Турбокомпрессор с фиксированной и изменяемой геометрией — в чем разница?
Часто при описании двигателей используют термин «изменяемая геометрия турбокомпрессора». Чем он отличается от константы и каковы его преимущества и недостатки?
Турбокомпрессор — это устройство, которое широко используется в дизелях с 80-х годов, увеличивая крутящий момент и мощность и положительно влияя на расход топлива. Именно благодаря турбокомпрессору дизели перестали восприниматься как грязные рабочие машины. В бензиновых двигателях они стали иметь ту же задачу и чаще появлялись в 90-х годах, со временем они набирали популярность, и после 2010 года они стали такими же распространенными в бензиновых двигателях, как в 80-х и 90-х годах они уже были в дизелях.
Как работает турбокомпрессор?
Турбокомпрессор состоит из турбины и компрессора установлены на общем валу и в одном корпусе разделены на две почти сдвоенные стороны. Турбина приводится в движение выхлопными газами из выпускного коллектора, а компрессор, который вращается на одном роторе с турбиной и приводится в движение ею, создает давление воздуха, т. н. пополнение. Затем он поступает во впускной коллектор и камеры сгорания. Чем выше давление выхлопных газов (выше частота вращения двигателя), тем выше давление сжатия.
Основная проблема турбокомпрессоров заключается именно в этом факте, потому что без соответствующей скорости выхлопных газов не будет должного давления сжатия воздуха, поступающего в двигатель. Для возникновения наддува требуется определенное количество выхлопных газов от двигателя на определенной скорости – без надлежащей нагрузки выхлопных газов нет должного наддува, поэтому двигатели с наддувом на низких оборотах крайне слабы.
Чтобы свести к минимуму это нежелательное явление, следует использовать турбокомпрессор с правильными размерами для данного двигателя. Меньший (ротор меньшего диаметра) “крутится” быстрее, потому что создает меньшее сопротивление (меньше инерция), но дает меньше воздуха, а значит не будет генерировать много наддува, т.е. мощности. Чем больше турбина, тем она эффективнее, но ей требуется больше нагрузки по выхлопным газам и больше времени на «раскрутку». Это время называется турбо-лаг или лаг. Поэтому имеет смысл использовать небольшой турбонагнетатель для небольшого двигателя (примерно до 2 л) и большой для двигателя большей мощности. Тем не менее, у более крупных все равно проблема с “лагом”, поэтому В больших двигателях обычно используются системы би-турбо и твин-турбо.
Бензин с непосредственным впрыском — почему турбо?
Изменяемая геометрия — решение проблемы турбоямы
Наиболее эффективный способ уменьшить турбозапаздывание — использовать турбину с изменяемой геометрией. Подвижные лопатки, называемые лопатками, изменяют свое положение (угол наклона) и тем самым придают переменную форму потоку выхлопных газов, попадающему на неизменяющиеся лопатки турбины. В зависимости от давления отработавших газов лопатки устанавливаются под большим или меньшим углом, что ускоряет вращение ротора даже при меньшем давлении отработавших газов, а при большем давлении отработавших газов турбокомпрессор работает как обычный без изменяемой геометрии. Рули устанавливаются с приводом пневматическим или электронным способом. Изменяемая геометрия турбины изначально использовалась почти исключительно в дизельных двигателях., но в настоящее время он также все чаще используется бензином.
Эффект переменной гемометрии более плавный разгон с низких оборотов и отсутствие ощутимого момента “включения турбо”. Как правило, дизельные двигатели с постоянной геометрией турбины значительно быстрее разгоняются примерно до 2000 об/мин. Если турбо имеет изменяемую геометрию, они могут плавно и четко разгоняться примерно с 1700-1800 об/мин.
У изменяемой геометрии турбокомпрессора вроде бы одни плюсы, но это не всегда так. Превыше всего срок службы таких турбин ниже. Нагар на рулевых колесах может их заблокировать, так что двигатель в верхнем или нижнем диапазоне не имеет своей мощности. Хуже того, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией труднее регенерировать, что обходится дороже. Иногда полная регенерация даже невозможна.
