Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией ( VGT ), иногда называемые турбокомпрессорами с изменяемым соплом ( VNT ), представляют собой тип турбокомпрессоров , обычно предназначенных для изменения эффективного соотношения сторон (соотношения A/R) турбокомпрессора при изменении условий. Это делается с помощью регулируемых лопаток, расположенных внутри корпуса турбины между впускным отверстием и турбиной, эти лопатки влияют на поток газов к турбине. Преимущество VGT заключается в том, что оптимальное соотношение сторон на низких оборотах двигателя сильно отличается от такового на высоких оборотах двигателя.
Если соотношение сторон слишком велико, турбокомпрессор не сможет создать наддув на низких оборотах; если соотношение сторон слишком мало, турбокомпрессор будет душить двигатель на высоких оборотах, что приведет к высокому давлению в выпускном коллекторе , высоким потерям на насосе и, в конечном итоге, к снижению выходной мощности. Изменяя геометрию корпуса турбины по мере ускорения двигателя, соотношение сторон турбокомпрессора можно поддерживать на оптимальном уровне. Благодаря этому VGT имеют минимальное количество задержек , низкий порог наддува и высокую эффективность на более высоких оборотах двигателя.
Вращающийся лопастной VGT был впервые разработан Гарретом и запатентован в 1953 году. [1]
Одним из первых серийных автомобилей, использовавших эти турбокомпрессоры, был Honda Legend 1988 года выпуска ; на его 2,0-литровом двигателе V6 был установлен VGT с водяным охлаждением .
Ограниченный выпуск Shelby CSX-VNT 1989 года , всего 500 экземпляров, был оснащен 2,2-литровым двигателем Chrysler K с турбонаддувом Garrett, который назывался VNT-25 (потому что в нем использовались тот же компрессор и вал, что и в Garrett T-25 с фиксированной геометрией).
В 1991 году Fiat включил VGT в турбодизельный двигатель Croma с непосредственным впрыском. [2]
Peugeot 405 T16 , выпущенный в 1992 году, использовал турбокомпрессор с изменяемой геометрией Garrett VAT25 на своем 2,0-литровом 16-клапанном двигателе.
Porsche 911 Turbo 2007 года выпуска оснащен двумя турбонагнетателями с изменяемой геометрией на 3,6-литровом горизонтально-оппозитном шестицилиндровом бензиновом двигателе.
В 2007 году компания Acura представила модель RDX с турбокомпрессором с изменяемой геометрией, разработанным по технологии VFT.
В 5,0-литровом двигателе V8 Koenigsegg One:1 2015 года используются два турбокомпрессора с изменяемой геометрией, что позволяет ему выдавать мощность в 1361 лошадиную силу.
Наиболее распространенными вариантами VGT являются турбины с регулируемым соплом (VNT), турбины со скользящими стенками и турбины с регулируемым расходом (VFT).
Турбины с изменяемым соплом распространены в двигателях малой грузоподъемности (легковые автомобили, гоночные автомобили и легкие коммерческие автомобили). Лопасти турбины вращаются синхронно относительно ее ступицы, изменяя ее шаг и площадь поперечного сечения. Турбины с изменяемым соплом обеспечивают более высокие скорости потока и более высокую пиковую эффективность по сравнению с другими конструкциями с изменяемой геометрией. [3]
Турбины со скользящими стенками обычно встречаются в двигателях большой мощности. Лопасти не вращаются, но вместо этого изменяется их эффективная ширина. Обычно это делается путем перемещения турбины вдоль ее оси, частично втягивая лопасти в корпус. В качестве альтернативы перегородка в корпусе может скользить вперед и назад. Площадь между краями лопастей изменяется, что приводит к системе с переменным соотношением сторон и меньшим количеством движущихся частей. [4]
Турбины с переменным потоком являются еще одной упрощенной версией VGT по сравнению с VNT. Эта конструкция использует двухвитковый корпус турбины со смесительным затвором, расположенным в горловине. Затвор может изменять поток между спиралями для усреднения оптимального соотношения A/R. В условиях низкого расхода выхлопные газы направляются через первичную спираль, а при пиковом расходе они направляются как через первичную, так и через вторичную. Эта конструкция имеет более низкую скорость потока по сравнению с типами VNT, поэтому в эту конструкцию может быть встроен перепускной клапан. [5]
VGT могут управляться мембранным вакуумным приводом, электрическим сервоприводом , трехфазным электрическим приводом, гидравлическим приводом или пневматическим приводом, использующим давление воздушного тормоза .
В отличие от турбин с фиксированной геометрией, VGT не требуют перепускного клапана . [6] Хотя VGT не требуют перепускного клапана, в некоторых приложениях, требующих высокого массового расхода воздуха, будет полезно использовать дополнительный перепускной клапан, который чаще всего встречается в высокопроизводительных двигателях с искровым зажиганием. [7] Это отличает их от дизельных двигателей.
VGT, как правило, гораздо более распространены на дизельных двигателях, поскольку более низкие температуры выхлопных газов означают, что они менее склонны к отказам. Ранние VGT бензиновых двигателей требовали значительного охлаждения предварительной зарядки , чтобы продлить срок службы турбокомпрессора до разумных уровней, но достижения в области технологий улучшили их устойчивость к высокотемпературным выхлопным газам бензина, и они начали все чаще появляться в автомобилях с бензиновыми двигателями. [1]
Обычно VGT встречаются только в OEM-приложениях из-за уровня координации, необходимого для удержания лопаток в наиболее оптимальном положении в любом состоянии двигателя. Однако существуют блоки управления VGT стороннего производства, а некоторые высококачественные системы управления двигателем стороннего производства также могут управлять VGT.
В грузовых автомобилях VGT также используются для управления соотношением выхлопных газов, рециркулируемых обратно на впуск двигателя (их можно контролировать, чтобы выборочно увеличивать давление выпускного коллектора до тех пор, пока оно не превысит давление во впускном коллекторе, что способствует рециркуляции выхлопных газов ). Хотя чрезмерное противодавление двигателя отрицательно сказывается на общей топливной экономичности , обеспечение достаточной скорости EGR даже во время переходных событий (таких как переключение передач) может быть достаточным для снижения выбросов оксидов азота до уровня, требуемого законодательством о выбросах (например, Euro 5 для Европы и EPA 10 для США).
Другое применение турбокомпрессоров с скользящими лопастями — в качестве нисходящего выпускного тормоза , так что дополнительный выпускной дроссельный клапан не нужен. Механизм также может быть намеренно изменен для снижения эффективности турбины в заранее определенном положении. Этот режим может быть выбран для поддержания повышенной температуры выхлопных газов, чтобы способствовать «зажиганию» и «регенерации» дизельного сажевого фильтра (это включает в себя нагревание частиц углерода, застрявших в фильтре, до тех пор, пока они не окисляются в полусамоподдерживающейся реакции — скорее, как процесс самоочистки, предлагаемый некоторыми печами). Активация VGT для управления потоком EGR или для реализации режимов торможения или регенерации в целом требует гидравлических приводов или электрических сервоприводов.
VGT предлагают улучшенный переходный отклик по сравнению с обычными турбокомпрессорами с фиксированной геометрией. Это делает VGT идеальными для использования в транспортных средствах, где потребность в мощности очень динамична. В ситуациях, когда нагрузка на двигатель постоянна, как в стационарных генераторах, турбокомпрессоры с фиксированной геометрией могут обеспечить более высокую эффективность по сравнению с VGT. [8] Это связано с дополнительным сопротивлением выхлопа, создаваемым допусками подвижных частей внутри VGT.
Несколько компаний производят и поставляют турбокомпрессоры с изменяемой геометрией и вращающимися лопастями, включая Garrett, BorgWarner и Mitsubishi Heavy Industries . Такая конструкция в основном ограничивается небольшими двигателями и легкими транспортными средствами (легковые автомобили, гоночные автомобили и легкие коммерческие автомобили).
Основным поставщиком шиберных VGT является компания Holset Engineering . [7]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )