Skip to content

John Deere – Turbosprężarka o zmiennej geometrii VGT

Ciągniki rolnicze sygnowane logiem John Deere zasłynęły ze swych rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych ułatwiających prace polowe zarówno pod kątem mechaniki jak i komfortu użytkowania. Pojazdy te stanowią symbol nowoczesnego rolnictwa. W tym artykule skupimy się na konkretnym rozwiązaniu zastosowanym przez inżynierów z Illinois, a mianowicie układam doładowania silnika.

Mając na celu osiągnięcie jak najlepszej charakterystyki pracy silnika, a także i aspekt ekologiczny – odzyskanie energii spalin, w dużych ciągnikach spod znaku skaczącego jelenia i wszystkich, które wykorzystują jego silniki (Class, Renault Agriculture, etc.) zastosowano turbosprężarki z układem mechanizmu zmiennej geometrii łopatek wysterowanej nastawnikiem elektronicznym (VGT – Variable Geometry Turbocharger). Te urządzenia doładowujące produkowane są przez największych światowych producentów tego typu rozwiązań, jednak wykorzystują charakterystyczne i niepowtarzalne rozwiązania. Jak one działają i po co są? Już wyjaśniamy.

Aby zapewnić doskonałą wydajność i reakcję na obciążenie, zastosowano turbosprężarkę o zmiennej geometrii (VGT). „Zmienna” część turbo zapewnia wydajność poprzez elektroniczne ustawienie łopatek przepływu gazów wydechowych (spalin). Zewnętrzny siłownik (aktuator) posiada mechaniczny łącznik, który przesuwa łopatki w odpowiednie położenie.
Otwarcie lub zamknięcie łopatek zmienia prędkość przepływu spalin w stosunku do wirnika turbosprężarki. Możliwość utrzymania przepływu spalin w optymalnym punkcie zapewnia bardziej stałe ciśnienie doładowania silnika i możliwość szybkiej reakcji na obciążenie. VGT minimalizuje opóźnienie turbo, które występuje w ciągnikach wyposażonych w turbosprężarki z klapami upustu spalin (tzw. „wastegate”). Ciśnienie doładowania w kolektorze dolotowym jest kontrolowane w optymalnym punkcie, co zapewnia większą oszczędność paliwa i lepsze osiągi niezależnie od prędkości obrotowej lub obciążenia silnika.

Układ VGT zapewnia następujące ogólne korzyści: zwiększenie momentu obrotowego przy niskich prędkościach obrotowych, szybsza reakcja na obciążenie, zwiększenie szczytowego momentu obrotowego, lepsza oszczędność paliwa, poprawa osiągów na dużych wysokościach.

Układ ten nie jest jednak bezawaryjny. Zastosowano w nim nowatorskie konstrukcje, jednak nie są one pozbawione pewnych problemów. Jeśli wiemy na co zwrócić uwagę, regularnie będziemy serwisowali nasz ciągnik unikniemy napraw „w polu”. Najczęstszymi problemami z turbinami są wspomniane wyżej: aktuator, mechaniczne połączenie aktuatora z mechanizmem zmiennej geometrii i sama zmienna geometria. Z biegiem czasu i upływem motogodzin mechaniczne połączenie składające się z układu dźwigni i tulejek wyrabia się i nabiera luzów. Podobnie jest w elektronicznym aktuatorze (składającym się z elektronicznej płytki sterującej, silnika elektrycznego i kół zębatych wykonanych tworzywa sztucznego). Przekładnie te wykonane z poliamidu wzbogaconego włóknami szklanymi i węglowymi, mimo wysokiej jakości wykonania również ulegają wyrobieniu. Nakładająca się suma luzów powyższego układu może doprowadzić do nadmiernego wychylenia się mechanizmu zmiennej geometrii doprowadzając do zderzenia się łopatek zmiennej geometrii z łopatkami wirnika turbosprężarki. Z tak uszkodzoną turbiną nie można kontynuować pracy.

Kolejną często spotykaną awarią jest wpadnięcie ciała obcego od strony silnika. Mogą to być kawałki rdzy odrywające się od kolektora wydechowego, twarde nagary, lub elementy metalowe pochodzące z awarii elementów silnika (jak np. kawałki zaworów). Może to mieć różne konsekwencje. Jeżeli ciała obce nie zniszczą wirnika i łopat zmiennej geometrii, a jedynie je zablokują, może dojść do wykruszenia się zębów przekładni aktuatora wykonanych z tworzywa. Jeżeli jednak będzie to coś poważniejszego zniszczeniu ulegnie cała turbosprężarka.

Co zrobić jeśli nie uda nam się uniknąć awarii? Wiele firm reklamuje zablokowanie mechanizmu zmiennej geometrii w stałej pozycji i wyprogramowanie sterownika. Rzekomo nie ma to wpływu na pracę silnika (moc i elastyczność). Jeżeli rzeczywiście by tak było John Deere nie inwestował by dziesiątków milionów dolarów w tak skomplikowany system sterowania doładowaniem silnika. Oczywistym jest, że stracimy zalety tego rozwiązania wspomniane w pierwszych akapitach, oprócz tego w maszynach spełniających najnowsze normy emisji spalin (Stage 4 lub Tier 4 wg EPA – Amerykańskiej Agencji ds. Ochrony Środowiska i wyższe) będziemy musieli pozbyć się filtra DPF. Konieczna będzie też korekta mapy silnika, a wszelkie ingerencje w tak zaawansowane technologicznie sterowniki nie są łatwe. Pozostają nam dwie opcje: zakup nowego podzespołu lub jego regeneracja. Kupno nowego podzespołu to ogromny wydatek (nie, nie przesadzamy z tym stwierdzeniem). Pomimo pewnej opinii na rynku rozpowszechnianej głównie przez dystrybutorów, którym zależy na sprzedaży nowej części, regeneracja jest dobrą alternatywą. Musimy jednak dobrze wybrać firmę, która dokona tej naprawy. Niezbędna jest wiedza, doświadczenie i zaplecze techniczne w postaci maszyn i kontroli jakości. Wybierajmy świadomie, a z pewnością się nie rozczarujemy i unikniemy zbędnych wydatków.