Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, ремонт
Опубликованно 21.02.2020 03:10
С развитием турбин для двигателей внутреннего сгорания, производители пытаются улучшить их согласованность с двигателя и эффективность. Более технически совершенная серия решением является изменение геометрии впуска части. Затем рассмотрены конструкция турбины с изменяемой геометрией, принцип работы, характеристики. Общие характеристики
Договоров турбины отличаются от обычных возможностью адаптации к условиям работы двигателя путем изменения соотношения A/R, определяет полосу пропускания. Это характеристика геометрической корпуса, представлен частный, площадь поперечного сечения канала и расстояние от центра тяжести этого сечения, и центр оси турбины.
Актуальность турбокомпрессоров с переменной геометрией обусловлена тем, что для высоких и низких оборотах, оптимальное значение этого параметра существенно отличаются. Таким образом, при малых felicite A/R поток имеет большую скорость, в результате чего турбина вращается быстро, однако, предел низкой пропускной способностью. Большие значения этого параметра, наоборот, определяют более высокую пропускную способность и скорость выхлопных газов.
Таким образом, если слишком высокий показатель A/R турбины не в состоянии создать давление на низких оборотах, и если он слишком низкий, двигатель задыхается на вершине (из-за обратного давления в выхлопной коллектор снижения производительности). Поэтому, на турбокомпрессор с фиксированной геометрией выбирают среднее значение A/R, что позволяет работать в любом диапазоне оборотов, в то время как принцип работы турбины с изменяемой геометрией, основанной на поддержание ее оптимальной. Таким образом, эти параметры, когда пороговый уровень давления и минимальном lage очень эффективен на большой скорости.
Помимо основного названия (турбина с изменяемой геометрией (VGT, VTG)) эти варианты известны как модель переменной сопла (VNT), переменная колеса (VVT), турбины, сопла переменной поверхности (VATN).
Турбина с изменяемой геометрией был разработан Гарретт. Кроме того, выпуск этих монет, занимаются и другие производители, в том числе ICM и BorgWarner. Основным производителем вариантов скольжения кольцо Cummins Turbo Technologies.
Несмотря на использование турбин с изменяемой геометрией в основном на дизельные двигатели, они очень распространены и набирают популярность. Предполагается, что к 2020 году эти модели будут занимать не более 63 % мирового рынка турбин. Расширение использования этой технологии и ее развитие связано, прежде всего, ужесточение экологических стандартов. Дизайн
Устройство турбины с изменяемой геометрией от обычных моделей отличается наличием дополнительного механизма на вход турбины корпус. Существует несколько вариантов конструкции.
Самый общий тип скользящей средней на взлетно кольцо. Данное устройство представлено кольцом с рядом неподвижных лопаток, расположенных вокруг ротора и движение относительно неподвижной пластины. Раздвижной механизм позволяет сжатие/расширение прохода для потока газа.
Потому что тесто кольцо скользит в осевом направлении, этот механизм очень компактный, и минимум недостатков, обеспечивает прочность. Этот вариант идеально подходит для больших двигателей, поэтому применяется в основном на грузовики и автобусы. Он характеризуется простотой и высокой производительности на "низах", надежность.
Второй вариант также предполагает наличие кольца. Тем не менее, в этом случае, он жестко закреплен на плоской пластине, при этом лопасти установлены на штифтах, что позволяет им вращаться в осевом направлении, с другой стороны. Таким образом, геометрия турбины изменяется с помощью лопастей. Этот вариант имеет лучшую эффективность.
Тем не менее, из-за большого количества подвижных элементов, эта конструкция менее надежна, особенно в условиях. Отмеченные проблемы обусловлены трением металлических деталей, которые при нагревании расширяются.
Другой вариант - движение стенки. Во многом он аналогичен технологии скользящего кольца, но в этом случае неподвижных лопастей, установленных на статических пластины, а не на скользкое кольцо.
Турбокомпрессор с переменной поверхности (VAT) предполагает наличие лопаток, вращение вокруг точки установки. В отличие от схемы поворота лопастей, они не установлены по окружности кольца, и в ряде. Учитывая, что этот вариант требует сложной и дорогостоящей механической системы, были разработаны упрощенные варианты.
Один из них - турбокомпрессор с переменным потребления (VFT) Aisin Seiki. Корпус турбины состоит из двух каналов фиксированной крыло и оснащен заслонкой, перераспределения потоков между ними. Еще несколько неподвижные лопатки установлены вокруг ротора. Они обеспечивают сохранение и слияния потоков.
Второй вариант, называемый схема Switchblade, ближе НДС, а ряд лопаток использует весло, а также поворот вокруг точки установки. Существует два вида этой 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, что лопатки VFT.
Для управления турбиной с изменяемой геометрией применяются команды: электрические, гидравлические, пневматические. Контроль турбокомпрессор выполняет блок управления двигателем (ECU, METT).
Следует отметить, что для этих турбин не требует предохранительного клапана, а также с помощью точного контроля можно замедлить поток выхлопных газов сочувствия среднего и пропустить лишний через турбину. Принцип работы
Принцип работы турбины с изменяемой геометрией является поддержание оптимального значения A/R и угол турбулентности путем изменения сечения впускного игры. Он основан на том, что скорость потока выхлопных газов связана обратной зависимостью с шириной канала. Таким образом, на "низах" быстрое продвижение сечения входной части уменьшается. С ростом скорости, чтобы увеличить скорость, он постепенно расширяется. Механизм изменения геометрии
Механизм реализации этого процесса зависит от структуры. В моделях с вращающимися лопастями-это достигается путем корректировки их позиции, чтобы гарантировать узкого сечения лопатки перпендикулярно радиальной линии, и для расширения канала, они проходят в градусах позиции.
Из ветряных турбин скольжение кольцо и мобильный стенки происходит осевое смещение кольца, которая также изменяет сечение канала.
Принцип работы VFT основан на разделение потоков. Ускорения его на низких оборотах осуществляется перекрытие байпаса, внешний отсек канала, в результате чего газы идут в ротор путь более короткий. При росте нагрузки, клапан поднимается, пропуская поток через два отсека для расширения пропускной способности.
НДС и модели Switchblade изменение геометрии достигается путем вращения диска: на низких оборотах, он поднимается, сокращая переход от ускорения потока, а на высоких, прилегающей к колесу турбины, расширения полосы пропускания. Для турбины с заменяющимися лезвиями второй тип характерен обратный порядок работы лезвия.
Итак, на "низах" он придерживается ротора, в результате чего ток проходит только вдоль внешней стенки корпуса. По мере того, как диета pale поднимается, открывая проход вокруг колеса, чтобы увеличить пропускную способность.
Проигрыватель
Среди читателей наиболее распространены пневматические варианты, где механизм управления осуществляется с помощью поршня, перемещенных внутри цилиндра воздух.
Положение ножа регулируется пневматическим приводом, связанным через шток в тесто кольцо управления, так что начинка может отличаться. Механизм привода приводит стержень в зависимости от уровня вакуума, возражать против пружины. Модуляция вакуума электрического управления клапана питания линейный ток в зависимости от параметров вакуума. Вакуум может быть создан вакуум насос усилителя тормозов. Ток от батареи, и модуль ЭБУ.
Основной недостаток этих дисков обусловлена трудно предсказуемое состояние газа после сжатия, особенно при нагревании. Таким образом, наиболее передовые гидравлические и электрические.
Гидравлические цилиндры работают по тому же принципу, что и пневматические, но вместо воздуха в цилиндр используется жидкость, которая может быть представлена с помощью моторного масла. Впрочем, она не сжимается, в результате чего такая система обеспечивает лучший контроль.
Чтобы переместить кольцо электромагнитный клапан использует давление масла и сигнал ЭБУ. Гидравлический поршень перемещает счет-реечный механизм крутящего момента от зубчатой рейки и шестерни, в результате чего лопасти шарнирно соединяются. Для передачи положение пильного БУДЕ, плотно его привода перемещается аналоговый датчик положения. Если низкое давление масла лопасти открыты и закрыты его увеличения.
Электрический привод является наиболее точным, так как напряжение может обеспечить очень точное управление. Однако, она требует дополнительного охлаждения, которые обеспечивают трубки охлаждающей жидкости (пневматические и гидравлические параметры для отвода тепла используется жидкость).
Для привода устройства для изменения геометрии служит переключатель механизм.
В некоторых моделях турбин используется вращающийся электрический привод прямой с шаговым двигателем. В этом случае, положение лезвия регулируемый электронный клапан обратной связи через механизм реечной передачи. Для обратной связи с BUD служит уплотнение на шестерне распредвала с министр-датчик.
При необходимости, вращение лопасти ЭБУ позволяет ток в диапазоне, определенном для перехода в положение, а затем, после получения сигнала от датчика, выключает клапан обратной связи. Блок управления двигателем
Из этого следует, что принцип работы турбины с переменной геометрией на основе оптимального согласования дополнительного механизма в зависимости от режима работы двигателя. Таким образом, точное его позиционирование и постоянный контроль. Таким образом, турбина с переменной геометрией контролируются блоки управления двигателем.
Они используют стратегии, направленные либо на максимальную производительность, либо на улучшение экологических показателей. Существует несколько принципов работы BUDE.
Самый распространенный из них предполагает использование информации, основанной на эмпирических данных и модели двигателя. В этом случае, контроллер прямой связи выбирает значения из таблицы и использует обратную связь, чтобы уменьшить ошибки. Это технология, которая позволяет применять различные стратегии управления.
Его основным недостатком является ограничения переходных (резкого ускорения, изменение скорости). Для удаления используется не обращаю, PD и PID-контроллера. Эти последние считают наиболее перспективными, но они не достаточно точны во всем диапазоне нагрузок. Это решили путем применения нечеткой логики алгоритмы принятия решений с помощью МАС.
Есть две технологии, чтобы обеспечить справочную информацию: модель двигателя средних и искусственных нейронных сетей. Это последнее включает в себя две стратегии. Один из них предполагает поддержание наддува на заданном уровне, а другой, поддержание отрицательной разницы давления. Во втором случае достигаются наилучшие экологические показатели, но есть превышение скорости турбины.
Не многие производители разрабатывают БУДЕ, для турбокомпрессоров с переменной геометрией. Подавляющая часть представлена производство автомобилей. Однако существует на рынке верхней трети диапазона, ЭБУ, для турбин. Общие положения
Основные характеристики турбины представлены расхода воздуха и скорости потока. Место приема относительно ограничения производительности факторов производства. Параметры переменной геометрией позволяют изменить эту область. Таким образом, эффективной поверхности определяется высотой перехода и угол лопасти. Первый показатель меняем в функции скольжения кольцо, второй в турбин, лопаток поворотных.
Таким образом, турбокомпрессоры с переменной геометрией, постоянно потребности наддувом. Благодаря этому, оснащены их двигатели не имеют задержек в время раскрутки турбины, крупные турбонагнетатели, и не задыхается на высоких оборотах, как с маленькими.
Наконец, следует отметить, что, хотя турбокомпрессоры с переменной геометрией, предназначены для работы без предохранительного клапана, было установлено, что они обеспечивают увеличение производительности, в частности, на "низах", и на высоких оборотах, при полностью открытой и лопасти не в состоянии справиться с большим количеством расхода. Поэтому, чтобы избежать чрезмерного противодавления, все же, рекомендуется использовать вестгейт. Преимущества и недостатки
Установка турбины в режиме работы двигателя, обеспечивает улучшение всех показателей по сравнению с вариантами с фиксированной геометрией: лучшее быстродействие и производительность во всем диапазоне оборотов; более ровная кривая крутящего момента на средних оборотах; возможность работы двигателя на частичной нагрузке наиболее эффективно бедной топливо-воздушной смеси; лучший тепловая эффективность; предотвращение переедания, чрезмерного на высоких скоростях; лучших экологических показателей; меньше расход топлива; широкий диапазон турбины.
Основным недостатком турбокомпрессоров с переменной геометрией значительно усложненная конструкция. Из-за наличия подвижных элементов и читатели, они являются менее надежными, и техническое обслуживание и ремонт турбин этого типа является более сложным. Такое же изменение для бензиновых двигателей очень дорогие (примерно в 3 раза дороже, чем обычно). Наконец, данные турбины трудно совместить с не для них двигатели.
Следует отметить, что пик производительности турбины с переменной геометрией, часто, уступают место обычной аналогов. Это объясняется потерями в теле и вокруг опор подвижных элементов. Же максимальная производительность резко падает, когда потери оптимальное положение. Тем не менее, общая эффективность турбокомпрессоров этой конструкции выше, чем у вариантов с фиксированной геометрией, из-за более широкого диапазона работы. Приложения и дополнительные функции
Сфера применения турбины с изменяемой геометрией в зависимости от их типа. Таким образом, на двигателях легковых автомобилей и легких коммерческих автомобилей устанавливают параметры поворота лопастей и изменения скольжения, кольца, используется в основном на грузовых автомобилях.
В целом, чаще всего турбины с переменной геометрией используют дизельные двигатели. Это объясняется низкой температурой их выхлопных газов.
На автомобилей эти дизели турбокомпрессоры служат, прежде всего, для того чтобы компенсировать потери производительности системы рециркуляции выхлопных газов.
На грузовики сами турбины могут повысить уважение к окружающей среде путем регулирования количества выхлопных газов, умножен на свои имена отверстие двигателя. Таким образом, с помощью турбонагнетателей с переменной геометрией, можно увеличить давление в выпускном коллекторе до значения больше, чем в коллекторе, чтобы ускорить переработку. Хорошо, что избыточное давление отрицательно сказывается на эффективности использования энергии, он способствует снижению выбросов оксидов азота.
В тот же механизм, вы можете изменить для того, чтобы снизить эффективность турбины в заданное положение. Он используется для увеличения температуры выхлопных газов с целью очистки сажевого фильтра путем окисления, застрявших частиц газа и тепла.
Эти функции требуют гидравлического или электрического привода.
Отмечены преимущества турбины с переменной геометрией перед определяют, как лучший вариант для спортивных двигателей. Однако, на бензиновых двигателях, они крайне редки. Известно всего несколько оборудованных своих спортивных автомобилей (в настоящее время - Porsche 718, 911 Turbo и Suzuki Swift Sport). По словам одного из менеджеров BorgWarner, это объясняется очень высокая стоимость производства таких турбин, из-за необходимости применения жаропрочных материалов для взаимодействия с принять твой выхлопных газов бензиновых двигателей (выхлопные газы дизельных двигателей были значительно меньше температуры, так что турбины для них дешевле).
Первые VGT, используемые в бензиновых двигателях, были сделаны из обычных материалов, таким образом, для обеспечения хорошей жизни, нужно было использовать сложные системы охлаждения. Так, на Honda Legend 1988, эта турбина совместили с между римом водяного охлаждения. Более того, этот тип двигателя более широкий диапазон пропускной способности выхлопных газов, поэтому требуется возможность обрабатывать более широкий диапазон расхода.
Производители достигают уровней производительности, оперативности, эффективности и устойчивости методов наиболее низкой цене. За исключением единичных случаев, когда конечная стоимость не является приоритетной задачей. В этом контексте, это, например, достижение баланса на Koenigsegg One: 1 и / или адаптации Porsche 911 Turbo к гражданской эксплуатации.
В целом, подавляющее большинство легковых автомобилей с турбонаддувом оборудовать турбокомпрессоров классический дизайн. Для спортивных двигателей часто используют минерального функции. Хорошо, что такие турбокомпрессоры уступают VGT, они имеют те же преимущества перед обычными турбинами, только в меньшей степени, имеют почти такую же простую конструкцию, как эти. Что касается установки, то здесь использование турбонагнетателей с переменной геометрией, помимо высокой стоимости, ограничивается сложностью их параметры.
Для бензиновых двигателей, в исследовании H. Исихара, K. Adachi S. Kono как лучший среди VGT был отмечен турбины переменной скорости (VFT). С помощью одного движения элемента снижает издержки производства и улучшения температурной стабильности. То же турбина это простой алгоритм, BUDE, даже варианты с фиксированной геометрией, оснащен перепускной клапан. Особенно хорошие результаты были получены при адаптации такой турбины с iVTEC. Однако, для систем с принудительной индукции, наблюдается повышение температуры выхлопных газов, от 50 до 100 °C, которая влияет на экологические показатели. Эта проблема решена путем использование алюминия для сбора охлаждающей воды.
Решение BorgWarner для бензиновых двигателей стало совмещение minerals технологии и дизайна с переменной геометрией в minerals турбина с переменной геометрией, который был представлен на SEMA 2015 года, Его дизайн похож на minerals турбины: турбокомпрессор имеет двойной вход и двойной монолитные колеса турбины и в сочетании с минеральной коллектора, учитывая последовательность работы цилиндров, для устранения пульсаций выхлопных газов, чтобы создать более плотный поток.
Разница имеется на входе в клапан, который в зависимости от нагрузки распределяет поток тебе. На низких оборотах, все прошло в газе идут на небольшую часть ротора, и большой, закрытой для движения транспорта, что обеспечивает еще более быстрое продвижение по службе, что minerals турбины. С ростом нагрузки, клапан постепенно превращается в среднее положение и равномерно поток с высоких оборотах стандартный minerals конструкции. Это, по устройство механизма изменения геометрии турбины близка к VFT.
Таким образом, эта технология, как и технологии, с переменной геометрией, позволяет изменить отношение A/R в зависимости от нагрузки, регулировать турбину под режим работы двигателя, что увеличивает диапазон работы. При проектировании рассматривается гораздо проще и дешевле, потому что здесь используется цельный mobile, работающих на алгоритм простой, и не требует использования материалов, устойчивых к нагреванию. Последнее обусловлено снижением температуры из-за потери тепла по стенкам двойного корпуса турбины. Следует отметить, что такие решения встречались в прошлом (например, quick spool valve), но эта технология почему-то не нашла распространения. Техническое обслуживание и ремонт
Основное действие, обслуживание турбин очистки. Необходимость в ней из-за их взаимодействия с выхлопными газами, представлены продукты сгорания топлива и масла. Тем не менее, уборка требует очень редко. Сильные загрязнения свидетельствует о нарушениях режима работы, которое может быть вызвано чрезмерным давлением, износ прокладки или кольца, колеса, а также поршень залива, засорение сапуна.
Турбина с изменяемой геометрией более чувствительны к загрязнению, чем обычно. Это обусловлено тем, что накопление нагара в направляющем аппарате устройства изменение геометрии приводит к его отклонила или потерей подвижности. В результате нарушения функционирования турбокомпрессора.
В случае, если очистка осуществляется с помощью специальных жидкостей, но иногда ручной работы. Вы должны разбирать турбину. При отключении механизма изменения геометрии, необходимо обеспечить, чтобы избежать обрезания винта. Последующее удаление их мусор может повредить отверстия. Таким образом, чистка турбины с изменяемой геометрией сложнее.
Кроме того, следует учитывать, что при неосторожном обращении с картриджем привести к повреждению или деформации лопастей. В случае демонтажа по завершении чистки нужна балансировка, но внутри картриджа очистки обычно не делают.
Масляный нагар на колесах, свидетельствует об износе поршневых колец или клапанов группы, а также уплотнения ротора в картридже. Обслуживание без устранения данных неисправностей двигателя или ремонт турбины практике.
После замены картриджа турбокомпрессора на вопрос, требуется настройка геометрии. Для этого используйте жесткий и грубый регулировочные винты. Следует отметить, что некоторые модели первого поколения изначально не настроен производителей, производительность на "низах" от 15 до 25 %. В частности, это важно для турбины Garrett. В Интернете вы можете найти инструкции для установки турбины с переменной геометрией. Резюме
Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией представляют собой высокий уровень развития в серии турбин для двигателей внутреннего сгорания. Дополнительный механизм в допуске участника обеспечивает адаптацию турбины на режим работы двигателя в зависимости от настроек конфигурации. Это повышает производительность, эффективность и долговечность. Однако строительство VGT сложным и модели для бензиновые двигатели очень дорогие.
Владислав Боев
Категория: Автотехника
