I. Sastav i princip sistema STC supercharging
Tehnologija sekvencijalnog turbo punjenja (STC) je napredna tehnika turbo punjenja koja integriše dva ili više turbo punjača koji rade paralelno. Kako se povećava opterećenje i brzina dizel motora, ovi turbo punjači se uzastopno aktiviraju na osnovu unaprijed definiranih radnih uvjeta [1]. Ova tehnologija posebno se bavi izazovima usklađivanja i performansi između tradicionalnih dizel motora i turbo punjača, sa ciljem da značajno poboljša efikasnost i ekonomičnost motora pri malim brzinama i visokim opterećenjem, uz optimizaciju ukupne izlazne snage i performansi emisije.
1. Sastav STC Supercharging System
STC je energetski efikasna i visokoučinkovita tehnologija punjenja koja se prvenstveno koristi u dizel motorima za velike brodove, teška vozila i industrijske primjene.
PA6 pogonski dizel motor koristi ovu tehnologiju, koja se sastoji od STC upravljačkog sistema i dva paralelna turbopunjača izduvnih gasova prvog stepena za postupno punjenje.
Među dva turbopunjača izduvnih gasova PA6-STC dizel motora:
- Onaj koji je direktno povezan sa izduvnom granom kolone A služi kao primarni turbopunjač, koji se naziva turbopunjač A-stuba.
- Onaj spojen na izduvnu granu kolone B djeluje kao kontrolirani turbopunjač, poznat kao turbopunjač B stupca.
Tokom rada dizel motora, izduvni gasovi pokreću jedan ili oba turbopunjača izduvnih gasova prvog stepena, koji komprimuju usisni vazduh, povećavajući usisni pritisak i temperaturu. Ovaj proces poboljšava efikasnost sagorevanja i poboljšava snagu i efikasnost dizel motora.
STC kontrolni sistem se sastoji od četiri pneumatska leptir ventila, STC kontrolera i kutije magnetnog ventila za detekciju leptira. Kontinuirano prati kritične parametre kao što su brzina dizel motora, opterećenje i temperatura izduvnih gasova. Na osnovu ovih parametara, sistem kontroliše rad turbopunjača. konkretno:
- Plinski ventil je instaliran na ulazu turbine u turbopunjač B-stuba.
- Vazdušni ventil je ugrađen na izlazu kompresora turbopunjača B-kolona.
- Bypass ventil (za sprečavanje prenapona turbopunjača) je instaliran između izlaza kompresora i ulaza u turbinu.
- Ventil za ispuštanje (za sprečavanje prevelikog pritiska u cilindrima u okruženjima sa niskim temperaturama) je ugrađen u usisni sistem pre motora.
STC kontroler je osnovna komponenta kontrolnog sistema, odgovorna za prikupljanje podataka o brzini turbo punjača, pritisku prednapona, brzini dizel motora, položaju nosača goriva i nultom položaju nosača goriva [2]. On kontrolira otvaranje i zatvaranje četiri leptirasta ventila, omogućavajući turbopunjač B-stupa da se uključi ili isključi po potrebi, čime se ispunjavaju zahtjevi za performanse dizel motora pod različitim uvjetima opterećenja.
2. Princip rada turbopunjača izduvnih gasova
Turbopunjač izduvnih gasova PA6-STC dizel motora prvenstveno se sastoji od centrifugalnog kompresora i turbine izduvnih gasova, kao što je ilustrovano na poprečnom presjeku turbopunjača izduvnih gasova (Slika 1). Ove komponente su postavljene na istu glavnu osovinu i funkcionišu kao rotirajuća mašina velike brzine, sposobna da postigne brzinu rotacije od desetine hiljada obrtaja u minuti ili više.
Princip rada STC sistema za punjenje uključuje visokotemperaturni, brzi izduvni gas koji se ispušta iz cilindara dizel motora koji ulazi u ne-vodom hlađeno ulazno kućište turbine preko prstena mlaznice kako bi se proširio. Ova ekspanzija pretvara toplotnu energiju u mehaničku energiju, pokreće turbinu da se okreće i, zauzvrat, rotira rotor koaksijalnog kompresora. Izduvni plin se zatim hladi vodom hlađenim izlaznim kućištem turbine prije nego što se ispusti u atmosferu.
Kompresor uvlači svježi zrak kroz usisni sistem i komprimira ga. Komprimirani zrak velike brzine prolazi kroz difuzor za daljnje stvaranje tlaka, a zatim struji kroz međuhladnjak radi hlađenja i smanjenja tlaka. Konačno, ohlađeni zrak ulazi u usisni razvodnik dizel motora i dovodi se u cilindre, čime se postiže nadopunjavanje. Ovaj proces omogućava dizel motoru da usisava više zraka i sagorijeva više goriva, čime se povećava izlazna snaga i toplinska efikasnost.
3. Osnovni princip STC sistema upravljanja
STC sistem kompresora radi u dva primarna režima: 1TC (jednostruki turbopunjač) i 2TC (dvostruki turbopunjač), kao što je ilustrovano na slici 2, šematskom dijagramu STC sistema za punjenje.
Kada dizel motor radi pri malom opterećenju, ventil za plin i ventil za zrak su zatvoreni. U ovom stanju je aktivan samo turbopunjač A-stupa, dok je turbopunjač B-stupa izolovan zatvorenim ventilima i ostaje neaktivan. Ova konfiguracija se naziva način rada 1TC (single turbopunjač) [3-4]. Tokom ovog režima, izduvni gasovi iz cilindara A i B kolone su dovoljni da zadovolje operativne zahteve turbopunjača A-stuba, obezbeđujući optimalne performanse glavnog motora u uslovima niskog opterećenja. Ovo povećava izlaznu snagu i efikasnost goriva propulzivnog dizel motora pri niskim opterećenjima, a istovremeno smanjuje temperaturu izduvnih gasova i stopu potrošnje goriva.
Kada motor dostigne uslove visokog opterećenja, ventil za gas i ventil za vazduh se otvaraju, dozvoljavajući prethodno u praznom hodu kontrolisanog turbopunjača B-kolone da se uključi paralelno sa turbopunjačom A-kolone. Ovo dovodi do toga da turbo punjači sa A i B kolonom rade istovremeno paralelno, što je označeno kao radni režim 2TC (dvostruki turbopunjač). Kako se opterećenje i brzina dizel motora povećavaju od niske do visoke i dostižu unaprijed određeni prag, sistem prelazi iz 1TC u 2TC način rada. Suprotno tome, kada se opterećenje i brzina smanjuju, sistem se vraća sa 2TC na 1TC režim. Bypass ventil i ventil za ispuštanje se aktiviraju tokom specifičnih radnih uslova dizel motora ili tokom prelaza između 1TC i 2TC režima.