Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, ремонт
Опубликованно 13.02.2020 00:55
С развитием газовых турбин для ДВС производители пытаются улучшить их согласованность с моторами и эффективность. Технически усовершенствованной серийной части решения является изменение геометрии впуска. Далее конструкция турбины с изменяемой геометрией учитывает, принцип работы, особенности эксплуатации. Общие Характеристики
Рассмотренные турбины отличаются от обычных способностью адаптироваться к режиму работы двигателя путем изменения соотношения A/R, определение пропускной способности. Эти геометрические свойства тел, частные площадь поперечного сечения канала, а расстояние между центром тяжести поперечного сечения и Центральной оси турбины.
Актуальность турбокомпрессоров с изменяемой геометрией основан на том, что для высоких и низких оборотов оптимальные значения этих параметров существенно отличаются. Так, при небольшой какой A/R поток имеет более высокую скорость вращается, что позволяет турбине быстрее, однако предельная пропускная способность низкая. Большие значения этого параметра, наоборот, но и большой пропускной способностью и низкой скорости выхлопных газов.
Так что слишком высокий показатель A/R турбины не в состоянии, давление на малых оборотах и при слишком низких придушить двигатель на верхушке (из-за противодавления в выпускном коллекторе производительность падает). Поэтому диаметр с фиксированной геометрией среднее значение A/R выбирал, позволяющий работать во всем диапазоне оборотов, в то время как принцип работы турбины с изменяемой геометрией, основанная на поддержании своего оптимального размера. Поэтому такие возможности при низком минимальный порог наддува и способны очень эффективно на высоких скоростях.
Рядом с именем (турбина с изменяемой геометрией (VGT, VTG)) эти варианты известны как модели с изменяемым сопла (VNT), с изменяемой крыльчаткой (VVT), наддувом сопло с изменяемой площадью (VATN).
Турбина Garrett с изменяемой геометрией предназначен. Помимо того, что публикация подобных деталей других производителей, в том числе и MHI BorgWarner занимаются. Основным производителем функции с контактными кольцами Cummins Turbo Technologies.
Несмотря на использование турбины с изменяемой геометрией в основном на дизельные двигатели, они очень распространены и становятся все более популярными. Предполагается, что к 2020 году такие модели будут более 63 % мирового рынка турбин. Расширение использования этой технологии и ее развития, прежде всего, ужесточением экологических норм. Конструкция
Устройство турбины с изменяемой геометрией от традиционных моделей отличается наличием дополнительного механизма во входной части корпуса турбины. Существует несколько вариантов его конструкции.
Наиболее распространенный тип сползая лопасть-кольцо. Это устройство представляет кольцо с ряда лопастей, жестко расположенных вокруг ротора относительно неподвижной и подвижной плитами. Раздвижной механизм служит для сужения/расширения прохода для потока газов.
В связи с тем, что лопастное кольцо скользит в осевом направлении, это очень компактный механизм, и минимальное количество уязвимостей обеспечивает прочность. Этот вариант подходит для больших двигателей, поэтому применяется в основном на грузовики и автобусы. Он характеризуется простотой, высокой мощности на "низах", надежность.
Второй вариант предполагает также наличие vane кольцо. Но в данном случае это жестко закреплен на плоской пластине и лопатки на шпильки, которые их поворота в осевом направлении, с другой стороны. Таким образом, геометрия турбины меняется через лопатки. Этот вариант отличается более высокой эффективности.
Однако из-за множества подвижных элементов этого дизайна среды менее надежный, особенно в условиях высоких температур. Проблемы были из-за трения металлических частей, которые расширяются при нагревании.
Еще один вариант - движущиеся стены. Во многом она похожа на технику скользящего кольца, но в этом случае неподвижные лопасти статически на плите, а не на механическое решить.
Турбокомпрессор с изменяемой площадью (VAT) предполагает наличие лопаток, поворот вокруг точки установки. В отличие от схем с вращающимися они не звучат установленные вокруг кольца, но в ряд. Учитывая тот факт, что такой вариант требует сложных и дорогих механических систем, были разработаны упрощенные варианты.
Один из них - турбокомпрессор с переменным расходом (VFT) Aisin Seiki. Корпус турбины разделен на два канала неподвижного лезвия и оснащена дверцей, распределяющей потоки информации между ними. Еще несколько фиксированных лопастей установлены вокруг ротора. Они обеспечивают опору и слияния потоков.
Второй вариант, так называемый схема Switchblade, ближе к VAT, однако здесь вместо ряда лопатками лезвие, также с возможностью поворота вокруг точки установки. Существует два типа данной конструкции. Один из них предполагает установку лезвия в Центральной части корпуса. Во втором случае она находится в середине канала и делит его на два отсека, как лопатка VFT.
Для управления турбиной с изменяемой геометрией приводов: электрические, гидравлические, пневматические применяются. Контроль турбокомпрессора двигателя выполняет блок управления (ЭБУ, БУТОН).
Следует отметить, что для такой турбины перепускной клапан не требуется, так как благодаря точному контролю можно замедлить поток выхлопных газов по моему пути и пропустить эксцессов через турбину. Принцип работы
Принцип работы турбины с изменяемой геометрией состоит в поддержании оптимальных значений A/R угол и завихрения путем изменения площади поперечного сечения всасывающей части. Он основан на том, что скорость потока выхлопных газов связан с обратной зависимостью ширины канала. Итак, на "низах" для быстрой раскрутки сечение входного диапазона уменьшается. С ростом оборотов расширяется, чтобы увеличить поток их постепенно. Механизм изменения геометрии
Механизм этого процесса зависит от конструкции. В моделях с вращающимися лопастями это достигается путем изменения его положения: для узкого поперечного сечения лопастей, чтобы встать вертикально радиальных линий, и для расширения канала в ступенчатое положение.
У турбин со скользящим кольцом и подвижной стенки концов происходит осевое перемещение кольца, что также сечение канала изменяется.
Принцип действия VFT основан на разделении потока. Ускорение он при низких вращая заслонку внешнего батарейного отсека канала будет оплатить через перекрытия, в результате чего газы подаются на ротор. При росте нагрузки заслонка поднимается, течет ток через оба отделения с целью расширения полосы пропускания.
Для НДС и модели Switchblade изменение геометрии осуществляется посредством поворота створки: на низких оборотах он будет платить, поднятые, сужая проход для ускорения потока, прилегающей к высокой Urbino колесо, расширяет полосу пропускания. Для турбины второго типа Switchblade характерен обратный порядок работы лопасти.
Итак, на "низах" она примыкает к ротору, в результате чего ток проходит только вдоль внешней стены корпуса. С увеличением скорости вращения лопатки увеличивается, увеличить открывая проход вокруг крыльчатки пропускной способности.
Привод
Среди наиболее частыми приводами пневматические варианта происходит, когда управление устройством через поршень, перемещаемый внутри цилиндра воздух.
Положение лопастей ротора регулируется мембранным приводом, связанным с поршнем регулировочного кольца, так что шея может постоянно изменяются. Привода приводит стержень поршня в зависимости от уровня вакуума, противодействуя пружине. Модуляция вакуума управляет Электрический клапан, ток линейно зависит от параметров вакуума. Вакуум может быть создан вакуумный насос усилителя тормозов. Ток модулируется устройство через батарею и УПРАВЛЕНИЯ.
Самым большим недостатком таких приводов является из-за трудно предсказуемых состояние газа после сжатия, особенно при нагревании. Таким образом, п. гидравлические и электрические приводы являются более полными.
Гидравлические приводы работают по тому же принципу, что и пневматические, но вместо воздуха в цилиндр жидкость, которая может быть представлена в моторное масло. Кроме того, не сжимает его, в результате чего такая система обеспечивает лучший контроль.
Для путешествий-кольцо электромагнитный клапан использует давление масла и сигнал ЭБУ. Гидравлический поршень движется разведение-реечный механизм, крутящий момент передней зубчатой шестерни, что лопасти соединены шарнирно. Для передачи положения лопасти БУТОН после Кличко ее положение привода движется аналоговый регулятор. При низком давлении масла лопасти открыты и закрыты с его рост.
Электрический привод является наиболее точным, так как напряжение очень тонкое управление. Однако это требует дополнительного охлаждения, что трубы с теплоносителем (в пневматических и гидравлических вариантов для удаления тепла из жидкости).
Привод устройства изменения геометрии служит механизм переключение.
В некоторых моделях турбин используется вращающийся Электрический с прямым приводом через мотор. В этом случае положение лопастей ротора привода регулируется электронным клапаном обратной связи через шестерни. Для обратной связи с БУТОНОМ установила передач с кулачковыми магнитного датчика служит.
При необходимости лопаток налог повернуть прибор обеспечивает ток в определенном диапазоне для перехода в заданное положение, затем, получив сигнал от датчика, включается клапан обратной связи. Блок управления двигателем
Из вышесказанного следует, что принцип работы турбины с изменяемой геометрией, основанная на оптимальной координации дополнительного механизма в соответствии с режимом работы двигателя. Следовательно, точного позиционирования и постоянного контроля. Поэтому турбины с изменяемой геометрией блоков управления двигателя контролируется.
Воспользуйтесь стратегиями либо на максимальную производительность или на улучшение экологических показателей. Существует несколько принципов ЗАРОДЫШЕ.
Самый распространенный из них предполагает использование справочной информации на основе эмпирических данных и модели двигателя. В этом случае прямой связи выбирает значения из таблицы и использует обратную связь, чтобы уменьшить ошибки. Это универсальная технология, различные стратегии управления.
Основной недостаток состоит в ограничениях, накладываемых на переходные процессы (резкое ускорение, ручная). Для ликвидации отрицательных, ПД - и ПИД используется контроллер. Последние считают наиболее перспективным, однако они не достаточно точны во всем диапазоне нагрузок. Это решено за счет применения нечеткой логики алгоритмы принятия решений о MAS.
Существует две технологии предоставления справочной информации: модель двигателя средние значения и искусственных нейронных сетей. Последняя включает в себя две стратегии. Один из них предполагает поддержание наддува на заданном уровне, другая поддержания отрицательного перепада давления. Во втором случае, лучшие экологические достигает мощности, но наблюдается превышение скорости турбины.
Не многие производители занимаются разработкой БУТОН для турбокомпрессоров с изменяемой геометрией. Большая часть их представлена продукция торговых марок. Но на рынке есть несколько сторонних upscale ЭКЮ, которые на таких турбин. Общие положения
Основные характеристики турбины массовый расход воздуха и скорость потока. Площадь всасывающей части относится к производительности ограничивающим факторам. Варианты с изменяемой геометрией позволяют изменить эту область. Таким образом, эффективная площадь определяет рамки прохода и угол лопастей. Первый показатель изменения в вариантах исполнения с фазным, второй - в турбины с поворотными лопастями.
Так, турбонагнетатель с изменяемой геометрией постоянно обеспечивают требуемый выравнивания давления. Благодаря вам быстрый доступ двигатели имеют никаких лагов, за время раскрутки турбины, как с обычными большими турбонагнетателями, и не задыхается на высоких оборотах, как с маленькими.
Напоследок стоит отметить, что, несмотря на то, что турбокомпрессор с изменяемой геометрией одно время обкатки без перепускного клапана, установлено, что они обеспечивают увеличение производительности, особенно на "низах", и на высоких оборотах не платить при полностью открытых створок в состоянии справиться с большим массивным потоком. Поэтому во избежание чрезмерного противодавления тем не менее Westgate рекомендуется. Плюсы и минусы
Тюнинг турбины в соответствии с режимом работы двигателя обеспечивает улучшение всех показателей по сравнению с вариантами с фиксированной геометрией: лучшие отзывчивость и производительность во всем диапазоне оборотов; более ровная кривая крутящего момента при средних оборотах; возможность функционирования двигателя при частичной нагрузке более эффективно на обедненной топливо-воздушной смеси; лучший термический КПД; чрезмерного давления наддува на высоких оборотах; лучшие экологические показатели; меньше расход топлива; расширенный Рабочий диапазон турбины.
Главный недостаток Turbo с изменяемой геометрией значительно более сложные конструкции погрузчиков. Ввиду наличия дополнительных подвижные элементы и приводы они менее надежны и ремонт турбин этого типа сложнее. Кроме того, модификация для бензиновых двигателей стоят очень дорого (примерно в 3 раза дороже обычного). Чтобы наконец-то объединить данные турбины сложно с не обрезанной двигателей.
Стоит отметить, что по максимальной мощности турбины с изменяемой геометрией часто хуже обычных аналогов. Это происходит из-за потерь в корпусе и вокруг опор подвижных элементов. Кроме того, максимальная мощность резко падает при отходе от оптимального положения. Однако общая эффективность этой конструкции турбо могут погрузчиков выше, чем при вариантах с фиксированной геометрией, из-за большего охвата. Приложения и дополнительные функции
Область применения турбины с изменяемой геометрией определяет их тип. Так, для всех двигателей легковых и легких коммерческих автомобилей варианты с вращающимися крыльями, а модификация с выдвижной кольца учреждений будет автомобиль в основном на нагрузке.
В целом, чаще всего турбины с изменяемой геометрией турбины для дизельных двигателей используют. Это происходит из-за низких температур их выхлопные газы.
На легковых дизелях данный турбокомпрессор служат в основном для компенсации снижения производительности от системы рециркуляции выхлопных газов.
На грузовике даже турбины улучшать окружающую среду путем контроля количества выхлопных газов, рециркулируемых к впускному отверстию двигателя могут. Таким образом, с использованием турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, позволяет увеличить давление в выпускном коллекторе до величины, больше, чем во впускном коллекторе, с целью ускорения утилизации. Несмотря на то, что чрезмерное противодавление отрицательно сказывается на эффективности использования топлива, оно способствует снижению выбросов оксида азота.
По тому же механизму можно снизить эффективность турбины в заданном положении модифицировать с целью. Это приведет к повышению температуры выхлопных газов с целью промывка сажевого фильтра путем окисления застрявших углеродных частиц в результате нагрева.
Эти функции требуют гидравлическим или электрическим приводом.
Отмечены преимущества турбины с изменяемой геометрией по сравнению с традиционными определить как оптимальный вариант для спортивных двигателей. Однако на двигателях с искровым зажиганием крайне редки. Известно всего несколько спорткар с ними (в настоящее время - Porsche 718, 911 Turbo и Suzuki Swift Sport) является. По словам менеджера BorgWarner, это из-за очень высокой стоимости изготовления турбины, из-за необходимости использования специальных термостойких материалов для взаимодействия с высоких температур выхлопных газов бензиновых двигателей (выхлопные газы дизельных двигателей имеют гораздо более низкие температуры, так что турбины для них дешевле).
Первые VGT, которые были на бензиновых двигателях из традиционных материалов, так что для приемлемой длительности использования сложной системы охлаждения пришлось. Так, на Honda Legend 1988 такая турбина с комбинированным installer водяное охлаждение. Кроме того, обширная область пропускную способность выхлопных газов для двигателей такого типа, поэтому требует обработки большего диапазона массового расхода.
Производители достигают требуемых показателей производительности, оперативности, эффективности и экологии, наиболее дешевыми методами. Исключения единичные случаи, если окончательная цена не существует перед. В этой связи является рекордным, например, при достижении уровня на Koenigsegg One: 1 или адаптации Porsche 911 Turbo для гражданской эксплуатации.
В целом подавляющее большинство турбо-автомобилей с турбокомпрессором обычной конструкции. Для мощных спортивных двигателей часто используют Finale варианты. Хотя такие турбокомпрессор хуже, чем VGT, они имеют те же преимущества по сравнению с обычными турбинами, только в меньшей степени, и при этом имеет почти такую же простую конструкцию, как последние. Что касается тюнинга, то здесь применение турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, помимо высокой стоимости, ограничивает сложность их настройки.
Для бензиновых двигателей в исследовании H. Исихара, K. Adachi S. и Коно, чем при оптимальных VGT был через турбину с переменным расходом (VFT). С только один элемент движения снижает производственные затраты и повышает термическую стабильность. Кроме того, такая турбина работает по простому алгоритму БУТОН, подобных вариантов с фиксированной геометрией, с перепускного клапана. Особенно хорошие результаты получены при комбинации таких турбин с iVTEC. Однако для систем с принудительной индукции происходит увеличение температуры выхлопных газов на 50-100 °с, что влияет на экологические показатели. Эту проблему решил использовать алюминиевый коллектор с водяным охлаждением.
Решение BorgWarner для бензиновых двигателей объединение Winstrol технология и конструкция с изменяемой геометрией в Winstrol турбины с изменяемой геометрией, был представлен на SEMA 2015 его дизайн похож Винстрол турбины: это имеет двойной турбокомпрессор прихожей и двойной монолитное колесо турбины и в сочетании с Винстрол титул, учет порядок цилиндров для устранения пульсаций выхлопных газов с целью создания более плотного потока.
Разница состоит в наличии впускной заслонки, которая распределяет в зависимости от нагрузки ток холодной. На низких оборотах все потребленный газ будет платить на небольшую часть ротора, и большинство закрыто, что обеспечивает еще более быстрое продвижение, чем у обычных Winstrol турбины. При увеличении нагрузки заслонка постепенно становится в среднее положение и распределяет цифры расхода на высоких скоростях, как в стандартном Winstrol дизайн. То есть, после настройки механизма изменения геометрии такой турбины около VFT.
Итак, эта техника, а техника с изменяемой геометрией, позволяет изменять соотношения A/R в зависимости от нагрузки на турбину в соответствии с режимом работы двигателя, что расширяет Рабочий диапазон. При этом рассматриваемая конструкция значительно проще и дешевле, так как здесь только один движущийся элемент, работает по простому алгоритму, и не требует использования термостойких материалов. Последнее обусловлено снижение температуры за счет потерь тепла по стенкам двойного корпуса турбины. Стоит отметить, что подобные решения встречались и раньше (например, quick spool valve), но эта методика по каким-то причинам получил никакого распространения. Техническое обслуживание и ремонт
Основные операции технического обслуживания турбин очистки. Необходимость веществами из-за их взаимодействия с выхлопными газами, и продуктами сгорания топлива и масел. Однако Чистка требуется крайне редко. Интенсивное загрязнение свидетельствует о нарушениях режимов работы, что может из-за чрезмерного давления, износа прокладок или втулок рабочих колес, а также поршень-перегородка, засорение сапуна.
Турбина с изменяемой геометрией более чувствительны к загрязнению, чем обычные. Это связано с тем, что вызывает накопление нагара на направляющих устройства устройства изменения геометрии, что это польские или потерей подвижности. В результате нарушенного функционирования турбокомпрессора.
В простейшем случае Чистка осуществляется за счет использования специальной жидкости, но часто требует ручного труда. Пока что турбину надо разбирать. При снятии механизма изменения геометрии осторожность избежать обрезанных болтов. Последующее высверливание отверстий под своими обломками повредить. Так что Чистка турбины с изменяемой геометрией сложнее.
Кроме того, следует учитывать, что неосторожное обращение с картриджем может быть поврежден или лопасти деформируются. В случае демонтажа после окончания чистки необходимо отжать, но не чистить внутри кассеты, как правило, делают.
Масляный нагар на колесах свидетельствует об износе поршневых колец или клапанов группы, а также уплотнения ротора в картридже. Уборка без устранения данных неисправностей ремонт двигателя или турбины нецелесообразно.
После замены турбокомпрессора для рассматриваемого типа корректировки геометрии требует. Это упорный и грубый чувствует себя регулировочные винты. Обратите внимание, что некоторые модели первого поколения изначально настроен производителей, что снижает мощность на "низах" на 15-25 %. В частности, это касается турбин Garrett. В Интернете можно найти инструкции, как турбина с изменяемой геометрией. Резюме
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией собой наивысшую ступень развития серийных турбин для двигателей внутреннего сгорания. Дополнительный механизм в впускной части обеспечивает адаптацию турбине на работу двигателя путем изменения конфигурации. Это повышает производительность, экономичность и экологичность. Однако конструкции VGT сложным и модели для бензиновых двигателей очень дорого.
Владислав Боев
14
Категория: Автотехника
