetve a többszörös befecskendezés alkalmazásának köszönhetően lehetővé teszi, hogy tovább lehessen csökkenteni az emissziós értékeket, valamint lényegesen mérsékelhető az égés zajszintje. A rendkívül gyors működésű kapcsolószelepek többszörös vezérlésével egyetlen munkaciklus során akár öt részre bontott befecskendezés gyors befejezését biztosítja.
