Геометрия турбины что это
Перейти к содержимому

Геометрия турбины что это

  • автор:

о турбине с изменяемой геометрией

Конструкция классической турбины
Упрощенно конструкцию классического турбонагнетателя можно представить в виде двух крыльчаток, соединенных вместе одной осью. Находятся эти крыльчатки в отдельных герметично разделенных камерах. На одну из крыльчаток подводятся выпускные газы работающего двигателя и заставляют ее вращаться. Это вращение передается через совместную ось на вторую крыльчатку, соединенную с подводом атмосферного воздуха. Захваченный крыльчаткой свежий воздух направляется к цилиндрам двигателя для сгорания.

классическая турбина

Дело в том, что мощность дизельного двигателя увеличивается за счет подачи большего количества топлива. Но в этом случае мы очень быстро столкнемся с проблемой: увеличив порцию топлива в очередной раз, мы определим, что все оно не сгорает — для его горения не хватает кислорода. Помните школьные уроки, на которых нам утверждали, что горение — это химическая реакция? Это правда. Окисление происходит с помощью кислорода и, если его мало, то нам не удастся сжечь (= окислить) все топливо. В этом случае достигается предел мощности.
Осознав задачу, инженеры разработали турбокомпрессор, который нагнетает дополнительный воздух в камеры сгорания. Есть дополнительный воздух, значит можно увеличить порцию впрыскиваемого топлива и увеличить мощность двигателя
Турбояма
Выпускные газы могут раскрутить крыльчатки турбины до скорости 150 000 — 210 000 об/мин! Если не учитывать геометрические особенности конструкции турбины, то можно вывести простую взаимосвязь: чем больше отработанных газов попадают в турбину, тем выше ее скорость вращения и тем больше свежего воздуха она нагнетает. Именно здесь классическую турбину подстерегает неприятность. Дело в том, что мы ожидаем от турбодвигателя ускорения в любой момент. Представьте себе, что автомобиль двигается с небольшой скоростью, а двигатель работает в нижнем диапазоне частоты вращения. В таком экономном режиме двигатель вырабатывает малое количество отработанных газов и, следовательно, скорость вращения турбины низкая.
Тут водитель решает обогнать автобус, резко нажимает на педаль акселератора и … ничего не происходит. Ожидаемого ускорения нет. Причиной является врожденная задержка турбины, называемая в народе «турбоямой»: сразу же после команды водителя скорость вращения турбины низкая, а двигатель сначала увеличивает впрыск, потом это топливо сгорает и только потом поступает к турбине в виде отработанных газов. Постепенно скорость турбины увеличивается, она нагнетает больше воздуха и вот оно долгожданное ускорение — можно обгонять, но тут на «встречке» вырисовывается другой автомобиль и маневр приходиться откладывать. Неприятно.
Решение пришло в виде турбины с изменяемой геометрией. Ее отличие от классической конструкции — наличие специальных направляющих лепестков в канале, через который на крыльчатку подводятся отработанные газы. Принцип работы умиляет своей простотой.
Принцип работы турбины с изменяемой геометрией

направляющие лопости

Принцип работы турбокомпрессора с изменяемой геометрией состоит в изменении сечения на входе колеса турбины с целью оптимизировать мощность турбины для заданной нагрузки.
При низких оборотах двигателя и поток отработанных газов является небольшим и он раскручивает турбину недостаточно сильно для резкого ускорения. В этот момент по сигналу блока управления направляющие лопатки смещаются и уменьшают расстояние между собой. Несмотря на то, что объем отработанных газов не увеличился, ему теперь приходиться «протискиваться» через узкий коридор, что заставляет отработанные газы двигаться быстрее.
В результате обороты турбины возрастают и увеличивается давление наддува. Таким образом, удается увеличить скорость вращения турбины без резкого увеличения объема отработанных газов.
На полной скорости работы двигателя и при высоком уровне газового потока турбокомпрессор развдвигает направляющие лепестки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на уровне необходимом двигателю.
Изменение площади сечения (расстояния между направляющими элементами) может управляться непосредственно давлением турбины с помощью привода, с помощью вакуумного регулятора или шагового электромотора
a. корпус турбины
b. крыльчатка для отработанных газов
c. корпус турбокомпрессора
e. ось рычага смещения регулируемого кольца
f. регулируемое кольцо
g. оси направляющих лепестков
h. направляющие лепестки

Геометрия турбины: что это?

На сегодняшний день наиболее совершенными с технической точки зрения являются турбокомпрессоры, способные изменять геометрию впускной части. Возникает вопрос: геометрия турбины – что это? Ниже будут рассмотрены особенности работы таких агрегатов, их преимущества и частые неисправности.

Как это работает?

Турбокомпрессор призван увеличивать мощность мотора. Его возможности напрямую зависят от объема воздуха и топлива, которое подается в цилиндр. Главными элементами здесь являются насос и сама турбина. Друг с другом они соединяются жесткой осью.

Турбина с изменяемой геометрией способна менять сечение турбинных колес, подстраиваясь под нагрузку в данный момент времени. Так, если движок функционирует на низких оборотах, скорость отвода выхлопов увеличивается. Как результат, турбина вращается с большей скоростью без значительного увеличения расходов горючего.

Основные плюсы

Такие агрегаты имеют несколько ощутимых преимуществ:

  • Машина может набирать скорость на низких оборотах;
  • Расход топлива и количество выбросов сокращаются;
  • Газы через турбину проходят лучше;
  • Показатели эластичности двигателя повышаются.

Возможные проблемы

Турбины с изменяемой геометрией имеют и свои недостатки. Самая частая проблема – заклинивание лопаток. Это происходит из-за скопления нагара или попадания посторонних предметов. Как следствие, появляется передув или недодув. К этому приводит низкое качество топлива, неисправности в системе зажигания, частая эксплуатация транспортного средства с непрогретым мотором, движение «в натяг».

Устранение неисправностей

При ремонте геометрии в первую очередь проводится механическая чистка. В некоторых случаях также требуется замена клапана актуатора. Этих работ достаточно не всегда. Поломка может касаться и привода. Он дает сбой, если водитель не сразу обратил внимание на заклинивание лопаток. Вне зависимости от сложности ремонта, не обойтись без разбора агрегата. Только таким образом можно добраться до подвижных деталей.

Где найти запчасти для ремонта?

Для восстановления работоспособности турбины с изменяемой геометрией часто требуется менять подвижные детали. В интернет-магазине «Техничка-Экспресс» вы найдете все комплектующие, которые могут вам понадобиться. При необходимости наши специалисты готовы проконсультировать по вопросу подбора запчастей.

Причины поломки «геометрии» турбины

Турбокомпрессорам был посвящен не один текст. Ведь о даунсайзинге известно многим собственникам поддержанных машин, особенно тем, кто заказывал ремонт турбин дизельных и бензиновых двигателей легковых и грузовых автомобилей в Беларуси. Однако, на потенциальной проблеме турбин, имеющих изменяемый тип геометрии, следует остановиться поподробнее. Почему изменяется геометрия турбины и необходимо ли разбирать устройство, чтобы устранить неисправность? Об этом далее.

Что есть турбина с изменяемой геометрией

Турбокомпрессор с меняющейся геометрией приобрел такое название, поскольку в нем встроен направляющий механизм, от которого в зависимости от рабочего режима меняется выходное сечение с углом направления, с которым газы идут по турбинным колесным лопастям. Вне зависимости от двигательной марки с турбокомпрессором, первопричины неполадки устройства несколько, в результате которых требуется ремонт турбин в Минске.
Первой причиной служит износ основных частей ресурса, в итоге появляются чрезмерные виды люфтов. Второй первопричиной является нагар, который откладывается в устройстве и нарушает детальную подвижность. Когда сажи больше положенного, детали начинают серьезно клинить. В любом варианте лопатки прекращают осуществлять поворот в нужном направлении или вовсе его прекращают. Из-за этого наддувное давление не соответствует нужному.

Заклинивание, нагар, сажа

Главное значение в заклинивании отдана нагарообразованию. Источником нагара выступает моторный тип масла. Во время износа поршня, кольца и его направляющие при поломке роторных уплотнений в картридже коксуются. К подобному износу ведет и работа в условиях, которые благоприятны к появлению сажи. Поскольку нагар является результатом топливного сгорания, то топливное качество имеет первостепенное значение. Сажа лучше появляется во время проблем с воспламенением смеси. Это может быть из-за неисправности с нарушениями регулировки зажигания.
Условие передвижения машины тоже влияет на сажевое образование. Сажа появляется, если мотор в недостаточной мере прогрет на пониженных оборотах до включения более высокой передачи и ускоренной езды. При высокоскоростном движении сажа выгорает. По этой причине загородную поездку возможно рассматривать как борьбу с нагарным образованием.
Забитый катализатор, сажевый фильтр изменяет геометрию турбинного компрессора, в результате которой нужно делать ремонт турбин. Из-за трудностей со свободным турбинным выходом, отработанные газы влияют на колесо. Оно приводит к продольному люфту турбокомпрессорного ротора. Геометрия турбины — важный узел всего агрегата.

Разборка и зачистка?

Вне зависимости от производителя, для очистки направляющего аппарата от нагарового отложения, турбокомпрессор необходимо разбирать. Не факт, что зачисткой можно устранить неисправность, поскольку при детальном заклинивании привод может ломаться.
Кроме сажи, заклинивать лопатки устройства могут из-за нахождения лишних деталей внутри выпускного коллектора. Это могут быть поршневые кольца с клапанами. Всегда необходимо заменять турбинный ротор. В противном случае, потребуется купить турбину восстановленную и делать ремонт машины.

ПОДБОР ТУРБИНЫ

Вы обязательно найдёте нужную турбину!

* год указывается примерный, чтобы не дублировать одинаковые турбины для разных годов выпуска авто.

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить клапан управления, отрегулировать

Рассматривая принцип работы турбокомпрессора, мы коснулись проблем, ограничивающих эффективность газовых турбокомпрессоров. Турбина с изменяемой геометрией позволяет расширить зону действия турбокомпрессора и сделать двигатель более восприимчивым. Мы поговорим не только об устройстве системы, но и о симптомах неисправности клапана управления, очистки и регулировки турбокомпрессоров ВНТ.

Устройство VNT-турбины

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

На снимке турбина с изменяемой геометрией, устанавливаемая на автомобили Volkswagen, Skoda. Общее устройство турбокомпрессора и принцип нагнетания подачи воды не бесплатно от обычных турбокомпрессоров. Главной особенностью являются поворотные лопасти, механизм управления и вакуумный привод.

Принцип работы

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

Вращающиеся лопасти вращаются на осях, установленных в опорном кольце. К оси каждой лопасти крепятся тяги управления, которые при сборке входят в зацепление с регулирующим кольцом. Рулевой рычаг соединяет регулировочное кольцо с рулевым рычагом и осью вакуумного привода поворотных лопастей.

При гременении положения оси оси вакуумного привода. Из-за этого ось лопасти поворачивается в опорном кольце. Они синхронно меняют свое положение, изменяя сечение для потока выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией основан на регулировании потока выхлопных газов, направленного на колесо турбины. Регулировка позволяет отрегулировать проходное сечение для потока выхлопных газов в зависимости от режима работы двигателя.

Как изменяется давление наддува?

Когда мы рассматривали принцип работы системы изменяемой геометрии впускного коллектора, то говорили о зависимости скорости газового потока от проходного сечения канала. При одном и том же давлении скорость газового потока будет выше в канале с узким сечением.

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

Для быстрого выхода турбины в зону эффективной работы при малых оборотах двигателя необходимо высокое давление наддува. В таком режиме работы лопатки уменьшают сечение канала, по которому выхлопные газы движутся к лопатке турбины. В результате повышается давление.

В зоне высоких оборотов двигателя увеличивается объем выхлопных газов. Небольшое сечение канала приведет к избыточной поддержке выхлопных газов, что приведет к плохому наполнению цилиндров свежим зарядом ТПВС.

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

Поэтому с увеличением оборотов двигателя лопасти меняют свое положение, увеличивая сечение для прохода выхлопных газов.

Принцип работы изменяемой геометрии позволяет отказаться от вестгейта. Через «горячие» части крыла проходит весь поток выхлопных газов. Предотвращение избыточного испарения, вечественном прозолении провотных работком.

Система в разрезе

  1. Лопасти расположены перпендикулярно радиальным линиям, что равно узкому сечению для потока выхлопных газов. Обеспечено быстрое увеличение наддува и увеличение крутящего момента в низкооборотной зоне двигателя.

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

Управление геометрией

Замение геометрии турбины дополнительным блоком управления двигателем. Принцип действия рассмотренной выше системы предполагает наличие электромагнитного клапана управления наддувом. Управляется клапан ШИМ-сигналом. Изменяя жесткость сигнала, ЭБУ двигателя устанавливает необходимый разряд в вакуумной среде пластинчато-роторного привода. При таком управлении ЭБУ может плавно и точно управлять регулировочным кольцом, что обеспечивает эффективное сгорание топливного бака на всех режимах работы двигателя.

При обесточивании электромагнитного клапана, в вакууме при атмосферном давлении лопатки устанавливаются в ступенчатое положение. Для плавной регулировки плавной подачи воздуха.

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить регулирующий клапан, отрегулировать

Принципиальное отличие

Автомобильные газовые турбины всех типов имеют 3 режима работы:

  • выход в зону отдыха. Вращающийся вал турбины создает сопротивление потоку выхлопных газов, что снижает наполнение цилиндров и, как следствие, КПД двигателя. Именно с режимом раскручивания турбинного колеса водители связывают явление «турбоямы»;
  • зона эффективной работы. При достижении рабочей зоны скорость вращения компрессорного колеса позволяет нагнетать в цилиндры большее количество воздуха, что ощущается как увеличение крутящего момента;
  • зона оверспина (от англ over—spinning — избыточное вращение). Устройство турбокомпрессора суправлет зоны соединения. Конструкция двигателя также рассчитана на определенную величину наддува. Если скорость потока выхлопных газов превышает зону оптимального КПД и расчетное значение наддува, то дальнейшее использование турбокомпрессора только снизит КПД двигателя. Также превышение расчетной скорости вращения профиля приводит к срыву воздушного потока. Поэтому устройство большинства турбин предполагает наличие клапана.

Конструкция турбины с фиксированной геометрией — это всегда компромисс между скоростью выхода из зоны эффективности, величиной наддува и пределом пиковой мощности. На эти параметры влияют диаметр каналов движения газов, соотношение площадей индуктора и выхлопа, Площадь/Радиус корпуса, конструкция перепускного клапана, продувки. Но поскольку характеристики турбины еще определяются на стадии проектирования, ее рабочая зона достаточно узкая.

Преимущества

  • Активное памяния сечения канала «горачей» части турбины позволяет расширить зону его эффективной работы. Авто с изменяемой геометрией турбонаддува выдает бесплатное паксиче уже с низкими воротами.
  • Уменьшенный выброс отработавших газов на высоких скоростях. За счет отсутствия перепускного клапана в «горячей» части уменьшается количество газовых потоков в разные стороны, что улучшает прохождение газов через турбину.
  • Улучшение эластичности двигателя.
  • Снижение расхода топлива и количества вредных выбросов в атмосферу.

Возможные неисправности

Усложнение конструкции турбины неизбежно ведет к увеличению риска поломки. Но в случае работы с изменяющейся геометрией дело обстоит не так плохо, как может показаться. Основных проблем с механизмом всего несколько:

  • движение работако с подклиниванием. Происходит из-за критического узна труських пар и при нагарообразовании. Нагар и масляные отложения мешают плавному движению регулирующего кольца;
  • заклинание рабочих в одном из агентов. Из-за критического нагарообразования сила вакуума недостаточна для движения регулирующего кольца;
  • дереперанность вакумного привода поротных лопаток, влаванта управления представлением турбонаддува.

Среди основных симптомов поломки – подергивания при разгоне, потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива и появление на приборной панели индикаторов Check Engine.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *