Турбіна зі змінюваною геометрією

Система наддуву із застосуванням турбіни із змінною геометрією крильчатки придумана як варіант боротьби з турбоями або турболагом. Турбояма або турболаг - найважливіша конструктивне перешкоду, позбавляє двигуни з турбонаддувом можливості плавно нарощувати віддачу потужності на всіх обертах - починаючи з найнижчих.

 

Що таке турбояма і чим вона шкідлива

Випускні гази можуть розкрутити крильчатки турбіни до швидкості 150 000 - 210 000 об/хв. Якщо не враховувати геометричні особливості конструкції турбіни, то можна вивести просту взаємозв'язок: чим більше відпрацьованих газів потрапляють в турбіну, тим вище її швидкість обертання і тим більше свіжого повітря вона нагнітає. Саме тут класичну турбіну неприємність підстерігає. Справа в тому, що ми очікуємо від турбодвигуна прискорення в будь-який момент. Уявіть собі, що автомобіль рухається з невеликою швидкістю, а двигун працює в нижньому діапазоні частоти обертання. У такому економному режимі двигун виробляє малу кількість відпрацьованих газів і, отже, швидкість обертання турбіни низька. Тут водій вирішує обігнати автобус різко натискає на педаль акселератора і ... нічого не відбувається. Очікуваного прискорення немає. Причиною є вроджена затримка турбіни, звана в народі «турбоями»: відразу ж після команди водія швидкість обертання турбіни низька, а двигун спочатку збільшує впорскування, потім це паливо згорає і тільки потім надходить до турбіни у вигляді відпрацьованих газів. Поступово швидкість турбіни збільшується, вона більше нагнітає повітря і ось воно довгоочікуване прискорення - можна обганяти, але тут на «зустрічці» вимальовується інший автомобіль і маневр доводиться відкладати. Неприємно. Рішення прийшло у вигляді турбіни із змінною геометрією. Її відмінність від класичної конструкції - наявність спеціальних направляючих пелюсток в каналі, через який на крильчатку підводяться відпрацьовані гази. Принцип роботи розчулює своєю простотою.

Спрощено конструкцію класичного турбонагнітача можна представити у вигляді двох крильчаток, з'єднаних разом однією віссю. Знаходяться ці крильчатки в окремих герметично розділених камерах. На одну з крильчаток підводяться випускні гази працюючого двигуна і змушують її обертатися. Це обертання передається через спільну вісь на другу крильчатку, з'єднану з підведенням атмосферного повітря. Захоплений крильчаткою свіже повітря направляється до циліндрів двигуна для згоряння. Турбіна збільшує потужність двигуна Справа в тому, що потужність дизельного двигуна збільшується за рахунок подачі більшої кількості палива. Але в цьому випадку ми дуже швидко зіткнемося з проблемою: збільшивши порцію палива в черговий раз, ми визначимо, що все воно не згорає - для його горіння не вистачає кисню. Пам'ятайте шкільні уроки, на яких нам стверджували, що горіння - це хімічна реакція? Це правда. Окислення відбувається за допомогою кисню і, якщо його мало, то нам не вдасться спалити (= окислити) все паливо. В цьому випадку досягається межа потужності. Усвідомивши завдання, інженери розробили турбокомпресор, який нагнітає додатковий повітря в камери згоряння. Є додатковий повітря, значить можна збільшити порцію уприскуваного палива і збільшити потужність двигуна.

Принцип роботи турбіни зі змінюваною геометрією

Зміна перерізу між напрямними пелюстками змінює швидкість руху відпрацьованих газів. Принцип роботи турбокомпресора зі змінюваною геометрією полягає у зміні перерізу на вході колеса турбіни з метою оптимізувати потужність турбіни для заданого навантаження. При низьких обертах двигуна і потік відпрацьованих газів є невеликим і він розкручує турбіну недостатньо сильно для різкого прискорення. У цей момент сигналу блоку управління направляючі лопатки зміщуються і зменшують відстань між собою. Незважаючи на те, що обсяг відпрацьованих газів не збільшився, йому тепер доводиться «протискуватися» через вузький коридор, що змушує відпрацьовані гази рухатися швидше. В результаті обертів турбіни зростають і збільшується тиск наддуву. Таким чином, вдається збільшити швидкість обертання турбіни без різкого збільшення обсягу відпрацьованих газів.

Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read