Zmienna geometria łopatek (ang. Variable Geometry Turbocharger, VGT lub VTG) to jedno z najbardziej zaawansowanych rozwiązań stosowanych w nowoczesnych turbosprężarkach, szczególnie w silnikach Diesla, ale coraz częściej także w jednostkach benzynowych. Technologia ta pozwala na dynamiczne dostosowywanie charakterystyki przepływu spalin przez turbinę w zależności od aktualnych warunków pracy silnika. Efektem jest lepsza elastyczność, szybsza reakcja na gaz, wyższy moment obrotowy przy niskich obrotach i jednocześnie możliwość uzyskania dużej mocy przy wysokich obrotach. Jak dokładnie działa zmienna geometria łopatek i dlaczego jest tak skuteczna?
Klasyczna turbosprężarka ma stałą geometrię – spaliny napędzają wirnik turbiny przez dysze o niezmiennym przekroju. Przy niskich obrotach silnika ilość spalin jest niewielka, przez co turbina nie jest w stanie wytworzyć wysokiego ciśnienia doładowania – efekt ten nazywany jest „turbo lag”. Przy wysokich obrotach ilość spalin gwałtownie rośnie, co pozwala na uzyskanie dużego doładowania, ale może prowadzić do przeładowania i konieczności stosowania zaworu upustowego (wastegate).
W turbosprężarce o zmiennej geometrii łopatek wokół wirnika turbiny umieszczony jest zespół ruchomych łopatek (kierownic), których kąt nachylenia zmienia się w czasie rzeczywistym. Przy niskich obrotach łopatki ustawiają się pod takim kątem, aby maksymalnie zwęzić kanały przepływu spalin. Powoduje to wzrost prędkości gazów uderzających w wirnik, dzięki czemu turbina szybciej się rozpędza, a ciśnienie doładowania rośnie już przy niskich obrotach silnika. Efekt to znaczne ograniczenie „turbodziury” i wyraźnie lepsza elastyczność silnika.
W miarę wzrostu obrotów silnika i ilości spalin, łopatki stopniowo otwierają się, zwiększając przekrój kanałów przepływu. Dzięki temu turbina nie jest narażona na przeładowanie, a ciśnienie doładowania utrzymuje się na optymalnym poziomie nawet przy wysokich obrotach. Sterowanie kątem nachylenia łopatek odbywa się za pomocą siłownika podciśnieniowego, elektrycznego lub hydraulicznego, którym zarządza komputer silnika na podstawie sygnałów z czujników ciśnienia, temperatury, obciążenia i prędkości obrotowej.
Zmienna geometria łopatek pozwala na uzyskanie bardzo szerokiego zakresu efektywnego doładowania, co przekłada się na wyższy moment obrotowy dostępny już od niskich obrotów, płynniejsze przyspieszanie oraz niższe zużycie paliwa. Silnik z turbosprężarką VGT jest bardziej elastyczny, lepiej reaguje na zmiany obciążenia i jest mniej podatny na zjawisko „turbo laga”. Dodatkowo, zmienna geometria umożliwia lepsze zarządzanie temperaturą spalin i jest wykorzystywana do wspomagania procesu wypalania filtra DPF poprzez chwilowe zwiększenie temperatury gazów wylotowych.
Warto jednak pamiętać, że turbosprężarki ze zmienną geometrią są bardziej skomplikowane konstrukcyjnie i wrażliwe na zanieczyszczenia, zwłaszcza na nagar i sadzę obecne w spalinach. Zatarcie lub zapieczenie łopatek prowadzi do utraty możliwości regulacji, spadku mocy, wzrostu zużycia paliwa i pojawienia się błędów w sterowniku silnika. Dlatego tak ważna jest regularna eksploatacja silnika na wyższych obrotach, stosowanie wysokiej jakości oleju i paliwa oraz unikanie długotrwałej jazdy w warunkach miejskich, które sprzyjają osadzaniu się zanieczyszczeń.
Zmienna geometria łopatek w turbosprężarce to rozwiązanie, które znacząco poprawia osiągi, elastyczność i ekonomikę współczesnych silników, ale wymaga odpowiedniej dbałości o czystość układu wydechowego i regularnej obsługi serwisowej.
