I. STC įkrovimo sistemos sudėtis ir principas
Sekvencinio turbokompresoriaus (STC) technologija yra pažangi turbokompresoriaus technologija, kuri integruoja du ar daugiau turbokompresorių, kad veiktų lygiagrečiai. Didėjant dyzelinio variklio apkrovai ir sūkiams, šie turbokompresoriai nuosekliai įjungiami pagal iš anksto nustatytas darbo sąlygas [1]. Ši technologija specialiai sprendžia tradicinių dyzelinių variklių ir turbokompresorių suderinimo ir veikimo problemas, siekiant žymiai padidinti variklio efektyvumą ir ekonomiškumą esant mažo greičio, didelės apkrovos sąlygoms, kartu optimizuojant bendrą galią ir išmetamųjų teršalų efektyvumą.
1. STC įkrovimo sistemos sudėtis
STC yra energiją taupanti ir didelio našumo pripūtimo technologija, pirmiausia naudojama didelių laivų, sunkiųjų transporto priemonių ir pramoninių įrenginių dyzeliniuose varikliuose.
PA6 varomajame dyzeliniame variklyje naudojama ši technologija, kurią sudaro STC valdymo sistema ir du lygiagrečiai pirmos pakopos išmetamųjų dujų turbokompresoriai, skirti laipsniškam įkrovimui.
Tarp dviejų PA{0}}STC dyzelinio variklio išmetamųjų dujų turbokompresorių:
- Tiesiai prijungtas prie A kolonėlės išmetimo kolektoriaus, naudojamas kaip pagrindinis turbokompresorius, vadinamas A kolonėlės turbokompresoriumi.
- Prie B kolonėlės išmetimo kolektoriaus prijungtas turbokompresorius veikia kaip valdomas turbokompresorius, žinomas kaip B kolonėlės turbokompresorius.
Dyzelinio variklio veikimo metu išmetamosios dujos varo vieną arba abu pirmos pakopos išmetamųjų dujų turbokompresorius, kurie suspaudžia įsiurbiamą orą, padidindami įsiurbimo slėgį ir temperatūrą. Šis procesas padidina degimo efektyvumą ir pagerina dyzelinio variklio galią bei efektyvumą.
STC valdymo sistemą sudaro keturi pneumatiniai drugelio vožtuvai, STC valdiklis ir drugelio vožtuvo aptikimo solenoidinio vožtuvo dėžutė. Jis nuolat stebi svarbius parametrus, tokius kaip dyzelinio variklio greitis, apkrova ir išmetamųjų dujų temperatūra. Pagal šiuos parametrus sistema valdo turbokompresorių darbą. Tiksliau:
- Dujų vožtuvas sumontuotas prie B kolonėlės turbokompresoriaus turbinos įleidimo angos.
- Oro vožtuvas sumontuotas B kolonėlės turbokompresoriaus kompresoriaus išleidimo angoje.
- Apėjimo vožtuvas (siekiant išvengti turbokompresoriaus viršįtampio) yra sumontuotas tarp kompresoriaus išleidimo angos ir turbinos įleidimo angos.
- Išpūtimo vožtuvas (siekiant išvengti per didelio cilindro slėgio žemoje temperatūroje) yra sumontuotas įsiurbimo sistemoje prieš variklį.
STC valdiklis yra pagrindinis valdymo sistemos komponentas, atsakingas už duomenų apie turbokompresoriaus greitį, slėgį, dyzelinio variklio sūkius, degalų bako padėtį ir nulinę degalų lentynos padėtį rinkimą [2]. Jis valdo keturių peteliškių vožtuvų atidarymą ir uždarymą, leidžiantį įjungti arba išjungti B kolonėlės turbokompresorių, kai reikia, ir taip tenkinti dyzelinio variklio veikimo reikalavimus esant įvairioms apkrovoms.
2. Išmetamųjų dujų turbokompresoriaus veikimo principas
PA{0}}STC dyzelinio variklio išmetamųjų dujų turbokompresorius daugiausia susideda iš išcentrinio kompresoriaus ir išmetamųjų dujų turbinos, kaip parodyta išmetamųjų dujų turbokompresoriaus skerspjūvio vaizde (1 pav.). Šie komponentai sumontuoti ant to paties pagrindinio veleno ir veikia kaip greitai besisukanti mašina, galinti pasiekti dešimčių tūkstančių apsisukimų per minutę ar didesnį sukimosi greitį.
STC pripūtimo sistemos veikimo principas apima tai, kad iš dyzelinio variklio cilindrų išleidžiamos aukštos temperatūros, dideliu greičiu išmetamosios dujos per purkštuko žiedą patenka į neaušinamos turbinos įleidimo korpusą, kad išsiplėstų. Šis išsiplėtimas paverčia šiluminę energiją mechanine energija, priverčiant turbiną suktis ir, savo ruožtu, sukti koaksialinio kompresoriaus sparnuotės ratą. Tada išmetamosios dujos atšaldomos vandeniu aušinamas turbinos išleidimo angos korpusas, prieš išleidžiant jas į atmosferą.
Kompresorius įsiurbia gryną orą per įsiurbimo sistemą ir jį suspaudžia. Suslėgtas, didelio greičio oras praeina per difuzorių, kad būtų padidintas slėgis, o tada teka per tarpinį aušintuvą, kad aušintų ir sumažintų slėgį. Galiausiai atvėsęs oras patenka į dyzelinio variklio įsiurbimo kolektorių ir tiekiamas į cilindrus, taip pasiekiant pripūtimo tikslą. Šis procesas leidžia dyzeliniam varikliui įsiurbti daugiau oro ir sudeginti daugiau degalų, taip padidinant galią ir šiluminį efektyvumą.
3. Pagrindinis STC valdymo sistemos principas
STC pripūtimo sistema veikia dviem pagrindiniais režimais: 1TC (vienas turbokompresorius) ir 2TC (dvigubas turbokompresorius), kaip parodyta 2 paveiksle, STC pripūtimo sistemos schemoje.
Kai dyzelinis variklis veikia esant mažai apkrovai, dujų vožtuvas ir oro vožtuvas yra uždaryti. Šioje būsenoje veikia tik A kolonėlės turbokompresorius, o B kolonėlės turbokompresorius yra izoliuotas uždarytų vožtuvų ir lieka neaktyvus. Ši konfigūracija vadinama 1TC (vieno turbokompresoriaus) darbo režimu [3-4]. Šiuo režimu išmetamųjų dujų tiek iš A kolonėlės, tiek iš B kolonėlės cilindrų pakanka, kad atitiktų A kolonėlės turbokompresoriaus eksploatacinius reikalavimus, užtikrinant optimalų pagrindinio variklio darbą mažos apkrovos sąlygomis. Tai padidina varomo dyzelinio variklio galią ir degalų efektyvumą esant mažoms apkrovoms, taip pat sumažina išmetamųjų dujų temperatūrą ir degalų sąnaudas.
Kai variklis pasiekia didelės apkrovos sąlygas, atsidaro dujų vožtuvas ir oro vožtuvas, todėl anksčiau tuščiąja eiga B kolonėlės valdomas turbokompresorius įsijungia lygiagrečiai su A kolonėlės turbokompresoriumi. Dėl to A kolonėlės ir B kolonėlės turbokompresoriai veikia vienu metu lygiagrečiai, o tai įvardijama kaip 2TC (dvigubo turbokompresoriaus) darbo režimas. Dyzelinio variklio apkrovai ir sūkiams padidėjus nuo mažos iki didelio ir pasiekus iš anksto nustatytą slenkstį, sistema pereina iš 1TC į 2TC režimą. Ir atvirkščiai, sumažėjus apkrovai ir greičiui, sistema persijungia iš 2TC į 1TC režimą. Aplenkimo vožtuvas ir išpūtimo vožtuvas įjungiami tam tikromis dyzelinio variklio veikimo sąlygomis arba pereinant tarp 1TC ir 2TC režimų.