Turbodúchadlá Cummins Holset

Krátko po vynáleze štvortaktného spaľovacieho motora technici zistili, že čím viac naplnia valce zmesou paliva so vzduchom, tým väčší výkon z neho dostanú.

Prirodzeným, teda atmosférickým nasávaním sa valce motora nenaplnia dostatočne. Preto hľadali možnosti, ako do nich dostať viac vzduchu s palivom. Mechanické kompresory poháňané priamo kľukovým hriadeľom motora však odoberali z výkonu až 50 % na vlastný pohon. Išlo o Rootsove dvojrotorové kompresory, tzv. dvojpiškótové (Bentley, Mercedes SK a SSK). Hľadali sa však možnosti, ako pridať výkon motorom bez väčších strát.

Prvé zariadenie na prepĺňanie spaľovacích motorov, ktoré by neodoberalo výkon motoru, ale bolo poháňané energiou výfukových plynov, začal vo Švajčiarsku vyvíjať Dr. Alfred J. Buchi v roku 1909 a svoje dielo ukončil v roku 1912. Uvedomoval si, že výfukové plyny majú značný tlak a vysokú teplotu, a teda úžasnú energiu, ktorá odchádza z motora nevyužitá. Bol šéfinžinierom firmy Sulzer Brothers Research Department a v roku 1915 uviedol prvý prototyp turbodúchadlom prepĺňaného dieselového motora. Turbodúchadlo je v podstate rotačný vzduchový kompresor, ktorý na svoj pohon využíva energiu výfukových plynov. Tie poháňajú turbínové koleso. Na jeho hriadeli je aj koleso rotačného kompresora (dúchadlo). Nápad a prototyp motora však v tom čase nevyvolal žiaden ohlas. Napriek tomu firma Sulzer Brothers Ltd., Winterthur otvorila vo Švajčiarsku experimentálnu výrobu takýchto prepĺňaných motorov už v roku 1911.Ale prvý úspech nimi dosiahla až v roku 1925, keď dve nemecké lode vybavila dieselovými motormi s takýmto prepĺňaním. Každý mal výkon 2000 koní. To viedlo Buchiho k poskytnutiu licencie viacerým výrobcom motorov nielen v Európe, ale i v USA a Japonsku. V roku 1930 sa turbodúchadlá s axiálnymi turbínami už bežne používali v motoroch veľkých zaoceánskych lodí, vo vznetových motoroch železničných rušňov a vo veľkých stacionárnych dieseloch.

V roku 1940 na scénu prišli lietadlá s turbínovým pohonom, ktoré vyžadovali významné zmeny v technológiách spracovania materiálov a v konštrukcii. To malo dosť vážny vplyv aj na turbodúchadlá. Tie vyžadovali materiály odolné vysokým teplotám, veľmi presnú techniku odlievania materiálov odolných vysokým teplotám. To nebolo všetko. Bolo treba vyvinúť špeciálne radiálne turbíny s radiálnym prietokom pre malé dieselové motory.Prví výrobcovia veľkých truckov, ktorí začali experimentovať s prepĺňanými motormi, boli vo Švédsku – Scania a Volvo. Turbodúchadlá im ponúkli nemecké firmy Elliot a Eberspächer. Ich prvé motory neboli úspešné kvôli veľkým rozmerom turbodúchadiel. Ale nemecký inžinier Kurt Beier prišiel s inovovaným kompaktným dizajnom, ktorý prevzala firma Schwitzer Corporation z Indianapolisu. No v roku 1954 americká firma Cummins ponúkla väčšiu sériu rôznych veľkostí prepĺňaných motorov turbodúchadlom (VT12, šesťvalcový NT, NRT‘s a JT’s). V tom istom roku Volvo ponúklo svoj prvý truck so vznetovým turbodúchadlom prepĺňaným motorom, TD96AS s výkonom 185 koní. Oproti rovnakému motoru bez prepĺňania (D96AS) bol výkon o 35 koní vyšší.Na pretekoch 500 míľ Indianapolis štartoval dokonca monopost s prepĺňaným dieselovým motorom s dúchadlom Holset, čo bol vtedy v tomto smere obrovský precedens.

Turbodúchadlá Holset
V roku 1952 Paul Croset a Brian Holmes založili novú spoločnosť. Brian vymyslel, že by ju mohli pomenovať zložením ich priezvisk HOLmes a CroSET a 29. marca 1952 dali zaregistrovať spoločnosť HOLSET Limited, ktorá sa stala dcérskou spoločnosťou firmy B.H.D. Engineering Ltd. of England. Holset Engineering bola hlboko zaangažovaná do konštrukcie a výroby rôznych častí veľkých vznetových motorov, vibračných dumperov a úžitkových dieselových motorov. V roku 1954 dostala licenčné práva od Dr. Alfreda Buchiho na výrobu turbodúchadiel podľa jeho patentu. V roku 1957 Louis Switzer v Indianapolise v USA vyvinul malé ľahké turbodúchadlo a čoskoro vznikla dohoda medzi firmou Holset a Switzerom. V tom čase totiž Switzer nemal nijaké možnosti vyrábať a predávať svoje turbodúchadlá v Európe. Holset v roku 1972 vyrobil prvý milión turbodúchadiel.

Dnes je firma Holset známa pod názvom Cummins Turbo Technologies, pretože je už 30 rokov časťou rodinnej spoločnosti Cummins Engine Company a je vedúcou firmou svetových výrobcov turbodúchadiel. Cummins je veľmi významným výrobcom vznetových motorov rôznych zdvihových objemov, prepĺňaných turbodúchadlami Holset. Odoberajú ich také značky, ako sú Volvo, Iveco, Detroit Diesel, Scania a mnohí ďalší výrobcovia. Pritom Holset Engineering veľmi úzko spolupracuje aj s mnohými pretekárskymi tímami. Turbodúchadlá tejto značky sú priam umeleckými výtvormi. Napríklad rad X-Range. Turbodúchadlá HX20 s určením pre motory do 4 litrov zdvihového objemu až po turbodúchadlá HX83 pre motory s objemom valcov 25 litrov majú veľmi výhodný dizajn, lepšiu aerodynamiku, dlhú životnosť, zlepšenú účinnosť a zníženú hladinu hluku. Holset sa tiež hrdí patentovanou variabilnou zmenou geometrie turbínovej sekcie, ktorú používajú najmä v malých turbodúchadlách motorov Cummins v motoroch osobných automobilov.

Cummins v Anglicku
Hlavný stan európskej spoločnosti Cummins Turbo Technologies je v anglickom Huddesfielde, zatiaľ čo ich americká základňa sídli v Memphise v Tennessee. Cummins má navyše šesť hlavných tovární: v USA, Brazílii, vo Veľkej Británii, v Holandsku, Číne a Indii. Najnovšiu otvorili v roku 2006 v Južnej Karolíne, kde sa ročne vyrobí 200 tisíc turbodúchadiel. V anglickom Cumminse. Už sme videli mnohé automobilky, ich vývojové oddelenia, výrobné linky, zvarovne karosérií s množstvom robotov, no zatiaľ sme nikdy nevideli výrobu a montáž turbodúchadiel. Nuž a prišlo nám pozvanie z anglického Cumminsu, ktoré potešilo. Pristáli sme v Manchestri, odkiaľ sme sa doviezli minibusom Ford Transit do Huddesfieldu, sídla Cummins Turbo Technologies. Budova typicky anglická z obdobia dvadsiatych rokov minulého storočia. Ale obnovená a zmodernizovaná. Po vstupe do nej sme mali pocit, že sme v nemocnici. Všade až pedantná čistota a poriadok. Vývojové a výskumné pracoviská sťaby niekde boli antibakteriálne oddelenia.

Linka na odlievanie blokov dúchadiel tam nikde nebola. Túto prácu vykonávajú v Číne v meste Wuxi a dielce sa dovážajú spolu s turbínovými a kompresorovými kolesami. V úplne dôkladných toleranciách. V Anglicku turbodúchadlá zostavujú a každé dôkladne preskúšajú na presnosť a funkčnosť. Montážna linka s vozíkmi na prísun potrebných častí mala magnetickú naprogramovanú dráhu. Vozíky bezhlučne privážali ku každému pracovisku potrebné časti. Každý pracovník linky bol v čistom pracovnom odeve s bielymi rukavičkami na rukách, aby ani pot prstov nespôsoboval nijaké problémy vo funkčnosti dúchadiel. Tak to vraj prebieha v každej Cumminsovej továrni kdekoľvek na svete. Pretože Cummins je výrobcom aj skvelých prepĺňaných dieselových veľmi pokrokovo navrhnutých motorov, ktoré firma exportuje do 190 krajín. Cummins celkovo zamestnáva 40 000 pracovníkov a jeho ročný príjem pred zdanením predstavuje sumu 10,8 miliardy dolárov.

Videli sme všetky vyrábané typy turbodúchadiel Holset. Od pevných i s variabilnou geometriou, ktorú vyriešili v roku 1998 (VGT TM), s pretlakovým ventilom Waste Gate, dvojstupňové turbodúchadlá a vo výrobe majú aj turbocoumpandické prepĺňanie (druhý stupeň), ako používa Scania alebo Volvo. Cummins je prvou spoločnosťou, ktorá dostala US EPA 2010 emisný štandard na oxidy dusíka práve pre turbodúchadlo Holset VGT TM. Tu pripravili aj celkom nové malé turbodúchadlá pre dieslové motory s objemom valcov 2 až 5 litrov, ktoré budú mať premiéru na výstave úžitkových vozidiel v septembri v Hannoveri. A my sme dostali možnosť zoznámiť sa s nimi v podstatnom predstihu.  


Zdroj: Trucker 12/10
Autor: Stano Cvengroš

Fotogalerie