Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как работает турбина с изменяемой геометрией на дизельном двигателе


Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, ремонт

С развитием турбин для ДВС производители пытаются повысить их согласованность с моторами и эффективность. Наиболее технически совершенным серийным решением является изменение геометрии впускной части. Далее рассмотрена конструкция турбин с изменяемой геометрией, принцип работы, особенности обслуживания.

Общие особенности

Рассматриваемые турбины отличаются от обычных возможностью адаптации к режиму работы двигателя путем изменения соотношения A/R, определяющего пропускную способность. Это геометрическая характеристика корпусов, представленная частным площади поперечного сечения канала и расстояния между центром тяжести данного сечения и центральной осью турбины.

Актуальность турбокомпрессоров с изменяемой геометрией обусловлена тем, что для высоких и низких оборотов оптимальные значения данного параметра существенно отличаются. Так, при малой величиние A/R поток имеет большую скорость, вследствие чего турбина быстро раскручивается, однако предельная пропускная способность невелика. Большие значения данного параметра, наоборот, определяют большую пропускную способность и малую скорость выхлопных газов.

Следовательно, при чрезмерно высоком показателе A/R турбина не сможет создать давление на низких оборотах, а при слишком низком задушит мотор на верхах (ввиду противодавления в выпускном коллекторе упадет производительность). Поэтому на турбокомпрессорах с фиксированной геометрией подбирают среднее значение A/R, позволяющее функционировать во всем диапазоне оборотов, в то время как принцип работы турбин с изменяемой геометрией основан на поддержании его оптимальной величины. Поэтому такие варианты при низком пороге наддува и минимальном лаге высокоэффективны на больших оборотах.

Помимо основного названия (турбины с изменяемой геометрией (VGT, VTG) ) данные варианты известны как модели с изменяемым соплом (VNT), с изменяемой крыльчаткой (VVT), с турбинным соплом переменной площади (VATN).

Турбина с изменяемой геометрией была разработана Garrett. Помимо нее, выпуском таких деталей занимаются прочие производители, в том числе MHI и BorgWarner. Основным производителем вариантов со скользящим кольцом является Cummins Turbo Technologies.

Несмотря на применение турбин с изменяемой геометрией преимущественно на дизельных двигателях, они весьма распространены и набирают популярность. Предполагается, что в 2020 г. такие модели будут занимать более 63 % мирового рынка турбин. Расширение использования этой технологии и ее развитие обусловлено, прежде всего, ужесточением экологических норм.

Конструкция

Устройство турбины с изменяемой геометрией от обычных моделей отличается наличием дополнительного механизма во входной части турбинного корпуса. Существует несколько вариантов его конструкции.

Наиболее распространенным типом является скользящее лопастное кольцо. Данное устройство представлено кольцом с рядом жестко закрепленных лопаток, расположенных вокруг ротора и движущихся относительно неподвижной пластины. Скользящий механизм служит для сужения/расширения прохода для потока газов.

Ввиду того, что лопастное кольцо скользит в осевом направлении, этот механизм весьма компактный, а минимальное количество слабых мест обеспечивает прочность. Данный вариант подходит для больших двигателей, поэтому применяется в основном на грузовиках и автобусах. Он характеризуется простотой, высокой производительностью на «низах», надежностью.

Второй вариант также предполагает наличие лопастного кольца. Однако в данном случае оно жестко закреплено на плоской пластине, а лопатки установлены на штифтах, обеспечивающих их вращение в осевом направлении, по другую ее сторону. Таким образом, геометрия турбины изменяется посредством лопастей. Этот вариант отличается лучшей эффективностью.

Однако ввиду большого количества подвижных элементов такая конструкция менее надежна, особенно в высокотемпературных условиях. Отмеченные проблемы обусловлены трением металлических деталей, которые при нагреве расширяются.

Еще один вариант — движущаяся стенка. Во многом он аналогичен технологии скользящего кольца, однако в данном случае неподвижные лопасти установлены на статичной пластине, а не на скользящем кольце.

Турбокомпрессор с переменной площадью (VAT) предполагает наличие лопаток, вращающихся вокруг точки установки. В отличие от схемы с поворотными лопастями они установлены не по окружности кольца, а в ряд. Ввиду того, что такой вариант требует сложной и дорогой механической системы, были разработаны упрощенные версии.

Одна из них — турбокомпрессор с переменным расходом (VFT) Aisin Seiki. Корпус турбины разделен на два канала неподвижной лопастью и оснащен заслонкой, распределяющей поток между ними. Еще несколько неподвижных лопаток установлены вокруг ротора. Они обеспечивают удержание и слияние потока.

Второй вариант, называемый схемой Switchblade, ближе к VAT, однако здесь вместо ряда лопаток используется одна лопасть, также вращающаяся вокруг точки установки. Существует два типа такой конструкции. Один из них предполагает установку лопасти в центральной части корпуса. Во втором случае она находится посреди канала и разделяет его на два отсека, как лопатка VFT.

Для управления турбиной с изменяемой геометрией применяются приводы: электрические, гидравлические, пневматические. Контроль турбокомпрессора осуществляет блок управления двигателем (ЭБУ, БУД).

Следует отметить, что для таких турбин не требуется перепускной клапан, так как благодаря точному контролю возможно замедлить поток выхлопных газов недекомпрессионным способом и пропустить избытки через турбину.

Принцип функционирования

Принцип работы турбин с изменяемой геометрией состоит в поддержании оптимального значения A/R и угла завихрения путем изменения площади поперечного сечения впускной части. Он основан на том, что скорость потока выхлопных газов связана обратной зависимостью с шириной канала. Поэтому на «низах» для быстрой раскрутки сечение входной части уменьшается. С ростом оборотов для увеличения потока оно постепенно расширяется.

Механизм изменения геометрии

Механизм осуществления данного процесса определяется конструкцией. В моделях с вращающимися лопастями это достигается путем изменения их положения: для обеспечения узкого сечения лопатки располагаются перпендикулярно радиальным линиям, а для расширения канала они переходят в ступенчатое положение.

У турбин со скользящими кольцом и подвижной стенкой происходит осевое перемещение кольца, что также меняет сечение канала.

Принцип функционирования VFT основан на разделении потока. Ускорение его на низких оборотах осуществляется путем перекрытия заслонкой внешнего отсека канала, вследствие чего газы идут к ротору кратчайшим путем. При росте нагрузки заслонка поднимается, пропуская поток через оба отсека для расширения пропускной способности.

Для VAT и моделей Switchblade изменение геометрии осуществляется посредством поворота лопасти: на низких оборотах она поднимается, сужая проход для ускорения потока, а на высоких прилегает к турбинному колесу, расширяя пропускную способность. Для турбин Switchblade второго типа характерен обратный порядок работы лопасти.

Так, на «низах» она прилегает к ротору, вследствие чего поток идет только вдоль внешней стенки корпуса. С ростом оборотов лопатка поднимается, открывая проход вокруг крыльчатки для повышения пропускной способности.

Привод

Среди приводов наиболее распространены пневматические варианты, где управление механизмом осуществляется поршнем, перемещаемым внутри цилиндра воздухом.

Положение лопастей регулируется мембранным приводом, связанным штоком с лопастным кольцом управления, поэтому горловина может постоянно изменяться. Актуатор приводит шток в зависимости от уровня вакуума, противодействуя пружине. Модуляция вакуума контролирует электрический клапан, подающий линейный ток в зависимости от параметров вакуума. Вакуум может создаваться вакуумным насосом усилителя тормозов. Ток подается от аккумулятора и модулирует ЭБУ.

Основной недостаток таких приводов обусловлен сложно предсказуемым состоянием газа после сжатия, особенно при нагреве. Поэтому более совершенными являются гидравлические и электрические приводы.

Гидравлические приводы функционируют по тому же принципу, что и пневматические, но вместо воздуха в цилиндре используется жидкость, которая может быть представлена моторным маслом. К тому же она не сжимается, вследствие чего такая система обеспечивает лучший контроль.

Для перемещения кольца электромагнитный клапан использует давление масла и сигнал ЭБУ. Гидравлический поршень перемещает зубчато-реечный механизм, вращающий зубчатую шестерню, вследствие чего лопасти шарнирно соединяются. Для передачи положения лопасти БУД по кулачку ее привода перемещается аналоговый датчик положения. При малом давлении масла лопасти открыты и закрываются с его возрастанием.

Электрический привод является наиболее точным, так как напряжение может обеспечить очень тонкий контроль. Однако он требует дополнительного охлаждения, которое обеспечивают трубками с охлаждающей жидкостью (в пневматических и гидравлических вариантах для удаления тепла используется жидкость).

Для привода устройства изменения геометрии служит селекторный механизм.

В некоторых моделях турбин используется вращающийся электрический привод с прямым шаговым двигателем. В данном случае положение лопастей регулируется электронным клапаном обратной связи через механизм реечной передачи. Для обратной связи с БУД служит прикрепленный к шестерне кулачок с магниторезистивным датчиком.

При необходимости поворота лопаток ЭБУ обеспечивает подачу тока в определенном диапазоне для перехода их в заданное положение, после чего, получив сигнал от датчика, обесточивает клапан обратной связи.

Блок управления двигателем

Из вышесказанного следует, что принцип работы турбин с изменяемой геометрией основан на оптимальной координации дополнительного механизма в соответствии с режимом работы двигателя. Следовательно, требуется точное его позиционирование и постоянный контроль. Поэтому турбины с изменяемой геометрией контролируются блоками управления двигателем.

Они используют стратегии, направленные либо на максимальную производительность, либо на улучшение экологических показателей. Существует несколько принципов функционирования БУД.

Наиболее распространенный из них предполагает использование справочной информации, основанной на эмпирических данных и моделях двигателя. В данном случае контроллер прямой связи выбирает значения из таблицы и использует обратную связь для сокращения ошибок. Это универсальная технология, позволяющая применять различные стратегии управления.

Основной ее недостаток состоит в ограничениях при переходных процессах (резких ускорениях, переключениях передач). Для его устранения использовали многопараметрические, PD- и PID-контроллеры. Последние считают наиболее перспективными, однако они недостаточно точны во всем диапазоне нагрузок. Это решили путем применения нечеткой логики алгоритмов принятия решений с использованием MAS.

Существует две технологии предоставления справочной информации: модель двигателя средних значений и искусственные нейронные сети. Последняя включает две стратегии. Одна из них предполагает поддержание наддува на заданном уровне, другая — поддержание отрицательной разницы давления. Во втором случае достигаются лучшие экологические показатели, но наблюдается превышение скорости турбины.

Не многие производители занимаются разработкой БУД для турбокомпрессоров с изменяемой геометрией. Подавляющая их часть представлена продукцией автопроизводителей. Однако на рынке существуют некоторые сторонние высококлассные ЭБУ, рассчитанные на такие турбины.

Общие положения

Основные характеристики турбин представлены массовым расходом воздуха и скоростью потока. Площадь впускной части относится к ограничивающим производительность факторам. Варианты с изменяемой геометрией позволяют менять данную область. Так, эффективная площадь определяется высотой прохода и углом лопастей. Первый показатель изменяем в вариантах со скользящим кольцом, второй — в турбинах с поворотными лопатками.

Таким образом, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией постоянно обеспечивают требуемый наддув. Благодаря этому оснащенные ими двигатели не имеют лагов, обусловленных временем раскрутки турбины, как с обычными большими турбонагнетателями, и не задыхаются на высоких оборотах, как с маленькими.

Наконец, следует отметить, что, несмотря на то, что турбокомпрессоры с изменяемой геометрией рассчитаны на работу без перепускного клапана, было установлено, что они обеспечивают прибавку производительности, прежде всего, на «низах», а на высоких оборотах при полностью открытых лопатках не в состоянии справиться с большим массовым расходом. Поэтому для предотвращения избыточного противодавления все же рекомендуется использовать вестгейт.

Достоинства и недостатки

Подстройка турбины под режим работы двигателя обеспечивает улучшение всех показателей в сравнении с вариантами с фиксированной геометрией:

  • лучшие отзывчивость и производительность во всем диапазоне оборотов;
  • более ровная кривая крутящего момента на средних оборотах;
  • возможность функционирования двигателя при частичной нагрузке на более эффективной обедненной топливо-воздушной смеси;
  • лучшая тепловая эффективность;
  • предотвращение чрезмерного наддува на высоких оборотах;
  • лучшие экологические показатели;
  • меньший расход топлива;
  • расширенный рабочий диапазон турбины.

Основным недостатком турбокомпрессоров с изменяемой геометрией является значительно усложненная конструкция. Ввиду наличия дополнительных движущихся элементов и приводов они менее надежны, а обслуживание и ремонт турбин такого типа сложнее. К тому же модификации для бензиновых моторов очень дороги (примерно в 3 раза дороже обычных). Наконец, данные турбины сложно совместить с не рассчитанными на них двигателями.

Следует отметить, что по пиковой производительности турбины с изменяемой геометрией нередко уступают обычным аналогам. Это объясняется потерями в корпусе и вокруг опор подвижных элементов. К тому же максимальная производительность резко падает при отходе от оптимального положения. Однако общая эффективность турбокомпрессоров такой конструкции выше, чем у вариантов с фиксированной геометрией, ввиду большего рабочего диапазона.

Применение и дополнительные функции

Сфера применения турбин с изменяемой геометрией определяется их типом. Так, на двигатели легковых и легких коммерческих автомобилей устанавливают варианты с вращающимися лопастями, а модификации со скользящими кольцом применяют в основном на грузовиках.

В целом чаще всего турбины с изменяемой геометрией используют на дизельных двигателях. Это объясняется невысокой температурой их выхлопных газов.

На легковых дизелях такие турбонагнетатели служат, прежде всего, для компенсации потери производительности от системы рециркуляции отработанных газов.

На грузовиках сами турбины могут улучшать экологичность путем контроля количества выхлопных газов, рециркулируемых к впускному отверстию двигателя. Так, с использованием турбокомпрессоров с изменяемой геометрией можно повысить давление в выпускном коллекторе до величины, большей, чем во впускном, с целью ускорения рециркуляции. Несмотря на то что избыточное противодавление отрицательно сказывается на эффективности использования топлива, оно способствует сокращению выбросов оксида азота.

К тому же механизм можно модифицировать с целью сокращения эффективности турбины в заданном положении. Это используется для повышения температуры выхлопных газов с целью продувки сажевого фильтра путем окисления застрявших углеродных частиц в результате нагрева.

Данные функции требуют наличия гидравлического или электрического привода.

Отмеченные преимущества турбин с изменяемой геометрией перед обычными определяют их как оптимальный вариант для спортивных моторов. Однако на бензиновых двигателях они встречаются крайне редко. Известно всего несколько оснащенных ими спорткаров (в настоящее время — Porsche 718, 911 Turbo и Suzuki Swift Sport). По словам одного из менеджеров BorgWarner, это объясняется очень высокой стоимостью производства таких турбин, обусловленной необходимостью применения специализированных термостойких материалов для взаимодействия с высокотемпературными выхлопными газами бензиновых моторов (выхлопные газы дизелей имеют гораздо меньшую температуру, поэтому турбины для них дешевле).

Первые VGT, используемые на бензиновых двигателях, были сделаны из обычных материалов, поэтому для обеспечения приемлемого срока эксплуатации приходилось использовать сложные системы охлаждения. Так, на Honda Legend 1988 г. такую турбину совместили с интеркуллером водяного охлаждения. К тому же для двигателей данного типа более обширен диапазон пропускной способности выхлопных газов, следовательно, требуется возможность обработки большего диапазона массового расхода.

Производители достигают требуемых показателей производительности, отзывчивости, эффективности и экологичности наиболее дешевыми методами. Исключение составляют единичные случаи, когда конечная стоимость не приоритетна. В данном контексте это, например, достижение рекордных показателей на Koenigsegg One: 1 или адаптация Porsche 911 Turbo к гражданской эксплуатации.

В целом подавляющее большинство турбированных автомобилей оснащают турбокомпрессорами обычной конструкции. Для высокопроизводительных спортивных двигателей нередко используют твинскрольные варианты. Хотя такие турбокомпрессоры уступают VGT, они обладают теми же преимуществами перед обычными турбинами, только в меньшей степени, и при этом имеют почти такую же простую конструкцию, как и последние. Что касается тюнинга, здесь использование турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, помимо высокой стоимости, ограничено сложностью их настройки.

Для бензиновых двигателей в исследовании H. Ishihara, K. Adachi и S. Kono в качестве наиболее оптимальной среди VGT была отмечена турбина с переменным расходом (VFT). Благодаря только одному движущемуся элементу сокращены затраты на производство и повышена температурная устойчивость. К тому же такая турбина действует по простому алгоритму БУД, аналогичному вариантам с фиксированной геометрией, оснащенным перепускным клапаном. Особенно хорошие результаты были получены при совмещении такой турбины с iVTEC. Однако для систем принудительной индукции наблюдается повышение температуры выхлопных газов на 50-100 °C, что сказывается на экологических показателях. Данную проблему решили использованием алюминиевого коллектора с водяным охлаждением.

Решением BorgWarner для бензиновых двигателей стало совмещение твинскрольной технологии и конструкции с изменяемой геометрией в твинскрольной турбине с изменяемой геометрией, представленной на SEMA 2015 г. Ее конструкция аналогична твинскрольной турбине: данный турбокомпрессор имеет двойную входную часть и сдвоенное монолитное турбинное колесо и совмещен с твинскрольным коллектором, учитывающим последовательность работы цилиндров для устранения пульсации выхлопных газов с целью создания более плотного потока.

Отличие состоит в наличии во входной части заслонки, которая в зависимости от нагрузки распределяет поток по крыльчаткам. На низких оборотах все отработанные газу идут на маленькую часть ротора, а большая перекрыта, что обеспечивает еще более быструю раскрутку, чем у обычной твинскрольной турбины. С ростом нагрузки заслонка постепенно переходит в среднее положение и равномерно распределяет поток на высоких оборотах, как в стандартной твинскрольной конструкции. То есть по устройству механизма изменения геометрии такая турбина близка к VFT.

Таким образом, данная технология, как и технология с изменяемой геометрией, обеспечивает изменение соотношения A/R в зависимости от нагрузки, подстраивая турбину под режим работы двигателя, что расширяет рабочий диапазон. При этом рассматриваемая конструкция значительно проще и дешевле, так как здесь используется только один движущийся элемент, работающий по простому алгоритму, и не требуется применение термостойких материалов. Последнее обусловлено снижением температуры за счет потери тепла на стенках двойного корпуса турбины. Следует отметить, что подобные решения встречались и ранее (например, quick spool valve), однако эта технология по каким-то причинам не обрела распространения.

Обслуживание и ремонт

Основной операцией обслуживания турбин является чистка. Необходимость в ней обусловлена их взаимодействием с выхлопными газами, представленными продуктами горения топлива и масел. Однако чистка требуется весьма редко. Интенсивное загрязнение свидетельствует о нарушениях режима функционирования, что может быть вызвано чрезмерным давлением, износом прокладок либо втулок крыльчаток, а также поршневого отсека, засорением сапуна.

Турбины с изменяемой геометрией более чувствительны к загрязнению, чем обычные. Это обусловлено тем, что накопление нагара в направляющем аппарате устройства изменения геометрии приводит к его подклиниванию или утрате подвижности. В результате нарушается функционирование турбокомпрессора.

В простейшем случае чистку осуществляют путем использования специальной жидкости, однако нередко требуются ручные работы. Предварительно необходимо разобрать турбину. При отсоединении механизма изменения геометрии следует соблюдать осторожность во избежание обрезания крепежных болтов. Последующее высверливание их обломков может привести к повреждению отверстий. Таким образом, чистка турбины с изменяемой геометрией несколько осложнена.

К тому же нужно учитывать, что при неосторожном обращении с картриджем можно повредить либо деформировать лопасти ротора. В случае его разборки по завершении чистки потребуется балансировка, однако внутри картриджа чистку обычно не делают.

Масляный нагар на колесах свидетельствует о износе поршневых колец либо клапанной группы, а также уплотнений ротора в картридже. Чистка без устранения данных неисправностей двигателя или ремонта турбины нецелесообразна.

После замены картриджа для турбокомпрессоров рассматриваемого типа требуется настройка геометрии. Для этого служат упорный и шершавый регулировочные винты. Следует отметить, что некоторые модели первого поколения изначально не настроены производителями, вследствие чего у них снижена производительность на «низах» на 15-25 %. В частности, это актуально для турбин Garrett. В Интернете можно найти инструкции, как отрегулировать турбину с изменяемой геометрией.

Резюме

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией представляют высшую ступень развития серийных турбин для ДВС. Дополнительный механизм во впускной части обеспечивает адаптацию турбины к режиму работы двигателя путем регулировки конфигурации. Это улучшает показатели производительности, экономичности и экологичности. Однако конутрукция VGT сложна, а модели для бензиновых моторов очень дороги.

Как работает переменная турбинная геометрия?

Variable Turbine Geometry Технология - это новое поколение технологий турбокомпрессоров, в которых турбины используют переменные лопатки для регулирования потока выхлопных газов на лопатках турбины. Понимаете, проблема с турбокомпрессором, которую мы все знаем и любим, заключается в том, что большие турбины не работают хорошо на низких оборотах, в то время как маленькие турбины быстро вращаются, но из-за них довольно быстро испаряется пар. Итак, как VTG Turbo решают эту проблему?

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией также известен как турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT) или турбина с регулируемой форсункой (VNT) .Турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины имеет небольшие подвижные лопатки, которые могут направлять поток выхлопных газов на лопатки турбины. Углы лопасти регулируются с помощью привода. Угол наклона лопастей изменяется во всем диапазоне оборотов двигателя, чтобы оптимизировать поведение турбины.

На трехмерной иллюстрации выше вы можете видеть лопатки под углом, который почти закрыт. Я выделил переменные лопатки, чтобы вы знали, что есть что. Эта позиция оптимизирована для низких оборотов двигателя, предварительного ускорения.

На этой сквозной диаграмме вы можете видеть направление потока выхлопных газов, когда регулируемые лопатки находятся под почти закрытым углом. Узкий проход, через который должен проходить выхлопной газ, ускоряет выхлопной газ по направлению к лопаткам турбины, заставляя их вращаться быстрее. Угол наклона лопастей также направляет газ на лопатки под нужным углом.

Выше показано, как выглядят лопасти VGT, когда они открыты. Я не подчеркнул, где находятся лопасти на этом изображении, так как вы уже знаете, где они находятся, чтобы не испортить механическую красоту, которая есть: P

Эта сквозная диаграмма показывает поток выхлопных газов, когда лопатки переменной турбины полностью открыты.Высокий поток выхлопных газов при высоких оборотах двигателя полностью направляется на лопасти турбины с помощью регулируемых лопастей.

Variable Turbine Geometry широко использовался в турбодизельных двигателях с 1990-х годов, но никогда не был на серийном бензиновом автомобиле с турбонаддувом до нового Типа 997 Porsche 911 Turbo. Это связано с тем, что выхлопные газы бензиновых двигателей намного жарче, чем выхлопные газы дизельных двигателей, поэтому, как правило, материал, из которого изготавливаются турбины VTG, не выдерживает такой температуры. 997 911 Turbo использует турбонагнетатель BorgWarner VTG, в котором используются специальные материалы, полученные из аэрокосмической техники, что позволяет решить проблему с температурой.

Я надеюсь, что помог вам понять, как работает VTG. Не упустите полную техническую информацию о новом Porsche 911 Turbo.

,Турбонагнетатель с изменяемой геометрией

(VGT) - x-engineer.org

Турбонаддув - это наиболее распространенная технология, используемая в двигателях внутреннего сгорания для принудительной всасывания воздуха. Основными компонентами турбокомпрессора являются турбина и компрессор. Роль турбины состоит в том, чтобы использовать тепловую и кинетическую (турбокомпрессоры с двойной спиралью) энергию выхлопных газов и преобразовывать ее в механическую энергию. Роль компрессора заключается в использовании механической энергии и сжатии всасываемого воздуха для увеличения его плотности.

Чтобы лучше понять, что такое турбонагнетатель (с фиксированной геометрией) и как работает турбонаддув, прочитайте статьи:

Из-за геометрии и разного диапазона скоростей существует несоответствие между потоком выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. и радиальный поток турбокомпрессора. Если геометрия (площадь потока) турбины спроектирована так, чтобы соответствовать полной скорости и нагрузке двигателя (большая площадь), на низких и средних скоростях, реакция турбонагнетателя будет плохой.Если геометрия турбины соответствует быстрому отклику (небольшая площадь), когда двигатель будет работать на высокой скорости, могут быть достигнуты пределы воздушной заслонки и турбонагнетатель может превысить скорость или давление всасываемого воздуха может превысить максимальный предел.

Идеальный турбокомпрессор должен обеспечивать необходимое давление всасываемого воздуха (наддув) независимо от рабочей точки двигателя (скорости и крутящего момента). Это невозможно из-за того, что частота вращения вала турбокомпрессора зависит от массового расхода выхлопных газов, который зависит от рабочей точки двигателя.

Для турбонагнетателя с фиксированной геометрией при низкой частоте вращения двигателя массовый расход выхлопных газов низкий, поэтому скорость вращения вала турбокомпрессора низкая, что означает низкий наддув воздуха. С другой стороны, при высокой частоте вращения двигателя массовый расход отработавших газов является высоким, а также высокая скорость вала турбокомпрессора, что выражается в высоком нагнетании (давлении) всасываемого воздуха.

Поток жидкости через трубу

Чтобы понять принцип работы турбонагнетателя с переменной геометрией (VGT) , нам нужно вспомнить некоторые законы гидродинамики.

Представьте, что у вас есть труба с переменным диаметром по ее длине.

Изображение: непрерывность потока жидкости

A [м 2 ] - площадь
В [м / с] - скорость
p [Па] - давление

В большей зоне A 1 жидкость собирается в иметь определенный массовый расход [кг / с]. Поскольку масса жидкости сохраняется, чтобы иметь возможность пропускать ту же массу через меньшую площадь A 2 , скорость жидкости должна быть увеличена.

Следующие законы применяются к жидкости, протекающей через трубу с переменным диаметром:

\ [A_1 \ cdot v_1 = A_2 \ cdot v_2 = \ text {const.2} {2} + p_1 = \ text {const.} \ Tag {2} \]

ρ [кг / м 3 ] - плотность жидкости

Это означает, что в секции с меньшей скоростью жидкости в порядке чтобы поддерживать постоянную сумму между членами, давление должно быть увеличено. Это называется закон Бернулли .

Подводя итог, можно сказать, что для жидкости, протекающей через два поперечных сечения с разными площадями, справедливы следующие соотношения:

\ [\ begin {split}
A_1> A_2 \\
p_1> p_2 \
v_1
\ end { split} \]

Соотношение A / R турбокомпрессора

Важной геометрической характеристикой (параметром) турбонагнетателя является отношение A / R , где A обозначает площадь поперечного сечения входного отверстия турбины / компрессора, а R - радиус осевая линия турбо к центроиду области А.

Отношение A / R (площадь, разделенная на радиус) применяется как для компрессора, так и для турбины, но основное влияние на производительность турбокомпрессора связано с отношением A / R турбины .

Изображение: отношение A / R турбокомпрессора (1)

Изображение: отношение A / R турбокомпрессора (2)
Кредит: Honeywell Garrett

Производительность турбины зависит на соотношение A / R корпуса и оказывает существенное влияние на общую производительность турбокомпрессора.

Небольшое отношение A / R увеличит скорость отработанного газа, когда он входит в колесо турбины, компрессор будет вращаться быстрее и обеспечит увеличение наддува всасываемого воздуха. Негативным эффектом малого отношения A / R является тангенциальный поток выхлопного газа в колесо турбины, что снижает пропускную способность турбокомпрессора. Эффект - повышенное противодавление в выпускном коллекторе при высоких оборотах двигателя, что приводит к затруднению газообмена (выхлопные газы противвпускного воздуха) двигателя и снижение пиковой мощности.

Большое отношение A / R улучшит пропускную способность турбокомпрессора при высоких оборотах двигателя, уменьшая противодавление в выпускном коллекторе. Это улучшит способность двигателя «дышать» (обменный газ) на высокой скорости и подтолкнет пиковую мощность к более высоким значениям. Недостатком является то, что при низких и средних оборотах двигателя скорость отработанного газа будет ниже (из-за большей площади потока), а увеличение приточного воздуха будет медленнее (турбо-запаздывание).

Изображение: BV50 - турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) для бензиновых двигателей.
Кредит: BorgWarner

. Для лучшего понимания возьмем в качестве примера два турбокомпрессора с различными соотношениями A / R и один и тот же базовый двигатель (6 цилиндров по 3 литра). вместимость).

Отношение A / R Характеристики турбокомпрессора Характеристики двигателя / транспортного средства
0.83
  • низкая пропускная способность
  • высокая скорость
  • быстрая реакция приточного воздуха
  • высокое противодавление выхлопных газов
Двигатель:
  • высокий крутящий момент низкого уровня
  • быстрый отклик крутящего момента
  • ограниченная пиковая мощность

Автомобиль:

  • быстрых ускорений с места
  • удовольствие от вождения
  • подходит для городского вождения
1.22
  • с высокой пропускной способностью
  • с низкой скоростью потока
  • с более медленной реакцией наддува (с турбонаддувом)
  • с низким противодавлением выхлопных газов
Двигатель:
  • с малым крутящим моментом на низком конце
  • с медленной реакцией
  • выше пиковая мощность

Автомобиль:

  • слабое ускорение в состоянии покоя
  • более высокая максимальная скорость
  • подходит для загородного вождения

Одним словом, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией (VGT) объединяют в себе преимущества малое отношение A / R и большое отношение A / R в одном устройстве , объединяя преимущества обоих типов.

Типы турбокомпрессоров с изменяемой геометрией

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией означают с переменным отношением A / R . Единственный вероятный способ получить переменное отношение A / R - это путем изменения площади поперечного сечения потока отработавших газов. Радиус R всегда будет постоянным.

По сравнению с турбокомпрессорами с фиксированной геометрией турбокомпрессоры с изменяемой геометрией предназначены для:

  • увеличения давления наддува всасываемого воздуха при низких оборотах двигателя
  • улучшают время отклика турбокомпрессора на переходных фазах работы двигателя
  • увеличивают доступность максимального двигателя крутящий момент
  • предотвращает чрезмерное повышение оборотов при высокой частоте вращения двигателя
  • снижает выбросы выхлопных газов и повышает экономию топлива

В зависимости от производителя турбокомпрессора в автомобильной промышленности существует несколько технических решений.Независимо от используемой механической системы, результат один и тот же: используйте подвижные компоненты, чтобы обеспечить переменную площадь поперечного сечения A, чтобы получить общее переменное отношение A / R.

Наиболее распространенные типы турбонагнетателей с изменяемой геометрией:

  • поворотные лопатки
  • подвижная стенка
  • скользящее кольцо
  • с изменяемой площадью
Поворотные лопатки турбокомпрессоров с изменяемой геометрией

Поворотные (вращающиеся) лопасти турбокомпрессоров используются в пассажирских турбинах. применение в транспортных средствах, и они являются наиболее распространенным типом турбокомпрессоров с изменяемой геометрией (VGT).

Изображение: турбокомпрессор с изменяемой геометрией - компоненты

  1. корпус турбины
  2. колесо турбины
  3. лопасти
  4. унисон
  5. кольцо
  6. регулируемое кольцо
  7. система рычагов
  8. колесо компрессора
  9. привод
  10. компрессора
  11. корпус
  12. 9015 9015 9015 9015 Изменение площади поперечного сечения турбины достигается вращающимися лопастями (3). Они механически связаны с регулируемым кольцом (5), которое управляется пневматическим приводом (9) через систему механических рычагов (6).

    В зависимости от рабочей точки двигателя модуль управления двигателем (ECM) регулирует давление воздуха в пневматическом приводе, который закрывает или открывает поворотные лопатки.

    Изображение: узкое отверстие лопасти
    Кредит: Volvo

    Изображение: VGT (узкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    Изображение: поток выхлопных газов (узкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    При низких оборотах двигателя лопатки находятся в узком положении, площадь поперечного сечения для потока выхлопных газов мала, отношение A / R минимально и Скорость отработанного газа через турбину на максимуме.Это приводит к высокой скорости компрессора и большому приточному воздуху.

    Изображение: широкое отверстие лопасти
    Кредит: Volvo

    Изображение: VGT (широкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    Изображение: поток выхлопных газов (широкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    При высоких оборотах двигателя лопасти находятся в широком положении, площадь поперечного сечения для потока выхлопных газов велика, отношение A / R является максимальным, а Скорость отработанного газа через турбину минимальна.Скорость компрессора будет медленнее, но достаточной для обеспечения необходимого притока всасываемого воздуха.

    Кроме того, увеличена пропускная способность турбины, что уменьшит противодавление отработавших газов и позволит двигателю нормально «дышать».

    Положение лопаток (отношение A / R) можно регулировать между минимальным (полностью закрытым) и максимальным (полностью открытым) положением. Точное положение лопастей зависит от рабочей точки двигателя внутреннего сгорания (скорости и крутящего момента) и регулируется модулем управления двигателем (ECM) или модулем управления силовой передачей (PCM).

    Изображение: турбонагнетатель с изменяемой геометрией GT17VNT
    Кредит: Honeywell Turbo Technologies

    Изображение: турбонагнетатель с изменяемой геометрией GT17VNT
    Кредит: Honeywell Turbo Technologies

    Наиболее распространенные конструкции с изменяемой геометрией используют вращающиеся лопасти (аэродинамические профили), расположенные как планки в шторке окна вокруг колеса турбины. Эти лопатки перемещаются для регулирования площади поперечного сечения потока выхлопных газов через турбину.Лопасти установлены в корпусе турбины одним концом, закрепленным на корпусе. Другой конец лопасти соединен через штифт с пластиной, называемой унисонным кольцом. Вращение этого унисонного кольца заставляет все лопасти вращаться вокруг фиксированной точки поворота.

    Изображение: турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) - узел поворотных лопаток

    узел поворотных лопаток также известен как сопловое кольцо .

    При высоких температурах выхлопных газов сухое трение между металлами между лопастями, шарнирами и кольцом может быть проблематичным и привести к заеданию поворотного механизма.Если они застрянут в открытом положении, производительность двигателя на низких скоростях будет плохой. Если лопасти застрянут в закрытом (узком) положении, при высоких оборотах двигателя будет существенное противодавление выхлопных газов, что приведет к превышению скорости и даже к отказу турбины.

    Конструкция поворотных лопаток большую часть времени используется в дизельных и бензиновых двигателях для пассажирских транспортных средств.

    Турбокомпрессор с изменяемой геометрией и подвижной стенкой

    Еще один способ получения переменного соотношения A / R - использование подвижной стенки внутри турбокомпрессора.Переменная площадь поперечного сечения будет создана между движущейся стенкой и корпусом турбины.

    Изображение: Турбокомпрессор с изменяемой геометрией и подвижной стенкой (VGT) - операция
    Кредит: Cummins Turbo Technology

      Колесо компрессора Датчик частоты вращения вала
    1. Пневмопривод
    2. неподвижная пластина кожуха
    3. Колесо турбины
    4. Скользящее кольцо и сопло с подвижным соплом лопатки (подвижная стенка)
    5. толкатель и втулки
    6. рабочая вилка

    В этой конструкции подвижная стенка (6) содержит кольцо форсунки, причем лопатки закреплены под постоянным углом.Положение кольца сопла относительно корпуса турбины, его положение регулируется пневмоприводом (3). При уменьшении площади поперечного сечения лопасти кольца сопла входят в неподвижную стенку (4) через радиальные пазы.

    Изображение: Турбонагнетатель с раздвижной форсункой - узкий
    Кредит: Cummins Turbo Technology

    Изображение: Турбонагнетатель с раздвижной форсункой - широкий
    Кредит: Cummins Turbo Technology

    При низкой скорости двигателя кольцо форсунки сдвигается вправо, уменьшая площадь поперечного сечения и отношение A / R.Это приведет к увеличению скорости выхлопных газов, турбонагнетатель будет вращаться быстрее, а приточный воздух увеличится.

    Когда кольцо форсунки (движущаяся стенка) находится в максимальном левом положении, площадь поперечного сечения потока выхлопных газов максимальна. Отношение A / R также находится на своем максимальном значении, двигатель работает на высокой скорости .

    По сравнению с поворотными лопатками турбокомпрессоры с изменяемой геометрией подвижной стенки обладают меньшим количеством движущихся частей, что означает меньшие точки износа и лучшую надежность (меньше шансов на отказ).Конструкция с подвижной стенкой обладает потенциалом повышения эффективности при высоком потоке выхлопных газов. Не имея нескольких точек поворота, утечка выхлопных газов уменьшается, а общая эффективность улучшается. Основным недостатком конструкции с подвижной стенкой являются высокие производственные затраты, в основном из-за узкого зазора и минимального контакта лопаток кольцевого сопла с отверстиями пластины кожуха.

    Конструкция с подвижной стенкой чаще всего используется в дизельных двигателях для коммерческих транспортных средств. Например, Scania использует в своих дизельных двигателях турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT) с подвижным соплом.

    Изображение: турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) - slidevane
    Кредит: Scania

    1. воздухозаборник
    2. колесо компрессора
    3. выходной патрубок наддувочного воздуха
    4. датчик скорости
    5. привод
    6. скользящее кольцо форсунки
    7. турбина
    8. турбина
    9. турбина Впускное отверстие для выхлопных газов
    10. Выпускное отверстие для выхлопных газов

    Геометрия и поток газа в турбонагнетателе с изменяемой геометрией регулируются скользящим кольцом сопла, которое управляется электрическим приводом.Это позволяет точно контролировать как наддувочный воздух для двигателя, так и поток EGR.

    Поток всасываемого воздуха можно оптимизировать во всем диапазоне рабочих скоростей двигателя. Это означает, что VGT можно использовать для улучшения отклика двигателя и низкого крутящего момента. Он также используется для ускорения переключения передач с помощью Scania Opticruise, поддерживая скорость турбины во время переключения передач.

    Турбокомпрессор с изменяемой геометрией скользящего кольца

    Конструкция сайдинг-кольца аналогична архитектуре с подвижной стенкой.Основное отличие состоит в том, что лопатки закреплены в неподвижной пластине с соплами. Изменение площади поперечного сечения потока отработавших газов осуществляется с помощью подвижного (осевого) кольца.

    Изображение: турбонагнетатель с подвижным кольцом
    Кредит: Honeywell Turbo Technologies

    Изображение: турбонагнетатель с скользящим кольцом
    Кредит: Honeywell Turbo Technologies

    В закрытой (узкой) позиции скользящее кольцо находится рядом с пластиной сопла, и весь поток выхлопных газов проходит через лопасти.Это позиция с наименьшим отношением A / R, высокой частотой вращения вала и высоким приточным воздухом.

    Когда скользящее кольцо отходит от пластины сопла, выхлопной газ частично обходит узел лопастей и напрямую поступает в турбину. В этом положении турбина имеет более высокое отношение A / R, меньшую частоту вращения вала, а компрессор обеспечивает более низкий приток воздуха.

    Турбонагнетатель с изменяемой площадью

    Турбонагнетатель с изменяемой геометрией поворотных лопаток получает переменное отношение A / R, вращая лопатки вокруг своей точки поворота.Основным недостатком этой технологии является сложная и дорогостоящая механическая система.

    Айсин Сейки (Aisin Seiki) разработал турбонагнетатель с изменяемой геометрией, который имеет гораздо более простую механическую систему, что снижает затраты на производство и повышает надежность. Турбокомпрессор с переменным расходом (VFT), разработанный Aisin Seiki, основан на принципе переменной площади. Корпус турбины имеет две спирали, внутреннюю и внешнюю. Центральный поворотный клапан направляет поток выхлопных газов через внутреннюю лопасть, наружную лопасть или обе, в зависимости от рабочей точки двигателя (скорость и крутящий момент).

    Вдоль стенки турбокомпрессора, между внутренней спиралью и внешней спиралью, есть также несколько стационарных лопастей, которые помогают перенаправить поток выхлопных газов в колесо турбины.

    По сравнению с турбонагнетателем с изменяемой геометрией поворотных лопаток количество компонентов в турбонагнетателе с переменным расходом меньше. Кроме того, имеется только одна движущаяся часть - центральный клапан, который позволяет модулю управления двигателем (ECM) использовать простой алгоритм управления, аналогичный тому, который используется для турбокомпрессоров с фиксированной геометрией с перепускным клапаном.

    Изображение: турбонагнетатель с переменным расходом (VFT) - низкий расход
    Кредит: Aisin Seiki

    Изображение: турбонагнетатель с переменным расходом (VFT) - высокий расход
    Кредит: Aisin Seiki

    1. внутренняя спираль
    2. наружная спираль
    3. центральный клапан управления потоком
    4. стационарные лопатки

    При низких оборотах двигателя (низкий расход потока выхлопных газов) центральный клапан (3) полностью закрыт, а выхлопные газы проталкивается через внутреннюю спираль (1), которая имеет меньшую площадь поперечного сечения и отношение A / R.В этом состоянии нет никакого потока отработавших газов во внешнюю спираль, хотя между наружной и внутренней спиралями имеются проходы, поскольку внешняя спираль (2) рассматривается как камера со статическим давлением.

    При высокой скорости двигателя (высокая скорость потока выхлопных газов) центральный клапан контролирует количество выхлопных газов, поступающих во внешнюю спираль. Газ, поступающий во внешнюю спираль, подается во внутреннюю спираль через неподвижные лопатки и сливается с потоком во внутренней спирали.Направление потока к ротору турбины представляет собой комбинацию векторов двух потоков. Изменяя угол потока к ротору турбины, можно контролировать скорость турбины и, следовательно, контролировать входное давление турбины (противодавление выхлопных газов двигателя).

    Турбонагнетатель с переменным расходом (VFT) является гораздо более простым и более дешевым вариантом по сравнению с турбокомпрессором с изменяемой геометрией и поворотной лопаткой. Японские производители автомобилей (Honda) интегрировали VFT в бензиновые и дизельные двигатели.

    Что касается исполнительных систем , турбокомпрессоры с изменяемой геометрией имеют пневматический привод или электрический привод . Несмотря на более высокую стоимость, турбонагнетатели с электроприводом имеют более быстрое время отклика и более точное приведение в действие движущихся элементов.

    Изображение: Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) - электрическое управление
    Кредит: Audi

    Преимущества турбокомпрессоров с изменяемой геометрией

    По сравнению с турбонагнетателем с изменяемой геометрией турбокомпрессор с изменяемой геометрией имеет следующие преимущества:

    • выше низко- конечный максимальный крутящий момент : турбонагнетатель с изменяемой геометрией может улучшить максимальный крутящий момент двигателя в области нижнего конца благодаря способности турбонагнетателя обеспечивать большее количество воздушной массы; это приводит к большему количеству впрыскиваемого топлива, следовательно, более высокое среднее эффективное давление и крутящий момент
    • ,
    • и быстрее реагируют на крутящий момент двигателя : особенно в области низких скоростей, отставание крутящего момента двигателя сводится к минимуму благодаря способности турбонагнетателя ускоряться и обеспечить требуемый приточный воздухозаборник
    • с более высоким воздушно-топливным отношением при низкой частоте вращения двигателя : дополнительный приточный воздухозаборник дает более высокий воздушно-топливный коэффициент (больше воздуха для сгорания), что может помочь уменьшить выбросы выхлопных газов
    • снижается потери дросселирования в выпускном коллекторе : турбонагнетатель с изменяемой геометрией не нуждается в перепускном клапане, поскольку поток выхлопных газов регулируется поворотными лопатками, скользящим кольцом или центральным клапаном; поэтому потери на дросселирование выпускного коллектора уменьшаются, что увеличивает способность двигателя «дышать» (выполнять газообмен) с меньшими потерями.
    • улучшает показатели рециркуляции выхлопных газов (EGR): для систем EGR высокого давления, когда клапан EGR открыт, важно, чтобы давление выхлопных газов было выше, чем давление всасываемого воздуха, чтобы иметь поток газа; Будучи способным увеличить противодавление в выпускном коллекторе, турбонагнетатель с изменяемой геометрией повышает эффективность системы рециркуляции отработавших газов
    • ,
    • , , повышает эффективность торможения двигателем : когда двигатель находится в режиме выбега (торможение двигателем), если отношение A / R составляет турбина мала, противодавление в выпускном коллекторе будет выше; в этом случае тормозной момент двигателя будет выше, так как потребуется сжатие воздуха в выхлопе на более высоком уровне.

    Изображение: Сравнение давления наддува
    Кредит: BorgWarner Turbo Systems

    Изображение: Сравнение крутящего момента двигателя
    Кредит: Garrett Engine Boosting Systems

    Изображение: Сравнение мощности двигателя
    Кредит: Garrett Engine Boosting Systems

    Изображение: Сравнение расхода топлива
    Кредит: Garrett Engine Boosting Systems

    AVNT TM - Усовершенствованный турбокомпрессор с переменным соплом (Торговая марка: Garrett Engine Boosting Systems)

    Исследования, проведенные Garrett Engine Boosting Systems, показывают значительное улучшение кривой крутящего момента двигателя благодаря улучшенному контролю соотношения воздух-топливо ,Для данной трансмиссии крутящий момент сцепления увеличился до 45%, а максимальный крутящий момент - более чем на 30%. Эти два усовершенствования напрямую связаны с увеличенным потоком всасываемого воздуха, создаваемым AVNT TM на низких оборотах двигателя.

    Кроме того, более высокие значения мощности до 6% также были оценены благодаря способности AVNT TM снижать уровни наддува при высоких оборотах двигателя, снижая таким образом давление зажигания цилиндра двигателя и тепловую нагрузку наддувочного воздуха. кулер.

    Улучшения экономии топлива, на динамометре, также были продемонстрированы. Способность оптимизировать воздушно-топливное отношение, минимизировать насосные потери и работать с более высокой эффективностью, все это положительно влияет на удельный расход топлива.

    На дизельных двигателях при низких оборотах двигателя выбросы дыма могут быть значительно снижены благодаря способности турбонагнетателя регулировать соотношение воздух-топливо. Выбросы NO x также могут быть уменьшены благодаря повышенному противодавлению в выпускном коллекторе.Отрицательный перепад давления в двигателе (давление в выпускном коллекторе выше, чем давление во впускном коллекторе) увеличивает поток выхлопных газов во впускной коллектор.

    В зависимости от производителя турбокомпрессоры с изменяемой геометрией имеют разные сокращения, но все они достигают одного и того же: переменного отношения турбины :

    • VGT - турбокомпрессор с изменяемой геометрией (Cummins, Holset)
    • VNT - Турбина с переменным соплом (Honeywell Garrett Turbo Systems)
    • VFT - Турбонагнетатель с переменным расходом (Aisin Seiki)
    • VTG - Геометрия с изменяемой турбиной (BorgWarner Turbo Systems и ABB 9 9 9 9 9) - Турбокомпрессор с переменной геометрией (IHI Turbo)
    • VTA - Турбина с изменяемой площадью (MAN Diesel Turbo Systems)
    ,

    Как работает Wastegate турбокомпрессора

    Что такое Wastegate

    Как работает сторожевая шлюза

    Вторичный клапан - это устройство, встроенное в турбонагнетатель, которое контролирует максимально допустимое давление наддува. Концепция перепускной заслонки несколько проста, если вспомнить, что наддув турбокомпрессора напрямую связан с массовым расходом, давлением и температурой выхлопных газов, когда они проходят через корпус турбины турбокомпрессора. Именно на этом этапе тепловая энергия (потенциальная энергия) выхлопа двигателя преобразуется в механическую энергию с помощью колеса турбины.Если поток выхлопных газов отклоняется так, что он не проходит через колесо турбины турбокомпрессора, то его потенциальная энергия не преобразуется турбиной. Проще говоря, уменьшение потока выхлопных газов через турбину уменьшает и / или контролирует давление наддува. Короче говоря, перепускной клапан просто отклоняет поток выхлопных газов вокруг колеса турбины и направляется прямо в выхлопную трубу, как только достигается заданное давление в коллекторе (давление наддува).

    Диаграмма потока выхлопных газов внутреннего перепускного клапана с клапаном перепускного клапана в закрытом и открытом положении.
    Обратите внимание, что красные линии показывают концентрацию потока выхлопных газов через корпус турбины и через колесо турбины.

    Типы отходов

    Существует два типа шлюзов; внутренний и внешний. Внутренний перепускной клапан встроен в корпус турбины. Внешний выпускной клапан установлен в выпускной трубе между выпускным коллектором и входом в корпус турбины. В любом случае для управления клапаном перепускного клапана требуется привод.Когда клапан открыт, поток выхлопных газов отклоняется от своего обычного пути через турбинное колесо и вместо этого выходит непосредственно в выхлопную трубу.

    Методы контроля отходов

    Один из самых простых методов управления клапаном перепускного клапана - посредством давления во впускном коллекторе (абсолютное давление в коллекторе или MAP). Трубопровод или шланг соединяют впускной коллектор с приводом перепускной заслонки, который по существу представляет собой механическое устройство с диафрагмой и пружиной. Пружина внутри привода перепускной заслонки удерживает клапан в закрытом положении.Что касается давления во впускном коллекторе (давления наддува), то и давление в приводе перепускной заслонки, прикладывая усилие к мембране. Когда сила, действующая на мембрану, превышает силу пружины, клапан перепускной заслонки начинает открываться. Когда давление наддува падает, пружина закрывает задвижку.

    Другой метод, популярный в двигателях с электронным управлением, использует электрический соленоид для контроля положения заслонки. Например, дизель GM 6,5 л использует вакуум от вакуумного насоса с приводом от двигателя для управления воротами.При подаче полного вакуума на привод перепускной заслонки он закрывает клапан в корпусе турбины, и выхлопные газы не обходят колесо турбины. Когда вакуум не подается, выхлопные газы могут обходить колесо турбины и выходить непосредственно в водосточную трубу. Привод с электронным управлением постоянно регулируется, чтобы поддерживать пиковое давление наддува и предотвращать подачу турбонагнетателем избыточного давления в коллекторе и / или превышения скорости под нагрузкой.

    Более современная реализация управления сточными воротами осуществляется с помощью электрического привода; это становится все более популярным на двигателях с турбонаддувом.Вместо того, чтобы полагаться на давление в коллекторе или источник вакуума, эти вентиляционные отверстия оснащены электрическим соленоидом, который управляется непосредственно PCM и регулирует положение вентиля вентиля.

    Клапан перепускного клапана в выпускном отверстии корпуса турбины турбокомпрессора Garrett GTP38
    (1999.5 - 2003 7.3L Power Stroke)

    Турбокомпрессоры с регулируемой геометрией (VGT)

    Традиционно (за исключением) турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT) не требует использования перепускной заслонки, поскольку наддув постоянно контролируется положением лопаток в корпусе турбины.Напомним, что VGT физически регулирует эффективный размер корпуса турбины путем увеличения или уменьшения давления выхлопных газов, действующих на колесо турбины. Вместо того, чтобы отводить выхлопные газы вокруг колеса турбины, VGT просто открывает лопасти, имитируя эффект, аналогичный стробовой двери. Когда лопатки закрываются, энергия выхлопа, действующая на колесо турбины, увеличивается. Этот диапазон движения используется для обеспечения желаемого отклика турбонагнетателя при контроле пикового давления наддува и рабочих характеристик при любых условиях.

    противовыбросовый клапан против Wastegate

    Альтернативой перепускной заслонке является продувочный клапан. Выпускной клапан - это механический клапан, установленный между выходом компрессора турбокомпрессора и впускным коллектором (может быть установлен в любом месте системы впуска на стороне нагнетания турбины). Они, как правило, регулируются и будут «сбрасывать» избыточное давление в коллекторе, как только турбонагнетатель достигнет калиброванной настройки. Избыточное давление наддува выбрасывается в атмосферу. Как только давление в коллекторе падает ниже максимального значения, клапан по умолчанию переходит в закрытое положение.В отличие от перепускной заслонки, выпускной клапан традиционно используется как отказоустойчивое устройство, а не как средство постоянного контроля давления в коллекторе. Выпускной клапан может использоваться на двигателе с турбонагнетателем с откачкой в ​​качестве дополнительного средства защиты от избыточного давления в коллекторе.

    Модификации Wastegate для повышения производительности

    В некоторых случаях система перепускной заслонки может быть модифицирована для получения более высокого пикового давления в коллекторе (наддува) путем изменения взаимосвязи между положением клапана перепускной заслонки и давлением наддува.Проще говоря, удерживая заднюю дверь дольше, турбонагреватель получает больший импульс. Одним из примеров такой модификации является популярное обновление типа «J-hook» для модели Cummins с 24 клапанами модели 2001 - 2002 года. Послепродажный продукт отличается более жесткой пружиной, чем заводская связь, что увеличивает давление наддува, необходимое для открытия сточной заслонки. В других случаях шланг привода перепускной заслонки может быть модифицирован для сброса давления таким образом, что для работы перепускного клапана потребуется большее давление в коллекторе.Такие модификации недороги и относительно эффективны с очевидной точкой уменьшения отдачи. Следует иметь в виду, что комбинация воздуха и топлива создает мощность, поэтому наиболее заметные выгоды будут иметь место, когда были проведены обновления топливной системы для повышения топливных характеристик двигателя.

    ,

    Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.