Rozwój Garrett VNT

VNT historia i rozwój

rozwoj vnt 1

Ewolucja turbosprężarek Garrett VNT 

Rozwój turbosprężarek Garrett VNT miał swój początek w 1990 roku kiedy po raz pierwszy zaprezentowano TD2502 bazującą na starym modelu TB25. Sterowana była przez siłownik ciśnieniowy, który był połączony przewodem bezpośrednio z wylotem sprężarki, była to technologia VNT w najprostszej postaci.

Ogólna zasada działania

Po uruchomieniu silnika łopatki były ustawione w pozycji minimalnego przypływu, przy zwiększaniu obciążenia/prędkości łopatki otwierały się. Zapewniło to zmaksymalizowanie przyspieszenia koła turbiny i sprężarki w warunkach niskiej energii. Dało to szybki wzrost momentu obrotowego przy niskich obrotach silnika, a mimo to pozwoliło na wysoki przepływ gazu i zmniejszenie ciśnienia wstecznego dla maksymalnej mocy silnika. Zasada ta została zaimplementowana z oryginalnej wersji i zastosowana w gamie turbosprężarek GT (nazwana generacją 0) aż do obecnej generacji ulepszonej o nowe optymalizacje.

Od GT do GTC

Poszczególne generacje VNT można rozpoznać po numerach modeli: pierwsza generacja rozpoczyna się od GT, druga generacja od GTA, trzecia generacja od GTB, natomiast trzecia generacja po optymalizacji GTC. Każda z generacji stanowi znaczącą poprawę w zakresie projektowania, wydajności i trwałości mechanizmu zmiennej geometrii. Zaawansowana konstrukcja trzeciej generacji turbosprężarek VNT umożliwiła zoptymalizowanie doboru materiałów dla każdego komponentu. Pozwala to na sprostanie wymogów OE. Dla całego zespołu zmiennej geometrii używanych jest osiem różnych materiałów, każdy wybrany specjalnie do pracy, którą ma wykonać. Dodatkowo niektóre elementy poddawane są azotowaniu, co zapewnia zwiększoną: twardość powierzchni, odporność na zużycie, trwałość zmęczeniową i odporność na korozję.

rozwoj vnt 2

Czym jest turbosprężarka VNT DutyDrive?

Zastosowanie

Preferowanym rozwiązaniem stosowanym w busach, średnich i ciężkich samochodach ciężarowych jest VNT DutyDrive. Rozwiązanie to wcześniej nosiło nazwę Double Axle VNT( DAVNT), wykorzystuje od 12 do 19 łopatek zmiennej geometrii i jest wspierane dwiema osiami.

Zasada działania VNT DutyDrive

Technologia VNT DutyDrive zapewnia szybszą reakcję w czasie, zapewnia również znacznie zwiększoną zdolność hamowania silnikiem, i jest kluczowym elementem w kierowaniu recyrkulacją spalin. Korpus środkowy przy wlocie spalin jest w stanie wytrzymać temperaturę nawet 700ºC.
Wytrzymały mechanizm zmiennej geometrii jest w stanie pracować pod ciśnieniem przewyższającym 5 barów. Łopatki zmiennej geometrii są ustawiane przez specjalnie zaprojektowany elektroniczny zawór sterujący lub wysoko ciśnieniowy zawór pneumatyczny. W przypadku elektronicznego sterownika pozycja i ruch łopatek jest kontrolowany za pomocą zintegrowanego czujnika pozycjonowania zaworu.
Tytanowe koło kompresji w połączeniu z czujnikiem prędkości obrotowej pozwala na działanie przy wysokim wskaźniku ciśnienia i na wyrafinowaną kontrolę. Trwałość całego układu wsparta jest przez opatentowany przez Honeywell system wyrównywania ciśnienia. System ten łączy spaliny po obu stronach łopatek zrównując ciśnienie, minimalizując przeciążenia, histerezę (tj. minimalizuje opóźnienie reakcji układu na czynnik zewnętrzny)  i zużycie.

Ta technologia jest idealnie dopasowana do silników o pojemności od 4 do 14 litrów.

rozwoj vnt 3

Technologia Honeywell VNT DualBoost

Utrzymanie się w czołówce szybko zmieniającego się rynku turbodoładowania wymaga stałych inwestycji i rozwoju. Silne wpływy rynku na projektowanie pojazdów, takie jak downsizing, redukcja emisji spalin, zmniejszenie zużycia paliwa oraz niezawodność powoduje iż inżynierowie Honeywell ciągle opracowują nowe rozwiązania i technologie.

Spełnione oczekiwania

Oczywiście każdy oczekuje, że jego nowy pojazd będzie miał więcej mocy i więcej momentu obrotowego niż stary, ale jednocześnie chce czerpać korzyści z lepszej ekonomii paliwowej. Dzięki technologii turbodoładowania wszystko to jest możliwe!

Oto jeden z najnowszych pomysłów przedstawionych przez Honeywell aby pomóc przemysłowi motoryzacyjnemu sprostać i przewyższyć oczekiwania klientów:
• VNT DualBoost – technologia ta wygrała prestiżową nagrodę PACE – została zastosowana po raz pierwszy na rynku Amerykańskim w 2011 roku w pojeździe Ford Powerstroke z widlastym silnikiem wysokoprężnym V8 o pojemności 6,7 l.

Mimo iż jest to projekt naszpikowany innowacjami, to co sprawia, że turbosprężarka wyjątkowo wyróżnia się, jest zastosowana w niej technologia kompresji, która pozwala dostarczyć w jednym urządzeniu doładowanie niemalże takie jak turbosprężarki dwustopniowe.
Korzyści płynące z posiadania dwóch kół kompresji zasilających silnik są bardzo dobrze znane i konstrukcje z turbosprężarką dwustopniową stają się coraz bardziej powszechne. Jednakże bardzo często dostępna przestrzeń do wpasowania jest znacznie ograniczona. To co udało się inżynierom z Honeywell to połączenie przepływu powietrza dwóch kół kompresji wewnątrz jednej turbosprężarki.

Budowa

Dwa koła kompresji, w rzeczywistości są jednym kołem o lustrzanym odbiciu łopatek, pracującym wewnątrz wyglądającej bardzo skomplikowanie, skonstruowanej z trzech oddzielnych elementów obudowie. Obudowa posiada dwa osobne wloty powietrza i jeden wspólny wylot. Obie sekcje wlotowe obudowy kompresora są typu „ported shroud”, które poszerzają zakres przepływu.
Patrząc z perspektywy VNT to DualBoost jest kombinacją koncepcji wkładu zmiennej geometrii najnowszej trzeciej generacji turbosprężarek VNT (oddziela obudowę turbiny od wkładu zmiennej geometrii dla zwiększenia niezawodności i wydajności) z wkładem łopatek zmiennej geometrii z turbosprężarek AVNT. Ponadto obudowa turbiny wyposażona jest w jeden zawór upustowy spalin w celu umożliwienia zastosowania mniejszej turbiny, jeszcze lepszej reakcji przy niskich obrotach silnika, podczas dalszego poszerzenia zdolności przepływu.

Sterowanie zmienną geometrią

Sterowanie łopatkami zmiennej geometrii różni się od tego stosowanego w samochodach osobowych, ponieważ jest elektro-hydrauliczne. Siłownik jest potężną jednostką hydrauliczną, zintegrowaną z odlewem obudowy łożysk, wykorzystuje działanie oleju silnikowego na tłok do poruszania łopatkami poprzez wewnętrzny wałek i koło zębate. Przepływ oleju do siłownika kontrolowany jest przez elektrozawór, który otrzymuje sygnał na zapotrzebowanie oleju wprost od ECU (centralna jednostka sterowania silnikiem) za pomocą pojedynczego złącza elektrycznego.
Siłownik o wysokiej mocy jest niezbędny gdyż silnik pracuje z bardzo wysokim poziomem recyrkulacji spalin aby zachować zgodność z najnowszymi amerykańskimi przepisami dotyczącymi emisji. Łopatki zmiennej geometrii mogą być przemieszczane w kierunku pozycji zamkniętej w zależności od potrzeb, co zwiększa ciśnienie wsteczne w kolektorze wydechowym i dosłownie "wpycha" spaliny z powrotem w kierunku niższego ciśnienia w kolektorze dolotowym powietrza. Pomaga to zmniejszyć emisję spalin i jest możliwe tylko przy użyciu układu zmiennej geometrii sterowanej siłownikiem o wysokiej mocy.

Uszczelnienie i łożyskowanie

Moment obrotowy z wirnika turbiny przenoszony jest do kompresora z minimalnymi stratami mocy, jest to możliwe dzięki zastosowaniu zaawansowanego układu łożysk kulkowych. Wykorzystano lekkie, wytrzymałe i o niskiej bezwładności ceramiczne kulki po obu końcach wkładu, taki układ wykonuje złożone funkcje systemu łożyska wzdłużnego i łożyska oporowego. Ten system łożysk kulkowych pochodzi z wielu lat doświadczenia zdobytego w wyścigach i rajdach potwierdzone wielokrotnymi zwycięstwami.

Aby zapewnić, że olej, powietrze i spaliny, znajdą się tam gdzie powinny, po obu końcach tj. turbiny i kompresora stosuje się pierścienie. Przy czym pierścień po stronie kompresora jest pod ciśnieniem powietrza, które jest zasysane bezpośrednio z sekcji dyfuzora sprężarki i zapewnienia skuteczne uszczelnienie w każdych warunkach jazdy.

W tym zastosowaniu turbosprężarka umiejscowiona jest nietypowo bo na zintegrowanym cokole na górze silnika. Cokół i turbosprężarka posiadają także szybkie złącza do oleju i płynu chłodzącego, dzięki czemu instalacja i konserwacja może być przeprowadzona łatwo i szybko.

Na podstawie materiałów z Garrett by Honeywell