{"id":255374,"date":"2022-07-30T17:55:00","date_gmt":"2022-07-30T14:55:00","guid":{"rendered":"https:\/\/auto.inform.click\/?p=255374"},"modified":"2022-04-18T17:04:35","modified_gmt":"2022-04-18T14:04:35","slug":"vaihtuvageometrinen-turbiini-toimintaperiaate-laite-korjaus","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/auto.inform.click\/fi\/vaihtuvageometrinen-turbiini-toimintaperiaate-laite-korjaus\/","title":{"rendered":"Vaihtuvageometrinen turbiini: toimintaperiaate, laite, korjaus"},"content":{"rendered":"

Polttomoottoreiden turbiineja kehitt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 valmistajat yritt\u00e4v\u00e4t parantaa niiden yhteensopivuutta moottoreiden kanssa ja tehokkuutta. Teknisesti edistynein sarjaratkaisu on imuaukon geometrian muutos. Lis\u00e4ksi tarkastellaan muuttuvageometristen turbiinien suunnittelua, toimintaperiaate<\/a>tta ja huolto-ominaisuuksia.<\/p>\n

Yleiset ominaisuudet<\/a><\/h2>\n

Tarkasteltavat turbiinit eroavat tavallisista kyvyss\u00e4 mukautua moottorin k\u00e4ytt\u00f6tilaan muuttamalla A \/ R-suhdetta, joka m\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4 l\u00e4pimenon. T\u00e4m\u00e4 on koteloiden geometrinen ominaisuus, jota edustaa kanavan poikkileikkausa<\/a>lan suhde ja t\u00e4m\u00e4n osan painopisteen ja turbiinin keskiakselin v\u00e4linen et\u00e4isyys.<\/p>\n

Vaihtuvageometristen turboahtimien merkitys johtuu siit\u00e4, ett\u00e4 suurilla ja pienill\u00e4 nopeuksilla t\u00e4m\u00e4n parametrin optimaaliset arvot vaihtelevat merkitt\u00e4v\u00e4sti. Joten pienell\u00e4 A\/R-arvolla virtauksella on suuri nopeus, jonka seurauksena turbiini py\u00f6rii nopeasti, mutta maksimil\u00e4p\u00e4isykyky on pieni. T\u00e4m\u00e4n parametrin suuret arvot p\u00e4invasto<\/a>in m\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4v\u00e4t suuren l\u00e4pimenon ja alhaisen pakokaasun nopeuden.<\/p>\n

Siksi, jos A\/R on liian korkea, turbiini ei pysty luomaan painetta alhaisilla nopeuksilla, ja jos se on liian alhainen, se kuristaa moottorin yl\u00e4osassa (pakosarjan vastapaineen takia, suorituskyky heikkenee). Siksi kiinte\u00e4n geometrian turboahtimissa valitaan keskim\u00e4\u00e4r\u00e4inen A \/ R-arvo, joka mahdollistaa sen toiminnan koko nopeusalueella, kun taas muuttuvageometristen turbiinien toimintaperiaate perustuu<\/a> sen optimaalisen arvon s\u00e4ilytt\u00e4miseen. Siksi sellaiset vaihtoehdot, joissa on matala tehostuskynnys ja minimaalinen viive, ovat eritt\u00e4in tehokkaita suurilla nopeuksilla.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

P\u00e4\u00e4nimen (muuttuvageometriset turbiinit (VGT, VTG)) lis\u00e4ksi n\u00e4m\u00e4 muunnelmat tunnetaan muuttuvan suutin (VNT), muuttuvan siipipy\u00f6r\u00e4n (VVT), muuttuvan alueen turbiinin suutin (VATN) malleina.<\/p>\n

Vaihtuvageometrisen turbiinin on kehitt\u00e4nyt Garrett. Sen lis\u00e4ksi muut valmistajat osallistuvat t\u00e4llaisten osien julkaisu<\/a>un, mukaan lukien MHI ja BorgWarner. Liukurengasversioiden ensisijainen valmistaja on Cummins Turbo Technologies.<\/p>\n

Huolimatta muuttuvan geometrian turbiinien k\u00e4yt\u00f6st\u00e4 p\u00e4\u00e4asiassa dieselmoottoreissa, ne ovat hyvin yleisi\u00e4 ja yleistym\u00e4ss\u00e4. Oletetaan, ett\u00e4 vuonna 2020 t\u00e4llaisten mallien osuus maailman turbiinimarkkinoista on yli 63 prosenttia. T\u00e4m\u00e4n teknologian k\u00e4yt\u00f6n ja sen kehityksen laajentuminen johtuu ensisijaisesti ymp\u00e4rist\u00f6normien tiukentumisesta.<\/p>\n

Design<\/a><\/h2>\n

Vaihtuvageometrisen turbiinin laite eroaa perinteisist\u00e4 malleista lis\u00e4mekanismin l\u00e4sn\u00e4ololla turbiinin kotelon sis\u00e4\u00e4ntuloosassa. Sen suunnitteluun on useita vaihtoehtoja.<\/p>\n

Yleisin tyyppi on liukuva melarengas. T\u00e4t\u00e4 laitetta edustaa rengas, jossa on useita j\u00e4yk\u00e4sti kiinnitettyj\u00e4 siipi\u00e4, jotka sijaitsevat roottorin ymp\u00e4rill\u00e4 ja liikkuvat<\/a> suhteessa kiinte\u00e4\u00e4n levyyn. Liukumekanismin teht\u00e4v\u00e4n\u00e4 on kaventaa\/laajentaa kulkua kaasujen virtaukselle.<\/p>\n

Koska melarengas liukuu aksiaalisuunnassa, t\u00e4m\u00e4 mekanismi on eritt\u00e4in kompakti ja heikkojen kohtien v\u00e4himm\u00e4ism\u00e4\u00e4r\u00e4 varmistaa lujuuden. T\u00e4m\u00e4 vaihtoehto sopii suurille moottoreille, joten sit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n p\u00e4\u00e4asiassa kuorma-autoissa ja linja-autoissa. Sille on ominaista yksinkertaisuus, korkea suorituskyky<\/a> ”pohjassa”, luotettavuus.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Toinen vaihtoehto edellytt\u00e4\u00e4 my\u00f6s ter\u00e4renkaan l\u00e4sn\u00e4oloa. T\u00e4ss\u00e4 tapauksessa se on kuitenkin kiinnitetty j\u00e4yk\u00e4sti tasaiselle levylle, ja ter\u00e4t on asennettu tappeihin, jotka varmistavat niiden py\u00f6rimisen aksiaalisuunnassa, sen toiselle puolelle. Siten turbiinin geometriaa muutetaan siipien avulla. T\u00e4m\u00e4 vaihtoehto on tehokkain.<\/p>\n

Liikkuvien osien suuren m\u00e4\u00e4r\u00e4n vuoksi t\u00e4m\u00e4 malli on kuitenkin v\u00e4hemm\u00e4n luotettava, etenkin korkeissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa. Todetut ongelmat johtuvat metalliosien kitkasta, jotka laajenevat kuumennettaessa.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Toinen vaihtoehto on liikkuva sein\u00e4. Se on monella tapaa samanlainen kuin liukurengastekniikka, mutta t\u00e4ss\u00e4 tapauksessa kiinte\u00e4t ter\u00e4t on asennettu staattiseen levyyn liukurenkaan sijaan.<\/p>\n

Muuttuvan alueen turboahtimessa (VAT) on siivet, jotka py\u00f6riv\u00e4t kiinnityskohdan ymp\u00e4ri. Toisin kuin py\u00f6rivien terien j\u00e4rjestelm\u00e4, niit\u00e4 ei asenneta renkaan keh\u00e4lle, vaan per\u00e4kk\u00e4in. Koska t\u00e4m\u00e4 vaihtoehto vaatii monimutkaisen ja kalliin mekaanisen j\u00e4rjestelm\u00e4n, on kehitetty yksinkertaistettuja versioita.<\/p>\n

Yksi niist\u00e4 on Aisin Seiki Variable Flow Turbocharger (VFT). Turbiinin kotelo on jaettu kahteen kanavaan kiinte\u00e4ll\u00e4 siivell\u00e4 ja on varustettu vaimentimella, joka jakaa virtauksen niiden v\u00e4lill\u00e4. Roottorin ymp\u00e4rille on asennettu muutama kiinte\u00e4 siipi. Ne tarjoavat pid\u00e4tyksen ja virtauksen yhdist\u00e4misen.<\/p>\n

Toinen vaihtoehto, nimelt\u00e4\u00e4n<\/a> Switchblade, on l\u00e4hemp\u00e4n\u00e4 arvonlis\u00e4veroa, mutta ter\u00e4rivin sijasta k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n yht\u00e4 ter\u00e4\u00e4, joka my\u00f6s py\u00f6rii asennuskohdan ymp\u00e4ri. T\u00e4llaisia \u200b\u200brakenteita on kahta tyyppi\u00e4. Yksi niist\u00e4 sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 ter\u00e4n asentamisen rungon keskiosaan. Toisessa tapauksessa se on kanavan keskell\u00e4 ja jakaa sen kahteen osastoon, kuten VFT-ter\u00e4.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Muuttuvan geometrian turbiinin ohjaamiseen k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n k\u00e4ytt\u00f6j\u00e4: s\u00e4hk\u00f6isi\u00e4, hydraulisia, pneumaattisia. Turboahdinta ohjaa moottorin ohjausyksikk\u00f6 (ECU, ECU).<\/p>\n

On huomattava, ett\u00e4 t\u00e4llaiset turbiinit eiv\u00e4t vaadi ohitusventtiili\u00e4, koska tarkan ohjauksen ansiosta on mahdollista hidastaa pakokaasujen virtausta ei-dekompressiivisesti ja ohjata ylim\u00e4\u00e4r\u00e4 turbiinin l\u00e4pi.<\/p>\n

Toimintaperiaate<\/h2>\n

Muuttuvan geometrian turbiinit toimivat yll\u00e4pit\u00e4m\u00e4ll\u00e4 optimaalista A\/R- ja py\u00f6rrekulmaa muuttamalla tuloaukon poikkileikkausalaa. Se perustuu siihen, ett\u00e4 pakokaasun virtausnopeus on k\u00e4\u00e4nt\u00e4en verrannollinen kanavan leveyteen. Siksi nopean edist\u00e4misen ”alaosissa” sy\u00f6tt\u00f6osan poikkileikkaus pienenee. Kun nopeutta lis\u00e4t\u00e4\u00e4n virtauksen lis\u00e4\u00e4miseksi, se laajenee v\u00e4hitellen.<\/p>\n

Geometrian muutosmekanismi<\/h2>\n

T\u00e4m\u00e4n prosessin toteuttamismekanismi m\u00e4\u00e4r\u00e4ytyy suunnittelun mukaan. Py\u00f6riv\u00e4ll\u00e4 siivell\u00e4 varustetuissa malleissa t\u00e4m\u00e4 saavutetaan vaihtamalla niiden asentoa: kapean poikkileikkauksen varmistamiseksi ter\u00e4t ovat kohtisuorassa s\u00e4teitt\u00e4isiin linjoihin n\u00e4hden ja kanavan levent\u00e4miseksi ne siirtyv\u00e4t porrastettuun asentoon.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Turbiineissa, joissa on liukurengas ja liikkuva sein\u00e4, tapahtuu renkaan aksiaalista liikett\u00e4, joka muuttaa my\u00f6s kanavan poikkileikkausta.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

VFT:n toimintaperiaate perustuu virtauksen erottamiseen. Sen kiihdytys alhaisilla nopeuksilla suoritetaan sulkemalla kanavan ulkoosasto vaimentimella, mink\u00e4 seurauksena kaasut menev\u00e4t roottoriin mahdollisimman lyhyell\u00e4 tavalla. Kun kuormitus kasvaa, vaimennin nousee sallien virtauksen molempien osastojen l\u00e4pi laajentaakseen kapasiteettia.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

VAT- ja Switchblade-malleissa geometrian muutos tehd\u00e4\u00e4n k\u00e4\u00e4nt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 siipe\u00e4: pienill\u00e4 nopeuksilla se nousee, kaventaen kulkua virtauksen nopeuttamiseksi, ja suurilla nopeuksilla se on turbiinin py\u00f6r\u00e4n vieress\u00e4, mik\u00e4 laajentaa l\u00e4pimenoa. Toisen tyypin kytkin<\/a>lapaturbiineille on ominaista siiven k\u00e4\u00e4nteinen toimintaj\u00e4rjestys.<\/p>\n

Joten ”pohjissa” se on roottorin vieress\u00e4, mink\u00e4 seurauksena virtaus kulkee vain kotelon ulkosein\u00e4\u00e4 pitkin. Nopeuden kasvaessa siipi nousee ja avaa kanavan juoksupy\u00f6r\u00e4n ymp\u00e4rille tehokkuuden lis\u00e4\u00e4miseksi.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Ajoyksikk\u00f6<\/h2>\n

K\u00e4yt\u00f6st\u00e4 yleisimpi\u00e4 ovat pneumaattiset vaihtoehdot, joissa mekanismia ohjataan m\u00e4nn\u00e4ll\u00e4, joka liikuttaa ilmaa sylinterin sis\u00e4ll\u00e4.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Siipien asentoa ohjaa kalvotoimilaite, joka on liitetty tangolla siipien ohjausrenkaaseen, joten kurkku voi muuttua jatkuvasti. Toimilaite k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 karaa alipainetasosta riippuen vastustaen jousta. Tyhji\u00f6modulaatio ohjaa s\u00e4hk\u00f6venttiili\u00e4, joka sy\u00f6tt\u00e4\u00e4 lineaarista virtaa alipaineparametreista riippuen. Tyhji\u00f6n voi muodostaa jarrutehostimen tyhji\u00f6pumppu. Virta sy\u00f6tet\u00e4\u00e4n akusta ja se moduloi ECU:ta.<\/p>\n

T\u00e4llaisten k\u00e4ytt\u00f6laitteiden suurin haitta johtuu kaasun vaikeasti ennustettavissa olevasta tilasta puristuksen j\u00e4lkeen, erityisesti kuumennettaessa. Siksi hydrauli- ja s\u00e4hk\u00f6k\u00e4yt\u00f6t ovat kehittyneempi\u00e4.<\/p>\n

Hydrauliset toimilaitteet toimivat samalla periaatteella kuin pneumaattiset toimilaitteet, mutta sylinteriss\u00e4 olevan ilman sijasta k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n nestett\u00e4, jota voi edustaa moottori\u00f6ljy. Lis\u00e4ksi se ei tiivisty, mink\u00e4 seurauksena t\u00e4llainen j\u00e4rjestelm\u00e4 tarjoaa paremman hallinnan.<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Solenoidiventtiili k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 \u00f6ljynpainetta ja ECU:n signaalia renkaan siirt\u00e4miseen. Hydraulinen m\u00e4nt\u00e4 liikuttaa hammastankoa ja hammaspy\u00f6r\u00e4\u00e4, joka py\u00f6ritt\u00e4\u00e4 hammaspy\u00f6r\u00e4\u00e4, mink\u00e4 seurauksena ter\u00e4t kytkeytyv\u00e4t k\u00e4\u00e4ntyv\u00e4sti. ECU-siiven asennon siirt\u00e4miseksi analoginen asentoanturi liikkuu sen k\u00e4ytt\u00f6laitteen nokkaa pitkin. Kun \u00f6ljynpaine on alhainen, siivet avautuvat ja sulkeutuvat \u00f6ljynpaineen noustessa.<\/p>\n

S\u00e4hk\u00f6toimilaite on tarkin, koska j\u00e4nnite voi tarjota eritt\u00e4in hienon ohjauksen. Se vaatii kuitenkin lis\u00e4j\u00e4\u00e4hdytyst\u00e4, joka saadaan aikaan j\u00e4\u00e4hdytysnesteputkilla (pneumaattisissa ja hydraulisissa versioissa nestett\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n l\u00e4mm\u00f6n poistamiseen).<\/p>\n

\"Vaihtuvageometrinen<\/a><\/p>\n

Geometrian muutoslaitteen ohjaamiseen k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n valitsinmekanismia.<\/p>\n

Jotkut turbiinimallit k\u00e4ytt\u00e4v\u00e4t py\u00f6riv\u00e4\u00e4 s\u00e4hk\u00f6k\u00e4ytt\u00f6\u00e4 suoralla askelmoottorilla. T\u00e4ss\u00e4 tapauksessa terien asentoa ohjaa elektroninen takaisinkytkent\u00e4venttiili hammastankomekanismin kautta. ECU:sta tulevaa palautetta varten k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n nokkaa, jossa on vaihteeseen kiinnitetty magnetoresisiivinen anturi.<\/p>\n

Jos teri\u00e4 on k\u00e4\u00e4nnett\u00e4v\u00e4, ECU tarjoaa virransy\u00f6t\u00f6n tietyll\u00e4 alueella niiden siirt\u00e4miseksi ennalta m\u00e4\u00e4r\u00e4ttyyn asentoon, mink\u00e4 j\u00e4lkeen se, saatuaan signaalin anturista, vapauttaa takaisinkytkent\u00e4venttiilin.<\/p>\n

Moottorin ohjausyksikk\u00f6<\/h2>\n

Edell\u00e4 olevasta seuraa, ett\u00e4 muuttuvageometristen turbiinien toimintaperiaate perustuu lis\u00e4mekanismin optimaaliseen koordinointiin moottorin toimintatilan mukaisesti. Siksi sen tarkkaa sijaintia ja jatkuvaa valvontaa tarvitaan. Siksi muuttuvan geometrian turbiineja ohjataan moottorin ohjausyksik\u00f6ill\u00e4.<\/p>\n

He k\u00e4ytt\u00e4v\u00e4t strategioita tuottavuuden maksimoimiseksi tai ymp\u00e4rist\u00f6nsuojelun parantamiseksi. BUD:n toiminnalle on olemassa useita periaatteita.<\/p>\n

Yleisin n\u00e4ist\u00e4 on empiiriseen dataan ja moottorimalleihin perustuvan vertailu<\/a>tiedon k\u00e4ytt\u00f6. T\u00e4ss\u00e4 tapauksessa my\u00f6t\u00e4kytkent\u00e4ohjain valitsee arvot taulukosta ja k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 palautetta virheiden v\u00e4hent\u00e4miseen. T\u00e4m\u00e4 on monipuolinen tekniikka, jonka avulla voit soveltaa erilaisia \u200b\u200bohjausstrategioita.<\/p>\n

Sen suurin haitta on rajoitukset transientien aikana (jyrkk\u00e4 kiihtyvyys, vaihteiden vaihto). Sen poistamiseksi k\u00e4ytettiin moniparametrisia, PD- ja PID-s\u00e4\u00e4timi\u00e4. J\u00e4lkimm\u00e4isi\u00e4 pidet\u00e4\u00e4n lupaavimpina, mutta ne eiv\u00e4t ole riitt\u00e4v\u00e4n tarkkoja koko kuormitusalueella. T\u00e4m\u00e4 ratkaistiin soveltamalla sumean logiikan p\u00e4\u00e4t\u00f6salgoritmeja MAS:n avulla.<\/p>\n

Taustatietojen tuottamiseen on kaksi tekniikkaa: keskim\u00e4\u00e4r\u00e4inen moottorimalli ja keinotekoiset neuroverkot. J\u00e4lkimm\u00e4inen sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 kaksi strategiaa. Yksi niist\u00e4 sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 tehostuksen yll\u00e4pit\u00e4misen tietyll\u00e4 tasolla, toinen on alipaine-eron yll\u00e4pit\u00e4minen. Toisessa tapauksessa saavutetaan paras<\/a> ymp\u00e4rist\u00f6tehokkuus<\/a>, mutta turbiinin nopeus ylitet\u00e4\u00e4n.<\/p>\n

Monet valmistajat eiv\u00e4t kehit\u00e4 ECU:ita muuttuvageometrisille turboahtimille. Suurin osa niist\u00e4 on autonvalmistajien tuotteita. Markkinoilla on kuitenkin joitain kolmannen osapuolen huippuluokan ECU:ita, jotka on suunniteltu t\u00e4llaisille turbiineille.<\/p>\n

Yleiset m\u00e4\u00e4r\u00e4ykset<\/h2>\n

Turbiinien p\u00e4\u00e4ominaisuudet ovat ilmamassavirta ja virtausnopeus. Tuloalue on yksi suorituskyky\u00e4 rajoittavista tekij\u00f6ist\u00e4. Muuttuvan geometrian vaihtoehdot mahdollistavat t\u00e4m\u00e4n alueen muuttamisen. Joten tehollinen pinta-ala m\u00e4\u00e4r\u00e4ytyy k\u00e4yt\u00e4v\u00e4n korkeuden ja terien kulman mukaan. Ensimm\u00e4inen indikaattori vaihdetaan versioissa, joissa on liukurengas, toinen – turbiineissa, joissa on py\u00f6riv\u00e4t siivet.<\/p>\n

N\u00e4in ollen muuttuvageometriset turboahtimet antavat jatkuvasti tarvittavan tehon. T\u00e4m\u00e4n seurauksena niill\u00e4 varustetuissa moottoreissa ei ole turbiinin py\u00f6rimisajasta johtuvaa viivett\u00e4, kuten tavanomaisissa suurissa turboahtimissa, eiv\u00e4tk\u00e4 ne tukehtu suurilla nopeuksilla, kuten pienill\u00e4.<\/p>\n

Lopuksi on huomattava, ett\u00e4 vaikka muuttuvageometriset turboahtimet on suunniteltu toimimaan ilman ohitusventtiili\u00e4, niiden on havaittu parantavan suorituskyky\u00e4 ensisijaisesti ”alap\u00e4\u00e4ss\u00e4” ja suurilla nopeuksilla t\u00e4ysin avoimilla siivell\u00e4, jotka eiv\u00e4t pysty k\u00e4sittelee suurta massavirtaa. Siksi liiallisen vastapaineen est\u00e4miseksi on silti suositeltavaa k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 hukkasulkua.<\/p>\n

Hy\u00f6dyt ja haitat<\/a><\/h2>\n

Turbiinin s\u00e4\u00e4t\u00e4minen moottorin toimintatilaan parantaa kaikkia indikaattoreita verrattuna kiinte\u00e4n geometrian vaihtoehtoihin:<\/p>\n