В описании к турбинам часто можно увидеть формулировку: с изменяемой и фиксированной геометрией. Чем отличаются турбины с этими характеристиками?
Турбокомпрессор — это устройство, используемое в дизелях с 1980-х годов. Благодаря турбине увеличивается крутящий момент и мощность двигателя, уменьшается расход топлива. Именно благодаря турбокомпрессору дизели перестали восприниматься как “грязные” двигатели. В бензиновых двигателях они стали иметь ту же задачу и начали устанавливаться в 90-х гг. Со временем они приобрели популярность, и после 2010 г. стали распространены во всех типах двигателей.
Чем отличаются турбины по принципу работы
Основные компоненты турбокомпрессора картридж, актуатор и геометрия. Турбина приводится в движение потоком выхлопных газов из выпускного коллектора. За счет вращения крыльчатки турбиной создается давление воздуха. Затем воздух поступает во впускной коллектор и камеру сгорания. Чем активнее поток выхлопных газов, тем выше давление воздуха, создаваемое турбиной.
Работа турбокомпрессора полностью зависит от скорости выхлопных газов. В противном случае не будет надлежащего давления воздуха, поступающего в двигатель. Получается, что работа двигателя на малых оборотах отрицательно сказывается на эффективности работы турбины.
Чтобы свести к минимуму это нежелательное явление, следует использовать турбокомпрессор с соответствующими характеристиками для конкретного двигателя. Чем больше турбина, тем она эффективнее, но ей нужна большая нагрузка по выхлопным газам и большее время «раскрутки». Это время называется турбо-лаг или лаг. Поэтому имеет смысл использовать маленький турбонагнетатель для небольшого двигателя (примерно до 2 л) и большой для двигателя большей мощности. Тем не менее, у более крупных двигателей все равно наблюдается проблема с «запаздыванием», поэтому для них обычно используются системы би-турбо и твин-турбо.
Изменяемая геометрия ― решение проблемы турбоямы
Наиболее эффективный способ уменьшить турбозапаздывание — использовать турбину с изменяемой геометрией. Подвижные лопатки изменяют свое положение (угол наклона) и тем самым придают переменную форму потоку выхлопных газов, попадающему на лопатки турбины. В зависимости от давления отработавших газов лопатки устанавливаются под большим или меньшим углом, что ускоряет вращение ротора даже при более низком давлении отработавших газов. При большем давлении отработавших газов турбокомпрессор работает в обычном режиме без изменения геометрии. Управление изменяемой геометрией может быть пневматическим или электронным. Изменяемая геометрия турбины изначально использовалась исключительно в дизельных двигателях , но в настоящее время все чаще используется и в бензиновых.
Эффект переменной геометрии – более плавный разгон с низких оборотов и отсутствие ощутимого момента “включения турбо”. Как правило, дизельные двигатели с постоянной геометрией значительно быстрее разгоняются примерно до 2000 об/мин. Если турбина имеет изменяемую геометрию двигатель будет плавно и четко разгоняться примерно с 1700-1800 об/мин.
У изменяемой геометрии турбокомпрессора вроде бы одни плюсы, но это не всегда так. Во-первых, долговечность таких турбин ниже. Нагар на деталях может их заблокировать, так что двигатель в верхнем или нижнем диапазоне не имеет своей мощности. Хуже того, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией труднее ремонтировать, что сказывается на стоимости их обслуживания. Иногда полное восстановление бывает невозможным.