Турбина с изменяемой геометрией

Современный автопроизводитель широко использует турбоагрегаты для повышения мощности ДВС. Преимущества такого решения очевидны: существенное улучшение динамических характеристик автомобиля без изменения основных габаритов и веса силовой установки, что положительно сказывается на расходе топлива.

Крыльчатки горячей части и компрессора, установленные на одном валу, представляют собой маховик, вращение которого зависит от интенсивности потока выхлопных газов. Рабочей особенностью всех маховиков в общем, и турбинных в частности, является инерционность: их тяжело раскрутить и также тяжело остановить. Для того чтобы маховики заставить вращаться с одной определенной скоростью используют различные технологии. В мире автомоторов одним из устройств способным автоматически отрегулировать частоту вращения своего рабочего вала является турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VNT).  

Устройство турбины с изменяемой геометрией

Чтобы понять, как работает турбина с изменяемой геометрией, необходимо знать принципиальное устройство ее конструкции. В корпусе (улитке) горячей части находится рабочее колесо (крыльчатка), на которое подается поток отработанных выхлопных газов. Скорость вращения крыльчатки с постоянной фиксацией лопаток напрямую зависит от объема поступающих выхлопных газов: чем их больше, тем быстрее вращается колесо, чем меньше – медленнее. Такая функциональная особенность снижает эффективность работы турбоустановки, делает четко выраженной ее инерционность. Для регулировки потока газов используется актуатор – вакуумный или электронный, регулирующий степень необходимого наддува путем изменения положения перепускного клапана или лопаток механизма изменяемой геометрии. 

Успешно решить проблему «турбо ямы» позволяет механизм изменяемой геометрии потока выхлопных газов, подаваемых на турбинную крыльчатку. Применение этой технологии сделало возможным использование только одной турбины для разных режимов работы силовой установки, в отличие от более сложных систем твин-турбо.

Принцип работы

Работа турбины с изменяемой геометрией основана на способности автоматически изменять направление потока выхлопа. При низких оборотах, когда поток отработанных газов не такой большой, лопатки механизма направляют поток газов на самый край лопастей турбинной крыльчатки. Это позволяет быстро раскрутить турбину, что исключает появления провалов тяги. На высоких оборотах направление потока газов смещается в сторону центра турбинного колеса, в результате чего турбина не превышает допустимые обороты и не нагнетает избыточного количества воздуха.

Турбонагнетатели с изменяемой геометрией устанавливают на дизельных двигателях, для которых присущ эффект «турбо ямы» для его исключения.

К преимуществам турбо нагнетателя с изменяемой геометрией относят:

• увеличение рабочего диапазона турбины;

• отсутствие провалов тяги (турбо ямы);

• предотвращение на высоких оборотах чрезмерного наддува;

• увеличение КПД и экономия топлива;

• улучшение экологических показателей ДВС.

Регулировка

Турбина с изменяемой геометрией, в отличие от нагнетателей с перепускным клапаном (вестгейт), имеет более сложную конструкцию, однако это не делает ее менее надежной. Однако в процессе использования турбоагрегата, часто при использовании топлива низкого качества и различных присадок, происходит постепенное загрязнение механизма изменяемой геометрии, на его лопатках образуется характерный нагар, ухудшающий их подвижность.

Неспособность механизма изменяемой геометрии в полной мере регулировать раскрутку турбинного колеса может привести как к недодуву, так и к передуву турбины.

Ремонт и регулировка турбины с изменяемой геометрией заключается в восстановлении подвижности лопаток механизма. В интернете можно найти много информации о том, что с проблемой можно справиться с помощью специальных чистящих составов, которые позволяют избавиться от образовавшейся закоксованности. На самом деле это практически невозможно, никакие средства не удалят сильный нагар, возможен только лишь кратковременный эффект. Также возможно механическое повреждение механизма, когда необходимо полностью заменить колесо с изменяемой геометрией, поэтому необходимо всегда разбирать турбину для диагностики неисправности и ее устранения. Следует учитывать, что, не смотря на кажущуюся простоту конструкции турбины, ее диагностику, ремонт и настройку лучше доверить профессионалам. Самостоятельная чистка или замена механизма изменяемой геометрии и последующая его настройка, может привести к выходу из строя всего агрегата, что станет причиной более дорогостоящего ремонта.