Турбонагнетатель с изменяемой геометрией - Variable-geometry turbocharger

Вольво Дизельный двигатель FM VGT с EGR технология выбросов

Турбонагнетатели с изменяемой геометрией (ВГЦ), иногда известный как турбины с переменным соплом (ВНЦ), являются разновидностью турбокомпрессоры, обычно предназначенные для обеспечения эффективного соотношение сторон турбокомпрессора, который необходимо изменять при изменении условий. Это сделано потому, что оптимальное соотношение сторон на низких оборотах двигателя сильно отличается от такового при высоких оборотах двигателя.

Если соотношение сторон слишком велико, турбо не сможет создать ускорение на низких скоростях; если соотношение сторон слишком маленькое, турбонагнетатель заглушит двигатель на высоких оборотах, что приведет к высокой выхлопной коллектор давления, высоких насосных потерь и, в конечном итоге, более низкой выходной мощности. Изменяя геометрию корпуса турбины по мере ускорения двигателя, можно поддерживать оптимальное соотношение сторон турбины. Из-за этого VGT имеют минимальное количество отставание, низкий порог повышения, и высокий КПД при более высоких оборотах двигателя.

История

Вращающаяся пластина VGT была впервые разработана под Гарретт и запатентован в 1953 году.[1]

Одним из первых серийных автомобилей, в которых использовались эти турбокомпрессоры, был 1988 г. Honda Legend; он использовал воду-охлажденный VGT устанавливается на его 2,0-литровый двигатель V6.

Ограниченное производство 1989 г. Шелби CSX-VNT, выпущенных всего 500 экземпляров, был оснащен 2,2-литровым Chrysler K двигатель с Гарретт Turbo назвали VNT-25 (потому что он использовал тот же компрессор и вал, что и Garrett T-25 с фиксированной геометрией).

В 1991 г. Fiat включил VGT в Croma турбодизель с прямым впрыском.[2]

В Пежо 405 Т16, выпущенный в 1992 году, использовал Гарретт Турбокомпрессор VAT25 с изменяемой геометрией на его 2,0-литровом 16-клапанном двигателе.

2007 год Порше 911 Турбо имеет близнец турбокомпрессоры с изменяемой геометрией на его 3,6-литровом горизонтально-оппозитном шестицилиндровом бензиновом двигателе.

2015 год Koenigsegg One: 1 (назван в честь удельная мощность 1: 1) использует сдвоенные турбокомпрессоры с изменяемой геометрией на своем 5,0-литровом двигателе V8, что позволяет ему развивать мощность 1361 л.с.

Общие конструкции

Две наиболее распространенные реализации VGT следующие:

Для двигателей малой грузоподъемности (легковые автомобили, гоночные автомобили и легкие коммерческие автомобили) лопатки турбины вращаются синхронно относительно ее ступицы, чтобы изменять ее подача и площадь поперечного сечения.

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 внутри корпуса. Как вариант, перегородка внутри корпуса может скользить вперед и назад. Область между краями лопаток изменяется, что приводит к системе с переменным соотношением сторон с меньшим количеством движущихся частей.[3]

ВГТ могут управляться мембранным вакуумным приводом, электрический сервопривод, Трехфазный электрический привод, гидравлический привод или пневматический привод с использованием воздушный тормоз давление.

В отличие от турбин с фиксированной геометрией, VGT не требуют вестгейт.[нужна цитата ]

Использовать

VGT чаще встречаются в дизельных двигателях, поскольку более низкая температура выхлопных газов означает, что они менее склонны к отказу. Ранние бензиновые двигатели VGT требовали значительной предварительнойохлаждение заряда чтобы продлить срок службы турбокомпрессора до разумного уровня, но достижения в области технологий улучшили их устойчивость к высокотемпературным бензиновым выхлопам, и они начали все чаще появляться в автомобилях с бензиновыми двигателями.[нужна цитата ]

Как правило, VGT используются только в OEM-приложениях из-за уровня координации, необходимого для поддержания лопаток в наиболее оптимальном положении для любого состояния двигателя. Тем не менее, доступны блоки управления VGT на вторичном рынке и некоторые высококачественные вторичные двигатели. системы управления также могут контролировать VGT.

В грузовиках VGT также используются для управления соотношением выхлопных газов, рециркулируемых обратно во впуск двигателя (ими можно управлять, чтобы выборочно увеличивать давление выпускного коллектора до тех пор, пока оно не превысит давление впускного коллектора, что способствует рециркуляция выхлопных газов ). Хотя чрезмерный двигатель обратное давление наносит вред в целом эффективность топлива Обеспечение достаточной скорости рециркуляции отработавших газов даже во время переходных процессов (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).

Еще одно применение лопастных турбокомпрессоров - в качестве нижнего выхлопной тормоз, так что дополнительный выпускной дроссельный клапан не требуется. Механизм также может быть намеренно модифицирован для снижения КПД турбины в заранее заданном положении. Этот режим может быть выбран для поддержания повышенной температуры выхлопных газов, чтобы способствовать «выключению» и «регенерации» сажевый фильтр (при этом частицы углерода, застрявшие в фильтре, нагреваются до тех пор, пока они не окисляются в полусамостоятельной реакции - скорее, как самоочищение обработать некоторые предложения печей). Приведение в действие VGT для управления потоком рециркуляции ОГ или для реализации режимов торможения или регенерации в целом требует гидравлических приводов или электрических сервоприводов.

Производители

Несколько компаний производят и поставляют турбокомпрессоры с роторными лопастями и изменяемой геометрией, в том числе Garrett, BorgWarner, и Mitsubishi Heavy Industries. Эта конструкция в основном предназначена для небольших двигателей и легких грузовиков (легковые автомобили, гоночные автомобили и легкие коммерческие автомобили).

Основным поставщиком шиберных ВГЦ является Holset Engineering.[4]

Рекомендации

  1. ^ [1], «Турбонагнетатель», выпуск 1953-06-08 
  2. ^ "Турбо Пионер". honeywell.com. Получено 2014-01-22.
  3. ^ Кхак, Хоанг Нгуен (20 ноября 2017 г.). «Разработка оптимальных схем управления дизельным двигателем для повышения эффективности и снижения выбросов». Семантический ученый. Получено 2020-02-03.
  4. ^ "My Holset Turbo | Турбины с изменяемой геометрией". www.myholsetturbo.com. Получено 2020-02-03.

внешняя ссылка