Любое усовершенствование турбонагнетателя было бы нацелено на то, чтобы заставить его быстрее достигать скоростей, на которых он начинает создавать давление наддува. Если турбонагнетатель можно было бы сделать мгновенно отзывчивым, форма кривой крутящего мо­мента обычного атмосферного двигателя и двигателя с турбонаддувом была бы по существу одной и той же. Это - желаемая цель. Так как до­стичь этого пока еще не возможно, развитие турбонагнетателей пойдет по двум направлениям: потери в подшипниках и корпус турбины с пе­ременным отношением A/R.

Потери в подшипниках

Мощность, потраченная впустую в подшипниках турбонагнета­теля это потери на трение в масляной пленке в подшипнике при вра­щении вала. Эти потери являются относительно большими на низких скоростях вращения, когда мы располагаем небольшой энергией вы­хлопных газов, чтобы привести турбину в действие, но их доля снижа­ется до достаточно низкого значения на высоких скоростях вращения. На высоких оборотах достаточно энергии выхлопных газов, чтобы турбонагнетатель работал столь быстро, чтобы пугать большинство жур­налистов. Фактическая мощность, потерянная в подшипниках, тем не менее, достаточна, чтобы косить лужайку у дома. Если эти потери мощ­ности можно было бы использовать для раскручивания турбонагнета­теля на низких оборотах, раскрутка турбины происходила бы гораздо быстрее.

Подшипники низкого трения могут быть реализованы тремя спо­собами: валы меньшего диаметра, шарикоподшипники или воздушные подшипники. Каждый из этих путей имеет свои проблемы. Валы мень­шего диаметра создают более высокие нагрузки в подшипниках и ухуд­шают критические частоты вибрации. Необходим серьезный инженерный подход, чтобы заставить их работать.

Шарикоподшипники сулят большие перспективы в области сни­жения трения. Жесткий контроль качества, необходимый, чтобы под­шипники работали при высоких скоростях вращения вала турбонагнетателя - серьезная задача для инженеров-технологов. Это возможно и конечно будет сделано в один прекрасный день и будет до­ступно нам для использования. Готовность некоторых автопроизводи­телей потратить лишние двадцать пять долларов на автомобиль для усовершенствования качества шарикоподшипников с низким трением в турбонагнетателе - ситуация, которая приближается с каждым днем. Высокие характеристики теперь столь же конкурентоспособны как любое другое качество автомобиля.

Воздушные подшипники могут быть использованы в определен­ных узлах, где стоимость становится менее важным фактором. Техно­логия изготовления воздушных подшипников хорошо разработана, но контроль качества снова становится серьезным барьером для массового производства. Это подшипники с самым низким трением и их приме­нение привело бы к существенному улучшению характеристик турбо­нагнетателей.

Глядя на сегодняшние мировые технологии в производстве, можно выбирать шарикоподшипники как дальнейшее развитие турбонагне­тателя.

Корпус турбины с изменяемым соотношением A/R

При других неизменных параметрах, меньшее соотношение A/R кожуха турбины понижает обороты, при которых турбонагнетатель на­чинает создавать давление наддува. Это же самое низкое соотношение A/R кожуха турбины вызовет все более и более возрастающее обратное давление выхлопных газов, когда количество выхлопных газов будет воз­растать при увеличении оборотов двигателя. Большие соотношения A/R обеспечивают большую мощность из-за уменьшенного обратного давления, но точно не подходят для работы на низких оборотах.

Хотя и не так широко как хотелось бы, но выпускаются турбона­гнетатели, имеющие конструкцию, обеспечивающую малое A/R на низ­ких оборотах двигателя и большое А/ R при более высоких оборотах.

Такая конструкция называется кожух турбины с переменным A/R. Она действительно предлагает достоинства и большого и маленького соотношения A/R в одном турбонагнетателе. Турбонагнетатель такой конструкции становится еще ближе к мгновенному отклику, который мы хотим получить. Она также позволяет получить кривую крутящего момента по форме близкую к кривой крутящего момента двигателя большого объема на низких оборотах. Вероятно, популярны будут два типа агрегатов с переменным соотношением A/R. Относительно про­стая конструкция раздвоенного кожуха турбины - недорогой механизм, который может оказаться адекватным, когда оценены все его качества.

Другая конструкция - VATN (variable area turbine nozzle, сопловой ап­парат турбины переменного сечения). VATN затмевает все другие ва­рианты конструкции настолько, что является выигрышным билетом.

Twin scroll turbine housing (Раздвоенный кожух турбины) или TST

Раздвоенный кожух турбины получил свое название из-за геоме­трии входного отверстия для выхлопных газов в турбину. Используются два канала различного размера, первичный и вторичный. Как правило, первичный канал открыт на низких оборотах, а на высоких оборотах открыты оба канала. Это обеспечивает TST возможность иметь низкое A/R на низких оборотах и больлгое A/R на более высоких оборотах дви­гателя.

Конструкция TST представляет интерес потому, что она предла­гает лучшую комбинацию реакции турбонагнетателя на низких оборо­тах и высокой мощности на высоких оборотах двигателя. Было бы трудно создать систему, управляющую наддувом, путем изменения A/R. Поэтому нам все еще необходим вестгейт для управления давле­нием наддува. Простота раздвоенного кожуха турбины - важное качество этой системы.

Variable area turbine nozzle (сопловой аппарат турбины переменного сечения)

VATN - абсолютно новое слово в турбонаддуве. Лопатки VATN по­ворачиваются, изменяя площадь через которую протекают выхлопные газы, при этом изменяется скорость выхлопных газов на входе в рабочее колесо турбины, и таким образом изменяя скорость ее вращения. VATN имеет несколько интересных особенностей: система работает с низким соотношением A/R когда это необходимо, а когда нужно - с большим A/R , при этом система обеспечивает плавное изменение A/R между этими двумя крайними точками. VATN может создать такое большое соотношение A/R, что скорость турбины во всем рабочем диапазоне будет управляться только путем изменения соотношения A/R. Таким образом система VATN становится системой управления давлением наддува, и теперь нам не нужен вестгейт. Когда в системе нет вестгейта, вся энергия выхлопных газов доступна для привода компрессора, и тер­мин "waste" - "отходы" можно забыть.

Характеристики турбины теперь могут иметь совершенно другие значения. Так как скорость турбины теперь всегда управляется при по­мощи VATN, соотношение A/R всегда будет наибольшим для данного давления наддува. Если бы A/R было меньше, скорость турбины увеличилась бы, создавая большее давление, которое подняло бы скорость турбины, которая снова поднимет давление. Это позволяет обеспечи­вать минимальное обратное давление выхлопных газов для любого за­данного давления наддува. При этом возможна ситуация, когда противодавление на выходе газов будет меньше чем давление наддува. Когда происходит этот "переход", увеличение мощности переходит на новый уровень. Это условие вообще не выполнимо с обычными турби­нами без применения турбины настолько большой, что она становится бесполезной на низких оборотах.

Успех VATN прямым образом зависит от правильного положения положения лопаток. Изменяющиеся условия нагрузки требуют, чтобы контроллер обеспечивал правильное A/R именно для данных условий. Условия нагрузки на установившемся режиме требуют, чтобы лопатки были полностью открыты дня обеспечения наименьшего возможного обратного давления. На открытие дроссельной заслонки регулятор до­лжен обеспечить требуемый наддув и закрывать лопатки, чтобы позво­лить турбине увеличить скорость вращения настолько быстро  насколько это возможно. Как только достигнут желаемый уровень над­дува, лопатки постепенно откроются при повышении частоты враще­ния двигателя, чтобы управлять скоростью турбины и таким образом лопаток в нужное время, которое зависит от "интеллекта" контроллера давлением наддува. Должен быть обеспечен достаточный диапазон по­ворота лопаток, для того, чтобы двигатель достигал максимальных обо­ротов прежде, чем лопатки будут полностью открыты. Теперь совершенно ясно, что контроллер VATN является ключом к тем выго­дам, которые можно получить от применения VATN.

Выбор размера турбонагнетателя

Немногие из сегодняшних автомобилей с турбодвигателями обо­рудованы турбонагнетателем требуемого размера. Причина этого - не­ правильное понимание маркетологами желаний конечного пользователя. Конечный пользователь хочет мощный автомобиль, а не тот, который мохсет создать наддув на низких оборотах. Когда и если ос­новные автопроизводители установят размеры турбонагнетателей для энтузиастов, мы увидим увеличение мощности, уменьшение темпера­туры на впуске, хорошую эластичность, и вообще улучшение в разум­ных безопасных пределах - все это возможно при простом изменении размеров турбонагнетателя.

Керамические турбины

Значительное сокращение момента инерции турбонагнетателя может быть достигнуто путем применения керамических материалов вместо металла для изготовления рабочего колеса турбины. Хотя это и прекрасная идея улучшает отклик турбонагнетателя, керамическая тур­бина является дорогой и хрупкой. Уже сейчас керамические турбины доказывают свое превосходство над традиционными.

Композитные материалы

Углеродные композитные материалы имеют высокую прочность и соотношение прочности к весу. Возможность снижения инерции ра­бочего колеса компрессора при применении композитных материалов, кажется привлекательной. Дальнейшее сокращение инерции компонента с самой низкой инерцией в турбонагнетателе возможно заслужи­вает внимания, но логичней сначала улучшить слабые места, а колесо компрессора - не самое слабое место.

Общие улучшения. Без торжественных фанфар, соответствующих внедрению революционных компонентов, большинство деталей в тур­бонагнетателе будут становиться все эффективней и надежней. Потери в подшипниках будут ползти вниз, инерция вращающихся масс умень­шится, отвод тепла улучшится, эффективность турбины и компрессора будет медленно, но уверенно улучшаться. Стабильный прогресс, но ни­ каких серьезных изменений.

Какие еще услугиможно получить в нашем сервисе

  • Ремонт шариковых турбин 
    Ремонт шариковых турбин
  • Сборка гибридных турбин 
    Сборка гибридных турбин
  • Ремонт турбин 
    Ремонт турбин
  • Турбины для грузовиков 
    Турбины для грузовиков