กังหันเรขาคณิตแปรผัน: หลักการทำงาน อุปกรณ์ การซ่อมแซม

2024 ผู้เขียน: Erin Ralphs | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-19 19:25

ด้วยการพัฒนากังหัน ICE ผู้ผลิตต่างพยายามปรับปรุงความสม่ำเสมอของเครื่องยนต์และประสิทธิภาพ โซลูชันซีเรียลขั้นสูงทางเทคนิคขั้นสูงที่สุดคือการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของทางเข้า ถัดไป พิจารณาการออกแบบกังหันเรขาคณิตแบบแปรผัน หลักการทำงาน และคุณสมบัติการบำรุงรักษา

คุณสมบัติทั่วไป

กังหันที่อยู่ระหว่างการพิจารณาแตกต่างจากปกติในความสามารถในการปรับให้เข้ากับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์โดยการเปลี่ยนอัตราส่วน A / R ซึ่งกำหนดปริมาณงาน นี่คือลักษณะทางเรขาคณิตของตัวเรือน ซึ่งแสดงโดยอัตราส่วนของพื้นที่หน้าตัดของช่องสัญญาณและระยะห่างระหว่างจุดศูนย์ถ่วงของส่วนนี้กับแกนกลางของกังหัน

ความเกี่ยวข้องของเทอร์โบชาร์จเจอร์ทรงเรขาคณิตแบบแปรผันนั้นเกิดจากความจริงที่ว่าสำหรับความเร็วสูงและต่ำ ค่าที่เหมาะสมที่สุดของพารามิเตอร์นี้แตกต่างกันอย่างมาก ดังนั้น สำหรับค่า A/R เพียงเล็กน้อย โฟลว์มีความเร็วสูงซึ่งเป็นผลมาจากการที่กังหันหมุนเร็ว แต่ปริมาณงานสูงสุดต่ำ ในทางกลับกัน ค่าขนาดใหญ่ของพารามิเตอร์นี้จะกำหนดปริมาณงานขนาดใหญ่และความเร็วไอเสียต่ำ

ดังนั้น ด้วย A / R ที่สูงเกินไป กังหันจะไม่สามารถสร้างแรงดันที่ความเร็วต่ำได้ และหากต่ำเกินไป เครื่องยนต์จะหายใจไม่ออก (เนื่องจากแรงดันย้อนกลับใน ท่อร่วมไอเสียประสิทธิภาพจะลดลง) ดังนั้นสำหรับเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบเรขาคณิตคงที่ ค่า A / R เฉลี่ยจึงถูกเลือกไว้ซึ่งช่วยให้สามารถทำงานได้ตลอดช่วงความเร็วทั้งหมด ในขณะที่หลักการทำงานของเทอร์ไบน์ที่มีรูปทรงเรขาคณิตแบบแปรผันจะขึ้นอยู่กับการรักษาค่าที่เหมาะสมที่สุด ดังนั้น ตัวเลือกดังกล่าวที่มีเกณฑ์การบูสต์ต่ำและแล็กน้อยที่สุดจึงมีประสิทธิภาพสูงเมื่อทำความเร็วสูง

นอกจากชื่อหลักแล้ว (ตัวแปรกังหันรูปเรขาคณิต (VGT, VTG)) รุ่นเหล่านี้เรียกว่าหัวฉีดแบบปรับได้ (VNT), ใบพัดแบบปรับได้ (VVT), หัวฉีดกังหันแบบปรับพื้นที่ได้ (VATN)

กังหันเรขาคณิตแปรผันได้รับการพัฒนาโดยการ์เร็ตต์ นอกจากนี้ ผู้ผลิตรายอื่นยังมีส่วนร่วมในการเปิดตัวชิ้นส่วนดังกล่าว รวมถึง MHI และ BorgWarner ผู้ผลิตหลักของวงแหวนสลิปคือ Cummins Turbo Technologies

แม้จะใช้เทอร์ไบน์เรขาคณิตแบบแปรผันได้กับเครื่องยนต์ดีเซลเป็นหลัก แต่ก็เป็นที่นิยมและได้รับความนิยมอย่างมาก สันนิษฐานว่าในปี 2020 โมเดลดังกล่าวจะครอบครองมากกว่า63% ของตลาดเทอร์ไบน์ทั่วโลก การขยายตัวของการใช้เทคโนโลยีนี้และการพัฒนานั้นเกิดจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดเป็นหลัก

ออกแบบ

อุปกรณ์กังหันทรงเรขาคณิตแบบแปรผันแตกต่างจากรุ่นทั่วไปเพราะมีกลไกเพิ่มเติมในส่วนทางเข้าของตัวเรือนกังหัน มีหลายตัวเลือกสำหรับการออกแบบ

ประเภทที่พบมากที่สุดคือวงแหวนเลื่อน อุปกรณ์นี้แสดงด้วยวงแหวนที่มีใบมีดคงที่จำนวนหนึ่งซึ่งอยู่รอบโรเตอร์และเคลื่อนที่สัมพันธ์กับเพลตคงที่ กลไกการเลื่อนใช้เพื่อจำกัด/ขยายทางสำหรับการไหลของก๊าซ

เนื่องจากแหวนพายเลื่อนไปในแนวแกน กลไกนี้จึงกะทัดรัดมาก และจำนวนจุดอ่อนขั้นต่ำช่วยให้มีความแข็งแรง ตัวเลือกนี้เหมาะสำหรับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่จะใช้กับรถบรรทุกและรถโดยสาร โดดเด่นด้วยความเรียบง่าย ประสิทธิภาพสูง ความน่าเชื่อถือ

ตัวเลือกที่สองก็ถือว่ามีวงแหวนใบพัดอยู่ด้วย อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ มันถูกยึดอย่างแน่นหนาบนจานแบน และใบมีดจะถูกติดตั้งบนหมุดที่รับประกันการหมุนในแนวแกนที่อีกด้านหนึ่ง ดังนั้นรูปทรงของกังหันจึงเปลี่ยนไปโดยใช้ใบมีด ตัวเลือกนี้มีประสิทธิภาพสูงสุด

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้จำนวนมาก การออกแบบนี้จึงไม่ค่อยน่าเชื่อถือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ทำเครื่องหมายปัญหาเกิดจากการเสียดสีของชิ้นส่วนโลหะที่ขยายตัวเมื่อถูกความร้อน

อีกทางเลือกหนึ่งคือกำแพงเคลื่อนที่ มีความคล้ายคลึงกันในหลาย ๆ ด้านกับเทคโนโลยีสลิปริง แต่ในกรณีนี้ ใบมีดคงที่จะถูกติดตั้งบนเพลตแบบคงที่แทนที่จะเป็นวงแหวนสลิป

เทอร์โบชาร์จเจอร์แบบปรับพื้นที่ได้ (VAT) มีใบพัดที่หมุนรอบจุดติดตั้ง ต่างจากแบบแผนที่มีใบมีดแบบหมุนซึ่งไม่ได้ติดตั้งตามแนวเส้นรอบวงของวงแหวน แต่เป็นแนวเดียวกัน เนื่องจากตัวเลือกนี้ต้องใช้ระบบกลไกที่ซับซ้อนและมีราคาแพง จึงได้มีการพัฒนาเวอร์ชันที่เรียบง่ายขึ้น

หนึ่งคือเทอร์โบชาร์จเจอร์ Aisin Seiki Variable Flow (VFT) ตัวเรือนกังหันแบ่งออกเป็นสองช่องโดยใบมีดคงที่และติดตั้งแดมเปอร์ที่กระจายการไหลระหว่างช่องทั้งสอง มีการติดตั้งใบมีดคงที่อีกสองสามรอบโรเตอร์ พวกเขาให้การรักษาและการรวมโฟลว์

ตัวเลือกที่สอง เรียกว่าแผนสวิตช์เบลด ใกล้เคียงกับภาษีมูลค่าเพิ่มมากกว่า แต่แทนที่จะใช้ใบมีดแถวเดียว ใบมีดเดียวจะถูกใช้ และหมุนไปรอบๆ จุดติดตั้งด้วย การก่อสร้างดังกล่าวมีสองประเภท หนึ่งในนั้นเกี่ยวข้องกับการติดตั้งใบมีดในส่วนกลางของร่างกาย กรณีที่ 2 อยู่ตรงกลางช่องแล้วแบ่งเป็น 2 ช่อง เหมือนไม้พาย VFT

ในการควบคุมกังหันด้วยรูปทรงแปรผัน ไดรฟ์ที่ใช้: ไฟฟ้า ไฮดรอลิก นิวแมติก เทอร์โบชาร์จเจอร์ถูกควบคุมโดยชุดควบคุมเครื่องยนต์ (ECU, ECU).

ควรสังเกตว่ากังหันเหล่านี้ไม่ต้องการวาล์วบายพาส เนื่องจากการควบคุมที่แม่นยำทำให้สามารถชะลอการไหลของก๊าซไอเสียในลักษณะที่ไม่บีบอัดและส่งส่วนเกินผ่านกังหันได้

หลักการทำงาน

กังหันทรงเรขาคณิตแบบปรับได้ทำงานโดยรักษา A/R และมุมการหมุนที่เหมาะสมที่สุดโดยการเปลี่ยนพื้นที่หน้าตัดของทางเข้า ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าความเร็วการไหลของไอเสียนั้นสัมพันธ์ผกผันกับความกว้างของช่อง ดังนั้นใน "ด้านล่าง" เพื่อการเลื่อนตำแหน่งที่รวดเร็ว ภาพตัดขวางของส่วนอินพุตจึงลดลง ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นเพื่อเพิ่มการไหลจะค่อยๆขยายตัว

กลไกการเปลี่ยนรูปเรขาคณิต

กลไกสำหรับการดำเนินการตามกระบวนการนี้กำหนดโดยการออกแบบ ในรุ่นที่มีใบมีดหมุน ทำได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่ง: ใบมีดจะตั้งฉากกับแนวรัศมีเพื่อให้แน่ใจว่ามีส่วนแคบ และเพื่อขยายช่องให้อยู่ในตำแหน่งขั้นบันได

กังหันสลิปริงที่มีกำแพงเคลื่อนที่มีการเคลื่อนที่ตามแนวแกนของวงแหวน ซึ่งจะเปลี่ยนส่วนของช่องด้วย

หลักการทำงานของ VFT ขึ้นอยู่กับการแยกกระแส การเร่งความเร็วที่ความเร็วต่ำทำได้โดยการปิดช่องภายนอกของช่องด้วยแดมเปอร์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ก๊าซไปที่โรเตอร์ในทางที่สั้นที่สุด เมื่อโหลดเพิ่มขึ้นแดมเปอร์เพิ่มขึ้นเพื่อให้ไหลผ่านทั้งสองอ่าวเพื่อขยายกำลังการผลิต

สำหรับรุ่น VAT และ Switchblade รูปทรงจะเปลี่ยนไปโดยการหมุนใบมีด: ที่ความเร็วต่ำ ใบพัดจะยกขึ้น ทางแคบลงเพื่อเพิ่มความเร็วการไหล และที่ความเร็วสูง จะติดกับล้อกังหันขยายออก ปริมาณงาน เทอร์ไบน์ Switchblade Type 2 มีการทำงานของใบมีดแบบย้อนกลับ

ดังนั้น ที่ "ก้น" มันอยู่ติดกับโรเตอร์ อันเป็นผลมาจากการไหลที่ไหลไปตามผนังด้านนอกของตัวเรือนเท่านั้น เมื่อรอบต่อนาทีเพิ่มขึ้น ใบมีดก็จะสูงขึ้น เปิดทางเดินรอบใบพัดเพื่อเพิ่มปริมาณงาน

ขับ

ในบรรดาระบบขับเคลื่อน ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดคือระบบลม ซึ่งกลไกควบคุมโดยลูกสูบเคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบ

ตำแหน่งของใบพัดถูกควบคุมโดยไดอะแฟรมแอ๊คทูเอเตอร์ที่เชื่อมต่อด้วยก้านกับวงแหวนควบคุมใบพัด ดังนั้นคอจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่อง แอคทูเอเตอร์จะขับเคลื่อนก้านตามระดับของสุญญากาศ ซึ่งจะต้านสปริง การมอดูเลตสุญญากาศจะควบคุมวาล์วไฟฟ้าที่จ่ายกระแสเชิงเส้นโดยขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์สุญญากาศ ปั๊มสุญญากาศบูสเตอร์เบรกสามารถสร้างสุญญากาศได้ กระแสไฟจ่ายจากแบตเตอรี่และปรับ ECU

ข้อเสียเปรียบหลักของไดรฟ์ดังกล่าวเกิดจากการยากที่จะคาดเดาสถานะของก๊าซหลังการบีบอัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อได้รับความร้อน จึงสมบูรณ์แบบยิ่งขึ้นเป็นไดรฟ์ไฮดรอลิกและไฟฟ้า

ตัวกระตุ้นแบบไฮดรอลิกทำงานบนหลักการเดียวกับตัวกระตุ้นแบบนิวแมติก แต่แทนที่จะใช้อากาศในกระบอกสูบ ของเหลวจะถูกใช้แทนน้ำมันเครื่อง นอกจากนี้ยังไม่บีบอัด ดังนั้นระบบนี้จึงให้การควบคุมที่ดีขึ้น

โซลินอยด์วาล์วใช้แรงดันน้ำมันและสัญญาณ ECU เพื่อเคลื่อนวงแหวน ลูกสูบไฮดรอลิกเคลื่อนแร็คแอนด์พิเนียนซึ่งหมุนเฟืองฟันอันเป็นผลมาจากการที่ใบมีดเชื่อมต่อแบบหมุนได้ ในการถ่ายโอนตำแหน่งของเบลด ECU เซ็นเซอร์ตำแหน่งอะนาล็อกจะเคลื่อนที่ไปตามลูกเบี้ยวของไดรฟ์ เมื่อแรงดันน้ำมันต่ำ ใบพัดจะเปิดและปิดเมื่อแรงดันน้ำมันเพิ่มขึ้น

การขับด้วยไฟฟ้านั้นแม่นยำที่สุดเพราะแรงดันไฟฟ้าสามารถให้การควบคุมที่ละเอียดมาก อย่างไรก็ตาม มันต้องการการระบายความร้อนเพิ่มเติม ซึ่งมาจากท่อน้ำหล่อเย็น (รุ่นนิวเมติกและไฮดรอลิกใช้ของเหลวเพื่อระบายความร้อน)

กลไกตัวเลือกทำหน้าที่ขับเคลื่อนตัวเปลี่ยนเรขาคณิต

เทอร์ไบน์บางรุ่นใช้ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแบบโรตารี่กับสเต็ปเปอร์มอเตอร์โดยตรง ในกรณีนี้ ตำแหน่งของใบมีดจะถูกควบคุมโดยวาล์วป้อนกลับแบบอิเล็กทรอนิกส์ผ่านกลไกของชั้นวางและปีกนก สำหรับการตอบรับจาก ECU จะใช้ลูกเบี้ยวที่มีเซ็นเซอร์แม่เหล็กที่ติดอยู่กับเกียร์

ถ้าจำเป็นต้องหมุนใบมีด ECU จัดให้การจ่ายกระแสในช่วงที่กำหนดเพื่อย้ายไปยังตำแหน่งที่กำหนดไว้ หลังจากนั้น เมื่อได้รับสัญญาณจากเซ็นเซอร์ ก็จะยกเลิกการทำงานของวาล์วป้อนกลับ

ชุดควบคุมเครื่องยนต์

จากข้างบนนี้ หลักการของการทำงานของเทอร์ไบน์เรขาคณิตแบบแปรผันนั้นอิงจากการประสานงานที่เหมาะสมที่สุดของกลไกเพิ่มเติมตามโหมดการทำงานของเครื่องยนต์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการวางตำแหน่งที่แม่นยำและการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นเทอร์ไบน์เรขาคณิตแบบแปรผันจึงถูกควบคุมโดยชุดควบคุมเครื่องยนต์

พวกเขาใช้กลยุทธ์เพื่อเพิ่มผลผลิตหรือปรับปรุงประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อม มีหลักการหลายประการสำหรับการทำงานของตา

สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือการใช้ข้อมูลอ้างอิงตามข้อมูลเชิงประจักษ์และรุ่นเครื่องยนต์ ในกรณีนี้ ตัวควบคุม feedforward จะเลือกค่าจากตารางและใช้คำติชมเพื่อลดข้อผิดพลาด เป็นเทคโนโลยีอเนกประสงค์ที่ช่วยให้สามารถใช้กลยุทธ์การควบคุมที่หลากหลาย

ข้อเสียเปรียบหลักคือข้อจำกัดในช่วงชั่วครู่ (อัตราเร่งที่เฉียบแหลม การเปลี่ยนเกียร์) เพื่อกำจัดมัน มีการใช้ตัวควบคุมหลายพารามิเตอร์ PD- และ PID หลังถือว่ามีแนวโน้มมากที่สุด แต่ไม่ถูกต้องเพียงพอในช่วงโหลดทั้งหมด สิ่งนี้แก้ไขได้ด้วยการใช้อัลกอริธึมการตัดสินใจเชิงตรรกะแบบคลุมเครือโดยใช้ MAS

มีสองเทคโนโลยีในการให้ข้อมูลอ้างอิง: รุ่นมอเตอร์เฉลี่ยและเทียมโครงข่ายประสาท หลังรวมถึงสองกลยุทธ์ หนึ่งในนั้นเกี่ยวข้องกับการรักษาบูสต์ที่ระดับที่กำหนด อีกอันหนึ่งคือการรักษาความแตกต่างของแรงดันเชิงลบ ในกรณีที่สอง บรรลุประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ดีที่สุด แต่กังหันทำงานเกินความเร็ว

ผู้ผลิตไม่กี่รายกำลังพัฒนา ECU สำหรับเทอร์โบชาร์จเจอร์ทรงเรขาคณิตแบบแปรผัน ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตรถยนต์ อย่างไรก็ตาม มี ECU ระดับไฮเอนด์ของบริษัทอื่นในตลาดที่ออกแบบมาสำหรับ turbos ดังกล่าว

บทบัญญัติทั่วไป

ลักษณะสำคัญของกังหันคือการไหลของมวลอากาศและความเร็วการไหล พื้นที่ทางเข้าเป็นหนึ่งในปัจจัยจำกัดประสิทธิภาพ ตัวเลือกเรขาคณิตแปรผันทำให้คุณสามารถเปลี่ยนพื้นที่นี้ได้ ดังนั้น พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพจะถูกกำหนดโดยความสูงของทางเดินและมุมของใบมีด ตัวบ่งชี้แรกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในเวอร์ชันที่มีวงแหวนเลื่อน ตัวที่สอง - ในกังหันที่มีใบมีดโรตารี่

ดังนั้น เทอร์โบชาร์จเจอร์ทรงเรขาคณิตแบบแปรผันจะให้บูสต์ที่จำเป็นอย่างต่อเนื่อง ด้วยเหตุนี้ เครื่องยนต์ที่ติดตั้งไว้จึงไม่มีความหน่วงที่เกี่ยวข้องกับเวลาหมุนของกังหัน เช่นเดียวกับเทอร์โบชาร์จเจอร์ขนาดใหญ่ทั่วไป และไม่สำลักที่ความเร็วสูงเช่นเดียวกับเครื่องยนต์ขนาดเล็ก

สุดท้าย ควรสังเกตว่าแม้ว่าเทอร์โบชาร์จเจอร์รูปทรงต่างๆ ได้รับการออกแบบให้ทำงานโดยไม่มีวาล์วบายพาส แต่ก็พบว่าให้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเป็นหลักที่ช่วงต่ำที่สุด และที่รอบต่อนาทีสูงเมื่อเปิดจนสุดใบมีดไม่สามารถรับมือกับการไหลของมวลจำนวนมาก ดังนั้น เพื่อป้องกันแรงดันย้อนกลับมากเกินไป ขอแนะนำให้ใช้เกทเกท

ข้อดีและข้อเสีย

การปรับกังหันให้เข้ากับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์ทำให้มีการปรับปรุงตัวบ่งชี้ทั้งหมดเมื่อเทียบกับตัวเลือกรูปทรงคงที่:

• การตอบสนองและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นตลอดช่วงรอบ;
• โค้งแรงบิดระดับกลางที่ประจบ;
• ความสามารถในการควบคุมเครื่องยนต์ที่โหลดบางส่วนบนส่วนผสมของอากาศ/เชื้อเพลิงไร้มันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
• ประสิทธิภาพเชิงความร้อนดีขึ้น;
• ป้องกันการบูสต์มากเกินไปที่รอบสูง
• ประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมดีที่สุด;
• กินน้ำมันน้อยลง
• ขยายช่วงการทำงานของกังหัน

ข้อเสียเปรียบหลักของเทอร์โบชาร์จเจอร์รูปทรงเรขาคณิตแบบแปรผันคือการออกแบบที่ซับซ้อนอย่างมาก เนื่องจากมีส่วนประกอบและไดรฟ์ที่เคลื่อนที่เพิ่มเติม จึงมีความน่าเชื่อถือน้อยกว่า และการบำรุงรักษาและซ่อมแซมกังหันประเภทนี้ทำได้ยากขึ้น นอกจากนี้ การดัดแปลงเครื่องยนต์เบนซินนั้นมีราคาแพงมาก (แพงกว่าเครื่องยนต์ทั่วไปประมาณ 3 เท่า) สุดท้ายนี้ เทอร์ไบน์เหล่านี้รวมเข้ากับเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับพวกมันได้ยาก

ควรสังเกตว่าในแง่ของประสิทธิภาพสูงสุด กังหันเรขาคณิตแบบแปรผันมักจะด้อยกว่ารุ่นทั่วไป นี่เป็นเพราะการสูญเสียในตัวเรือนและรอบ ๆ ส่วนรองรับขององค์ประกอบที่เคลื่อนไหว นอกจากนี้ ประสิทธิภาพสูงสุดจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเคลื่อนออกจากตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด อย่างไรก็ตาม ทั่วไปประสิทธิภาพของเทอร์โบชาร์จเจอร์ของการออกแบบนี้สูงกว่ารุ่นเรขาคณิตคงที่เนื่องจากช่วงการทำงานที่กว้างกว่า

แอปพลิเคชั่นและฟังก์ชั่นเพิ่มเติม

ขอบเขตของเทอร์ไบน์เรขาคณิตแบบแปรผันนั้นพิจารณาจากประเภทของพวกมัน ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ที่มีใบมีดหมุนได้รับการติดตั้งบนเครื่องยนต์ของรถยนต์และรถเพื่อการพาณิชย์ขนาดเล็ก และการดัดแปลงโดยใช้วงแหวนเลื่อนส่วนใหญ่จะใช้กับรถบรรทุก

โดยทั่วไป เทอร์ไบน์ทรงเรขาคณิตแบบแปรผันมักใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลมากที่สุด เนื่องจากก๊าซไอเสียมีอุณหภูมิต่ำ

สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับผู้โดยสาร เทอร์โบชาร์จเจอร์เหล่านี้ใช้เพื่อชดเชยการสูญเสียประสิทธิภาพจากระบบหมุนเวียนก๊าซไอเสียเป็นหลัก

สำหรับรถบรรทุก กังหันเองสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมโดยการควบคุมปริมาณก๊าซไอเสียที่หมุนเวียนไปยังไอดีของเครื่องยนต์ ดังนั้น ด้วยการใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์แบบเรขาคณิตที่แปรผันได้ จึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มแรงดันในท่อร่วมไอเสียให้มีค่ามากกว่าในท่อร่วมไอดีเพื่อเร่งการหมุนเวียนอีกครั้ง แม้ว่าแรงดันย้อนกลับที่มากเกินไปจะส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง แต่ก็ช่วยลดการปล่อยไนโตรเจนออกไซด์

นอกจากนี้ยังสามารถปรับเปลี่ยนกลไกเพื่อลดประสิทธิภาพของกังหันในตำแหน่งที่กำหนด ใช้เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซไอเสียเพื่อล้างตัวกรองอนุภาคโดยออกซิไดซ์อนุภาคคาร์บอนที่ติดอยู่โดยการให้ความร้อน

ข้อมูลฟังก์ชั่นต้องใช้ระบบไฮดรอลิกหรือไฟฟ้า

ข้อดีที่โดดเด่นของเทอร์ไบน์ทรงเรขาคณิตแบบแปรผันได้ดีกว่าแบบทั่วไปทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องยนต์สปอร์ต อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์เบนซินหายากมาก มีรถสปอร์ตไม่กี่คันที่ติดตั้งด้วย (ปัจจุบันคือ Porsche 718, 911 Turbo และ Suzuki Swift Sport) ตามที่ผู้จัดการคนหนึ่งของ BorgWarner กล่าว นี่เป็นเพราะต้นทุนการผลิตกังหันดังกล่าวที่สูงมาก เนื่องจากความต้องการใช้วัสดุทนความร้อนเฉพาะทางเพื่อโต้ตอบกับก๊าซไอเสียที่อุณหภูมิสูงของเครื่องยนต์เบนซิน (ก๊าซไอเสียดีเซลมีค่าต่ำกว่ามาก อุณหภูมิ ดังนั้น กังหันจึงถูกกว่าสำหรับพวกเขา)

VGT ตัวแรกที่ใช้กับเครื่องยนต์เบนซินนั้นทำจากวัสดุทั่วไป ดังนั้นจึงต้องใช้ระบบทำความเย็นที่ซับซ้อนเพื่อรับประกันอายุการใช้งานที่ยอมรับได้ ดังนั้นในตำนานฮอนด้าปี 1988 กังหันดังกล่าวจึงถูกรวมเข้ากับอินเตอร์คูลเลอร์ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ นอกจากนี้ เครื่องยนต์ประเภทนี้ยังมีช่วงการไหลของก๊าซไอเสียที่กว้างกว่า จึงต้องมีความสามารถในการจัดการช่วงการไหลของมวลที่ใหญ่ขึ้น

ผู้ผลิตบรรลุระดับที่ต้องการของประสิทธิภาพ การตอบสนอง ประสิทธิภาพ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมด้วยวิธีที่คุ้มค่าที่สุด ข้อยกเว้นคือกรณีที่แยกได้เมื่อต้นทุนสุดท้ายไม่ใช่ลำดับความสำคัญ ในบริบทนี้ ตัวอย่างเช่น การบรรลุผลการปฏิบัติงานใน Koenigsegg One: 1 หรือการปรับ Porsche 911 Turbo ให้เป็นพลเรือนปฏิบัติการ

โดยทั่วไปแล้ว รถยนต์เทอร์โบชาร์จส่วนใหญ่จะติดตั้งเทอร์โบชาร์จเจอร์ทั่วไป สำหรับเครื่องยนต์สปอร์ตสมรรถนะสูง มักใช้ตัวเลือกแบบเลื่อนคู่ แม้ว่าเทอร์โบชาร์จเจอร์เหล่านี้จะด้อยกว่า VGT แต่ก็มีข้อได้เปรียบที่เหมือนกันกับเทอร์ไบน์ทั่วไป ในระดับที่น้อยกว่า และยังมีการออกแบบที่เรียบง่ายเกือบเหมือนกันกับรุ่นหลัง สำหรับการปรับจูน การใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์แบบเรขาคณิตที่แปรผันได้นั้นนอกจากจะมีค่าใช้จ่ายสูงแล้ว ยังถูกจำกัดด้วยความซับซ้อนของการจูนอีกด้วย

สำหรับเครื่องยนต์เบนซิน การศึกษาโดย H. Ishihara, K. Adachi และ S. Kono จัดอันดับให้ Variable Flow Turbine (VFT) เป็น VGT ที่เหมาะสมที่สุด ด้วยองค์ประกอบที่เคลื่อนที่เพียงชิ้นเดียว ต้นทุนการผลิตจึงลดลงและความเสถียรทางความร้อนเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ กังหันดังกล่าวยังทำงานโดยใช้อัลกอริธึม ECU อย่างง่าย ซึ่งคล้ายกับตัวเลือกรูปทรงคงที่ที่ติดตั้งวาล์วบายพาส ได้ผลลัพธ์ที่ดีเป็นพิเศษเมื่อกังหันดังกล่าวถูกรวมเข้ากับ iVTEC อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบเหนี่ยวนำแบบบังคับ อุณหภูมิก๊าซไอเสียจะเพิ่มขึ้น 50-100 °C ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อม ปัญหานี้แก้ไขได้ด้วยการใช้ท่อร่วมอลูมิเนียมที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ

โซลูชันของ BorgWarner สำหรับเครื่องยนต์เบนซินคือการผสมผสานเทคโนโลยีการเลื่อนแบบคู่และการออกแบบเรขาคณิตแบบแปรผันเข้าไว้ในกังหันทรงเรขาคณิตแปรผันคู่ที่เปิดตัวในงาน SEMA 2015 เธอการออกแบบเดียวกับกังหันสกรอลล์คู่ เทอร์โบชาร์จเจอร์นี้มีทางเข้าคู่และล้อกังหันเสาหินคู่ และรวมกับท่อร่วมแบบสกรอลล์คู่ การจัดลำดับเพื่อขจัดจังหวะไอเสียสำหรับการไหลที่หนาแน่นยิ่งขึ้น

ความแตกต่างอยู่ที่การมีแดมเปอร์ในส่วนทางเข้า ซึ่งขึ้นอยู่กับโหลด ซึ่งจะกระจายกระแสไปตามใบพัด ที่ความเร็วต่ำ ก๊าซไอเสียทั้งหมดจะไปที่ส่วนเล็กๆ ของโรเตอร์ และส่วนใหญ่จะถูกปิดกั้น ซึ่งทำให้หมุนได้เร็วกว่ากังหันสองสโครลทั่วไป เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น แดมเปอร์จะค่อยๆ เคลื่อนไปที่ตำแหน่งตรงกลางและกระจายการไหลอย่างสม่ำเสมอด้วยความเร็วสูง เช่นเดียวกับในการออกแบบแบบเลื่อนคู่มาตรฐาน นั่นคือในแง่ของกลไกในการเปลี่ยนรูปทรง กังหันดังกล่าวอยู่ใกล้กับ VFT

ดังนั้น เทคโนโลยีนี้ เช่นเดียวกับเทคโนโลยีเรขาคณิตแปรผัน ให้การเปลี่ยนแปลงอัตราส่วน A / R ขึ้นอยู่กับโหลด โดยการปรับกังหันให้เข้ากับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์ ซึ่งขยายช่วงการทำงาน ในเวลาเดียวกัน การออกแบบที่พิจารณาแล้วง่ายกว่าและถูกกว่ามาก เนื่องจากมีใช้องค์ประกอบเคลื่อนที่เพียงชิ้นเดียวที่นี่ ทำงานตามอัลกอริธึมอย่างง่าย และไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุทนความร้อน หลังเกิดจากอุณหภูมิลดลงเนื่องจากการสูญเสียความร้อนบนผนังของโครงคู่ของกังหัน ควรสังเกตว่าเคยเจอวิธีแก้ปัญหาที่คล้ายคลึงกันมาก่อน (เช่น สปูลวาล์วแบบเร็ว) แต่ด้วยเหตุผลบางประการเทคโนโลยีนี้จึงไม่ได้รับความนิยม

บำรุงรักษาและซ่อม

การซ่อมบำรุงหลักสำหรับกังหันคือการทำความสะอาด ความจำเป็นนั้นเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กับก๊าซไอเสียซึ่งแสดงโดยผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงและน้ำมัน อย่างไรก็ตาม ไม่ค่อยจำเป็นต้องทำความสะอาด การปนเปื้อนที่รุนแรงบ่งชี้ถึงการทำงานผิดปกติ ซึ่งอาจเกิดจากแรงดันที่มากเกินไป ปะเก็นหรือบุชชิ่งของใบพัดสึกหรอ เช่นเดียวกับช่องลูกสูบ การอุดตันของช่องระบายอากาศ

กังหันทรงเรขาคณิตแบบแปรผันมีความไวต่อการเปรอะเปื้อนมากกว่ากังหันทั่วไป เนื่องจากการสะสมของเขม่าในรางนำของอุปกรณ์เปลี่ยนรูปทรงทำให้เกิดลิ่มหรือสูญเสียความคล่องตัว ส่งผลให้การทำงานของเทอร์โบชาร์จเจอร์หยุดชะงัก

ในกรณีที่ง่ายที่สุด การทำความสะอาดจะดำเนินการโดยใช้ของเหลวชนิดพิเศษ แต่มักจะต้องดำเนินการด้วยตนเอง กังหันจะต้องถูกถอดประกอบก่อน เมื่อถอดกลไกการเปลี่ยนรูปทรง ระวังอย่าตัดสลักยึด การเจาะชิ้นส่วนในภายหลังอาจทำให้รูเสียหายได้ ดังนั้นการทำความสะอาดกังหันเรขาคณิตแบบแปรผันจึงค่อนข้างยาก

นอกจากนี้ พึงระลึกไว้เสมอว่าการใช้คาร์ทริดจ์อย่างไม่ระมัดระวังอาจทำให้ใบพัดของโรเตอร์เสียหายหรือเสียรูปได้ หากถูกรื้อถอนหลังจากทำความสะอาด จะต้องมีการทรงตัว แต่โดยปกติแล้วภายในตลับหมึกจะไม่ได้รับการทำความสะอาด

เขม่าน้ำมันบนล้อบ่งบอกถึงการสึกหรอของแหวนลูกสูบหรือกลุ่มวาล์ว เช่นเดียวกับซีลโรเตอร์ในคาร์ทริดจ์ ทำความสะอาดโดยไม่ต้องการกำจัดเครื่องยนต์ทำงานผิดปกติหรือซ่อมแซมกังหันนั้นไม่สามารถทำได้

หลังจากเปลี่ยนคาร์ทริดจ์สำหรับเทอร์โบชาร์จเจอร์ของประเภทที่เป็นปัญหาแล้ว จำเป็นต้องมีการปรับรูปทรง ด้วยเหตุนี้จึงใช้สกรูปรับแบบถาวรและแบบหยาบ ควรสังเกตว่าผู้ผลิตรุ่นแรกบางรุ่นไม่ได้กำหนดค่าเริ่มต้นซึ่งเป็นผลมาจากประสิทธิภาพที่ "ด้านล่าง" ลดลง 15-25% โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้เป็นจริงสำหรับกังหัน Garrett สามารถดูคำแนะนำได้ทางออนไลน์เกี่ยวกับวิธีการปรับกังหันเรขาคณิตแบบแปรผัน

CV

เทอร์โบชาร์จเจอร์รูปทรงตัวแปรเป็นตัวแทนของขั้นตอนสูงสุดในการพัฒนากังหันอนุกรมสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน กลไกเพิ่มเติมในส่วนขาเข้าช่วยให้มั่นใจได้ว่ากังหันจะถูกปรับให้เข้ากับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์โดยการปรับการกำหนดค่า สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ เศรษฐกิจ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม การออกแบบของ VGT นั้นซับซ้อนและรุ่นเบนซินนั้นมีราคาแพงมาก