Στρόβιλος μεταβλητής γεωμετρίας: αρχή λειτουργίας, συσκευή, επισκευή

2024 Συγγραφέας: Erin Ralphs | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-19 13:45

Με την ανάπτυξη των στροβίλων ICE, οι κατασκευαστές προσπαθούν να βελτιώσουν τη συνοχή τους με τους κινητήρες και την απόδοσή τους. Η πιο προηγμένη τεχνικά σειριακή λύση είναι η αλλαγή στη γεωμετρία της εισόδου. Στη συνέχεια, εξετάζεται ο σχεδιασμός των στροβίλων μεταβλητής γεωμετρίας, η αρχή λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά συντήρησης.

Γενικά χαρακτηριστικά

Οι τουρμπίνες που εξετάζονται διαφέρουν από τις συνηθισμένες ως προς την ικανότητα προσαρμογής στον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα αλλάζοντας την αναλογία A/R, η οποία καθορίζει την απόδοση. Αυτό είναι ένα γεωμετρικό χαρακτηριστικό των περιβλημάτων, που αντιπροσωπεύεται από την αναλογία της περιοχής διατομής του καναλιού και την απόσταση μεταξύ του κέντρου βάρους αυτού του τμήματος και του κεντρικού άξονα του στροβίλου.

Η συνάφεια των στροβιλοσυμπιεστών μεταβλητής γεωμετρίας οφείλεται στο γεγονός ότι για υψηλές και χαμηλές ταχύτητες οι βέλτιστες τιμές αυτής της παραμέτρου διαφέρουν σημαντικά. Άρα, για μια μικρή τιμή A/R, η ροήέχει υψηλή ταχύτητα, με αποτέλεσμα η τουρμπίνα να περιστρέφεται γρήγορα, αλλά η μέγιστη απόδοση είναι χαμηλή. Οι μεγάλες τιμές αυτής της παραμέτρου, αντίθετα, καθορίζουν μεγάλη απόδοση και χαμηλή ταχύτητα καυσαερίων.

Συνεπώς, με υπερβολικά υψηλό A/R, η τουρμπίνα δεν θα μπορεί να δημιουργήσει πίεση σε χαμηλές στροφές και αν είναι πολύ χαμηλή, θα πνίξει τον κινητήρα στο πάνω μέρος (λόγω αντίθλιψης στην πολλαπλή εξαγωγής, η απόδοση θα πέσει). Επομένως, σε στροβιλοσυμπιεστές σταθερής γεωμετρίας, επιλέγεται μια μέση τιμή A / R που του επιτρέπει να λειτουργεί σε όλο το εύρος στροφών, ενώ η αρχή λειτουργίας των στροβίλων με μεταβλητή γεωμετρία βασίζεται στη διατήρηση της βέλτιστης τιμής του. Επομένως, τέτοιες επιλογές με χαμηλό όριο ώθησης και ελάχιστη καθυστέρηση είναι εξαιρετικά αποτελεσματικές σε υψηλές ταχύτητες.

Εκτός από το κύριο όνομα (στρόβιλοι μεταβλητής γεωμετρίας (VGT, VTG)), αυτές οι παραλλαγές είναι γνωστές ως μοντέλα μεταβλητού ακροφύσιου (VNT), μεταβλητής πτερωτής (VVT), ακροφυσίου τουρμπίνας μεταβλητής περιοχής (VATN).

Ο στρόβιλος μεταβλητής γεωμετρίας αναπτύχθηκε από τον Garrett. Εκτός από αυτό, άλλοι κατασκευαστές ασχολούνται με την κυκλοφορία τέτοιων ανταλλακτικών, συμπεριλαμβανομένων των MHI και BorgWarner. Ο κύριος κατασκευαστής παραλλαγών δακτυλίων ολίσθησης είναι η Cummins Turbo Technologies.

Παρά τη χρήση στροβίλων μεταβλητής γεωμετρίας κυρίως σε κινητήρες ντίζελ, είναι πολύ διαδεδομένοι και κερδίζουν δημοτικότητα. Υποτίθεται ότι το 2020 τέτοια μοντέλα θα καταλαμβάνουν περισσότερα από 63% της παγκόσμιας αγοράς στροβίλων. Η επέκταση της χρήσης αυτής της τεχνολογίας και η ανάπτυξή της οφείλεται κατά κύριο λόγο στην αυστηροποίηση των περιβαλλοντικών κανονισμών.

Σχέδιο

Η συσκευή τουρμπίνας μεταβλητής γεωμετρίας διαφέρει από τα συμβατικά μοντέλα λόγω της παρουσίας ενός πρόσθετου μηχανισμού στο τμήμα εισόδου του περιβλήματος του στροβίλου. Υπάρχουν πολλές επιλογές για το σχεδιασμό του.

Ο πιο κοινός τύπος είναι ο συρόμενος δακτύλιος κουπιών. Αυτή η συσκευή αντιπροσωπεύεται από έναν δακτύλιο με έναν αριθμό άκαμπτα στερεωμένων πτερυγίων που βρίσκονται γύρω από τον ρότορα και κινούνται σε σχέση με τη σταθερή πλάκα. Ο μηχανισμός ολίσθησης χρησιμοποιείται για τον περιορισμό/επέκταση της διόδου για τη ροή των αερίων.

Λόγω του γεγονότος ότι ο δακτύλιος κουπιών ολισθαίνει προς την αξονική κατεύθυνση, αυτός ο μηχανισμός είναι πολύ συμπαγής και ο ελάχιστος αριθμός αδύναμων σημείων εξασφαλίζει αντοχή. Αυτή η επιλογή είναι κατάλληλη για μεγάλους κινητήρες, επομένως χρησιμοποιείται κυρίως σε φορτηγά και λεωφορεία. Χαρακτηρίζεται από απλότητα, υψηλή απόδοση στο κάτω μέρος, αξιοπιστία.

Η δεύτερη επιλογή προϋποθέτει επίσης την παρουσία δακτυλίου πτερυγίων. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, στερεώνεται άκαμπτα σε μια επίπεδη πλάκα και οι λεπίδες τοποθετούνται σε πείρους που εξασφαλίζουν την περιστροφή τους στην αξονική κατεύθυνση, στην άλλη πλευρά της. Έτσι, η γεωμετρία της τουρμπίνας αλλάζει μέσω των πτερυγίων. Αυτή η επιλογή έχει την καλύτερη απόδοση.

Ωστόσο, λόγω του μεγάλου αριθμού κινητών μερών, αυτός ο σχεδιασμός είναι λιγότερο αξιόπιστος, ειδικά σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας. Μαρκαρισμένοςπροβλήματα προκαλούνται από την τριβή μεταλλικών μερών, τα οποία διαστέλλονται όταν θερμαίνονται.

Μια άλλη επιλογή είναι ένας κινούμενος τοίχος. Είναι παρόμοιο από πολλές απόψεις με την τεχνολογία δακτυλίου ολίσθησης, ωστόσο σε αυτή την περίπτωση οι σταθερές λεπίδες είναι τοποθετημένες σε στατική πλάκα αντί σε δακτύλιο ολίσθησης.

Ο υπερσυμπιεστής μεταβλητής περιοχής (ΦΠΑ) έχει λεπίδες που περιστρέφονται γύρω από το σημείο εγκατάστασης. Σε αντίθεση με το σχήμα με περιστροφικές λεπίδες, δεν τοποθετούνται κατά μήκος της περιφέρειας του δακτυλίου, αλλά σε μια σειρά. Επειδή αυτή η επιλογή απαιτεί ένα περίπλοκο και ακριβό μηχανικό σύστημα, έχουν αναπτυχθεί απλοποιημένες εκδόσεις.

Ένα είναι ο στροβιλοσυμπιεστής μεταβλητής ροής Aisin Seiki (VFT). Το περίβλημα του στροβίλου χωρίζεται σε δύο κανάλια με ένα σταθερό πτερύγιο και είναι εξοπλισμένο με έναν αποσβεστήρα που κατανέμει τη ροή μεταξύ τους. Λίγα ακόμη σταθερά πτερύγια είναι εγκατεστημένα γύρω από τον ρότορα. Παρέχουν συγκράτηση και συγχώνευση ροής.

Η δεύτερη επιλογή, που ονομάζεται σχήμα Switchblade, είναι πιο κοντά στον ΦΠΑ, αλλά αντί για μια σειρά λεπίδων, χρησιμοποιείται μία μόνο λεπίδα, η οποία επίσης περιστρέφεται γύρω από το σημείο εγκατάστασης. Υπάρχουν δύο τύποι τέτοιας κατασκευής. Ένα από αυτά περιλαμβάνει την τοποθέτηση της λεπίδας στο κεντρικό μέρος του σώματος. Στη δεύτερη περίπτωση, βρίσκεται στη μέση του καναλιού και το χωρίζει σε δύο διαμερίσματα, σαν κουπί VFT.

Για τον έλεγχο μιας τουρμπίνας με μεταβλητή γεωμετρία, χρησιμοποιούνται ηλεκτροκινητήρες: ηλεκτρικοί, υδραυλικοί, πνευματικοί. Ο υπερσυμπιεστής ελέγχεται από τη μονάδα ελέγχουκινητήρας (ECU, ECU).

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτοί οι στρόβιλοι δεν απαιτούν βαλβίδα παράκαμψης, καθώς χάρη στον ακριβή έλεγχο είναι δυνατό να επιβραδυνθεί η ροή των καυσαερίων με μη αποσυμπιεστικό τρόπο και να περάσει η περίσσεια μέσω του στροβίλου.

Αρχή λειτουργίας

Οι τουρμπίνες μεταβλητής γεωμετρίας λειτουργούν διατηρώντας τη βέλτιστη γωνία A/R και στροβιλισμού αλλάζοντας την περιοχή διατομής της εισόδου. Βασίζεται στο γεγονός ότι η ταχύτητα ροής των καυσαερίων σχετίζεται αντιστρόφως με το πλάτος του καναλιού. Επομένως, στους «πάτους» για γρήγορη προώθηση, η διατομή του τμήματος εισόδου μειώνεται. Με την αύξηση της ταχύτητας για την αύξηση της ροής, σταδιακά επεκτείνεται.

Μηχανισμός αλλαγής γεωμετρίας

Ο μηχανισμός για την υλοποίηση αυτής της διαδικασίας καθορίζεται από το σχεδιασμό. Σε μοντέλα με περιστρεφόμενες λεπίδες, αυτό επιτυγχάνεται με την αλλαγή της θέσης τους: για να διασφαλιστεί μια στενή τομή, οι λεπίδες είναι κάθετες στις ακτινικές γραμμές και για να διευρύνουν το κανάλι, μπαίνουν σε μια βαθμιδωτή θέση.

Οι τουρμπίνες δακτυλίου ολίσθησης με κινούμενο τοίχωμα έχουν μια αξονική κίνηση του δακτυλίου, η οποία αλλάζει επίσης το τμήμα του καναλιού.

Η αρχή λειτουργίας του VFT βασίζεται στον διαχωρισμό ροής. Η επιτάχυνσή του στις χαμηλές ταχύτητες πραγματοποιείται κλείνοντας το εξωτερικό διαμέρισμα του καναλιού με αποσβεστήρα, με αποτέλεσμα τα αέρια να πηγαίνουν στον ρότορα με τον συντομότερο δυνατό τρόπο. Καθώς το φορτίο αυξάνεται, ο αποσβεστήραςανεβαίνει για να επιτρέψει τη ροή και στους δύο κόλπους για επέκταση της χωρητικότητας.

Για μοντέλα VAT και Switchblade, η γεωμετρία αλλάζει περιστρέφοντας τη λεπίδα: σε χαμηλές ταχύτητες, ανυψώνεται, στενεύει το πέρασμα για να επιταχύνει τη ροή και σε υψηλές ταχύτητες, βρίσκεται δίπλα στον τροχό του στροβίλου, εκτονώνεται διακίνηση. Οι στρόβιλοι με διακόπτη τύπου 2 διαθέτουν λειτουργία αντίστροφης λεπίδας.

Λοιπόν, στα "κάτω" βρίσκεται δίπλα στον ρότορα, με αποτέλεσμα η ροή να πηγαίνει μόνο κατά μήκος του εξωτερικού τοιχώματος του περιβλήματος. Καθώς οι στροφές αυξάνονται, η λεπίδα ανεβαίνει, ανοίγοντας μια δίοδο γύρω από την πτερωτή για να αυξηθεί η απόδοση.

Drive

Μεταξύ των ηλεκτροκινητήρων, οι πιο συνηθισμένες είναι οι πνευματικές επιλογές, όπου ο μηχανισμός ελέγχεται από ένα έμβολο που κινεί αέρα μέσα στον κύλινδρο.

Η θέση των πτερυγίων ελέγχεται από έναν ενεργοποιητή διαφράγματος που συνδέεται με μια ράβδο στον δακτύλιο ελέγχου πτερυγίων, έτσι ώστε ο λαιμός να μπορεί να αλλάζει συνεχώς. Ο ενεργοποιητής κινεί το στέλεχος ανάλογα με το επίπεδο κενού, εξουδετερώνοντας το ελατήριο. Η διαμόρφωση κενού ελέγχει μια ηλεκτρική βαλβίδα που παρέχει γραμμικό ρεύμα ανάλογα με τις παραμέτρους κενού. Το κενό μπορεί να δημιουργηθεί από την ενισχυτική αντλία κενού φρένων. Το ρεύμα τροφοδοτείται από την μπαταρία και ρυθμίζει την ECU.

Το κύριο μειονέκτημα τέτοιων ηλεκτροκινητήρων οφείλεται στη δύσκολη πρόβλεψη της κατάστασης του αερίου μετά τη συμπίεση, ειδικά όταν θερμαίνεται. Επομένως πιο τέλειοείναι υδραυλικοί και ηλεκτρικοί κινητήρες.

Οι υδραυλικοί ενεργοποιητές λειτουργούν με την ίδια αρχή με τους πνευματικούς ενεργοποιητές, αλλά αντί για αέρα στον κύλινδρο, χρησιμοποιείται ένα υγρό, το οποίο μπορεί να αντιπροσωπεύεται από λάδι κινητήρα. Επιπλέον, δεν συμπιέζεται, επομένως αυτό το σύστημα παρέχει καλύτερο έλεγχο.

Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα χρησιμοποιεί πίεση λαδιού και σήμα ECU για να μετακινήσει τον δακτύλιο. Το υδραυλικό έμβολο κινεί τη σχάρα και το γρανάζι, που περιστρέφει το οδοντωτό γρανάζι, με αποτέλεσμα οι λεπίδες να συνδέονται περιστροφικά. Για τη μεταφορά της θέσης της λεπίδας ECU, ένας αναλογικός αισθητήρας θέσης κινείται κατά μήκος του έκκεντρου της μονάδας δίσκου. Όταν η πίεση λαδιού είναι χαμηλή, τα πτερύγια ανοίγουν και κλείνουν καθώς αυξάνεται η πίεση λαδιού.

Η ηλεκτρική κίνηση είναι η πιο ακριβής, επειδή η τάση μπορεί να παρέχει πολύ καλό έλεγχο. Ωστόσο, απαιτεί πρόσθετη ψύξη, η οποία παρέχεται από σωλήνες ψυκτικού υγρού (η πνευματική και η υδραυλική έκδοση χρησιμοποιούν υγρό για την απομάκρυνση της θερμότητας).

Ο μηχανισμός επιλογής χρησιμεύει για την κίνηση του μετατροπέα γεωμετρίας.

Ορισμένα μοντέλα στροβίλων χρησιμοποιούν περιστροφική ηλεκτρική κίνηση με άμεσο βηματικό κινητήρα. Σε αυτή την περίπτωση, η θέση των λεπίδων ελέγχεται από μια ηλεκτρονική βαλβίδα ανάδρασης μέσω του μηχανισμού οδοντωτού τροχού και πινιόν. Για ανατροφοδότηση από την ECU, χρησιμοποιείται ένα έκκεντρο με αισθητήρα μαγνητοαντίστασης συνδεδεμένο στο γρανάζι.

Εάν είναι απαραίτητο να γυρίσετε τις λεπίδες, η ECU παρέχειπαροχή ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο εύρος για να τα μετακινήσει σε μια προκαθορισμένη θέση, μετά την οποία, αφού λάβει ένα σήμα από τον αισθητήρα, απενεργοποιεί τη βαλβίδα ανάδρασης.

Μονάδα ελέγχου κινητήρα

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αρχή λειτουργίας των τουρμπινών μεταβλητής γεωμετρίας βασίζεται στον βέλτιστο συντονισμό ενός πρόσθετου μηχανισμού σύμφωνα με τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα. Επομένως, απαιτείται ακριβής τοποθέτησή του και συνεχής παρακολούθηση. Επομένως, οι τουρμπίνες μεταβλητής γεωμετρίας ελέγχονται από μονάδες ελέγχου κινητήρα.

Χρησιμοποιούν στρατηγικές είτε για να μεγιστοποιήσουν την παραγωγικότητα είτε για να βελτιώσουν την περιβαλλοντική απόδοση. Υπάρχουν πολλές αρχές για τη λειτουργία του BUD.

Το πιο κοινό από αυτά περιλαμβάνει τη χρήση πληροφοριών αναφοράς που βασίζονται σε εμπειρικά δεδομένα και μοντέλα κινητήρων. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ελεγκτής προώθησης επιλέγει τιμές από έναν πίνακα και χρησιμοποιεί ανάδραση για να μειώσει τα σφάλματα. Είναι μια ευέλικτη τεχνολογία που επιτρέπει μια ποικιλία στρατηγικών ελέγχου.

Το κύριο μειονέκτημά του είναι οι περιορισμοί κατά τις μεταβατικές περιόδους (απότομη επιτάχυνση, αλλαγές σχέσεων). Για την εξάλειψή του, χρησιμοποιήθηκαν ελεγκτές πολλαπλών παραμέτρων, PD και PID. Τα τελευταία θεωρούνται τα πιο πολλά υποσχόμενα, αλλά δεν είναι αρκετά ακριβή σε όλο το φάσμα των φορτίων. Αυτό λύθηκε με την εφαρμογή αλγορίθμων απόφασης ασαφούς λογικής χρησιμοποιώντας MAS.

Υπάρχουν δύο τεχνολογίες για την παροχή πληροφοριών αναφοράς: το μέσο μοντέλο κινητήρα και το τεχνητόνευρωνικά δίκτυα. Το τελευταίο περιλαμβάνει δύο στρατηγικές. Ένα από αυτά περιλαμβάνει τη διατήρηση της ώθησης σε ένα δεδομένο επίπεδο, το άλλο - τη διατήρηση μιας αρνητικής διαφοράς πίεσης. Στη δεύτερη περίπτωση, επιτυγχάνεται η καλύτερη περιβαλλοντική απόδοση, αλλά ο στρόβιλος υπερβαίνει την ταχύτητα.

Δεν είναι πολλοί κατασκευαστές που αναπτύσσουν ECU για στροβιλοσυμπιεστές μεταβλητής γεωμετρίας. Η συντριπτική τους πλειοψηφία αντιπροσωπεύεται από προϊόντα αυτοκινητοβιομηχανιών. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες ECU τρίτων κατασκευαστών high-end στην αγορά που έχουν σχεδιαστεί για τέτοιους τούρμπο.

Γενικές διατάξεις

Τα κύρια χαρακτηριστικά των στροβίλων είναι η ροή μάζας αέρα και η ταχύτητα ροής. Η περιοχή εισόδου είναι ένας από τους περιοριστικούς παράγοντες απόδοσης. Οι επιλογές μεταβλητής γεωμετρίας σάς επιτρέπουν να αλλάξετε αυτήν την περιοχή. Έτσι, η αποτελεσματική περιοχή καθορίζεται από το ύψος της διόδου και τη γωνία των λεπίδων. Ο πρώτος δείκτης μπορεί να αλλάξει σε εκδόσεις με συρόμενο δακτύλιο, ο δεύτερος - σε τουρμπίνες με περιστροφικά πτερύγια.

Έτσι, οι υπερσυμπιεστές μεταβλητής γεωμετρίας παρέχουν συνεχώς την απαιτούμενη ώθηση. Ως αποτέλεσμα, οι κινητήρες που είναι εξοπλισμένοι με αυτούς δεν έχουν την καθυστέρηση που σχετίζεται με το χρόνο στυψίματος της τουρμπίνας, όπως με τους συμβατικούς μεγάλους στροβιλοσυμπιεστές, και δεν πνίγονται στις υψηλές ταχύτητες, όπως στους μικρούς.

Τέλος, θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρόλο που οι στροβιλοσυμπιεστές μεταβλητής γεωμετρίας έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν χωρίς βαλβίδα παράκαμψης, έχει βρεθεί ότι παρέχουν κέρδη απόδοσης κυρίως στο χαμηλό άκρο και στις υψηλές στροφές σε πλήρως ανοιχτόοι λεπίδες δεν είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν μια μεγάλη ροή μάζας. Επομένως, για να αποφευχθεί η υπερβολική αντίθλιψη, εξακολουθεί να συνιστάται η χρήση απορριμμάτων.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Η προσαρμογή της τουρμπίνας στον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα παρέχει βελτίωση σε όλους τους δείκτες σε σύγκριση με επιλογές σταθερής γεωμετρίας:

• καλύτερη απόκριση και απόδοση σε όλο το εύρος στροφών;
• πιο επίπεδη καμπύλη ροπής μεσαίου εύρους;
• ικανότητα λειτουργίας του κινητήρα με μερικό φορτίο σε ένα πιο αποτελεσματικό μίγμα αέρα/καυσίμου;
• καλύτερη θερμική απόδοση;
• αποτροπή υπερβολικής ώθησης στις υψηλές στροφές,
• καλύτερη περιβαλλοντική απόδοση;
• λιγότερη κατανάλωση καυσίμου;
• εκτεταμένο εύρος λειτουργίας στροβίλου.

Το κύριο μειονέκτημα των στροβιλοσυμπιεστών μεταβλητής γεωμετρίας είναι ο σημαντικά περίπλοκος σχεδιασμός τους. Λόγω της παρουσίας πρόσθετων κινούμενων στοιχείων και μετάδοσης κίνησης, είναι λιγότερο αξιόπιστα και η συντήρηση και η επισκευή στροβίλων αυτού του τύπου είναι πιο δύσκολη. Επιπλέον, οι τροποποιήσεις για βενζινοκινητήρες είναι πολύ ακριβές (περίπου 3 φορές ακριβότερες από τις συμβατικές). Τέλος, αυτές οι τουρμπίνες είναι δύσκολο να συνδυαστούν με κινητήρες που δεν έχουν σχεδιαστεί για αυτούς.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όσον αφορά την απόδοση αιχμής, οι στρόβιλοι μεταβλητής γεωμετρίας είναι συχνά κατώτεροι από τους συμβατικούς αντίστοιχους. Αυτό οφείλεται σε απώλειες στο περίβλημα και γύρω από τα στηρίγματα των κινούμενων στοιχείων. Επιπλέον, η μέγιστη απόδοση πέφτει απότομα όταν απομακρύνεστε από τη βέλτιστη θέση. Ωστόσο, ο στρατηγόςΗ απόδοση των υπερσυμπιεστών αυτού του σχεδιασμού είναι υψηλότερη από αυτή των παραλλαγών σταθερής γεωμετρίας λόγω του μεγαλύτερου εύρους λειτουργίας.

Εφαρμογή και πρόσθετες λειτουργίες

Το εύρος των στροβίλων μεταβλητής γεωμετρίας καθορίζεται από τον τύπο τους. Για παράδειγμα, κινητήρες με περιστρεφόμενες λεπίδες εγκαθίστανται στους κινητήρες αυτοκινήτων και ελαφρών επαγγελματικών οχημάτων και τροποποιήσεις με συρόμενο δακτύλιο χρησιμοποιούνται κυρίως σε φορτηγά.

Γενικά, οι τουρμπίνες μεταβλητής γεωμετρίας χρησιμοποιούνται συχνότερα σε κινητήρες ντίζελ. Αυτό οφείλεται στη χαμηλή θερμοκρασία των καυσαερίων τους.

Στους κινητήρες ντίζελ επιβατών, αυτοί οι υπερσυμπιεστές χρησιμεύουν κυρίως για να αντισταθμίσουν την απώλεια απόδοσης από το σύστημα ανακύκλωσης καυσαερίων.

Στα φορτηγά, οι ίδιοι οι στρόβιλοι μπορούν να βελτιώσουν την περιβαλλοντική απόδοση ελέγχοντας την ποσότητα των καυσαερίων που ανακυκλώνονται στην εισαγωγή του κινητήρα. Έτσι, με τη χρήση στροβιλοσυμπιεστών μεταβλητής γεωμετρίας, είναι δυνατό να αυξηθεί η πίεση στην πολλαπλή εξαγωγής σε τιμή μεγαλύτερη από αυτή στην πολλαπλή εισαγωγής προκειμένου να επιταχυνθεί η ανακυκλοφορία. Αν και η υπερβολική αντίθλιψη είναι επιζήμια για την απόδοση καυσίμου, συμβάλλει στη μείωση των εκπομπών οξειδίων του αζώτου.

Επιπλέον, ο μηχανισμός μπορεί να τροποποιηθεί για να μειωθεί η απόδοση του στροβίλου σε μια δεδομένη θέση. Αυτό χρησιμοποιείται για την αύξηση της θερμοκρασίας των καυσαερίων προκειμένου να καθαρίσει το φίλτρο σωματιδίων οξειδώνοντας τα κολλημένα σωματίδια άνθρακα με θέρμανση.

Δεδομέναοι λειτουργίες απαιτούν υδραυλική ή ηλεκτρική κίνηση.

Τα σημειωμένα πλεονεκτήματα των στροβίλων μεταβλητής γεωμετρίας έναντι των συμβατικών τους καθιστούν την καλύτερη επιλογή για σπορ κινητήρες. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά σπάνια σε βενζινοκινητήρες. Μόνο μερικά σπορ αυτοκίνητα που είναι εξοπλισμένα με αυτά είναι γνωστά (επί του παρόντος οι Porsche 718, 911 Turbo και Suzuki Swift Sport). Σύμφωνα με έναν διευθυντή της BorgWarner, αυτό οφείλεται στο πολύ υψηλό κόστος παραγωγής τέτοιων στροβίλων, λόγω της ανάγκης χρήσης εξειδικευμένων ανθεκτικών στη θερμότητα υλικών για αλληλεπίδραση με τα καυσαέρια υψηλής θερμοκρασίας των βενζινοκινητήρων (τα καυσαέρια ντίζελ έχουν πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία, επομένως οι τουρμπίνες είναι φθηνότερες για αυτούς).

Τα πρώτα VGT που χρησιμοποιήθηκαν σε βενζινοκινητήρες κατασκευάστηκαν από συμβατικά υλικά, επομένως έπρεπε να χρησιμοποιηθούν πολύπλοκα συστήματα ψύξης για να διασφαλιστεί η αποδεκτή διάρκεια ζωής. Έτσι, στο Honda Legend του 1988, μια τέτοια τουρμπίνα συνδυάστηκε με υδρόψυκτο intercooler. Επιπλέον, αυτός ο τύπος κινητήρα έχει μεγαλύτερο εύρος ροής καυσαερίων, απαιτώντας έτσι τη δυνατότητα χειρισμού μεγαλύτερου εύρους ροής μάζας.

Οι κατασκευαστές επιτυγχάνουν τα απαιτούμενα επίπεδα απόδοσης, ανταπόκρισης, αποδοτικότητας και φιλικότητας προς το περιβάλλον με τον πιο οικονομικό τρόπο. Εξαίρεση αποτελούν μεμονωμένες περιπτώσεις όπου το τελικό κόστος δεν είναι προτεραιότητα. Σε αυτό το πλαίσιο, αυτό είναι, για παράδειγμα, η επίτευξη επιδόσεων ρεκόρ στο Koenigsegg One: 1 ή η προσαρμογή μιας Porsche 911 Turbo σε έναν πολιτικόλειτουργία.

Γενικά, η συντριπτική πλειοψηφία των υπερτροφοδοτούμενων αυτοκινήτων είναι εξοπλισμένα με συμβατικούς υπερσυμπιεστές. Για αθλητικούς κινητήρες υψηλής απόδοσης, χρησιμοποιούνται συχνά επιλογές διπλής κύλισης. Αν και αυτοί οι στροβιλοσυμπιεστές είναι κατώτεροι από τους VGT, προσφέρουν τα ίδια πλεονεκτήματα σε σχέση με τους συμβατικούς στρόβιλους, μόνο σε μικρότερο βαθμό, και ωστόσο έχουν σχεδόν τον ίδιο απλό σχεδιασμό με τους τελευταίους. Όσον αφορά τον συντονισμό, η χρήση στροβιλοσυμπιεστών μεταβλητής γεωμετρίας, εκτός από το υψηλό κόστος, περιορίζεται και από την πολυπλοκότητα του συντονισμού τους.

Για τους βενζινοκινητήρες, μια μελέτη των H. Ishihara, K. Adachi και S. Kono κατέταξε τον στρόβιλο μεταβλητής ροής (VFT) ως τον βέλτιστο VGT. Χάρη σε ένα μόνο κινούμενο στοιχείο, το κόστος παραγωγής μειώνεται και η θερμική σταθερότητα αυξάνεται. Επιπλέον, ένας τέτοιος στρόβιλος λειτουργεί σύμφωνα με έναν απλό αλγόριθμο ECU, παρόμοιο με επιλογές σταθερής γεωμετρίας εξοπλισμένες με βαλβίδα παράκαμψης. Ιδιαίτερα καλά αποτελέσματα έχουν επιτευχθεί όταν ένας τέτοιος στρόβιλος συνδυάζεται με ένα iVTEC. Ωστόσο, για τα συστήματα εξαναγκασμένης επαγωγής, παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας των καυσαερίων κατά 50-100 °C, η οποία επηρεάζει την περιβαλλοντική απόδοση. Αυτό το πρόβλημα επιλύθηκε χρησιμοποιώντας μια υδρόψυκτη πολλαπλή αλουμινίου.

Η λύση της BorgWarner για βενζινοκινητήρες ήταν να συνδυάσει την τεχνολογία διπλής κύλισης και τη σχεδίαση μεταβλητής γεωμετρίας σε έναν στρόβιλο μεταβλητής γεωμετρίας διπλής κύλισης που παρουσιάστηκε στο SEMA 2015.ίδια σχεδίαση με τον στρόβιλο διπλής κύλισης, αυτός ο στροβιλοσυμπιεστής έχει διπλή είσοδο και διπλό μονολιθικό τροχό στροβίλου και συνδυάζεται με πολλαπλή διπλής κύλισης, αλληλουχίας για την εξάλειψη των παλμών των καυσαερίων για πυκνότερη ροή.

Η διαφορά έγκειται στην παρουσία ενός αποσβεστήρα στο τμήμα εισόδου, ο οποίος, ανάλογα με το φορτίο, κατανέμει τη ροή μεταξύ των φτερών. Σε χαμηλές ταχύτητες, όλα τα καυσαέρια πηγαίνουν σε ένα μικρό μέρος του ρότορα και το μεγάλο τμήμα μπλοκάρεται, γεγονός που παρέχει ακόμη πιο γρήγορο spin-up από έναν συμβατικό στρόβιλο twin-scroll. Καθώς το φορτίο αυξάνεται, ο αποσβεστήρας μετακινείται σταδιακά στη μεσαία θέση και κατανέμει ομοιόμορφα τη ροή σε υψηλές ταχύτητες, όπως σε ένα τυπικό σχέδιο διπλής κύλισης. Δηλαδή, όσον αφορά τον μηχανισμό αλλαγής της γεωμετρίας, μια τέτοια τουρμπίνα είναι κοντά σε VFT.

Έτσι, αυτή η τεχνολογία, όπως και η τεχνολογία μεταβλητής γεωμετρίας, παρέχει αλλαγή στην αναλογία A/R ανάλογα με το φορτίο, προσαρμόζοντας τον στρόβιλο στον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα, γεγονός που επεκτείνει το εύρος λειτουργίας. Ταυτόχρονα, ο εξεταζόμενος σχεδιασμός είναι πολύ απλούστερος και φθηνότερος, καθώς χρησιμοποιείται μόνο ένα κινούμενο στοιχείο εδώ, που λειτουργεί σύμφωνα με έναν απλό αλγόριθμο και δεν απαιτούνται ανθεκτικά στη θερμότητα υλικά. Το τελευταίο οφείλεται σε μείωση της θερμοκρασίας λόγω απώλειας θερμότητας στα τοιχώματα του διπλού περιβλήματος του στροβίλου. Πρέπει να σημειωθεί ότι παρόμοιες λύσεις έχουν συναντηθεί στο παρελθόν (για παράδειγμα, βαλβίδα γρήγορης μπομπίνας), αλλά για κάποιο λόγο αυτή η τεχνολογία δεν έχει κερδίσει δημοτικότητα.

Συντήρηση καιεπισκευή

Η κύρια λειτουργία συντήρησης για τουρμπίνες είναι ο καθαρισμός. Η ανάγκη για αυτό οφείλεται στην αλληλεπίδρασή τους με τα καυσαέρια, που αντιπροσωπεύονται από τα προϊόντα καύσης καυσίμων και λαδιών. Ωστόσο, σπάνια απαιτείται καθαρισμός. Η έντονη μόλυνση υποδηλώνει δυσλειτουργία, η οποία μπορεί να προκληθεί από υπερβολική πίεση, φθορά των παρεμβυσμάτων ή των δακτυλίων των φτερών, καθώς και από το διαμέρισμα του εμβόλου, απόφραξη του αναπνευστήρα.

Οι τουρμπίνες μεταβλητής γεωμετρίας είναι πιο ευαίσθητοι στη ρύπανση από τους συμβατικούς στρόβιλους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η συσσώρευση αιθάλης στο πτερύγιο οδήγησης της συσκευής αλλαγής γεωμετρίας οδηγεί σε σφήνωση ή απώλεια της κινητικότητάς της. Ως αποτέλεσμα, η λειτουργία του υπερσυμπιεστή διακόπτεται.

Στην απλούστερη περίπτωση, ο καθαρισμός πραγματοποιείται με τη χρήση ειδικού υγρού, αλλά συχνά απαιτείται χειρωνακτική εργασία. Η τουρμπίνα πρέπει πρώτα να αποσυναρμολογηθεί. Κατά την αφαίρεση του μηχανισμού αλλαγής γεωμετρίας, προσέξτε να μην κόψετε τα μπουλόνια στερέωσης. Η επακόλουθη διάνοιξη των θραυσμάτων τους μπορεί να οδηγήσει σε ζημιά στις τρύπες. Επομένως, ο καθαρισμός της τουρμπίνας μεταβλητής γεωμετρίας είναι κάπως δύσκολος.

Επιπλέον, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ο απρόσεκτος χειρισμός του φυσιγγίου μπορεί να βλάψει ή να παραμορφώσει τα πτερύγια του ρότορα. Εάν αποσυναρμολογηθεί μετά τον καθαρισμό, θα χρειαστεί ζυγοστάθμιση, αλλά το εσωτερικό του φυσιγγίου συνήθως δεν καθαρίζεται.

Η αιθάλη λαδιού στους τροχούς υποδηλώνει φθορά στους δακτυλίους του εμβόλου ή στην ομάδα βαλβίδων, καθώς και στις στεγανοποιήσεις του ρότορα στο φυσίγγιο. Καθαρισμός χωρίςΗ εξάλειψη αυτών των δυσλειτουργιών του κινητήρα ή η επισκευή του στροβίλου δεν είναι πρακτική.

Μετά την αντικατάσταση του φυσιγγίου για στροβιλοσυμπιεστές του εν λόγω τύπου, απαιτείται προσαρμογή της γεωμετρίας. Για αυτό, χρησιμοποιούνται επίμονες και τραχιές βίδες ρύθμισης. Να σημειωθεί ότι ορισμένα μοντέλα πρώτης γενιάς δεν διαμορφώθηκαν αρχικά από τους κατασκευαστές, με αποτέλεσμα η απόδοσή τους στον «κάτω» να μειώνεται κατά 15-25%. Ειδικότερα, αυτό ισχύει για τους στρόβιλους Garrett. Μπορείτε να βρείτε οδηγίες στο διαδίκτυο σχετικά με τον τρόπο προσαρμογής του στροβίλου μεταβλητής γεωμετρίας.

CV

Οι υπερσυμπιεστές μεταβλητής γεωμετρίας αντιπροσωπεύουν το υψηλότερο στάδιο στην ανάπτυξη σειριακών στροβίλων για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Ένας πρόσθετος μηχανισμός στο τμήμα εισόδου διασφαλίζει ότι η τουρμπίνα προσαρμόζεται στον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα προσαρμόζοντας τη διαμόρφωση. Αυτό βελτιώνει την απόδοση, την οικονομία και τη φιλικότητα προς το περιβάλλον. Ωστόσο, η σχεδίαση του VGT είναι πολύπλοκη και τα μοντέλα βενζίνης είναι πολύ ακριβά.