Co se stalo s turbodmychadly s proměnnou geometrií?

Nechci říct, že by úplně zmizela, ale před deseti lety se zdálo, že jsou jedním z nejžhavějších kousků nové technologie motorů na trhu.

V dnešní době je však jejich použití ve sportovních vozech s benzinovým motorem vzácností. Co se stalo?

Nejprve trochu vysvětlení…

Jedním z důvodů, proč se turbodmychadlo s proměnnou geometrií zdá být pro řidiče tak atraktivní, je teoretický příslib konstantního zvýšení tlaku v případě potřeby; turbodmychadlo dodává motoru neustále to nejvhodnější množství stlačeného vzduchu. Žádná prodleva, žádný nárůst – jen čisté, nespoutané „stu-stu-stu-stu“. Bez ohledu na otáčky motoru.

Ano! Ano! Yes! *winks* (video: MotorTrend.com)

Pomocí adaptivních lopatek na výfukové turbíně může turbodmychadlo s proměnnou geometrií měnit úhel náběhu v reálném čase.

V podstatě může být turbodmychadlo s proměnnou geometrií malým, citlivým turbodmychadlem při nízkých otáčkách, a když se motor roztočí, promění se ve velké, masité turbo.

Zní to úžasně, že? Je to jako mít malé a velké turbo v sekvenčním uspořádání se dvěma turbodmychadly. Ale místo toho je to taková „all-in-one“ podivná věc typu CVT-turbo…

Čím nižší jsou otáčky, tím menší je turbo. Je to to nejlepší z obou světů.

Nemusíte se starat o údržbu dvou celých samostatných turbodmychadel, pokud si tento skok zdůvodníte, a až místní policista nacpe hlavu pod kapotu, aby zkontroloval, zda je vše legální, nebude se divit, že jste si dovolili přidat více než jedno „huňaté zařízení“.

Má to i další výhody.

Protože je průběh výkonu mnohem plynulejší, když se turbo rozjede, motor se chová poněkud více jako přirozeně nasávaný agregát, a ne jako „nic, nic, nic, ach jo“, což by majitelé starých Porsche 930 mohli znát.

*Dává nohu dolů v jakémkoli turbodmychadle z 80. let*

Dochází také k delšímu a ploššímu rozložení točivého momentu ve středních pásmech; motor může při částečném zatížení pracovat s chudším a účinnějším poměrem vzduchu a paliva; vyšší tepelná účinnost díky adaptivnímu A/R; a motor nebude čekat na vytočení, aby mohl generovat dostatečný nárůst, jako je tomu u velkého turba, a také ho nebude v situacích s vysokým průtokem a vysokými otáčkami dusit malé turbo.

Pokud je to tedy tak dobré, proč je nemáme?

No, měli jsme. Kdysi.

V roce 2007 Porsche představilo model 911 Turbo (997) – další z dlouhé řady „svatá prostoto, to je rychlé“ 911 Turbo – ale tentokrát Porsche udělalo něco jiného.

Kromě Hondy Legend z roku 88 a Shelby CSX z roku 1989 bylo Porsche 911 Turbo z roku 2007 prvním benzinovým vozem s technologií VGT.

Místo toho, aby Porsche zvýšilo plnicí tlak a udělalo legendární „Turbo“ ještě děsivějším, jak to v podstatě dělalo u všech předchozích 911 s turbodmychadlem, snažilo se z nového modelu 997 Turbo udělat čistší a živější vůz.

Aby toho Porsche dosáhlo, instalovalo do vozu soustavu turbodmychadel BorgWarner s proměnnou geometrií, aby zefektivnilo dodávku výkonu a mechanickou účinnost. A hochu, dostalo se mu náležitého uznání kritiky.

Vše, co souvisí s průběhem výkonu nového vozu, odezvou na plyn a (absencí) prodlevy turbodmychadla, bylo v podstatě všeobecně chváleno. Není divu, když pochází od společnosti, která má za sebou dlouhou historii vytváření, zdokonalování a zdokonalování aplikace turbodmychadel u sportovních vozů.

Jestliže se tedy jedná o jednu z těch inovací, které teoreticky – a v praxi – fungují dobře, proč jsme se zatím nedočkali trickle-down efektu aplikace turbodmychadel s proměnnou geometrií u dostupnějších sportovních vozů?

Manažer IAM Asia – BorgWarner, Garry Shields, řekl toto: „Výroba turbodmychadel VTG (Variable Turbine Geometry) je velmi nákladná kvůli dodatečným komponentům a vysoce specializovaným materiálům, které se používají pro zvládání vysokých EGT (teplot výfukových plynů) u zážehových motorů. Výrobci obecně chtějí dosáhnout svých cílů v oblasti výkonu, účinnosti, jízdních vlastností a emisí s co nejlevnějším produktem.“

Podle pana Shieldse se sice turbodmychadla VGT vyskytují téměř výhradně v těžkých vznětových motorech, ale je to spíše proto, že turbodmychadla VGT vyráběná pro vznětové motory nevyžadují stejně vysoce specializované materiály kvůli nižším EGT.

„Všichni naši zákazníci z řad výrobců originálního vybavení mají možnost využít technologii VTG (Variable Turbine Geometry), vždy však zvolí nejlevnější variantu, přičemž mají na paměti své celkové požadavky na výkon, účinnost, jízdní vlastnosti a emise. Domnívám se, že v současné době používá naši technologii VTG pro benzínové vozy s jednostupňovým nuceným sáním pouze společnost Porsche.“

V podstatě existuje pouze několik sportovních vozů s benzínovým motorem, které používají turbodmychadla s proměnnou geometrií. Modely Porsche 718 (Boxster S/Cayman S) a aktuální 911 Turbo jsou dva. A nový Swift Sport od Suzuki za 25 490 dolarů je další. Divné.

Všechny standardní motory 911 Carrera však z nějakého důvodu používají turbodmychadla typu mono-scroll.

Mono-scroll, twin-scroll, VTG turbo… O co jde a které z nich je lepší?

Kdyby to bylo tak snadné…

Krátce: mono-scroll turba jsou nejzákladnější. Jsou to jednoduchá, zahradní konstrukce, která je sice zpožděná, ale její zpoždění lze „napravit“ přidáním další jednotky vedle ní.

Jakkoli je přidání dalších turbodmychadel úžasné, je to nepraktické řešení.

Vyhazováním ještě více peněz se nestaneš „na mizině“. Musíte se přizpůsobit. A tady přicházejí na řadu turbodmychadla twin-scroll.

Podobně jako turbodmychadla s proměnnou geometrií poskytují turbodmychadla twin-scroll mnoho technických výhod oproti svým jednodušším bratříčkům mono-scroll.

Zvyšují točivý moment v nízkých otáčkách, zlepšují odezvu na zvýšení výkonu, zvyšují výkon v celém výkonovém pásmu, maximalizují účinnost turbíny, snižují čerpací ztráty motoru, zlepšují spotřebu paliva a snižují ředění sací náplně při překrývání ventilů a snižují teplotu výfukových plynů.

Dokonce můžete nahradit sestavu twin-turbo, mono-scroll jednotkou twin-scroll. Což je v podstatě to, co BMW udělalo u svého sportovního kupé M2, když jím nahradilo starší turbodmychadlo řady 1 M Coupe.

V porovnání s turbodmychadly VTG se jednotky twin-scroll zdají být silnou alternativou – a také jsou.

Při pohledu na trh sportovních vozů se zdá, že Porsche jsou jediní, kteří zůstali u turbodmychadel VTG.

Volkswagen Golf GTI má uspořádání twin-scroll, stejně jako Hyundai i30 N, Mercedes-Benz A45 AMG, staré dobré Rexy STI a Evo X a spousta dalších. Jsou všude.

A přestože jsou výhody twin-scroll srovnatelné s VTG, mají některé odlišující vlastnosti.

Pro zjednodušení, twin-scroll turba nemají žádné lopatky. Stejně jako mono-scroll turbodmychadla jsou jednoduchá. Až na to, že twin-scroll turbodmychadla vyžadují skříň turbíny s rozděleným vstupem a správně navržené výfukové potrubí, které spojuje polovinu válců do jednoho scrollu a druhou polovinu do druhého.

U čtyřválcové aplikace budou válce jedna a tři vhánět výfukové plyny do jednoho scrollu a válce dva a čtyři do druhého scrollu.

Je těžké říci, která konstrukce je „lepší“, zvláště když takový argument vyvolá odpověď podobnou stále otravnému „vše záleží na okolnostech“.

Ačkoli však turbodmychadla twin-scroll mají podobné výhody jako turba VTG, jejich společné výhody nejsou celkově tak výrazné. Měla by však být spolehlivější; mají méně pohyblivých součástí a jejich správná funkce se nemusí opírat o sekundární a terciární akční členy.

A i když jsou turbodmychadla VTG působivá – pravděpodobně se jedná o vrchol konstrukce turbodmychadel – jsou poměrně drahá. Příšerně.

Navíc jejich instalace a kalibrace v motoru, který pro ně nebyl určen, může být poměrně obtížná. Něco musí těm lopatkám říkat, kdy se mají pohybovat a o kolik.

Ale na druhou stranu, pokud jsou turbodmychadla s proměnnou geometrií tak dobrá, proč by se téměř celý trh přizpůsoboval technologii twin-scroll turbodmychadel?