Турбокомпресор з фіксованою та змінюваною геометрією — у чому різниця?

Часто при описі двигунів використовують термін «геометрія турбокомпресора, що змінюється». Чим він відрізняється від константи і які його переваги та недоліки?

Турбокомпресор - це пристрій, який широко використовується в дизелях з 80-х років, збільшуючи момент, що крутить, і потужність і позитивно впливаючи на витрату палива. Саме завдяки турбокомпресору дизелі перестали сприйматися як брудні робочі машини. У бензинових двигунах вони стали мати те саме завдання і частіше з'являлися в 90-х роках, згодом вони набирали популярності, і після 2010 року вони стали такими ж поширеними в бензинових двигунах, як у 80-х і 90-х роках вони вже були у дизелях.

Як працює турбокомпресор?

Турбокомпресор складається з турбіни та компресора встановлені на загальному валу та в одному корпусі розділені на дві майже здвоєні сторони. Турбіна приводиться в рух вихлопними газами з випускного колектора, а компресор, який обертається на одному роторі з турбіною і рухається нею, створює тиск повітря, т.з. поповнення. Потім він надходить у впускний колектор та камери згоряння. Чим вищий тиск вихлопних газів (вища частота обертання двигуна), тим вищий тиск стиснення.  

Основна проблема турбокомпресорів полягає саме в цьому факті, тому що без відповідної швидкості вихлопних газів не буде належного тиску стиснення повітря, що надходить у двигун. Для виникнення наддуву потрібна певна кількість вихлопних газів від двигуна на певній швидкості – без належного навантаження вихлопних газів немає належного наддуву, тому двигуни з наддувом на низьких обертах дуже слабкі.

Щоб мінімізувати це небажане явище, слід використовувати турбокомпресор з правильними розмірами для даного двигуна. Менший (ротор меншого діаметра) “крутиться” швидше, оскільки створює менший опір (менше інерція), але дає менше повітря, отже генеруватиме багато наддуву, тобто. потужності. Чим більше турбіна, тим вона ефективніша, але їй потрібно більше навантаження по вихлопних газах і більше часу на розкручування. Цей час називається турбо-лаг або лаг. Тому має сенс використовувати невеликий турбонагнітач для невеликого двигуна (приблизно до 2 л) і великий двигун більшої потужності. Тим не менш, у більших все одно проблема з "лагом", тому У великих двигунах зазвичай використовуються системи бі-турбо та твін-турбо.

Бензин з безпосереднім упорскуванням – чому турбо?

Геометрія, що змінюється - вирішення проблеми турбоями

Найбільш ефективний спосіб зменшити турбозапізнення - використовувати турбіну зі змінною геометрією. Рухливі лопатки, звані лопатками, змінюють своє положення (кут нахилу) і тим самим надають змінну форму потоку вихлопних газів, що потрапляє на лопатки турбіни, що не змінюються. Залежно від тиску відпрацьованих газів лопатки встановлюються під більшим або меншим кутом, що прискорює обертання ротора навіть при меншому тиску газів, що відпрацювали, а при більшому тиску відпрацьованих газів турбокомпресор працює як звичайний без змінної геометрії. Кермо встановлюється з приводом пневматичним або електронним способом. Геометрія турбіни, що змінювалася, спочатку використовувалася майже виключно в дизельних двигунах., але в даний час він все частіше використовується бензином.

Ефект змінної гемометрії більше плавний розгін з низьких оборотів та відсутність відчутного моменту "включення турбо". Як правило, дизельні двигуни з постійною геометрією турбіни значно швидше розганяються приблизно до 2000 об/хв. Якщо турбо має змінну геометрію, вони можуть плавно і чітко розганятися приблизно з 1700-1800 об/хв.

У змінної геометрії турбокомпресора начебто одні плюси, але це не завжди так. Понад усе термін служби таких турбін нижче. Нагар на рульових колесах може заблокувати їх, так що двигун у верхньому або нижньому діапазоні не має своєї потужності. Гірше того, турбокомпресори із змінною геометрією важче регенерувати, що обходиться дорожче. Іноді повна регенерація навіть неможлива.