Кіріспе
Түрбоқондырғы технологиясының түрі
Айнымалы геометриялы түрбоқондырғылар (VGT), кейде айнымалы соплолы түрбоқондырғылар (VNT) деп те аталады, – турбоқондырғылардың бір түрі. Олар көбінесе турбоқондырғының тиімді арақатынасын (A/R арақатынасы) жағдайлар өзгерер кезде өзгертуге мүмкіндік беру үшін жасалады. Бұл турбина корпусының ішінде, кіреберіс пен турбина арасында орналасқан реттелетін қанаттарды пайдалану арқылы іске асырылады. Бұл қанаттар турбинаға қарай газ ағынына әсер етеді. VGT-ның артықшылығы – төмен қозғалтқыш айналымдарындағы оптималды арақатынас, жоғары қозғалтқыш айналымдарындағыдан мүлдем өзгеше болады. Егер арақатынас тым үлкен болса, турбо төмен жылдамдықтарда күшейткіш жасамайды; егер арақатынас тым кішкентай болса, турбо жоғары жылдамдықтарда қозғалтқышты тұншықтырып, жоғары түтін коллекторының қысымына, жоғары сорғы шығындарына және нәтижесінде төмен қуаттылыққа алып келеді. Қозғалтқыш жылдамдаған сайын турбина корпусының геометриясын өзгерту арқылы турбоның арақатынасын оңтайлы деңгейде ұстауға болады. Осы себепті VGT-да минималды кешігу, төмен күшейткіш шегі және жоғары қозғалтқыш айналымдарында жоғары тиімділік болады.
Тарих
Гаррет тұңғыш рет айналмалы VGT қанатын жасап, 1953 жылы патент алды. Бұл турбокомпрессорларды қолданған алғашқы өндіріс көліктерінің бірі 1988 жылғы Honda Legend болды; ол өзінің 2,0 литрлік V6 қозғалтқышына сумен салқындатылатын VGT орнатты. 1989 жылы шығарылған Shelby CSX VNT, бар болғаны 500 дана ғана шығарылды, 2,2 литрлік Chrysler K қозғалтқышымен жабдықталды, онда Garrett VNT 25 турбосы қолданылды (өйткені ол Garrett T 25 турбосының сорғышы мен білігін пайдаланды). 1991 жылы Fiat VGT-ді Croma тікелей шашыратылатын турбодизеліне енгізді. 1992 жылы шыққан Peugeot 405 T16 2,0 литрлік 16 клапанды қозғалтқышында Garrett VAT25 өзгермелі геометриялы турбокомпрессорды қолданды. 2007 жылғы Porsche 911 Turbo 3,6 литрлік көлденең орналасқан алты цилиндрлі бензиндік қозғалтқышта екі өзгермелі геометриялы турбокомпрессорды пайдаланды. 2007 жылы Acura RDX-ті (VFT) дизайнымен айнымалы геометриялы турбокомпрессормен ұсынды. 2015 жылғы Koenigsegg One:1 (қуаты мен салмағының қатынасы 1:1 болғандықтан осылай аталды) 5,0 литрлік V8 қозғалтқышында екі өзгермелі геометриялы турбокомпрессорды қолданады, бұл оған 1361 ат күшіне жете алуға мүмкіндік береді.
Ортақ үлгілер
VGT-ның ең көп таралған түрлері – өзгермелі тұмсықты турбиналар (VNT), жылжымалы қабырғалы турбиналар және өзгермелі ағыс турбиналары (VFT). Өзгермелі тұмсықты турбиналар жеңіл қозғалтқыштарда (жолаушылар автокөліктері, жарыс автокөліктері және жеңіл коммерциялық көліктер) кеңінен қолданылады. Турбинаның қанатшалары өз осіне қатысты бірдей бағытта айналып, оның бұрылу бұрышы мен көлденең қимасының ауданын өзгертеді. VNT басқа өзгермелі геометриялық конструкцияларға қарағанда жоғары өтімділік және жоғары ең жоғары тиімділік ұсынады. Жылжымалы қабырғалы турбиналар көбінесе ауыр қозғалтқыштарда кездеседі, онда қанатшалар айналмайды, бірақ олардың тиімді ені өзгеріске ұшырайды. Бұл әдетте турбинаны өз осі бойымен жылжыту арқылы, корпустың ішіндегі қанатшаларды ішінара кері қайтару арқылы жасалады. Сонымен қатар, корпустың ішіндегі бөлік алға-артқа жылжи алады. Қанатшалардың жиектері арасындағы аумақ өзгереді, нәтижесінде аз қозғалмалы бөліктері бар өзгермелі қатынас жүйесі пайда болады. Өзгермелі ағыс турбиналары VNT-мен салыстырғанда VGT-ның тағы бір қарапайымдалған түрі болып табылады. Бұл конструкцияда екі спиральді турбина корпусы және мойнындағы араластыру қақпасы қолданылады. Қақпа спиральдер арасындағы ағынды реттеу арқылы оңтайлы A/R қатынасын орташалай алады. Ағын төмен болғанда, түтін газы негізгі спираль арқылы, ал ең жоғары ағын кезінде – негізгі және қосымша спиральдер арқылы бағытталады. Бұл конструкция VNT типтерімен салыстырғанда төменгі өтімділікке ие, сондықтан осы конструкцияға ағынды реттегіш қосылуы мүмкін. VGT мембраналық вакуумдық жетек, электрлік сервопривод, 3 фазалы электрлік жетек, гидравликалық жетек немесе пневматикалық жетек, ауа тежегіш қысымын пайдалана отырып басқарылуы мүмкін. Тұрақты геометриялы турбиналардан айырмашылығы, VGT ағынды реттегішті қажет етпейді. VGT-ға ағынды реттегіш қажет болмаса да, жоғары массалық ауа ағыны қатынасын қажет ететін кейбір қолданыстарда, әсіресе жоғары өнімділіктегі бензин қозғалтқыштарында қосымша ағынды реттегіш пайдалы болуы мүмкін. Бұл VGT ішіндегі қозғалмалы бөліктердің допускілерінен туындаған қосымша қарсылықтың салдарынан болады.
Өндірушілер
Бірнеше компания айналмалы лопаткалы өзгермелі геометриялы турбокомпрессорларды өндіріп, жабдықтайды, оның ішінде Garrett, BorgWarner және Mitsubishi Heavy Industries. Бұл конструкция көбінесе кішкентай қозғалтқыштар мен жеңіл пайдалануға (жолаушылар автокөліктері, жарыс машиналарын және жеңіл коммерциялық көліктер) шектеледі. Сырганамалы лопаткалы VGT-ның негізгі жеткізушісі Holset Engineering болып табылады.