Siekiant atitikti griežtus „Euro 6d“ emisijų standartus ir padidinti sunkiasvorių bei komercinių transporto priemonių degalų naudojimo efektyvumą, „Ford Otosan“ skyrė dideles investicijas skaičiuojamosios skysčių dinamikos (CFD) taikymui, siekiant patobulinti turbokompresoriaus kompresoriaus pakopą. Kompresoriaus sekcija yra įsiurbimo sistemos širdis, todėl net ir nedideli srauto geometrijos patobulinimai gali duoti reikšmingos naudos plečiant kompresoriaus charakteristikų žemėlapį ir didinant bendrą šiluminį naudingumo koeficientą.
Skaičiuojamoji skysčių dinamika (CFD) leidžia inžinieriams vizualizuoti ir manipuliuoti oro srautu tokiais lygiais, kokių neįmanoma užfiksuoti vien tik fiziniais jutikliais. Konkrečiu „Ford Otosan“ plėtros ciklų atveju inžinieriai naudoja Reinoldso vidurkiu pagrįstas Navjė-Stokso (RANS) lygtis, kad imituotų chaotišką oro judėjimą kompresoriaus sraigto korpuse ir įsiurbimo sparnuotės mentėse. Pagrindinis tikslas – sumažinti antrines srauto struktūras, tokias kaip sūkuriai ties menčių galais ir srauto atitrūkimas nuo mentės įsiurbimo pusės.
Iteratyviai bandant šimtus menčių profilių variacijų virtualioje aplinkoje, inžinieriai gali sumažinti „atgalinio srauto“ tendenciją esant aukštiems slėgio santykiams. Šis procesas yra kritiškai svarbus siekiant išvengti „surge“ (siurbčiojimo) režimų, kurie atsiranda oro srautui tapus nestabiliam ir atitrūkus nuo mentės paviršiaus. Mūsų tyrimai rodo, kad optimizuodama skirstomosios mentės geometriją, „Ford Otosan“ sėkmingai paslinko „surge“ liniją mažesnių masinių srautų link, taip užtikrindama geresnes variklio sukimo momento charakteristikas esant mažoms apsukoms.
Tikslumas yra svarbiausias turbokompresoriaus surinkimo aspektas. Šių CFD būdu optimizuotų konstrukcijų testavimo ir validavimo fazėje privalu išlaikyti konkrečias mechanines tolerancijas, kad skaitmeninis modelis atitiktų fizinę realybę. Remiantis standartinėmis OEM specifikacijomis, taikomomis „Ford Otosan“ komercinių platformų didelio našumo turbokompresoriams, kritiškai svarbios šios tolerancijos ir sukimo momentai:
Turbulencija kompresoriaus korpuse sukelia energijos nuostolius šilumos pavidalu, o tai sumažina įkrovos oro tankį prieš jam patenkant į tarpinį aušintuvą. „Ford Otosan“ CFD modeliai pabrėžia „mentinio difuzoriaus“ (vaned diffuser) geometrijos svarbą. Koreguodami mentės kampą vos 1,5 laipsnio, inžinieriai pastebėjo turbulencijos pėdsakų sumažėjimą ties mentės užpakaline briauna. Šis sumažėjimas kiekybiškai įvertintas bendrojo ir statinio naudingumo koeficiento žemėlapyje, kur didžiausias efektyvumas dabar išlaikomas 12 % platesniame veikimo diapazone, palyginti su ankstesnėmis konstrukcijomis.
Be to, analizė buvo sutelkta į įvado geometriją, ypač į įleidimo angos (bell-mouth) profilį. Įvado turbulencija gali sukelti „pirminį sūkuriavimą“ (pre-whirl), kuris iškraipo numatytą oro kritimo kampą į įsiurbimo sparnuotės mentes. CFD rezultatai parodė, kad patikslinus korpuso įėjimo kreivumą, greičio profilis tampa vienodesnis, todėl kompresoriui reikia atlikti mažiau darbo, kad būtų pasiektas tikslinis pripūtimo slėgis.
Technikams ir diagnostikos specialistams, dirbantiems su šia technika, būtina suprasti šiuos CFD pagrindu priimtus konstrukcijų sprendimus, diagnozuojant galios trūkumo ar „surge“ simptomus. Keičiant turbokompresorių transporto priemonėje, sukurtoje taikant šiuos optimizavimus, įsiurbimo trakto vientisumas yra svarbesnis nei bet kada anksčiau. Bet koks trukdis, pavyzdžiui, suspausta įsiurbimo žarna ar užterštas oro filtras, gali pakeisti oro srauto charakteristikas, nukrypstant nuo CFD patvirtintos bazinės linijos, ir iššaukti klaidos kodus, susijusius su neteisingu pripūtimo slėgiu (pvz., P0299 – nepakankamas turbokompresoriaus pripūtimas).
Visada patikrinkite, ar kompresoriaus korpuse nėra pašalinių objektų. Bet kokie pažeidimai ant kompresoriaus menčių priekinių briaunų – net ir menki įbrėžimai – sutrikdys srauto lauką, sukels turbulenciją ir panaikins suprojektuotus efektyvumo rodiklius. Keisdami komponentus užtikrinkite, kad korpuso ir galinės plokštės sandariklis būtų idealiai prigludęs; net 0,1 mm nesutapimas gali sukelti pakankamą turbulenciją, kad moderniuose variklio valdymo blokuose (ECU) įsijungtų avarinis režimas (limp-home mode).
Perėjimas nuo ankstesnio bandymų ir klaidų metodais grįsto prototipų kūrimo prie aukšto tikslumo CFD analizės yra didelis pasiekimas „Ford Otosan“ inžineriniuose pajėgumuose. Sutelkdama dėmesį į mikroskopinį oro molekulių elgesį kompresoriaus pakopoje, įmonė sugebėjo išgauti didesnį našumą iš mažesnių mazgų. Nuolatinis griežtas techninės priežiūros ir sukimo momento specifikacijų, nurodytų oficialioje techninėje dokumentacijoje, laikymasis išlieka vieninteliu būdu užtikrinti, kad šios sudėtingos konstrukcijos veiktų taip, kaip numatyta, visą transporto priemonės eksploatavimo laikotarpį.
Pažangios diagnostinės procedūros, skirtos „Ford Otosan“ sunkiasvorių platformoms, pavyzdžiui, toms, kuriose naudojama „Ecotorq“ Euro 6 variklių šeima (pvz., turbokompresoriaus OEM dalis 12709880341 / GC466K682DK), reikalauja tikslaus Kintamojo Geometrijos Turbokompresoriaus (VGT) pavaros mechanizmo (angl. VNT mechanism) atsiliepimo kilpos supratimo. Elektroninis pavaros mechanizmas moduliuoja purkštukų žiedo mentės padėtį per bešepetėlinį nuolatinės srovės variklį ir sliekinę pavarą, kad palaikytų optimalų išmetamųjų dujų greitį turbinos ratelio atžvilgiu. Lauko technikai privalo naudoti specializuotą diagnostinę programinę įrangą, kad realiuoju laiku stebėtų „Pavaros mechanizmo padėties atsiliepimo“ (Actuator Position Feedback) vertes, palyginti jas su „Tikslinės padėties“ (Target Position) vertėmis. Jei nuokrypis viršija 3–5 %, tai dažnai rodo per didelį suodžių kaupimąsi mentelių jungtyje arba Holio efekto jutiklio, esančio pavaros mechanizmo korpuso viduje, terminį gedimą, todėl būtina atlikti viso bloko kalibravimą, o esant sunkiam anglies dioksido sukeltam mechaniniam užstrigimui – bloko keitimas.
Kalbant apie ilgalaikį patikimumą ir su alyva susijusių gedimų prevenciją, tiekiamą alyvą į centrinio korpuso besisukančią mazgą (CHRA) reikia patikrinti, ar nėra alyvos koksavimosi požymių – tai šiluminio pabėgimo (angl. thermal runaway) šalutinis produktas, atsirandantis nedelsiant išjungus variklį. Didelio našumo pavarose, tokiose kaip „Ford Ecotorq“, vidinė guolių sistema naudoja hidrodinaminio sluoksnio tepimą, kuris yra labai jautrus kietosioms dalelėms. Aptarnaujant kompresoriaus ratą arba keičiant kasetę, patikrinkite atsarginio bloko pridėtą VSR (Vibracijos bandymo stendo) balanso ataskaitą, nes net nedidelis disbalansas, esant darbiniam greičiui, viršijančiam 120 000 aps./min., gali sukelti ankstyvą žurnalinio guolio (angl. journal bearing) nusidėvėjimą. Visada įsitikinkite, kad banjo tipo varžto filtras arba tinklo filtras alyvos tiekimo linijoje nėra užsikimšęs, nes apribotas tepimo srautas tiesiogiai lemia didelio dažnio veleno svyravimus ir vėlesnį sandariklio nuotėkį turbinos alyvos sandarinimo žiede.
ECU valdomo pavaros mechanizmo ir kompresoriaus apsaugos nuo susidūrimo (perpylimo) vožtuvo (aplenkimo vožtuvo) sąveika yra esminė kompresoriaus stabilumui palaikyti staigiai atleidus akceleratoriaus pedalą. Architectūrose, panašiose į „Ford Transit GT1549S“ konfigūracijas, staigus droselio sklendės uždarymas sukuria slėgio šuolį įleidžiamo oro vamzdyne, kuris, jei tinkamai neišleidžiamas, sukelia akustines rezonansines bangas ir mechaninę įtampą kompresoriaus įleidimo mentėms. Diagnostika turėtų apimti pneumatinį vakuumo valdymo grandinės nuotėkio testą ir perdirbimo apėjimo vožtuvo membranos vientisumo patikrinimą. Nehermetiškas membranos sandarumas neleidžia vožtuvui atsidaryti tinkamu slėgio skirtumu (angl. delta pressure), priversdamas kompresorių patekti į kompresoriaus žemėlapio susidūrimo (angl. surge region) zoną, kurią galima nustatyti pagal lokalizuotus kavitacijos pėdsakus ant įleidimo mentelių galiukų ir padidėjusį ašinį veleno tarpą (angl. axial shaft play), atsiradusį dėl pasikartojančio slėgio pulsacijos nuovargio.