Изменяемой геометрией турбины: принцип работы, устройство, ремонт
Опубликованно 25.04.2019 16:50
С развитием турбин для внутренних производителей двигателей внутреннего сгорания пытаются повысить их согласованность с моторами и эффективности. Наиболее технически совершенным серийным решение заключается в изменении геометрии впуска части. Кроме того, конструкция турбины с изменяемой геометрией, принцип работы, особенности обслуживания. Общие характеристики
Рассматриваемой турбины отличаются от обычных способностью адаптироваться к режиму работы двигателя, изменяя соотношение А/Р, определяющий пропускную способность. Эта геометрическая особенность работ, оказываемых частными площадь поперечного сечения канала, и расстояние между центром тяжести этого сечения и центральной оси турбины.
Актуальность турбокомпрессоры с изменяемой геометрией из-за того, что для высокой и низкой скорости оптимальные значения этого параметра существенно отличаются. Поэтому, когда маленький Вэлычна А/Р поток имеет большую скорость, при которой турбина вращается быстро, но максимальную емкость небольшая. Большие значения этого параметра, наоборот, определить пропускную способность и низкую скорость выхлопа.
Поэтому при чрезмерно высокой скорости А/Р турбины не сможет создать давление на низких оборотах, а если слишком низко, он будет душить мотор в верхней (из-за противодавления в выпускном коллекторе упадет производительность труда). Поэтому, турбокомпрессоры фиксированной геометрии выберите среднее значение/Р, позволяющих ему функционировать во всем диапазоне оборотов, в то время как принцип работы турбины с изменяемой геометрией предназначен для поддержания оптимального значения. Поэтому такие варианты при низких повысить и минимальный лаг высокой производительности на высоких скоростях.
В дополнение к основным названием (турбина с изменяемой геометрией (VGT, у ВТГ)) эти варианты известны как модели с регулируемым соплом (ВНТ), переменная лопастного колеса (ВВТ) с переменным сечением сопла турбины (VATN).
Изменяемой геометрией турбины была разработана Гарретом. Кроме того, производство таких деталей других производителей, в том числе ОМС и BorgWarner. Варианты с раздвижной кольцо Камминз Турбо-технологий.
Несмотря на использование турбины с изменяемой геометрией в основном на дизельных двигателях, они довольно распространены и набирают популярность. Ожидается, что в 2020 году, эти модели составляют более 63% мирового рынка турбин. Расширение использования этой технологии и ее развитие связано в первую очередь с ужесточением экологических норм. Дизайн
Устройство турбины с изменяемой геометрией от обычной модели отличается наличием дополнительного механизма на входе в корпус турбины. Существует несколько вариантов его оформления.
Самый распространенный тип-это подвижное лезвие кольцо. Это устройство представляет собой кольцо с жестко закрепленными лопастями, расположенными вокруг ротора и движется относительно неподвижной пластины. Раздвижной механизм сужения/расширения прохода для потока газа.
Потому что лезвие кольцо скольжения в осевом направлении, этот механизм очень компактный, и минимальное количество слабых мест обеспечивает прочность. Этот вариант подходит для больших двигателей, поэтому главным образом используется на грузовых автомобилях и автобусах. Она характеризуется простотой, высокой эффективности "низы", надежность.
Второй вариант также предполагает наличие лопастные кольца. Однако в данном случае он жестко закреплен на плоской пластине, а лопатки установлены на штыри, обеспечивая их вращение в осевом направлении, на другой стороне. Таким образом, геометрией турбины изменяется с помощью лопастей. Этот вариант обладает наибольшей эффективностью.
Однако, из-за большого количества подвижных элементов, такая конструкция менее надежна, особенно в условиях высоких температур. Есть проблемы из-за трения металлических частей, которые при нагревании расширяются.
Другой вариант - двигать стены. Во многом он такой же технологии скользящего кольца, но в этом случае, фиксированный клинок, закрепленный на неподвижной пластины, а не на кольца выскальзования.
Турбонагнетатель с изменяемой площадью (НДС) предполагает наличие лопасти, вращающейся вокруг точки установки. В отличие от схемы с вращающимися лезвиями, они установлены по окружности кольца, и в ряд. Из-за того, что это решение требует сложной и дорогостоящей механической системы, была разработана упрощенная версия.
Одним из них является турбонагнетатель с переменной поток (Вт), Айсин Seiki. Корпус турбины разделен на два канала с фиксированным лезвием и снабжен клапаном, который распределяет поток между ними. Еще несколько фиксированных лопастей, установленных вокруг Ротора. Они обеспечивают удержание и слияния потоков.
Второй вариант называют выкидуха схема, ближе к чану, однако, есть ряд лезвий использует лезвие, также вращается вокруг точки установки. Существует два вида такой конструкции. Один из них предполагает установку лопастей в центральной части тела. Во втором случае он находится в середине канала и делит ее на два отсека, как лезвие ВФТ.
Для управления турбиной с изменяемой геометрией используются в качестве приводов: электрический, гидравлический, пневматический. Управление турбонаддувом обеспечивает блок управления двигателем (ЭБУ.).
Следует отметить, что эти турбины не требуют перепускного клапана, поскольку, благодаря точному контролю можно замедлить выхлопных nodecompression потока сторону и пропустить лишний через турбину. Принцип работы
Принцип работы турбины с изменяемой геометрией является поддержание оптимальных значений А/Р и угол закручивания при изменении площади поперечного сечения входной части. Он основан на том, что скорость потока выхлопных газов связаны обратно пропорционально ширине канала. Поэтому "низы" по разделу быстрое продвижение часть уменьшается на входе. С ростом импульса увеличить поток, он постепенно расширяется. Механизм изменения геометрии
Механизм этого процесса определяется конструкцией. В моделях с вращающимися лезвиями это достигается путем изменения их положения: обеспечить узкого сечения лопасти расположены перпендикулярно к радиальной линии и для расширения канала, они переходят на шаг установки.
Турбин скольжение кольцо и подвижную стенку происходит осевое смещение кольца, что также изменяет сечение канала.
Принцип функционирования ВФТ на основе разделения потока. Ускорение на низкой скорости осуществляется путем перекрытия заслонки внешних отсека канал, по которому газы идут к ротору по кратчайшему пути. При увеличении нагрузки заслонка поднимается, пропуская поток через оба отсека для расширения мощностей.
По НДС и узоры выкидной редактирование точек осуществляется путем поворота лопасти на малых скоростях она поднимается, сужая проход для ускорения потока и на высоком прилегающей к рабочему колесу турбины, расширяя полосу пропускания. Нож для турбины второго типа характеризуется обратной стороне лезвия.
Итак, на "низах" он крепится к ротору, при этом поток только вдоль внешней стены корпуса. С увеличением скорости лезвие поднимается, открывая проход вокруг крыльчатки для увеличения пропускной способности.
Диск
Среди наиболее распространенных вариантов пневматических приводов, где механизм управления поршнем, который перемещается внутри цилиндра воздухом.
Положение лопастей контролируется мембранным приводом, шток, связанный с флюгером контрольным кольцом, так что на шее могут постоянно меняться. Привода приводит стержень в зависимости от уровня вакуума, противодействуя пружине. Модуляция вакуумного управления электрическим клапаном, линию подачи тока в зависимости от параметров вакуума. Вакуум может создать вакуумный насос для усилителя тормозов. Ток поступает от аккумуляторной батареи и регулирует ЭБУ.
Главный недостаток таких приводов заключается в предсказуемой, как газ после сжатия, особенно когда жарко. Таким образом, более сложными являются гидравлические и электрические приводы.
Гидравлические приводы работают по тому же принципу, как и пневматический, но вместо воздуха в цилиндр используется жидкость, которая может быть представлена моторного масла. Кроме того, он не сжимается, когда такая система обеспечивает лучший контроль.
Для перемещения кольцевой клапан использует давление масла и сигнал ЭБУ. Гидравлический поршень перемещается стойки и шестерня механизма, который вращает зубчатые шестерни, при этом лопасти шарнирно соединены. Для передачи положения лопасти бутон на кулачок привода перемещения, аналоговый датчик положения. По низкому давлению масла лопастей открываться и закрываться при ее увеличении.
Электрический привод является наиболее точным, так как напряжение может обеспечить очень точный контроль. Однако, это требует дополнительного охлаждения, которые обеспечивают трубы с жидкостью охлаждения (пневмо-и гидропривод, чтобы удалить тепло жидкости используется).
Чтобы управлять устройство изменения геометрии служит механизмом селектора.
В некоторых моделях турбин с использованием вращающейся электрической прямым приводом Stepper мотора. В данном случае, положение лопастей регулируется электронным клапаном обратной связи посредством реечной передачи. Для обратной связи бутон прикреплен к шестерне кулачок с магниторезистивного датчика.
При необходимости, вращать лопасти, блок управления обеспечивает подачу тока в определенном диапазоне, чтобы переместить их в заданном положении после получения сигнала от датчика, обесточивает клапан обратной связи. Блок управления двигателем
Из этого следует, что принцип работы турбины с изменяемой геометрией на основе оптимального согласования дополнительного механизма в соответствии с режимом работы двигателя. Следовательно, это требует точного позиционирования и постоянного контроля. Таким образом, турбина с изменяемой геометрией управляется ЭБУ двигателя.
Они используют стратегии, чтобы увеличить производительность и улучшить экологические показатели. Существует несколько принципов работы зародыше.
Самый распространенный из них предполагает использование справочной информации, на основе эмпирических данных и модели двигателя. В этом случае прямого подключения контроллера выбирает значения из таблицы и использует обратную связь, чтобы уменьшить количество ошибок. Это универсальная технология, которая позволяет применять различные стратегии управления.
Главным его недостатком является ограниченность транзиентов (резких ускорений, переключений передач). Чтобы устранить его использовали Multi-параметра, ПД - и ПИД-регуляторы. Последняя считается наиболее перспективным, но они не точные во всем диапазоне нагрузки. Эта проблема была решена путем применения нечеткой логики принятия решений алгоритмов с использованием МАС.
Существует два информационных технологий: модель двигателя средних и искусственные нейронные сети. Последний включает в себя две стратегии. Один из них подразумевает наличие наддува на заданном уровне, другой-поддержанием отрицательного перепада давления. Во втором случае, добиться лучших экологических показателей, но есть превышение скорости турбины.
Не многие производители разрабатывают БАД для турбокомпрессоров с изменяемой геометрией. Большинство из них представлены продукция автопроизводителей. Однако, есть некоторые сторонние отличный агрегат, созданный для таких турбин. Общие положения
Основные характеристики представлены турбины массовый расход воздуха и скорость потока. Площадь входного частью относится к ограничивающими факторами производительности. Варианты с изменяемой геометрией позволяет менять поле. Таким образом, полезная площадь определяется высотой прохода и угол лопастей. Первый показатель-это переход от скольжения кольца, второй - на турбины с поворотными лопастями.
Таким образом, турбокомпрессоры с переменной геометрией постоянно обеспечивают необходимый толчок. Благодаря этой особенности их системы пока нет задержки из-за времени раскрутки турбины, а с обычными большими турбонагнетателями, а не душить на высоких оборотах с малым.
Наконец, следует отметить, что, несмотря на то, что турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, предназначенный для работы без перепускного клапана, было установлено, что они обеспечивают прирост производительности особенно на "нижних уровнях" и при высоких оборотах, при полностью открытой лезвия не могут справиться с большим массовым расходом. Поэтому, чтобы предотвратить чрезмерное противодавление по-прежнему рекомендуется использовать Вестгейт. Преимущества и недостатки
Регулировка турбины при работе двигателя обеспечивает улучшение всех показателей по сравнению с вариантов с фиксированной геометрией: лучшие отзывчивость и производительность во всем диапазоне оборотов; более плавную кривую крутящего момента на средних оборотах; возможность работы двигателя на частичной нагрузке для более эффективного обедненной топливно-воздушной смеси; лучшей тепловой эффективности; для предотвращения чрезмерного наддува на высоких оборотах; лучшие экологические показатели. снижение расхода топлива; расширенный рабочий диапазон турбины.
Основным недостатком турбокомпрессоров с изменяемой геометрией-это значительно более сложная конструкция. Благодаря наличию дополнительных движущихся частей и приводов они не менее надежны, ремонт и обслуживание турбин этого типа сложнее. Кроме того, модификации с бензиновыми двигателями стоят очень дорого (примерно в 3 раза дороже обычного). Наконец, турбины трудно примирить с не предназначен для их двигателей.
Следует отметить, что максимальная производительность турбины с изменяемой геометрией часто уступают обычным аналогам. Это связано с потерями в корпусе и вокруг опоры подвижные элементы. Кроме того, можно производительность падает резко, когда отклонение от оптимального положения. Тем не менее, общий КПД турбины такой конструкции выше, чем у вариантов с фиксированной геометрией, за счет большего рабочего диапазона. Приложения и дополнительные функции
Область применения турбины с изменяемой геометрией определяется их тип. Так, на двигателях легковых и легких коммерческих автомобилей устанавливают параметры с вращающимися лопастями, а также изменением скольжения кольцо используется в основном на грузовых автомобилях.
В целом, большая часть турбины с изменяемой геометрией, используемое в дизельных двигателях. Это связано с низкой температурой их выхлопных газов.
На пассажирских двигателях, эти турбокомпрессоры используются, в частности, чтобы компенсировать потери производительности от системы EGR.
На грузовиках турбины может улучшить экологию путем контролировать количество выхлопных газов рециркуляции на впуск двигателя. Так, с помощью турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, чтобы увеличить давление в выпускном коллекторе до величины, большей, чем впускной, для того, чтобы ускорить переработку. Несмотря на то, что чрезмерное противодавление влияет на экономию топлива, способствует снижению выбросов оксидов азота.
Кроме того, механизм может быть изменен, чтобы снизить эффективность турбины в заданном положении. Это используется для увеличения температуры выхлопных газов с целью очистки сажевого фильтра путем окисления захваченных частиц углерода в результате нагрева.
Эти функции требуют гидравлическим или электрическим приводом.
Отмеченные преимущества турбин с изменяемой геометрией по сравнению с традиционными определить их как наилучший вариант для спортивных моторов. Однако, бензиновые двигатели они встречаются крайне редко. Есть только несколько спортивных автомобилей, оснащенных ими (в настоящее время - Порше 718, 911 Турбо и Сузуки Свифт Спорт). По словам одного из менеджеров компании BorgWarner, это связано с очень высокой стоимостью производства таких турбин в связи с необходимостью применения специализированного термостойкого материала для взаимодействия с высокой температурой выхлопных газов бензиновых двигателей (выхлопные газы дизельных двигателей были значительно ниже температуры и поэтому турбина дешевле).
Первый ВГТ используется на дизельных двигателях, был сделан из обыкновенных материалов, так, чтобы обеспечить приемлемый срок службы пришлось использовать сложную систему охлаждения. Так, Хонда легенда 1988, турбины, в сочетании с интеркулера системы охлаждения. Кроме того, для двигателей этого типа более обширный спектр выхлопных полосы пропускания, следовательно, требует умения обрабатывать больший диапазон массового расхода.
Производители достигают требуемой производительности, оперативности, эффективности и устойчивости самых дешевых методов. За исключением нескольких случаев, когда конечная стоимость не является приоритетом. В этом контексте, например, достижение рекордных показателей на Koenigsegg один: 1, или адаптации Порше 911 Турбо на госслужбу.
В общем, подавляющее большинство турбированных автомобилей, оснащенных турбонагнетателями обычной конструкции. Для высокой производительности гоночных двигателей часто используют варианты twinscroll. Хотя эти ВГТ турбины уступают, они обладают теми же преимуществами по сравнению с обычными турбинами, но в меньшей степени, и, таким образом, имеют почти тот же простой дизайн, как в прошлый раз. Что касается тюнинга, то здесь применение турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, в дополнение к высокой стоимости, ограничен сложностью их параметры.
Для бензиновых двигателей в исследовании Н. Ишихара, К. Окадзаки, С. Коно как самый оптимальный среди ВГТ был отмечен турбины с переменным расходом (ВФТ). Единственный движущийся элемент снижения себестоимости продукции и увеличения термостойкости. Кроме того, эта турбина работает на простом алгоритме бутон, похож на опцион с фиксированной геометрией, оборудован перепускным клапаном. Особенно хорошие результаты были получены при совмещении турбины с iVTEC. Однако, для систем с принудительной индукции происходит увеличение температуры выхлопных газов на 50-100 °С, что влияет на экологические показатели. Эта проблема была решена с помощью алюминиевого коллектора с водяным охлаждением.
Решение по BorgWarner для дизельных двигателей совместная twinscroll технология и конструкция с изменяемой геометрией в twinscroll турбины с изменяемой геометрией, представленных на SEMA 2015, его дизайн похож на twinscroll турбины: этот Turbo имеет двойной вход и двойной монолитные колеса турбины и в сочетании с twinscroll коллектора, с учетом последовательности работы цилиндров, чтобы исключить пульсации выхлопных газов, чтобы создать более плотный поток.
Разница является наличие входного клапана, которая, в зависимости от нагрузки распределяет поток посредством крыльчаток. На низких оборотах, все выхлопные газы являются лишь небольшой частью ротора, и большинство блокируется, что обеспечивает еще более быстрому продвижению, чем обычные twinscroll турбины. Нагрузка увеличивается, клапан постепенно перемещается в среднее положение и равномерно распределяет поток на высоких оборотах, как и в стандартной конструкции twinscroll. То есть, механизм устройства для изменения геометрии турбины близко к ВФТ.
Таким образом, эта технология, как технология с изменяемой геометрией, обеспечивает изменение соотношения а/R в зависимости от нагрузки, регулировка турбины при работе двигателя, расширяя рабочую зону. Этот дизайн намного проще и дешевле, так как есть только один движущийся элемент, работающий по простому алгоритму и не требует использования термостойких материалов. Это вызвано снижением температуры за счет потерь тепла на стенки двойным корпусом турбины. Следует отметить, что аналогичные решения были найдены ранее (например, быстрая золотник), но по каким-то причинам не нашли распространения. Техническое обслуживание и ремонт
Основное содержание работы турбины чистый. Потребность в ней из-за их взаимодействия с выхлопными газами, представляют продукты сгорания топлива и масла. Однако, чистка требуется крайне редко. Высокое загрязнение свидетельствующих о нарушениях режима работы, которые могут быть вызваны избыточным давлением, износ прокладки или втулки, турбинка и поршня-камере, засорения сапуна.
Турбина с изменяемой геометрией более чувствительна к загрязнению, чем обычно. Это происходит потому, что накопление нагара в направляющее устройство, устройство изменения геометрии приводит к джем или потерей подвижности. В результате нарушенного функционирования турбонагнетателя.
В простейшем случае чистка проводится с помощью специальной жидкости, однако, часто требует ручной работы. Сначала надо разобрать турбину. При отключении механизма изменения геометрии должны быть осторожны, чтобы избежать обрезанных болтов крепления. Последующее бурение мусор может повредить отверстия. Таким образом, чистка турбины с изменяемой геометрией-это немного сложнее.
Кроме того, необходимо учитывать, что неосторожное обращение с картриджем может привести к повреждению или деформации лопастей. В случае разборки, после очистки нужно будет балансировать, но внутри картриджа очистки, как правило, не.
Нефтяных месторождений на колесе указывает на износ поршневых колец или группы клапанов и уплотнений Ротора в картридже. Чистка без снятия этих неисправностей двигателя или ремонта турбины нецелесообразно.
После замены картриджей для турбокомпрессоров рассматриваемого типа требует геометрические конфигурации. Для этого упорный и грубый регулировочных винтов. Следует отметить, что некоторые модели первого поколения изначально не настроен производителями, за счет чего они снизили производительность на "низы" на 15-25 %. В частности, это справедливо для турбин Гарретт. В интернете можно найти инструкции о том, как регулировать турбину с изменяемой геометрией. Резюме
Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией представляют собой высшую ступень в развитии серийных турбин для двигателей внутреннего сгорания. Дополнительный механизм в нижней части обеспечивает адаптацию турбины на рабочий режим двигателя путем корректировки конфигурации. Это повышает производительность, прибыльность и устойчивость. Однако, контруччи ВГТ сложна, и модели для бензиновые двигатели очень дорогие.
Владислав Боев
Категория: Авто
