{"id":264575,"date":"2022-07-30T17:50:00","date_gmt":"2022-07-30T14:50:00","guid":{"rendered":"https:\/\/auto.inform.click\/?p=264575"},"modified":"2022-04-20T17:01:53","modified_gmt":"2022-04-20T14:01:53","slug":"turbin-med-variabel-geometri-funktionsprincip-anordning-reparation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/auto.inform.click\/sv\/turbin-med-variabel-geometri-funktionsprincip-anordning-reparation\/","title":{"rendered":"Turbin med variabel geometri: funktionsprincip, anordning, reparation"},"content":{"rendered":"

Med utvecklingen av turbiner f\u00f6r f\u00f6rbr\u00e4nningsmotorer<\/a> f\u00f6rs\u00f6ker tillverkarna att f\u00f6rb\u00e4ttra sin \u00f6verensst\u00e4mmelse med motorer och effektivitet<\/a>. Den mest tekniskt avancerade seriel\u00f6sningen \u00e4r en f\u00f6r\u00e4ndring av inloppets geometri. Vidare beaktas utformningen av turbiner med variabel geometri, driftprincipen och underh\u00e5ll<\/a>sfunktioner.<\/p>\n

Allm\u00e4nna funktioner<\/h2>\n

Turbinerna som \u00f6verv\u00e4gs skiljer sig fr\u00e5n de vanliga i f\u00f6rm\u00e5gan att anpassa sig till motorns driftl\u00e4ge genom att \u00e4ndra A\/R-f\u00f6rh\u00e5llandet, som best\u00e4mmer genomstr\u00f6mningen. Detta \u00e4r en geometrisk egenskap hos husen, representerad av f\u00f6rh\u00e5llandet mellan kanalens tv\u00e4rsnittsarea och avst\u00e5ndet mellan tyngdpunkten f\u00f6r denna sektion och turbinens centrala axel.<\/p>\n

Relevansen av turboladdare med variabel geometri beror p\u00e5 det faktum att f\u00f6r h\u00f6ga och l\u00e5ga hastigheter skiljer sig de optimala v\u00e4rdena f\u00f6r denna parameter avsev\u00e4rt. S\u00e5, vid ett litet v\u00e4rde p\u00e5 A\/R, har fl\u00f6det en h\u00f6g hastighet, som ett resultat av vilket turbinen snurrar upp snabbt, men den maximala genomstr\u00f6mningen \u00e4r l\u00e5g. Stora v\u00e4rden av denna parameter best\u00e4mmer tv\u00e4rtom en stor genomstr\u00f6mning och en l\u00e5g avgashastighet.<\/p>\n

D\u00e4rf\u00f6r, om A\/R \u00e4r f\u00f6r h\u00f6g, kommer turbinen inte att kunna skapa tryck vid l\u00e5ga hastigheter, och om den \u00e4r f\u00f6r l\u00e5g kommer den att strypa motorn i toppen (p\u00e5 grund av mottrycket i avgasgrenr\u00f6ret, prestanda kommer att sjunka). P\u00e5 turboladdare med fast geometri v\u00e4ljs d\u00e4rf\u00f6r ett genomsnittligt A \/ R-v\u00e4rde som g\u00f6r det m\u00f6jligt att arbeta \u00f6ver hela hastighetsomr\u00e5det, medan principen f\u00f6r drift av turbiner med variabel geometri \u00e4r baserad p\u00e5 att bibeh\u00e5lla sitt optimala v\u00e4rde. D\u00e4rf\u00f6r \u00e4r s\u00e5dana alternativ med en l\u00e5g boost-tr\u00f6skel och minimal f\u00f6rdr\u00f6jning mycket effektiva vid h\u00f6ga hastigheter.<\/p>\n

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

F\u00f6rutom huvudnamnet (turbiner med variabel geometri (VGT, VTG)) \u00e4r dessa varianter k\u00e4nda som modeller med variabelt munstycke (VNT), variabelt impeller (VVT), turbinmunstycke med variabel yta (VATN).<\/p>\n

Turbinen med variabel geometri utvecklades av Garrett. Ut\u00f6ver det \u00e4r andra tillverkare engagerade i releasen av s\u00e5dana delar, inklusive MHI och BorgWarner. Huvudtillverkaren av varianter av sl\u00e4pringar \u00e4r Cummins Turbo Technologies.<\/p>\n

Trots anv\u00e4ndningen av turbiner med variabel geometri fr\u00e4mst p\u00e5 dieselmotorer, \u00e4r de mycket vanliga och vinner popularitet. Det antas att 2020<\/a> kommer s\u00e5dana modeller att uppta mer \u00e4n 63% av den globala turbinmarknaden<\/a>. Utvidgningen av anv\u00e4ndningen av denna teknik och dess utveckling beror fr\u00e4mst p\u00e5 sk\u00e4rpningen av milj\u00f6standarder.<\/p>\n

Design<\/h2>\n

Turbinens anordning med variabel geometri skiljer sig fr\u00e5n konventionella modeller genom n\u00e4rvaron av en extra mekanism i inloppsdelen av turbinh\u00f6ljet. Det finns flera alternativ f\u00f6r dess design<\/a>.<\/p>\n

Den vanligaste typen \u00e4r den glidande paddelringen. Denna anordning representeras<\/a> av en ring med ett antal styvt fixerade blad placerade runt rotorn och som r\u00f6r sig i f\u00f6rh\u00e5llande till den fasta plattan. Glidmekanismen tj\u00e4nar till att minska\/expandera passagen f\u00f6r fl\u00f6det av gaser.<\/p>\n

Eftersom paddelringen glider i axiell riktning \u00e4r denna mekanism mycket kompakt, och det minsta antalet svaga punkter s\u00e4kerst\u00e4ller styrka. Detta alternativ \u00e4r l\u00e4mpligt f\u00f6r stora motorer, s\u00e5 det anv\u00e4nds fr\u00e4mst p\u00e5 lastbilar<\/a> och bussar. Det k\u00e4nnetecknas av enkelhet, h\u00f6g prestanda p\u00e5 ”bottnarna”, tillf\u00f6rlitlighet.<\/p>\n

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

Det andra alternativet f\u00f6ruts\u00e4tter ocks\u00e5 n\u00e4rvaron av en bladring. Men i det h\u00e4r fallet \u00e4r den styvt fixerad p\u00e5 en platt platta, och bladen \u00e4r monterade p\u00e5 stift som s\u00e4kerst\u00e4ller att de roterar i axiell riktning, p\u00e5 andra sidan av den. S\u00e5ledes \u00e4ndras turbinens geometri med hj\u00e4lp av bladen. Detta alternativ \u00e4r det mest effektiva.<\/p>\n

Men p\u00e5 grund av det stora antalet r\u00f6rliga delar \u00e4r denna design mindre tillf\u00f6rlitlig, s\u00e4rskilt vid h\u00f6ga temperaturer. De noterade problemen beror p\u00e5 friktionen hos metalldelar, som expanderar vid upphettning.<\/p>\n

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

Ett annat alternativ \u00e4r en r\u00f6rlig v\u00e4gg. Det liknar p\u00e5 m\u00e5nga s\u00e4tt sl\u00e4pringstekniken, men i detta fall \u00e4r de fasta bladen monterade p\u00e5 en statisk platta snarare \u00e4n en sl\u00e4pring.<\/p>\n

En turboladdare med variabel yta (moms) involverar blad som roterar runt en monteringspunkt. Till skillnad fr\u00e5n schemat med roterande blad, installeras de inte l\u00e4ngs ringens omkrets, utan i rad. P\u00e5 grund av det faktum att detta alternativ kr\u00e4ver ett komplext och dyrt<\/a> mekaniskt system, har f\u00f6renklade versioner utvecklats.<\/p>\n

En av dem \u00e4r Aisin Seiki Variable Flow Turbocharger (VFT). Turbinhuset \u00e4r uppdelat i tv\u00e5 kanaler med ett fast blad och \u00e4r f\u00f6rsett med ett spj\u00e4ll som f\u00f6rdelar fl\u00f6det mellan dem. N\u00e5gra fler fasta blad \u00e4r installerade runt rotorn. De ger retention och fl\u00f6dessammanslagning.<\/p>\n

Det andra alternativet, kallat Switchblade-schemat, \u00e4r n\u00e4rmare moms, men ist\u00e4llet f\u00f6r en rad med blad anv\u00e4nds ett enda blad, som ocks\u00e5 roterar runt installationspunkten. Det finns tv\u00e5 typer av s\u00e5dan konstruktion. En av dem involverar installation av bladet i den centrala delen av kroppen. I det andra fallet \u00e4r den i mitten av kanalen och delar upp den i tv\u00e5 fack, som ett VFT-blad.<\/p>\n

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

F\u00f6r att styra turbinen med variabel geometri anv\u00e4nds drivenheter: elektriska, hydrauliska, pneumatiska. Turboladdaren styrs av motorstyrenheten (ECU, ECU).<\/p>\n

Det b\u00f6r noteras att s\u00e5dana turbiner inte kr\u00e4ver en bypassventil, eftersom det p\u00e5 grund av exakt kontroll \u00e4r m\u00f6jligt att bromsa fl\u00f6det av avgaser p\u00e5 ett icke-dekompressivt s\u00e4tt och passera \u00f6verskottet genom turbinen.<\/p>\n

Funktionsprincip<\/h2>\n

Turbiner med variabel geometri fungerar genom att bibeh\u00e5lla den optimala A\/R- och virvelvinkeln genom att variera inloppets tv\u00e4rsnittsarea. Den \u00e4r baserad p\u00e5 det faktum att avgasfl\u00f6deshastigheten \u00e4r omv\u00e4nt relaterad till kanalbredden. D\u00e4rf\u00f6r, p\u00e5 ”bottnarna” f\u00f6r snabb marknadsf\u00f6ring<\/a>, minskar tv\u00e4rsnittet av inmatningsdelen. Med en \u00f6kning av hastigheten f\u00f6r att \u00f6ka fl\u00f6det expanderar den gradvis.<\/p>\n

Geometrimodifieringsmekanism<\/h2>\n

Mekanismen f\u00f6r att implementera denna process best\u00e4ms av designen. I modeller med roterande blad uppn\u00e5s detta genom att \u00e4ndra deras position: f\u00f6r att s\u00e4kerst\u00e4lla en smal sektion \u00e4r bladen vinkelr\u00e4ta mot de radiella linjerna, och f\u00f6r att vidga kanalen flyttar de sig till en stegvis position.<\/p>\n

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

I turbiner med glidring och r\u00f6rlig v\u00e4gg uppst\u00e5r ringens axiella r\u00f6relse, vilket ocks\u00e5 \u00e4ndrar kanalens tv\u00e4rsnitt.<\/p>\n

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

Funktionsprincipen f\u00f6r VFT \u00e4r baserad p\u00e5 fl\u00f6desseparering. Dess acceleration vid l\u00e5ga hastigheter utf\u00f6rs genom att st\u00e4nga kanalens yttre utrymme med en d\u00e4mpare, vilket resulterar i att gaserna g\u00e5r till rotorn p\u00e5 kortast m\u00f6jliga s\u00e4tt. N\u00e4r belastningen \u00f6kar stiger spj\u00e4llet f\u00f6r att till\u00e5ta fl\u00f6de genom b\u00e5da facken f\u00f6r att ut\u00f6ka kapaciteten.<\/p>\n

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

F\u00f6r VAT- och Switchblade-modeller g\u00f6rs f\u00f6r\u00e4ndringen i geometri genom att vrida bladet: vid l\u00e5ga hastigheter stiger det, smalnar av passagen f\u00f6r att p\u00e5skynda fl\u00f6det, och vid h\u00f6ga hastigheter ligger det intill turbinhjulet, vilket \u00f6kar genomstr\u00f6mningen. Switchblade-turbiner av den andra typen k\u00e4nnetecknas av den omv\u00e4nda ordningen f\u00f6r bladets drift.<\/p>\n

S\u00e5 p\u00e5 ”bottnarna” ligger den intill rotorn, vilket g\u00f6r att fl\u00f6det endast g\u00e5r l\u00e4ngs husets ytterv\u00e4gg. N\u00e4r hastigheten \u00f6kar stiger bladet och \u00f6ppnar en passage runt pumphjulet f\u00f6r att \u00f6ka genomstr\u00f6mningen.<\/p>\n

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

Drivenhet<\/h2>\n

Bland drivenheterna \u00e4r de vanligaste pneumatiska alternativen, d\u00e4r mekanismen styrs av en kolv som r\u00f6r luft inuti cylindern.<\/p>\n

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

Skovlarnas l\u00e4ge styrs av ett membranst\u00e4lldon som \u00e4r anslutet med en st\u00e5ng till vingstyrringen, s\u00e5 att halsen st\u00e4ndigt kan f\u00f6r\u00e4ndras. St\u00e4lldonet driver spindeln beroende p\u00e5 vakuumniv\u00e5n och motverkar fj\u00e4dern. Vakuummodulering styr en elektrisk ventil som levererar en linj\u00e4r str\u00f6m beroende p\u00e5 vakuumparametrarna. Vakuum kan genereras av bromsf\u00f6rst\u00e4rkarens vakuumpump. Str\u00f6mmen tillf\u00f6rs fr\u00e5n batteriet och modulerar ECU:n.<\/p>\n

Den st\u00f6rsta nackdelen med s\u00e5dana drivenheter beror p\u00e5 det sv\u00e5ra f\u00f6ruts\u00e4gbara tillst\u00e5ndet hos gasen efter kompression, s\u00e4rskilt vid upphettning. D\u00e4rf\u00f6r \u00e4r hydrauliska och elektriska drivningar mer avancerade.<\/p>\n

Hydrauliska st\u00e4lldon fungerar p\u00e5 samma princip som pneumatiska st\u00e4lldon, men ist\u00e4llet f\u00f6r luft i cylindern anv\u00e4nds en v\u00e4tska, som kan representeras av motorolja<\/a>. Dessutom komprimerar det inte, vilket g\u00f6r att ett s\u00e5dant system ger b\u00e4ttre kontroll.<\/p>\n

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

Magnetventilen anv\u00e4nder oljetryck och en signal fr\u00e5n ECU f\u00f6r att flytta ringen. Den hydrauliska kolven f\u00f6rflyttar kuggst\u00e5ngen, som roterar kugghjulet, vilket resulterar i att bladen \u00e4r sv\u00e4ngbart anslutna. F\u00f6r att \u00f6verf\u00f6ra ECU-bladets position r\u00f6r sig en analog positionssensor l\u00e4ngs kammen p\u00e5 dess drivning. N\u00e4r oljetrycket \u00e4r l\u00e5gt \u00f6ppnas och st\u00e4ngs vingarna n\u00e4r oljetrycket \u00f6kar.<\/p>\n

Det elektriska st\u00e4lldonet \u00e4r det mest exakta, eftersom sp\u00e4nningen kan ge mycket fin kontroll. Det kr\u00e4ver dock ytterligare kylning, som tillhandah\u00e5lls av kylv\u00e4tsker\u00f6r (i pneumatiska och hydrauliska versioner anv\u00e4nds v\u00e4tska f\u00f6r att avl\u00e4gsna v\u00e4rme).<\/p>\n

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

En v\u00e4ljarmekanism anv\u00e4nds f\u00f6r att driva geometri\u00e4ndringsanordningen.<\/p>\n

Vissa modeller av turbiner anv\u00e4nder en roterande elektrisk drivning med en direkt stegmotor. I detta fall styrs bladens position av en elektronisk \u00e5terkoppling<\/a>sventil genom kuggst\u00e5ngsmekanismen. F\u00f6r \u00e5terkoppling fr\u00e5n ECU:n anv\u00e4nds en kam med en magnetoresistiv sensor f\u00e4st p\u00e5 v\u00e4xeln.<\/p>\n

Om det \u00e4r n\u00f6dv\u00e4ndigt att vrida bladen, tillhandah\u00e5ller ECU:n en str\u00f6mf\u00f6rs\u00f6rjning i ett visst omr\u00e5de f\u00f6r att flytta dem till en f\u00f6rutbest\u00e4md position, varefter den, efter att ha f\u00e5tt en signal fr\u00e5n sensorn, avaktiverar \u00e5terkopplingsventilen.<\/p>\n

Motorns styrenhet<\/h2>\n

Av det f\u00f6reg\u00e5ende f\u00f6ljer att principen f\u00f6r drift av turbiner med variabel geometri \u00e4r baserad p\u00e5 optimal koordinering av en ytterligare mekanism i enlighet med motorns driftl\u00e4ge. D\u00e4rf\u00f6r kr\u00e4vs dess exakta positionering och konstant \u00f6vervakning. D\u00e4rf\u00f6r styrs turbiner med variabel geometri av motorstyrenheter.<\/p>\n

De anv\u00e4nder strategier f\u00f6r att antingen maximera produktiviteten eller f\u00f6rb\u00e4ttra milj\u00f6prestanda. Det finns flera principer f\u00f6r hur BUD fungerar.<\/p>\n

Den vanligaste av dessa \u00e4r anv\u00e4ndningen av referensinformation baserad p\u00e5 empiriska data och motormodeller. I det h\u00e4r fallet v\u00e4ljer feedforward-styrenheten v\u00e4rden fr\u00e5n en tabell och anv\u00e4nder feedback f\u00f6r att minska fel. Detta \u00e4r en m\u00e5ngsidig teknik som l\u00e5ter dig till\u00e4mpa olika kontrollstrategier.<\/p>\n

Dess st\u00f6rsta nackdel \u00e4r begr\u00e4nsningarna under transienter (skarp acceleration, v\u00e4xlingar). F\u00f6r att eliminera det anv\u00e4ndes multiparameter-, PD- och PID-kontroller. De senare anses vara de mest lovande, men de \u00e4r inte tillr\u00e4ckligt exakta i hela lastintervallet. Detta l\u00f6stes genom att anv\u00e4nda algoritmer f\u00f6r luddiga logiska beslut med MAS.<\/p>\n

Det finns tv\u00e5 tekniker f\u00f6r att tillhandah\u00e5lla bakgrundsinformation: medelmotormodellen och artificiella neurala n\u00e4tverk. Den senare inneh\u00e5ller tv\u00e5 strategier. En av dem inneb\u00e4r att uppr\u00e4tth\u00e5lla boost p\u00e5 en given niv\u00e5, den andra \u00e4r att uppr\u00e4tth\u00e5lla en negativ tryckskillnad. I det andra fallet uppn\u00e5s den b\u00e4sta milj\u00f6prestandan, men turbinhastigheten \u00f6verskrids.<\/p>\n

Det \u00e4r inte m\u00e5nga tillverkare som utvecklar ECU f\u00f6r turboladdare med variabel geometri. De allra flesta av dem representeras av produkter fr\u00e5n bil<\/a>tillverkare. Det finns dock n\u00e5gra avancerade ECU:er fr\u00e5n tredje part p\u00e5 marknaden som \u00e4r designade f\u00f6r s\u00e5dana turbiner.<\/p>\n

Allm\u00e4nna best\u00e4mmelser<\/h2>\n

De viktigaste egenskaperna hos turbiner representeras av luftmassfl\u00f6de och fl\u00f6deshastighet. Inloppsarea \u00e4r en av de prestandabegr\u00e4nsande faktorerna. Varierande geometrialternativ l\u00e5ter dig \u00e4ndra detta omr\u00e5de. S\u00e5 det effektiva omr\u00e5det best\u00e4ms av h\u00f6jden p\u00e5 passagen och vinkeln p\u00e5 bladen. Den f\u00f6rsta indikatorn \u00e4ndras i versioner med en glidring, den andra – i turbiner med roterande blad.<\/p>\n

Turboladdare med variabel geometri ger st\u00e4ndigt den n\u00f6dv\u00e4ndiga f\u00f6rst\u00e4rkningen. Som ett resultat har motorer utrustade med dem inte f\u00f6rdr\u00f6jning p\u00e5 grund av turbinens spin-up-tid, som med konventionella stora turboladdare, och choker inte vid h\u00f6ga hastigheter, som med sm\u00e5.<\/p>\n

Slutligen b\u00f6r det noteras att \u00e4ven om turboladdare med variabel geometri \u00e4r konstruerade f\u00f6r att fungera utan en bypass-ventil, har de visat sig ge prestandaf\u00f6rb\u00e4ttringar fr\u00e4mst i den ”nedre \u00e4nden” och vid h\u00f6ga hastigheter med helt \u00f6ppna blad, utan att kunna hantera stort massfl\u00f6de. D\u00e4rf\u00f6r, f\u00f6r att f\u00f6rhindra \u00f6verdrivet mottryck, rekommenderas det fortfarande att anv\u00e4nda en wastegate.<\/p>\n

F\u00f6rdelar och nackdelar<\/a><\/h2>\n

Att justera turbinen till motorns driftl\u00e4ge ger en f\u00f6rb\u00e4ttring av alla indikatorer i j\u00e4mf\u00f6relse med fasta geometrialternativ:<\/p>\n