Турбокомпрессор с фиксированной или переменной геометрией. Какая турбина лучше?

В популярных двигателях есть два ключевых типа турбокомпрессоров: с лопастями фиксированной и переменной геометрии. Чем они отличаются? Какой турбокомпрессор более долговечен, а какой имеет лучшие характеристики? Несколько лет назад турбонаддув был зарезервирован только для дизельных и самых мощных бензиновых двигателей (например, в спортивных автомобилях или внедорожниках). В настоящее время трудно найти новый автомобиль без турбокомпрессора, и этот элемент начал массово внедряться в большинство двигателей.
Турбо – это ключевая часть идеи сокращения, т.е. уменьшения объема двигателя с одновременным улучшением его параметров.
Можно ли еще купить машину без турбонаддува?
В настоящее время приходится немного искать, чтобы найти относительно молодой автомобиль без системы турбонаддува. Мы не говорим, что это невозможно: некоторые производители сознательно оставили в ассортименте упрощенный блок питания, именно для того, чтобы удовлетворить потребности заказчиков, ориентированных на традиционные технические решения. Примерами могут служить двигатели 1,6 в Ford Focus III, Opel Astra IV, Volkswagen Golf VI или Renault Megane III.
Концепция отсутствия турбонаддува остается верной и по сей день для многих городских моделей.
Каковы преимущества турбокомпрессора в двигателе? Почему используются турбокомпрессоры? Это самый простой способ улучшить работу двигателя, не заменяя его. Это осуществляется за счет дополнительной дозы воздуха, которая способствует увеличению количества энергии, выделяемой двигателем (за счет стимулирования реакции окисления топлива). На протяжении многих лет производители используют различные системы "форсировки" двигателей. Изначально это было сделано с помощью механического нагнетателя, т.е. компрессора, приводимого в движение коленчатым валом. Это решение положительно влияло на параметры двигателя, но ни в коей мере не обслуживало окружающую среду, также было связано с адекватным увеличением мощности, повышающей уровень сгорания топлива. С появлением турбокомпрессоров эта проблема была решена, что привело не только к впрыску лошадиных сил, но и к сокращению вредных выхлопных газов и поддержанию расхода топлива на достойном уровне. Первоначально использовались турбокомпрессоры с так называемой постоянной геометрией лопастей. Они считаются самыми простыми в конструкции и поэтому наименее проблемными в эксплуатации и регенерации. Они имеют неподвижные турбонаддувные элементы, т.е. два ротора, установленные на соединенных между собой валах, которые неподвижно соединены друг с другом без зубчатых передач. Первый из них, т.е. турбина, питается от силы отработавших газов и отвечает за привод так называемой компрессионной плиты, отвечающей за сжатие воздуха, поступающего от второго ротора, т.е. компрессора. Он поступает в камеру сгорания, но до этого охлаждается кулером.
Основным недостатком турбокомпрессора с фиксированной геометрией оставалось заметное влияние так называемого турбонаддува, т.е. замедленная реакция двигателя на нажатие на педаль газа. Для устранения этого раздражающего явления был разработан турбокомпрессор с переменной геометрией лопастей. В чем он заключается? Он заключается в модификации ротора турбины, в частности, в постоянном изменении угла наклона лопастей, отвечающих за его движение (путем направления потока выхлопных газов). Лопасти подлежат саморегулированию благодаря установке на кольца с угловым перемещением, управляемые специальным приводом, управляемым силой выхлопных газов из выпускного коллектора. Таким образом, они "ведут" себя по-разному при работе двигателя на низких оборотах (создают небольшую площадь потока отработавших газов, но достаточную для устранения или, по крайней мере, минимизации явления "турбонаддува") и по-разному при работе двигателя на высоких оборотах (открываются, позволяя более плавно протекать выхлопным газам по ротору турбины). Таким образом, турбокомпрессор умело адаптируется к условиям работы двигателя и обеспечивает оптимальный уровень наддува в каждом диапазоне оборотов. Внедрение переменной геометрии также благоприятно сказалось на расходе топлива и выбросах выхлопных газов.
Какие турбокомпрессоры ломаются чаще?
К сожалению, сложная система переменной геометрии лопастей иногда может давать сбои. Автомобиль начинает интенсивно терять мощность, иногда сопровождаясь отчетливо слышными металлическими шумами. В настоящее время, однако, замена всего турбокомпрессора является последним средством. Нет недостатка в компаниях, специализирующихся на регенерации этих элементов или очистке системы переменной геометрии турбины. Конечно, это требует демонтажа турбокомпрессора (замена длится несколько дней).
Глядя на количество преимуществ турбосистемы с переменной геометрией, нет необходимости искать более простую систему с фиксированным расположением лопастей: в таких машинах долгое время трудно привыкнуть к значительному "турбошуму". Многие потенциальные отказы турбокомпрессоров необязательно зависят от того, имеют ли они фиксированную или переменную геометрию. Очень часто они сводятся к изношенной смазке этого элемента моторным маслом, вызванной задержкой его замены или неправильной эксплуатацией автомобиля с турбокомпрессором (агрессивная езда "на холоде", не дожидаясь примерно 30 секунд, пока турбокомпрессор остынет). В результате узел, работающий при температурах, достигающих даже 500°C, не имеет оптимального охлаждения и смазки, а подшипники ротора турбокомпрессора страдают больше всего.