Turbinele cu geometrie variabilă (TGV), reprezintă o familie a turbinelor, gândite pentru a permite raportului efectiv al turbinei, să se schimbe în funcţie de condiţiile de funcţionarea ale motorului.
Introducerea turbosuflantei cu geometrie variabilă (TGV) în 1989 şi evoluţia ei în cursul anilor 90 şi în secolul 21, au adus turbosuflanta la rangul de cel mai de succes concept de creştere a performanţelor motorului. Tehnologia, implică folosirea unui carter- turbină care îşi schimbă configuraţia internă pentru a se adapta la nevoia specifică motorului, de aer comprimat (cazul diesel) sau amestec de combustibil (cazul benzină). Tehnologia cu geometrie variabilă, permite turbosuflantei, să crească puterea motorului în toată gama de viteze. Turbosuflantele cu geometrie variabilă, ajută la controlul emisiilor de monoxid de azot generate de motoarele diesel, prin dezvoltarea unui sistem de refolosire a gazelor arse şi reintroducerea lor în camera de ardere a motorului. Turbosuflanta, este un element cheie în folosirea motoarelor moderne alimentate cu benzină sau motorină, inginerii auto lucrând în prezent la dezvoltarea unor motoare care oferă performanţe cu emisii scăzute de CO2. Reducerea dimensiunilor motorului şi injecţia directă, reprezintă viitorul motorului supraalimentat, turbosuflanta fiind cea care va aduce o contribuţie importantă la creşterea puterii motorului şi scăderea impactului emisiilor asupra mediului înconjurător. Astfel de turbosuflante, funcţionează la 1050 grade C permiţând ca proprietăţile combustibililor să fie optimizate pentru respectarea normelor emisiilor şi CO2. Turbinele cu geometrie variabilă (TGV), reprezintă o familie turbinelor, gândite pentru a permite raportului efectiv al turbinei să se schimbe în funcţie de condiţiile de funcţionarea ale motorului. Acest lucru, se face pentru ca un raport optim la viteze reduse, este foarte diferit de cel la viteze mari. În cazul în care raportul este prea mare, turbina nu va reuşi să creeze stimulare la viteze mici; dacă este prea mic, aceasta va sufoca motorul la viteze mari, ducând la o presiune mare a ţevii de eşapament şi la o putere scăzută. Prin modificarea geometriei turbinei, motorul va accelera, iar raportul acesteia poate fi obţinut la valoarea optimă. Din cauza asta, TGV-urile au o întârziere mică, un impuls scăzut şi sunt foarte eficiente la viteză mai mari. Acestea nu au nevoie de valve.
MODELELE CELE MAI COMUNE
Două dintre cele mai comune implementări includ o elice cu o formă aerodinamică pusă în carcasa turbinei. În general, pentru motoarele mai mici, elicea se roteşte la unison. Pentru motoarele mari, această elice nu se învârte, dar în schimb, lăţimea axială a admisiei este blocată selectiv de un perete axial. La camioane, turbocompresoarele cu geometrie variabilă sunt, de asemenea, utilizate pentru a controla raportul de evacuare recirculat înapoi, în admisia motorului (acestea pot fi controlate pentru a creşte selectiv evacuarea presiunii colectorului ce o depăşeşte pe cea a colectorului de admisie, care promovează recircularea gazelor
de eşapament (RGE).
Deşi contrapresiunea excesivă a motorului este în detrimentul economiei de combustibil, asigurarea unei rate RGE suficientă, chiar şi în timpul evenimentelor tranzitorii (de exemplu, la schimbarea vitezelor) pot fi
suficiente pentru a reduce emisiile de oxid de nitrogen faţă de cele cerute de legislaţia emisiilor (de exemplu, Euro 5 pentru Europa şi 10 pentru APE Statele Unite ale Americii).
PRIN MODIFICAREA GEOMETRIEI VARIABILE, MOTORUL VA ACCELERA, IAR RAPORTUL TURBINEI VA FI MENŢINUT LA VALOAREA OPTIMĂ.
Turbocompresor VGT, are o duză reglată variabil, ceea ce înseamnă că presiunea de încărcare poate varia. Duza turbocompresorului VGT, este reglată pe baza sarcinii motorului, printr-un element de acţionare situat pe turbo. Elementul de acţionare primeşte informaţii de la unitatea de control al motorului (EECU). Cu o acceleraţie mai mare, presiunea se acumulează mai rapid în cazul unui turbocompresor VGT faţă de un turbo convenţional. Turbocompresorul VGT reglează împreună cu vâlvă EGR cantitatea de gaze EGR în conducta de admisie. Capacitatea de a regla presiunea aerului de supraalimentare, înseamnă că o cantitate optimă de gaze EGR este livrată la conductă de intrare, indiferent de viteza motorului. Dacă există o defecţiune electrică sau mecanică, efectul constă în generarea unei puteri reduse de către motor. În acelaşi timp, dispozitivul de acţionare reglează duza pentru a se deschide pe deplin, acest lucru reducând creşterea presiunii aerului. Duza reglabilă a turbocompresorul VGT este, de asemenea, utilizată ca frâna de motor şi ca funcţie warm-up/warm-hold.
Părţile componente ale turbinei cu geometrie variabilă:
- Duză 2. Levier 3. Actuator 4. Raport de transmisie 5. Motor electric 6. Senzor de turaţie 7. Turbină
TURBOCOMPRESORUL CU GEOMETRIE VARIABILĂ, CU ACTUATOR ELECTRONIC
Turbocompresorul cu geometrie variabilă, cu actuator electronic şi corp răcit cu apă, a fost proiectat astfel încât să cuprindă mai puţine piese şi să asigure o fiabilitate crescută.
Furnizează puterea necesară întotdeauna. Acest tip de turbocompresor este utilizat şi ca frâna pe sistemul de evacuare.
TURBOCOMPRESOR CU GEOMETRIE VARIABILĂ
Prin folosirea unui turbine cu geometrie variabilă, este posibil să se adapteze duza în turbină pentru a atinge presiuni diferite corecte pentru EGR. Cu turbinele cu geometrie variabilă, este posibil să se realizeze diferenţele de presiune, de asemenea, la sarcină destul de scăzută. Un dezavantaj este ca fluxul EGR este puternic influenţat de diferenţa de presiune şi o mică schimbare la setarea manşonul va schimba fluxul de EGR. Prin urmare, debitul EGR trebuie să fie măsurat şi turbina cu geometrie variabilă, controlată pentru a produce un debit EGR corect.
Turbina cu geometrie variabilă îmbunătăţeşte de asemenea manevrabilitatea.
Avantajele turbinei cu geometrie variabilă:
· Răspuns tranzitoriu bun
· Consum de combustibil îmbunătăţit
· Domeniu de turaţii utile crescut al motorului
· Capacitate îmbunătăţită a frânei cu compresie
· Construcţie durabilă, verificată
· Cilindree şi dimensiuni reduse ale motorului comparate cu puterea furnizată
· Susţine controlul recirculării gazelor de eşapament (EGR) pentru a îndeplini cerinţele reglementărilor privind emisiile
CIRCUITELE DE RĂCIRE ALE TURBINEI CU GEOMETRIE VARIABILĂ
Servomotorul este răcit cu apa. Ţevile de admisie şi evacuare sunt conectate la sistemul de răcire a motorului. Ţevilor sunt specifice aplicaţiilor, dar ca regulă generală, portul inferior va fi utilizat pentru admisia lichidului de răcire şi portul mai mare pentru întoarcerea lichidului de răcire. De asemenea, carcasa turbocompresorului este răcită cu apă.
UNGEREA TURBINEI CU GEOMETRIE VARIABILĂ
Turbocompresorul este lubrifiat şi răcit cu ulei de motor. Uleiul este presat în rulmenţi şi lubrifiază arborele, cu ulei apoi curge înapoi în baia de ulei, printr-o conductă de dimensiuni mari. Alimentarea cu ulei este absolut crucială pentru funcţionarea turbocompresorului. Turbocompresorul trebuie să aibă cantităţi mari
de ulei curat. Dacă există o întrerupere în aprovizionarea cu ulei, turbocompresorul va fi distrus într-un timp foarte scurt.
SERVOMOTORUL TURBINEI
Duza este ajustată foarte simplu de către un servomotor. Acesta are un motor electric şi roţi dinţate care mişcă levierul în turbocompresor, ce este conectat la duză. Turbocompresorul VGT este complet deschis în poziţia neutră şi, prin urmare, în mod inerent în condiţii de siguranţă. Dacă sistemul de control cedează nici
turbocompresorul nici motorului nu suferă un prejudiciu, ca rezultat. Servomotorul foloseşte un control CAN -bus, în buclă închisă cu un procesor on-board capabil de autonomie şi auto-diagnostic. Servomotorul “ştie” propria poziţie, încărcarea, temperatura şi timpul. Acesta memorează toţi parametri la prima calibrare şi
montarea pe turbo. Servomotorul este conectat la unitatea de control al motorului (ECU) prin intermediul unui conector.
