Развитие през годините
Благодарение на напредъка в областта на отливките, на новите методи на сгъстяване и на по-високата надеждност на материалите, бъдещето на турбокомпресорите тепърва започва.
Турбокомпресорите се оказват особено подходящи за дизеловите двигатели на товарните автомобили. По-висока мощност може да се постигне от двигател с турбо и същевременно да се запазят по-малки габарити на двигателя, като по този начин се увеличава обема на полезния товар. Това е причина от началото на новото хилядолетие на практика всички дизелови двигатели за товарни автомобили да са с турбокомпресор. Модерните дизелови двигатели имат по-голям диапазон от обороти, което означава, че високото налягане на въздуха е необходимо и при ниските обороти на двигателя. В сравнение с дизеловите двигатели, отработените газове на бензиновите имат по-голяма енергия при високи обороти, поради по-високата им температура. Поради това турбокомпресорите за бензиновите двигатели са конструирани по различен начин и се произвеждат от различен материал. Поставят се разтоварващи клапи, за да се увеличи диапазона на работа на турбото. При конструирането на разтоварващите клапи се взема предвид високата температура.
Често турбокомпресорите за дизеловите автомобили са почти идентични с тези за бензинови двигатели. За да се предотвратят грешки, Garrett (производител на турбокомпресори), поставя на различните турбини различни белези - има значителна разлика в конструирането на турбинните колела.
В днешно време производителите на автомобили трябва да се съобразяват с много строги изисквания за екологичност, икономичност, мощност и удобство. С все по-стриктни емисионни стандарти и при търсенето на по-малки и същевременно по-мощни двигатели се вижда, че турбокомпресорите ще играят все по-съществена роля, особено за дизеловите двигатели. Оптимизацията на механиката и приложението на електрониката в дизеловите двигатели разширява техните възможности все повече и повече. Допълнителното предимство е изпълнението на все по-стриктните емисионни изисквания. Бъдещите стандарти ще са почти непостижими за двигатели със сегашния работен обем. Турбото може да предложи решение.
Електроника в турбокомпресорите
Понастоящем има строги изисквания към разхода на гориво, емисионните стандарти и нивото на шум. За да бъдат удовлетворени тези изисквания, трябва да се намери решение с помощта на електрониката. Малките компютри постоянно записват цялата информация и изчисляват оптималното налягане на турбото за всеки режим на работа. Серийното вграждане на електронни разтоварващи (диафрагмени) клапи позволяват на турбото да реагира по-бързо и е технология, която не може да остане недоразвита.
Турбокомпресори с променлива геометрия
Едно от ограниченията на турбокомпресорите е проходът, през който минават отработените газове в турбинната спирала. Когато той е малък, турбото ще работи добре при ниски обороти на двигателя. При тези обороти, налягането на отработените газове е също ниско. Тъй като този въздушен поток преминава през тесен проход, неговото налягане се повишава. Недостатъкът на турбо с малко сечение на прохода е, че бързо достига максималния си потенциал (налягането на сгъстения въздух). В случаите, когато това сечение е голямо, проблемът е обратен. Турбото работи добре при високи обороти на двигателя, но създава прекалено малко налягане при ниските обороти. За да се разреши този проблем, проходът на турбинната спирала може да бъде с променливо сечение, като по този начин се оптимизира неговата големина. Това се постига посредством така наречената променлива геометрия.
Размерът на прохода на турбинната спирала може да бъде регулиран до постигане на оптимални показатели на двигателя. За да се реши проблема с малката мощност при ниски обороти на двигателя, е нужен проход с малко сечение. За да се постигне този ефект, в турбинната спирала се поставя система от малки подвижни лопатки. Ако разстоянието между лопатките се направи по-малко, налягането на отработените газове ще се повиши. Другото предимство е, че посредством промяна ъгъла на лопатките може да се контролира и ъгъла, под който отработените газове „атакуват” лопатките на турбинното колело. Когато лопатките са в почти затворено положение, газовете са насочени към върха на турбинните лопатки, което позволява на турбото да се развърта по-бързо и да създава по-голямо налягане, все едно турбинната спирала е с малко сечение на прохода. Когато налягането на газовете, идващи от двигателя се повиши, лопатките на променливата геометрия се отварят, като по този начин се контролира ускорението на турбото. Ако лопатките са в максимално отворено положение, те все едно не съществуват и максималните обороти на турбото отново се определят от сечението на прохода на турбинната спирала.
Garrett
Първото комерсиално приложение на турбокомпресори с променлива геометрия (VNT) е през 1989г. от Garrett. Това предизвиква революция при турбокомпресори за дизелови автомобили.
Скоро след първия VNT турбокомпресор се появява втори модел на пазара. Той се характеризира с повече лопатки и благодарение на по-голямата теглителна способност на автомобила при ниски обороти, сега е стандарт при леките автомобили с дизелови двигатели.
VNTOP
Garrett също така развива и VNTOP технологията, което означава „VNT-едно цяло”. Още наричана турбина с „плъзгаща перка” и е технически опростен вариант на VNT турбините. При този тип турбокомпресори лопатките не могат да бъдат регулирани индивидуално, а вместо това един плъзгащ се пръстен насочва потока на газовете към турбинното колело. Това е по-компактен, евтин и опростен вариант на турбокомпресорите с по-грубо регулиране. VN TOP е широко използван при дизеловите двигатели от средния и малък клас на леките автомобили.
