Turbosprężarka o zmiennej geometrii - Variable-geometry turbocharger
Turbosprężarki o zmiennej geometrii ( VGT ), czasami znane jako turbiny o zmiennej dyszy ( VNT ), to rodzaj turbosprężarek , zwykle zaprojektowanych w celu umożliwienia zmiany efektywnego współczynnika kształtu turbosprężarki w miarę zmiany warunków. Dzieje się tak, ponieważ optymalny współczynnik kształtu przy niskich prędkościach obrotowych silnika bardzo różni się od tego przy wysokich prędkościach obrotowych silnika.
Jeśli współczynnik kształtu jest zbyt duży, turbosprężarka nie zapewni doładowania przy niskich prędkościach; jeśli współczynnik kształtu jest zbyt mały, turbosprężarka zadławi silnik przy dużych prędkościach, prowadząc do wysokiego ciśnienia w kolektorze wydechowym , wysokich strat pompowania i ostatecznie niższej mocy wyjściowej. Zmieniając geometrię obudowy turbiny podczas przyspieszania silnika, współczynnik kształtu turbosprężarki może być utrzymany na optymalnym poziomie. Z tego powodu silniki VGT mają minimalne opóźnienie , niski próg doładowania i wysoką sprawność przy wyższych prędkościach obrotowych silnika.
Rozcięta turbosprężarka VGT (VW Golf, Diesel)
Strona wydechowa z łopatkami kierującymi o zmiennej geometrii
strona powietrza doładowującego z kołem sprężarki
Magazynowanie wału turbo
Magazynowanie wału turbo
Historia
Obrotowa łopatka VGT została po raz pierwszy opracowana przez firmę Garrett i opatentowana w 1953 roku.
Jednym z pierwszych samochodów produkcyjnych, w których zastosowano te turbosprężarki, była Honda Legend z 1988 roku ; zastosował chłodzony wodą VGT zainstalowany w 2,0-litrowym silniku V6.
Ograniczona produkcja z 1989 roku Shelby CSX-VNT , z zaledwie 500 wyprodukowanymi egzemplarzami, była wyposażona w 2,2-litrowy silnik Chrysler K z turbosprężarką Garretta o nazwie VNT-25 (ponieważ używał tej samej sprężarki i wału co Garrett o stałej geometrii T-25).
1991, Fiat włączył VGT karne Croma bezpośrednim wtryskiem turbodiesel „S.
Peugeot 405 T16 , uruchomiony w 1992 roku, użyto Garrett VAT25 turbosprężarka o zmiennej geometrii łopatek na jego 2,0-litrowy silnik 16-zaworowy.
Porsche 911 Turbo z 2007 roku jest wyposażone w dwie turbosprężarki o zmiennej geometrii w sześciocylindrowym silniku benzynowym o pojemności 3,6 litra.
Koenigsegg One:1 z 2015 roku (nazwany tak od stosunku mocy do masy 1:1) wykorzystuje dwie turbosprężarki o zmiennej geometrii w 5,0-litrowym silniku V8, co pozwala mu wytwarzać 1361 koni mechanicznych.
Wspólne projekty
Dwie najczęstsze implementacje VGT są następujące:
W przypadku lekkich silników (samochody osobowe, wyścigowe i lekkie pojazdy użytkowe) łopatki turbiny obracają się zgodnie z piastą, zmieniając skok i powierzchnię przekroju.
W przypadku silników do dużych obciążeń łopatki nie obracają się, lecz zmienia się ich efektywna szerokość. Odbywa się to zwykle poprzez przesunięcie turbiny wzdłuż jej osi, częściowo cofając łopatki w obudowie. Alternatywnie przegroda wewnątrz obudowy może przesuwać się tam iz powrotem. Zmienia się obszar między krawędziami łopatek, co prowadzi do systemu o zmiennym współczynniku kształtu z mniejszą liczbą ruchomych części.
VGT mogą być sterowane za pomocą membranowego siłownika podciśnieniowego, serwa elektrycznego , siłownika elektrycznego trójfazowego, siłownika hydraulicznego lub siłownika pneumatycznego wykorzystującego ciśnienie hamulca pneumatycznego .
W przeciwieństwie do turbin o stałej geometrii turbiny VGT nie wymagają zaworu upustowego .
Posługiwać się
Silniki VGT są znacznie częściej stosowane w silnikach wysokoprężnych, ponieważ niższe temperatury spalin oznaczają, że są one mniej podatne na awarie. Wczesne silniki benzynowe VGT wymagały znacznego chłodzenia wstępnego , aby wydłużyć żywotność turbosprężarki do rozsądnych poziomów, ale postęp w technologii poprawił ich odporność na spaliny benzynowe o wysokiej temperaturze i zaczęły pojawiać się coraz częściej w samochodach z silnikami benzynowymi.
Zazwyczaj VGT można znaleźć tylko w zastosowaniach OEM ze względu na poziom koordynacji wymagany do utrzymania łopatek w najbardziej optymalnej pozycji niezależnie od stanu silnika. Istnieją jednak dostępne na rynku wtórnym jednostki sterujące VGT i niektóre wysokiej klasy silniki na rynku wtórnym systemy zarządzania mogą również sterować VGT.
W samochodach ciężarowych VGT są również używane do kontrolowania stosunku spalin recyrkulowanych z powrotem do wlotu silnika (można nimi sterować, aby selektywnie zwiększać ciśnienie w kolektorze wydechowym, aż przekroczy ciśnienie w kolektorze dolotowym, co sprzyja recyrkulacji spalin ). Chociaż nadmierne ciśnienie wsteczne silnika jest szkodliwe dla ogólnej wydajności paliwowej , zapewnienie wystarczającej szybkości EGR nawet podczas zdarzeń przejściowych (takich jak zmiana biegów) może wystarczyć do zmniejszenia emisji tlenku azotu do poziomu wymaganego przez przepisy dotyczące emisji (np. Euro 5 dla Europy i EPA 10 dla USA).
Innym zastosowaniem turbosprężarek ślizgowych jest hamulec wydechowy , dzięki czemu nie jest potrzebny dodatkowy zawór dławiący wydechowy. Mechanizm można również celowo zmodyfikować, aby zmniejszyć wydajność turbiny we wcześniej określonej pozycji. Ten tryb można wybrać, aby utrzymać podwyższoną temperaturę spalin, aby promować „wyłączanie światła” i „regenerację” filtra cząstek stałych (polega to na podgrzaniu cząstek węgla utkniętych w filtrze, aż utlenią się w częściowo samowystarczalnej reakcji - podobnie jak proces samooczyszczania oferowany przez niektóre piekarniki). Uruchomienie VGT w celu sterowania przepływem EGR lub ogólnie wprowadzenia trybów hamowania lub regeneracji wymaga siłowników hydraulicznych lub elektrycznych serwomechanizmów.
Producenci
Kilka firm produkuje i dostarcza turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek, w tym Garrett, BorgWarner i Mitsubishi Heavy Industries . Ten projekt ogranicza się głównie do małych silników i lekkich zastosowań (samochody osobowe, wyścigowe i lekkie pojazdy użytkowe).
Głównym dostawcą VGT z przesuwną łopatką jest Holset Engineering .