Турбокомпрессор с изменяемой геометрией
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2018 г. ) |
Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией ( VGT ), иногда называемые турбокомпрессорами с регулируемым 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 входом и турбиной, эти лопатки влияют на поток газов в сторону турбины. Преимущество VGT в том, что оптимальное соотношение сторон на низких оборотах двигателя сильно отличается от такового на высоких оборотах.
Если соотношение сторон слишком велико, турбонаддув не сможет обеспечить наддув на низких скоростях; если соотношение сторон слишком мало, турбонаддув будет душить двигатель на высоких оборотах, что приведет к высокому давлению в выпускном коллекторе , высоким потерям накачки и, в конечном итоге, к снижению выходной мощности. Изменяя геометрию корпуса турбины по мере ускорения двигателя, соотношение сторон турбины можно поддерживать на оптимальном уровне. Из-за этого VGT имеют минимальное запаздывание , низкий порог наддува и высокую эффективность на более высоких оборотах двигателя.
-
Разрезанный турбокомпрессор VGT (VW Golf, Diesel) -
Выпускная сторона с направляющими лопатками изменяемой геометрии. -
сторона наддувочного воздуха с колесом компрессора -
Хранение турбовала -
Хранение турбовала
История
[ редактировать ]VGT с вращающимися лопастями был впервые разработан Гарретом и запатентован в 1953 году. [ 1 ]
Одним из первых серийных автомобилей, в которых использовались эти турбокомпрессоры, была Honda Legend 1988 года выпуска ; он использовал VGT с водяным охлаждением , установленный на 2,0-литровом двигателе V6.
Ограниченный выпуск Shelby CSX-VNT 1989 года , всего было выпущено всего 500 экземпляров, был оснащен 2,2-литровым двигателем Chrysler K с турбонаддувом Garrett, названным VNT-25 (поскольку в нем использовались тот же компрессор и вал, что и в Garrett с фиксированной геометрией). Т-25).
В 1991 году Fiat включил VGT в . турбодизель с непосредственным впрыском топлива Croma [ 2 ]
В Peugeot 405 T16 использовался турбонагнетатель Garrett , выпущенном в 1992 году, на 2,0-литровом 16-клапанном двигателе VAT25 с изменяемой геометрией.
2007 года Porsche 911 Turbo оснащен двумя турбонагнетателями с изменяемой геометрией на своем 3,6-литровом горизонтально-оппозитном шестицилиндровом бензиновом двигателе.
В 2007 году Acura представила RDX с турбокомпрессором с изменяемой геометрией по конструкции (VFT).
2015 года Koenigsegg One:1 (названный в честь соотношения мощности к весу 1:1) использует два турбонагнетателя с изменяемой геометрией на своем 5,0-литровом двигателе V8, что позволяет ему производить 1361 лошадиную силу.
Общие конструкции
[ редактировать ]Наиболее распространенными реализациями VGT являются турбины с регулируемым соплом (VNT), турбины с раздвижными стенками и турбины с регулируемым расходом (VFT).
Турбины с регулируемым соплом распространены в двигателях малой мощности (легковые автомобили, гоночные автомобили и легкие коммерческие автомобили), лопатки турбины вращаются синхронно относительно ее ступицы, чтобы изменять ее шаг и площадь поперечного сечения. VNT обеспечивают более высокие скорости потока и более высокий пиковый КПД по сравнению с другими конструкциями с изменяемой геометрией. [ 3 ]
Турбины с раздвижными стенками обычно встречаются в двигателях большой мощности, лопатки не вращаются, а вместо этого изменяется их эффективная ширина. Обычно это делается путем перемещения турбины вдоль ее оси, частично втягивая лопатки внутрь корпуса. Альтернативно, перегородка внутри корпуса может сдвигаться вперед и назад. Площадь между краями лопастей изменяется, что приводит к созданию системы с переменным соотношением сторон и меньшим количеством движущихся частей. [ 4 ]
Турбины с переменным расходом — это еще одна упрощенная версия VGT по сравнению с VNT. В этой конструкции используется двухспиральный корпус турбины с смесительным затвором, расположенным в горловине. Ворота могут изменять поток между свитками, чтобы усреднить оптимальное соотношение A/R. В условиях низкого расхода выхлопные газы направляются через первичную улитку, а при пиковом расходе - как через первичную, так и через вторичную камеру. Эта конструкция имеет более низкую скорость потока по сравнению с типами VNT, поэтому в эту конструкцию можно включить перепускной клапан. [ 5 ]
VGT могут управляться мембранным вакуумным приводом, электрическим сервоприводом , трехфазным электрическим приводом, гидравлическим приводом или пневматическим приводом с использованием пневматического тормоза давления .
В отличие от турбин с фиксированной геометрией, VGT не требуют перепускного клапана . [ 6 ] Хотя VGT не требуют перепускной заслонки, в некоторых приложениях, требующих высокого массового расхода воздуха, будет полезен дополнительный перепускной клапан, который чаще всего встречается в высокопроизводительных двигателях с искровым зажиганием. [ 7 ] В этом отличие от дизельных двигателей.
-
Сопловая турбина с изменяемой геометрией (ВНТ) -
Раздвижная стена ВГТ
Использовать
[ редактировать ]VGT, как правило, гораздо чаще встречаются на дизельных двигателях, поскольку более низкие температуры выхлопных газов означают, что они менее склонны к поломкам. Ранние VGT с бензиновыми двигателями требовали значительного предварительного охлаждения , чтобы продлить срок службы турбокомпрессора до разумного уровня, но достижения в области технологий улучшили их устойчивость к высокотемпературным выхлопам бензина, и они начали все чаще появляться в автомобилях с бензиновыми двигателями. [ 1 ]
Как правило, VGT встречаются только в OEM-приложениях из-за уровня координации, необходимого для удержания лопаток в наиболее оптимальном положении для любого состояния двигателя. Однако на вторичном рынке доступны блоки управления VGT, а также некоторые высококачественные двигатели послепродажного обслуживания. системы управления также могут контролировать VGT.
В грузовых автомобилях VGT также используются для регулирования соотношения выхлопных газов, рециркулируемых обратно во впуск двигателя (ими можно управлять, чтобы выборочно увеличивать давление в выпускном коллекторе до тех пор, пока оно не превысит давление во впускном коллекторе, что способствует рециркуляции выхлопных газов ). Хотя чрезмерное противодавление двигателя вредно для общей эффективности использования топлива , обеспечение достаточной скорости рециркуляции отработавших газов даже во время переходных процессов (например, при переключении передач) может быть достаточным для снижения выбросов оксидов азота до уровня, требуемого законодательством по выбросам (например, Евро 5 для Европы и EPA). 10 для США).
Другое применение лопаточных турбонагнетателей — это выпускной тормоз на выходе двигателя , поэтому дополнительный выпускной дроссельный клапан не требуется. Механизм также может быть намеренно модифицирован для снижения эффективности турбины в заданном положении. Этот режим можно выбрать для поддержания повышенной температуры выхлопных газов, чтобы способствовать «зажиганию» и «регенерации» сажевого фильтра (это включает в себя нагревание частиц углерода, застрявших в фильтре, до тех пор, пока они не окислятся в результате полусамоподдерживающейся реакции). - скорее похоже на процесс самоочистки, который предлагают некоторые духовки). Для активации VGT для управления потоком EGR или для реализации режимов торможения или регенерации в целом требуются гидравлические приводы или электрические сервоприводы.
VGT обеспечивают улучшенные переходные характеристики по сравнению с обычными турбокомпрессорами с фиксированной геометрией. Это делает VGT идеальным для использования в транспортных средствах, где потребность в мощности очень динамична. В ситуациях, когда нагрузка двигателя постоянна, как в стационарных генераторах, турбокомпрессоры с фиксированной геометрией могут обеспечить более высокий КПД по сравнению с VGT. [ 8 ] Это связано с дополнительным сопротивлением выхлопным газам, создаваемым допусками движущихся частей VGT.
Производители
[ редактировать ]Несколько компаний производят и поставляют турбокомпрессоры с вращающимися лопатками и изменяемой геометрией, в том числе Garrett, BorgWarner и Mitsubishi Heavy Industries . Эта конструкция в основном ограничена двигателями малой мощности и малотоннажными автомобилями (легковые автомобили, гоночные автомобили и легкие коммерческие автомобили).
Основным поставщиком шиберных ВГТ является компания Holset Engineering . [ 7 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б [1] , «Турбонагнетатель», выпущен 8 июня 1953 г.
- ^ «Турбо Пионер» . Honeywell.com . Архивировано из оригинала 4 мая 2012 г. Проверено 22 января 2014 г.
- ^ Тан, Хуайинь; Пенникотт, Эндрю; Акехерст, Сэм; Брейс, Крис Дж (06 октября 2014 г.). «Обзор применения турбин с изменяемой геометрией в уменьшенных бензиновых двигателях» . Международный журнал исследований двигателей . 16 (6): 810–825. дои : 10.1177/1468087414552289 . ISSN 1468-0874 .
- ^ Хак, Хоанг Нгуен (20 ноября 2017 г.). «Разработка оптимальных карт управления дизельным двигателем для повышения эффективности и снижения выбросов». S2CID 67274667 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Исихара, Хиромицу; Адачи, Казунари; Однако Синдзи (9 июля 2002 г.). «Разработка части VFT » Серия технических документов SAE . Том. 1. дои : 10.4271/2002-01-2165 .
- ^ Хальдерман, Джеймс Д. (2012). Системы контроля топлива и выбросов (3-е изд.). Прентис Холл. п. 69. ИСБН 978-0-13-254292-0 .
- ^ Jump up to: а б «Мой Holset Turbo | Турбины с изменяемой геометрией» . www.myholsetturbo.com . Проверено 3 февраля 2020 г.
- ^ Габриэль, Хольгер; Джейкоб, Стефан; Мюнкель, Уве; Роденхойзер, Гельмут; Шмальцль, Ханс-Петер (февраль 2007 г.). «Турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины для бензиновых двигателей» . МТЗ по всему миру . 68 (2): 7–10. дои : 10.1007/bf03226804 . ISSN 2192-9114 .