Введение

Тип технологии турбонаддува

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией (VGT), иногда называемые турбокомпрессорами с изменяемым соплом (VNT), представляют собой тип турбокомпрессоров, обычно разработанных для изменения эффективного коэффициента формы (коэффициента A/R) турбокомпрессора в зависимости от изменяющихся условий. Это достигается за счет использования регулируемых лопаток, расположенных внутри корпуса турбины между впуском и турбиной, которые влияют на поток газов к турбине. Преимущество VGT заключается в том, что оптимальный коэффициент формы при низких оборотах двигателя значительно отличается от оптимального при высоких оборотах. Если коэффициент формы слишком велик, турбокомпрессор не сможет создать наддув на низких оборотах; если коэффициент формы слишком мал, турбокомпрессор будет ограничивать двигатель на высоких оборотах, что приведет к высокому давлению во впускном коллекторе, высоким насосным потерям и, в конечном итоге, к снижению мощности. Изменяя геометрию корпуса турбины по мере ускорения двигателя, можно поддерживать оптимальный коэффициент формы турбокомпрессора. Благодаря этому VGT характеризуются минимальной турбоямой, низким порогом наддува и высокой эффективностью на высоких оборотах двигателя.

История

Вращающийся лопастной VGT был впервые разработан компанией Garrett и запатентован в 1953 году. Одним из первых серийных автомобилей, использующих эти турбокомпрессоры, стала Honda Legend 1988 года; на ней был установлен водяной VGT, работающий с 2,0-литровым двигателем V6. Shelby CSX VNT 1989 года ограниченной серии, выпущенный тиражом всего 500 экземпляров, был оснащен 2,2-литровым двигателем Chrysler K с турбокомпрессором Garrett, получившим название VNT 25 (поскольку он использовал тот же компрессор и вал, что и турбокомпрессор Garrett T 25 с фиксированной геометрией). В 1991 году Fiat оснастил VGT турбодизель с прямым впрыском Croma. Peugeot 405 T16, представленный в 1992 году, использовал турбокомпрессор Garrett VAT25 с переменной геометрией на своем 2,0-литровом 16-клапанном двигателе. Porsche 911 Turbo 2007 года оснащен двумя турбокомпрессорами с переменной геометрией, работающими с 3,6-литровым оппозитным шестицилиндровым бензиновым двигателем. В 2007 году Acura представила RDX с турбокомпрессором с переменной геометрией, разработанным по схеме VFT. Koenigsegg One:1 2015 года (названный в честь соотношения мощности к весу 1:1) использует два турбокомпрессора с переменной геометрией, работающие с 5,0-литровым двигателем V8, что позволяет развивать мощность 1361 лошадиную силу.

Общие образцы

Наиболее распространенными реализациями VGT являются турбины с переменным соплом (Variable Nozzle Turbines, VNT), турбины со скользящей стенкой (Sliding Wall Turbines) и турбины с переменным потоком (Variable Flow Turbines, VFT). Турбины с переменным соплом широко используются в двигателях легкового транспорта (пассажирских автомобилях, гоночных автомобилях и легких коммерческих транспортных средствах), где лопатки турбины вращаются синхронно относительно оси, изменяя угол атаки и площадь поперечного сечения. VNT обеспечивают более высокую пропускную способность и более высокую пиковую эффективность по сравнению с другими конструкциями с переменной геометрией. Турбины со скользящей стенкой чаще встречаются в двигателях тяжелого назначения, где лопатки не вращаются, а изменяется их эффективная ширина. Обычно это достигается перемещением турбины вдоль своей оси, частично убирая лопатки внутрь корпуса. Альтернативно, внутри корпуса может перемещаться перегородка. Изменение площади между кромками лопаток приводит к системе с переменным соотношением сторон и меньшим количеством движущихся частей. Турбины с переменным потоком представляют собой еще одну упрощенную версию VGT по сравнению с VNT. В этой конструкции используется двухспиральный корпус турбины с регулирующей заслонкой, расположенной в горловине. Заслонка может изменять поток между спиралями, усредняя оптимальное значение A/R. При низком расходе выхлопные газы направляются через основную спираль, а при пиковом расходе – через основную и дополнительную спирали. Эта конструкция имеет меньшую пропускную способность по сравнению с VNT, поэтому в ней может быть предусмотрен перепускной клапан. VGT могут управляться мембранным вакуумным актуатором, электрическим сервоприводом, трехфазным электроприводом, гидравлическим актуатором или пневматическим актуатором, использующим давление тормозной системы. В отличие от турбин с фиксированной геометрией, VGT не требуют установки перепускного клапана. Однако в некоторых применениях, требующих высокого массового расхода воздуха, установка дополнительного перепускного клапана может быть полезна, особенно в высокопроизводительных двигателях с искровым зажиганием. Это связано с дополнительным сопротивлением выхлопным газам, возникающим из-за допусков движущихся частей внутри VGT.

Производители

Несколько компаний производят и поставляют турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, использующие вращающиеся лопатки, включая Garrett, BorgWarner и Mitsubishi Heavy Industries. Эта конструкция в основном применяется в небольших двигателях и для легковых транспортных средств (пассажирские автомобили, гоночные автомобили и легкий коммерческий транспорт). Основным поставщиком турбокомпрессоров VGT с подвижными лопатками является Holset Engineering.