Принцип работы VNT-турбины

При рассмотрении принципа турбонаддува мы коснулись проблем, ограничивающих эффективность газовых турбокомпрессоров. Турбина с изменяемой геометрией позволяет расширить зону турбонаддува и сделать двигатель более приемистым. Поговорим не только об устройстве системы, но и о симптомах неисправности регулирующего клапана, чистке и регулировке турбокомпрессоров ВНТ.

Устройство VNT-турбины

Принцип работы VNT-турбины

На рисунке представлена ​​турбина с изменяемой геометрией, устанавливаемая на автомобили Volkswagen, Skoda. Общая конструкция турбокомпрессора и принцип дополнительного впрыска воздуха не отличаются от обычных турбокомпрессоров. Главная особенность – во вращающихся лопастях, механизме управления и вакуумном приводе.

Принцип работы

Принцип работы VNT-турбины

Вращающиеся лопасти вращаются на валах, закрепленных на опорном кольце. На валу каждой лопасти крепятся тяги управления, которые при установке входят в зацепление с регулировочным кольцом. Направляющий рычаг соединяет регулировочное кольцо с рычагом управляющей тяги и валом вакуумного привода поворотной лопасти.

При изменении положения оси вакуумного привода регулировочное кольцо поворачивается на определенный угол. Благодаря этому ось лопастей вращается на опорном кольце. Они синхронно меняют свое положение, тем самым изменяя сечение для потока выхлопных газов.

Принцип действия турбины с изменяемой геометрией основан на регулировании потока выхлопных газов, направляемых на рабочее колесо турбины. Настройка позволяет подогнать проходное сечение для потока выхлопных газов к режиму работы двигателя.

Как изменяется давление наддува?

Когда мы рассматриваем принцип работы системы изменяемой геометрии впускного коллектора, мы говорим о зависимости расхода газа от проходного сечения канала. При том же давлении расход газа будет выше в канале с узким поперечным сечением.

Принцип работы VNT-турбины

Принцип работы VNT-турбины

Для быстрого выхода турбины в зону эффективной работы при низких оборотах двигателя требуется высокое давление наддува. В этом режиме работы лопатки уменьшают сечение канала, по которому выхлопные газы движутся к рабочему колесу турбины. В результате давление наддува увеличивается.

В области высоких оборотов двигателя увеличивается объем выхлопных газов. Малое сечение канала приведет к избыточному противодавлению выхлопных газов, что приведет к недоливу цилиндров новым зарядом ТПВС.

Принцип работы VNT-турбины

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

Принцип работы с изменяемой геометрией устраняет необходимость в перепускном клапане. Весь поток выхлопных газов проходит через рабочее колесо «горячей» части. Предупреждение избыточного наддува осуществляется изменением положения поворотных лопаток.

Система в разрезе

  1. Лопасти расположены перпендикулярно радиальным линиям, что эквивалентно узкому сечению для потока выхлопных газов. Обеспечивает быстрый наддув и увеличение крутящего момента в области низких оборотов двигателя.Принцип работы VNT-турбины
  2. Шахматное расположение лопастей — большое сечение для потока отработавших газов. Этот же режим используется как аварийный, когда система самодиагностики регистрирует неисправность системы, нет питания на электромагнитный клапан.Принцип работы VNT-турбины

Управление геометрией

Геометрия турбины изменяется блоком управления двигателем. Принцип работы рассмотренной выше системы предполагает наличие электромагнитного клапана управления наддувом. Клапан управляется ШИМ-сигналом. Изменяя скважность сигнала, ЭБУ двигателя устанавливает требуемый вакуум в вакуумной среде роторно-лопастного привода. При таком управлении ЭБУ может плавно и точно управлять регулировочным кольцом, обеспечивая эффективное сгорание TPVS на всех режимах работы двигателя.

При обесточивании электромагнитного клапана, в вакуумной среде при атмосферном давлении лопасти устанавливаются в шахматном порядке. Для плавной регулировки давления наддува ЭБУ постоянно опрашивает датчики двигателя.

Принцип работы VNT-турбины

Принципиальное отличие

Автомобильные газовые турбины всех типов имеют 3 режима работы:

  • доступ к рабочей зоне. Вращающийся вал турбины создает сопротивление потоку выхлопных газов, уменьшая наполнение цилиндров и, как следствие, КПД двигателя. Именно со способом поворота турбинного колеса водители связывают явление «турбо лага»;
  • собственно рабочая зона. При достижении рабочей зоны скорость вращения компрессорного колеса позволяет нагнетать в цилиндры больше воздуха, что ощущается по увеличению крутящего момента;
  • зона оверспина (от англ over-spinning — чрезмерное вращение). Компоновка турбокомпрессора предполагает зоны эффективности. Компоновка мотора также рассчитана на определенное количество наддува. Если расход отработавших газов превышает зону оптимального КПД и расчетную величину наддува, дальнейшее использование турбонаддува только снизит КПД двигателя. Также превышение расчетной скорости вращения крыльчатки приводит к прерыванию воздушного потока. Поэтому конструкция большинства турбин предполагает наличие клапана, который при определенных оборотах двигателя позволяет потоку выхлопных газов обходить турбинное колесо.

Конструкция турбины с фиксированной геометрией — это всегда компромисс между скоростью выхода в зону эффективности, величиной наддува и пределом максимальной мощности. На эти параметры влияет диаметр каналов движения газов, соотношение площадей индуктора и эксдуктора, площадь/радиус кожуха, конструкция нагнетательного клапана, выхлопа. Но из-за того, что характеристики турбины устанавливаются на стадии проектирования, ее рабочая зона достаточно узкая.

Преимущества

  • Активное изменение сечения канала «горячей» части турбины позволяет расширить зону ее эффективной работы. Автомобили с турбонаддувом с изменяемой геометрией могут производить больше мощности на очень низких оборотах.
  • Пониженное давление выхлопа на высоких оборотах. За счет отсутствия нагнетательного клапана в «горячей» части уменьшено количество разнонаправленных газовых потоков, что улучшает прохождение газов через турбину.
  • Повышение эластичности двигателя.
  • Снизить расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу.

Возможные неисправности

Сложность конструкции турбины неизбежно приводит к повышенному риску отказа. А вот в случае работы с изменяемой геометрией дело обстоит не так плохо, как может показаться. У механизма есть только несколько серьезных проблем:

  • движение лопастей с заклиниванием. Это происходит из-за критического износа пар трения и при образовании нагара. Нагар и масляные отложения мешают плавному движению регулировочного кольца;
  • заклинивание лопастей в одном из положений. Из-за критического образования нагара сила вакуума недостаточна для перемещения регулировочного кольца;
  • неисправность вакуумного привода поворотных лопаток, клапана регулирования давления наддува.

Среди основных симптомов неисправности – рывки при разгоне, потеря мощности двигателя, повышенный расход топлива и появление на панели приборов индикации Check Engine.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector