Турбина двигателя с изменяемой геометрией (VNT)

Турбина с измененной геометрией

Содержание:

 

Турбокомпрессор используется для увеличения мощности двигателя, которая напрямую зависит от объема воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр. Ведущими частями любого турбокомпрессора являются турбина и насос, которые соединены между собой жесткой осью. Турбина двигателя с изменяемой геометрией необходима для образования оптимальной мощности двигателя, имеет свойство изменять сечение турбинных колес в зависимости от общей нагрузки. Если двигатель работает на низких оборотах, то турбина может увеличить скорость отвода выхлопных газов. Это позволяет турбине вращаться быстрее, при этом количество топлива остается небольшим.

   

Как устроена турбина и как она работает

Турбина с измененной геометрией отличается от классических турбокомпрессоров тем, что имеет в своей конструкции кольцо и специальные лопасти с аэродинамической формой, которая способствует увеличению эффективности наддува. В автомобилях с двигателями небольшой мощности сечение регулируется посредством изменения ориентации этих лопастей. В двигателях большой мощности лопасти не вращаются, а покрываются специальным кожухом или перемещаются вдоль оси камеры.

Особенностью VNT турбины являются поворотные лопасти, механизм управления и вакуумный привод. Принцип работы основывается на регулировке потока отработавших газов, которые направляются на колесо турбины. Точная регулировка позволяет настроить проходное сечение для потока газов под режим работы двигателя. Если автомобиль двигается на небольшой скорости, то и турбина крутится медленнее, но при этом лепестки устанавливаются в такое положение, чтобы расстояние между ними было минимальным. Газу в малом объеме сложно преодолеть небольшое отверстие, поэтому он будет передвигаться с большей скоростью, за счет чего обороты турбины увеличиваются, увеличивая при этом давление наддува.

При помощи данных лопастей можно существенно увеличить скорость вращения турбины, не меняя объемы поступающих газов. На большой скорости компрессор раздвигает лопасти – это обеспечивает поддержание безопасного давления внутри системы и исключает перегревы. Принцип изменяемой геометрии позволяет не использовать перепускной клапан, так как весь объём выхлопных газов выходит через горячую часть крыльчатки. Изменение положения поворотных предотвращает избыточный наддув.

Преимущества турбины с изменяемой геометрией

• Автомобили с такими турбинами развивают большую скорость с самых низких оборотов.
• Существенно снижается объем необходимого топлива, а также количество вредных выбросов в атмосферу.
• Улучшается прохождение газов через турбину из-за отсутствия клапана Wastegate и уменьшения количества разнонаправленных потоков газа.
• Улучшается эластичность двигателя.

Возможные неисправности

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией представляет собой сложный механизм, поэтому он больше подвержен различным поломкам. Однако, такие турбины сталкиваются лишь с несколькими проблемами:

• Подклинивание лопастей в движении. Такая ситуация может сложиться из-за сильного износа трущихся пар и образовании нагара. Масляные, а также углеродистые отложения мешают плавному движению регулировочного кольца.
• Заклинивание лопаток в одном положении. Это может происходить по причине критического нагарообразования, когда силы вакуума не хватает для движения регулировочного кольца.
• Поломки вакуумного привода поворотных лопастей или клапана управления давлением.

Симптомами поломок считаются подергивание при разгонах, потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива, а также срабатывание индикатора на приборной панели Check Engine.

Как настроить и отрегулировать турбину

Правильная регулировка турбины с изменяемой геометрией крайне важна для эффективной работы, и для того, чтобы предотвратить быстрый износ деталей и снизить потребление топлива. Если отрегулировать турбину неправильно, то в дальнейшем это повлияет на работу всего автомобиля и удобство его управления.

Любой современный автовладелец немного разбирается в устройстве своего автомобиля и даже может устранить определенные небольшие поломки. Однако, чтобы сделать серьезный ремонт автомобиля, необходим специальный инструмент и оборудование, которого у обычного потребителя может и не быть.

Поэтому, если вы хотите, чтобы работа турбины была эффективной и качественной – обращайтесь за помощью к специалистам, которые правильно настроят механизм и расскажут, как лучше всего за ним ухаживать. Также, не стоит забывать о своевременных диагностиках и профилактике.

Как почистить турбину своими руками

Устройство турбины постоянно сталкивается с непрерывной нагрузкой, подвергается воздействиям продуктов горения масла и топлива, поэтому нуждается в регулярной чистке для профилактики различных поломок, которые могут быть с этим связаны. Зачастую, достаточно обработать турбину специальным средством и прогнать его через механизм для качественной очистки. Однако, иногда придется приложить побольше усилий для того, чтобы удалить все загрязнения с устройства. Также стоит помнить о том, что турбина не требует частой чистки, поэтому если она сильно загрязняется за короткое время, значит есть неполадки в ее работе или настройке.

Причинами сильных загрязнений могут выступать:

• Увеличение нормы давления газов.
• Износ лопастей турбины.
• Превышение необходимого срока эксплуатации поршневого отсека.
• Засора сапуна.
• Износ прокладок.

Именно поэтому каждый автовладелец должен понимать, что сделать качественную чистку самостоятельно возможно, но далеко не всегда результат таких действий положительно влияет на работу механизма, а в некоторых случаях может и вовсе ухудшать ситуацию.

Отсутствие надлежащего опыта, проверенных чистящих средств, специальных инструментов – все это может негативно сказаться на результате вашей чистки, поэтому лучше всего обращаться в специализированные центры, где такой работой занимаются профессионалы.

Как сделать ремонт турбины?

Ремонт турбин гораздо проще предупредить посредством регулярного обслуживания и диагностики, чем потом пытаться исправить ситуацию самостоятельно. Процесс осложняется еще и тем, что многие автовладельцы боятся высоких цен на профессиональные услуги, забывая о том, что самостоятельное проведение ремонта отнимает также немало денег и времени. К тому же, не все получается с первого раза, и затраты на самостоятельный ремонт могут быть достаточно внушительными.

Поэтому мы настоятельно рекомендуем автовладельцам без опыта, знаний, навыков, а, самое главное, необходимого оборудования, не пытаться ремонтировать сложное устройство турбины самостоятельно, поскольку это может привести к еще более серьезным поломкам, устранить которые не сможет даже опытный специалист. При первых признаках поломки обращайтесь в наш сервисный центр, где наши мастера помогут вам восстановить картридж турбокомпрессора, а также устранить другие неисправности быстро и качественно.

www.proturbo66.ru

принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить клапан управления, отрегулировать

Рассматривая принцип работы турбонаддува, мы затронули проблемы, ограничивающие эффективность газовых турбокомпрессоров. Турбина с изменяемой геометрией позволяет расширить зону действия турбонаддува и сделать двигатель более приемистым. Поговорим не только об устройстве системы, но и о симптомах неисправности клапана управления, чистке и регулировке VNT-турбонагнетателей.

Устройство VNT-турбины

На рисунке изображена турбина с изменяемой геометрией, устанавливаемая на автомобили Volkswagen, Skoda. Общее устройство турбокомпрессора и принцип нагнетания дополнительного воздуха не отличается от обычных турбокомпрессоров. Основная особенность в поворотных лопатках, механизме управления и вакуумном приводе.

Принцип работы

Поворотные лопатки вращаются на осях, установленных в опорном кольце. К оси каждой лопатки прикреплены тяги управления, которые при монтаже входят в зацепление с регулировочным кольцом. Направляющий рычаг соединяет регулировочное кольцо с рычагом тяги управления и осью вакуумного привода поворотных лопаток.

При изменении положения оси вакуумного привода регулировочное кольцо проворачивается на определенный угол. За счет этого происходит поворот оси лопаток в опорном кольце. Они синхронно меняют свое положение, изменяя тем самым сечение для потока выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией основывается на регулировании потока отработавших газов, направляемых на колесо турбины. Регулировка позволяет подстраивать проходное сечение для потока отработавших газов под режим работы двигателя.

Как изменяется давление наддува?

Когда мы рассматривали принцип работы системы изменяемой геометрии впускного коллектора, то говорили о зависимости скорости потока газов от проходного сечения канала. При одинаковом давлении скорость потока газа будет выше в канале с суженым сечением.

Для быстрого выхода турбины в зону эффективной работы на низких оборотах двигателя необходимо высокое давление наддува. В таком режиме работы лопатки уменьшают сечение канала, по которому отработанные газы движутся к крыльчатке турбины. В итоге повышается давление наддува.

В зоне высоких оборотов двигателя увеличивается объем выхлопных газов. Небольшое сечение канал приведет к чрезмерному подпору выхлопных газов, что приведет к плохому наполнению цилиндров свежим зарядом ТПВС. Поэтому с повышением оборотов двигателя лопатки меняют свое положение, увеличивая сечение для прохождения выхлопных газов.

Принцип работы изменяемой геометрии позволяет отказаться от перепускного клапана (wastegate). Через крыльчатку «горячей» части проходит весь поток выхлопных газов. Предотвращение избыточного наддува осуществляется изменением положения поворотных лопаток.

Система в разрезе

1. Лопатки расположены перпендикулярно радиальным линиям, что равняется узкому сечению для потока выхлопных газов. Обеспечивается быстрое нарастание наддува и прибавка крутящего момента в зоне низких оборотов двигателя.
2. Ступенчатое расположение лопаток – большое сечение для потока выхлопных газов. Этот же режим используется в качестве аварийного, когда система самодиагностики регистрирует некорректную работу системы, отсутствует питание на электромагнитном клапане.

Управление геометрией

Изменение геометрии турбины осуществляется блоком управления двигателем. Принцип работы рассмотренной выше системы предполагает наличие электромагнитного клапана управления наддувом. Управляется клапан ШИМ-сигналом. Изменяя скважность сигнала, ЭБУ двигателя устанавливает необходимое разряжение в вакуумной среде привода поворотных лопаток. При таком управлении ЭБУ может плавно и точно управлять регулировочным кольцом, что обеспечивает эффективное сгорание ТПВС на всех режимах работы двигателя.

Когда электромагнитный клапан обесточен, в вакуумной среде атмосферное давление, лопатки установлены в ступенчатом положении. Для плавной регулировки давления наддува ЭБУ постоянно опрашивает датчиковую аппаратуру двигателя.

Принципиальное отличие

Автомобильные газовые турбины всех типов имеют 3 режима работы:

• выход в рабочую зону. Раскручивающийся вал турбины создает сопротивление потоку выхлопных газов, что снижает наполняемость цилиндров и, как следствие, КПД двигателя. Именно с режимом раскручивания турбинного колеса водители связывают явление «турбоямы»;
• зона эффективной работы. При достижении рабочей зоны скорость вращения компрессорного колеса позволяет нагнетать в цилиндры большее количество воздуха, что ощущается прибавкой в крутящем моменте;
• зона оверспина (от англ. over—spinning – избыточное вращение). Устройство турбокомпрессора предполагает зоны эффективности. Конструкция двигателя также рассчитывается на определенную величину наддува. Если скорость потока выхлопных газов превысит зону оптимальной эффективности и расчетную величину наддува, дальнейшее использование турбонаддува только снизит КПД двигателя. Также превышение расчетной скорости вращения крыльчатки ведет к срыву потока воздуха. Поэтому устройство большинства турбин предполагает наличие клапана Последний на определенных оборотах двигателя пускает поток выхлопных газов в обход турбинного колеса.

Устройство турбины с фиксированной геометрией – это всегда компромисс между скоростью выхода в зону эффективности, величиной наддува и границей пиковой мощности. На эти параметры влияет диаметр каналов для движения газов, соотношение площади индюсера и эксдюсера, Area/Radius хаузинга, конструкция клапана wastegate, blow-off. Но из-за того, что характеристики турбины закладываются еще на стадии проектирования, ее рабочая зона довольно узкая.

Преимущества

• Активное изменение сечения канала «горячей» части турбины позволяет расширить зону ее эффективной работы. Авто с изменяемой геометрией турбонаддува могут выдавать большую мощность уже с самих низких оборотов.

• Уменьшенный подпор выходу выхлопных газов на высоких оборотах. Из-за отсутствующего клапана wastegate в «горячей» части уменьшается количество разнонаправленных потоков газов, что улучшает прохождение газов через турбину.
• Улучшение эластичности двигателя.
• Снижение расхода топлива и количества вредных выбросов в атмосферу.

Возможные неисправности

Усложнение конструкции турбины неминуемо приводит к увеличению риска поломки. Но в случае с работой изменяемой геометрии ситуация не так плоха, как может показаться. У механизма лишь несколько основных проблем:

• движение лопаток с подклиниванием. Происходит из-за критического износа трущихся пар и при нагарообразовании. Углеродистые и масляные отложения препятствуют плавному перемещению регулировочного кольца;
• заклинивание лопаток в одном из положений. Из-за критического нагарообразования силы вакуума недостаточно для перемещения регулировочного кольца;
• неисправность вакуумного привода поворотных лопаток, клапана управления давлением турбонаддува.

Среди основных симптомов поломки – подергивания при разгоне, потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива и появление на панели приборов индикации Check Engine.

autolirika.ru

Симптомы неисправности турбины:Заклинивание изменяемой геометрии

Многим владельцем поддержанных автомобилей достаётся при покупке турбина с заклиниванием. Речь идёт о компрессорах с возможностью изменения сечения в зависимости от оборотов транспортного средства.

При низких-компрессор сужает проход, при высоких-расширяет, благодаря кольцу из лопастей. Все это нужно для повышения эффекта от работы турбины. Такие компрессоры называются ТИГ. Изначально они применялись только на дизельных транспортных средствах, из-за работы при характерных пониженных температурах. Сейчас же все изменилось, на современные гоночные болиды ставят ТИГ.
Поскольку кольцо из лопастей постоянно в действии, в отличии от большинства деталей, оно не застраховано от заклинивания.

Признаки заклинивания геометрии

1. посредством нажатия на педаль газа, определяем дует ли из патрубков и как;
2. мощность пропала;
3. большой расход топлива;
4. при разгоне автотехника начинает дергаться;
5. на приборное панели загорелся значок «ремонт двигателя».
Обращая внимание на описанные проблемы, можно предотвратить тяжелые последствия выхода из строя турбины и двигателя.

Причины изменения геометрии турбины

1. Обычный износ подвижных деталей, в результате возникает большая подвижно деталей.
2. Нагар, сажа, скапливающая толстым чёрным слоем на кольце с лопастями, что приводит к заклиниванию системы, когда лопасти работают медленно или вообще не прекращают функционировать.
3. Не профессиональное техническое обслуживание, приводящие к попаданию через коллектор в лопасти мелких частиц деталей.
4. Не герметичность проводящих трубок, с попаданием пыли, песка, грязи в крыльчатку.
Износ-расшатывание деталей
Нагар, и другие скопления на лопастях во многом зависят от качества моторного масла, заливаемого в автотехнику, о смешении разных видом масла. Рекомендуется использовать только оригинальное масло, используемое заводом-изготовителем транспортного средства.
Сажа напрямую образуется на деталях турбины в результате залива автолюбителем в бензобак некачественного топлива. Эксплуатация транспортного средства так же влияет на образование сажи. Езда с холодным двигателем, при пониженных оборотах — причины образований.
Все описанные причины приводят к малой работоспособности, или её отсутствию вообще.
Убрать новообразования с лопастей и восстановить нормальную работу турбокомпрессора не всегда удастся обычной прочисткой. В запущенных случаях возможна замена уже поврежденных деталей. 

Профилактика «заклинивания» геометрия турбокомпрессора

1. Качественная заливка топлива.
2. Использование специального масла, без смешивания.
3. Езда на скорости прочищает нагар, сажу.
4. Техническое обслуживание и ремонтные работы должны проводится только профессиональными мастерами.

Турбина и двигатель в транспортном средстве связанные между собой вещи, плохая работа турбины обязательно приведёт к поломке двигателя, и наоборот. Производить ремонтные работы без профессиональных мастеров чревато отказом работы техники.
Обращаясь в специализированную компанию «РемТурбо», занимающуюся ремонтом турбин, можно быть спокойным за проведенные работы с вашим автомобилем.

• Телефон: +7 (931) 961-51-61
• Поддержка: [email protected]
• Адрес: г. Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 46Б

rem-turbo.ru

Турбина с изменяемой геометрией: принцип работы, устройство, ремонт

С развитием турбин для ДВС производители пытаются повысить их согласованность с моторами и эффективность. Наиболее технически совершенным серийным решением является изменение геометрии впускной части. Далее рассмотрена конструкция турбин с изменяемой геометрией, принцип работы, особенности обслуживания.

Общие особенности

Рассматриваемые турбины отличаются от обычных возможностью адаптации к режиму работы двигателя путем изменения соотношения A/R, определяющего пропускную способность. Это геометрическая характеристика корпусов, представленная частным площади поперечного сечения канала и расстояния между центром тяжести данного сечения и центральной осью турбины.

Актуальность турбокомпрессоров с изменяемой геометрией обусловлена тем, что для высоких и низких оборотов оптимальные значения данного параметра существенно отличаются. Так, при малой величиние A/R поток имеет большую скорость, вследствие чего турбина быстро раскручивается, однако предельная пропускная способность невелика. Большие значения данного параметра, наоборот, определяют большую пропускную способность и малую скорость выхлопных газов.

Следовательно, при чрезмерно высоком показателе A/R турбина не сможет создать давление на низких оборотах, а при слишком низком задушит мотор на верхах (ввиду противодавления в выпускном коллекторе упадет производительность). Поэтому на турбокомпрессорах с фиксированной геометрией подбирают среднее значение A/R, позволяющее функционировать во всем диапазоне оборотов, в то время как принцип работы турбин с изменяемой геометрией основан на поддержании его оптимальной величины. Поэтому такие варианты при низком пороге наддува и минимальном лаге высокоэффективны на больших оборотах.

Помимо основного названия (турбины с изменяемой геометрией (VGT, VTG)) данные варианты известны как модели с изменяемым соплом (VNT), с изменяемой крыльчаткой (VVT), с турбинным соплом переменной площади (VATN).

Турбина с изменяемой геометрией была разработана Garrett. Помимо нее, выпуском таких деталей занимаются прочие производители, в том числе MHI и BorgWarner. Основным производителем вариантов со скользящим кольцом является Cummins Turbo Technologies.

Несмотря на применение турбин с изменяемой геометрией преимущественно на дизельных двигателях, они весьма распространены и набирают популярность. Предполагается, что в 2020 г. такие модели будут занимать более 63 % мирового рынка турбин. Расширение использования этой технологии и ее развитие обусловлено, прежде всего, ужесточением экологических норм.

Конструкция

Устройство турбины с изменяемой геометрией от обычных моделей отличается наличием дополнительного механизма во входной части турбинного корпуса. Существует несколько вариантов его конструкции.

Наиболее распространенным типом является скользящее лопастное кольцо. Данное устройство представлено кольцом с рядом жестко закрепленных лопаток, расположенных вокруг ротора и движущихся относительно неподвижной пластины. Скользящий механизм служит для сужения/расширения прохода для потока газов.

Ввиду того, что лопастное кольцо скользит в осевом направлении, этот механизм весьма компактный, а минимальное количество слабых мест обеспечивает прочность. Данный вариант подходит для больших двигателей, поэтому применяется в основном на грузовиках и автобусах. Он характеризуется простотой, высокой производительностью на «низах», надежностью.

Второй вариант также предполагает наличие лопастного кольца. Однако в данном случае оно жестко закреплено на плоской пластине, а лопатки установлены на штифтах, обеспечивающих их вращение в осевом направлении, по другую ее сторону. Таким образом, геометрия турбины изменяется посредством лопастей. Этот вариант отличается лучшей эффективностью.

Однако ввиду большого количества подвижных элементов такая конструкция менее надежна, особенно в высокотемпературных условиях. Отмеченные проблемы обусловлены трением металлических деталей, которые при нагреве расширяются.

Еще один вариант — движущаяся стенка. Во многом он аналогичен технологии скользящего кольца, однако в данном случае неподвижные лопасти установлены на статичной пластине, а не на скользящем кольце.

Турбокомпрессор с переменной площадью (VAT) предполагает наличие лопаток, вращающихся вокруг точки установки. В отличие от схемы с поворотными лопастями они установлены не по окружности кольца, а в ряд. Ввиду того, что такой вариант требует сложной и дорогой механической системы, были разработаны упрощенные версии.

Одна из них — турбокомпрессор с переменным расходом (VFT) Aisin Seiki. Корпус турбины разделен на два канала неподвижной лопастью и оснащен заслонкой, распределяющей поток между ними. Еще несколько неподвижных лопаток установлены вокруг ротора. Они обеспечивают удержание и слияние потока.

Второй вариант, называемый схемой Switchblade, ближе к VAT, однако здесь вместо ряда лопаток используется одна лопасть, также вращающаяся вокруг точки установки. Существует два типа такой конструкции. Один из них предполагает установку лопасти в центральной части корпуса. Во втором случае она находится посреди канала и разделяет его на два отсека, как лопатка VFT.

Для управления турбиной с изменяемой геометрией применяются приводы: электрические, гидравлические, пневматические. Контроль турбокомпрессора осуществляет блок управления двигателем (ЭБУ, БУД).

Следует отметить, что для таких турбин не требуется перепускной клапан, так как благодаря точному контролю возможно замедлить поток выхлопных газов недекомпрессионным способом и пропустить избытки через турбину.

Принцип функционирования

Принцип работы турбин с изменяемой геометрией состоит в поддержании оптимального значения A/R и угла завихрения путем изменения площади поперечного сечения впускной части. Он основан на том, что скорость потока выхлопных газов связана обратной зависимостью с шириной канала. Поэтому на «низах» для быстрой раскрутки сечение входной части уменьшается. С ростом оборотов для увеличения потока оно постепенно расширяется.

Механизм изменения геометрии

Механизм осуществления данного процесса определяется конструкцией. В моделях с вращающимися лопастями это достигается путем изменения их положения: для обеспечения узкого сечения лопатки располагаются перпендикулярно радиальным линиям, а для расширения канала они переходят в ступенчатое положение.

У турбин со скользящими кольцом и подвижной стенкой происходит осевое перемещение кольца, что также меняет сечение канала.

Принцип функционирования VFT основан на разделении потока. Ускорение его на низких оборотах осуществляется путем перекрытия заслонкой внешнего отсека канала, вследствие чего газы идут к ротору кратчайшим путем. При росте нагрузки заслонка поднимается, пропуская поток через оба отсека для расширения пропускной способности.

Для VAT и моделей Switchblade изменение геометрии осуществляется посредством поворота лопасти: на низких оборотах она поднимается, сужая проход для ускорения потока, а на высоких прилегает к турбинному колесу, расширяя пропускную способность. Для турбин Switchblade второго типа характерен обратный порядок работы лопасти.

Так, на «низах» она прилегает к ротору, вследствие чего поток идет только вдоль внешней стенки корпуса. С ростом оборотов лопатка поднимается, открывая проход вокруг крыльчатки для повышения пропускной способности.

Привод

Среди приводов наиболее распространены пневматические варианты, где управление механизмом осуществляется поршнем, перемещаемым внутри цилиндра воздухом.

Положение лопастей регулируется мембранным приводом, связанным штоком с лопастным кольцом управления, поэтому горловина может постоянно изменяться. Актуатор приводит шток в зависимости от уровня вакуума, противодействуя пружине. Модуляция вакуума контролирует электрический клапан, подающий линейный ток в зависимости от параметров вакуума. Вакуум может создаваться вакуумным насосом усилителя тормозов. Ток подается от аккумулятора и модулирует ЭБУ.

Основной недостаток таких приводов обусловлен сложно предсказуемым состоянием газа после сжатия, особенно при нагреве. Поэтому более совершенными являются гидравлические и электрические приводы.

Гидравлические приводы функционируют по тому же принципу, что и пневматические, но вместо воздуха в цилиндре используется жидкость, которая может быть представлена моторным маслом. К тому же она не сжимается, вследствие чего такая система обеспечивает лучший контроль.

Для перемещения кольца электромагнитный клапан использует давление масла и сигнал ЭБУ. Гидравлический поршень перемещает зубчато-реечный механизм, вращающий зубчатую шестерню, вследствие чего лопасти шарнирно соединяются. Для передачи положения лопасти БУД по кулачку ее привода перемещается аналоговый датчик положения. При малом давлении масла лопасти открыты и закрываются с его возрастанием.

Электрический привод является наиболее точным, так как напряжение может обеспечить очень тонкий контроль. Однако он требует дополнительного охлаждения, которое обеспечивают трубками с охлаждающей жидкостью (в пневматических и гидравлических вариантах для удаления тепла используется жидкость).

Для привода устройства изменения геометрии служит селекторный механизм.

В некоторых моделях турбин используется вращающийся электрический привод с прямым шаговым двигателем. В данном случае положение лопастей регулируется электронным клапаном обратной связи через механизм реечной передачи. Для обратной связи с БУД служит прикрепленный к шестерне кулачок с магниторезистивным датчиком.

При необходимости поворота лопаток ЭБУ обеспечивает подачу тока в определенном диапазоне для перехода их в заданное положение, после чего, получив сигнал от датчика, обесточивает клапан обратной связи.

Блок управления двигателем

Из вышесказанного следует, что принцип работы турбин с изменяемой геометрией основан на оптимальной координации дополнительного механизма в соответствии с режимом работы двигателя. Следовательно, требуется точное его позиционирование и постоянный контроль. Поэтому турбины с изменяемой геометрией контролируются блоками управления двигателем.

Они используют стратегии, направленные либо на максимальную производительность, либо на улучшение экологических показателей. Существует несколько принципов функционирования БУД.

Наиболее распространенный из них предполагает использование справочной информации, основанной на эмпирических данных и моделях двигателя. В данном случае контроллер прямой связи выбирает значения из таблицы и использует обратную связь для сокращения ошибок. Это универсальная технология, позволяющая применять различные стратегии управления.

Основной ее недостаток состоит в ограничениях при переходных процессах (резких ускорениях, переключениях передач). Для его устранения использовали многопараметрические, PD- и PID-контроллеры. Последние считают наиболее перспективными, однако они недостаточно точны во всем диапазоне нагрузок. Это решили путем применения нечеткой логики алгоритмов принятия решений с использованием MAS.

Существует две технологии предоставления справочной информации: модель двигателя средних значений и искусственные нейронные сети. Последняя включает две стратегии. Одна из них предполагает поддержание наддува на заданном уровне, другая — поддержание отрицательной разницы давления. Во втором случае достигаются лучшие экологические показатели, но наблюдается превышение скорости турбины.

Не многие производители занимаются разработкой БУД для турбокомпрессоров с изменяемой геометрией. Подавляющая их часть представлена продукцией автопроизводителей. Однако на рынке существуют некоторые сторонние высококлассные ЭБУ, рассчитанные на такие турбины.

Общие положения

Основные характеристики турбин представлены массовым расходом воздуха и скоростью потока. Площадь впускной части относится к ограничивающим производительность факторам. Варианты с изменяемой геометрией позволяют менять данную область. Так, эффективная площадь определяется высотой прохода и углом лопастей. Первый показатель изменяем в вариантах со скользящим кольцом, второй — в турбинах с поворотными лопатками.

Таким образом, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией постоянно обеспечивают требуемый наддув. Благодаря этому оснащенные ими двигатели не имеют лагов, обусловленных временем раскрутки турбины, как с обычными большими турбонагнетателями, и не задыхаются на высоких оборотах, как с маленькими.

Наконец, следует отметить, что, несмотря на то, что турбокомпрессоры с изменяемой геометрией рассчитаны на работу без перепускного клапана, было установлено, что они обеспечивают прибавку производительности, прежде всего, на «низах», а на высоких оборотах при полностью открытых лопатках не в состоянии справиться с большим массовым расходом. Поэтому для предотвращения избыточного противодавления все же рекомендуется использовать вестгейт.

Достоинства и недостатки

Подстройка турбины под режим работы двигателя обеспечивает улучшение всех показателей в сравнении с вариантами с фиксированной геометрией:

• лучшие отзывчивость и производительность во всем диапазоне оборотов;
• более ровная кривая крутящего момента на средних оборотах;
• возможность функционирования двигателя при частичной нагрузке на более эффективной обедненной топливо-воздушной смеси;
• лучшая тепловая эффективность;
• предотвращение чрезмерного наддува на высоких оборотах;
• лучшие экологические показатели;
• меньший расход топлива;
• расширенный рабочий диапазон турбины.

Основным недостатком турбокомпрессоров с изменяемой геометрией является значительно усложненная конструкция. Ввиду наличия дополнительных движущихся элементов и приводов они менее надежны, а обслуживание и ремонт турбин такого типа сложнее. К тому же модификации для бензиновых моторов очень дороги (примерно в 3 раза дороже обычных). Наконец, данные турбины сложно совместить с не рассчитанными на них двигателями.

Следует отметить, что по пиковой производительности турбины с изменяемой геометрией нередко уступают обычным аналогам. Это объясняется потерями в корпусе и вокруг опор подвижных элементов. К тому же максимальная производительность резко падает при отходе от оптимального положения. Однако общая эффективность турбокомпрессоров такой конструкции выше, чем у вариантов с фиксированной геометрией, ввиду большего рабочего диапазона.

Применение и дополнительные функции

Сфера применения турбин с изменяемой геометрией определяется их типом. Так, на двигатели легковых и легких коммерческих автомобилей устанавливают варианты с вращающимися лопастями, а модификации со скользящими кольцом применяют в основном на грузовиках.

В целом чаще всего турбины с изменяемой геометрией используют на дизельных двигателях. Это объясняется невысокой температурой их выхлопных газов.

На легковых дизелях такие турбонагнетатели служат, прежде всего, для компенсации потери производительности от системы рециркуляции отработанных газов.

На грузовиках сами турбины могут улучшать экологичность путем контроля количества выхлопных газов, рециркулируемых к впускному отверстию двигателя. Так, с использованием турбокомпрессоров с изменяемой геометрией можно повысить давление в выпускном коллекторе до величины, большей, чем во впускном, с целью ускорения рециркуляции. Несмотря на то что избыточное противодавление отрицательно сказывается на эффективности использования топлива, оно способствует сокращению выбросов оксида азота.

К тому же механизм можно модифицировать с целью сокращения эффективности турбины в заданном положении. Это используется для повышения температуры выхлопных газов с целью продувки сажевого фильтра путем окисления застрявших углеродных частиц в результате нагрева.

Данные функции требуют наличия гидравлического или электрического привода.

Отмеченные преимущества турбин с изменяемой геометрией перед обычными определяют их как оптимальный вариант для спортивных моторов. Однако на бензиновых двигателях они встречаются крайне редко. Известно всего несколько оснащенных ими спорткаров (в настоящее время — Porsche 718, 911 Turbo и Suzuki Swift Sport). По словам одного из менеджеров BorgWarner, это объясняется очень высокой стоимостью производства таких турбин, обусловленной необходимостью применения специализированных термостойких материалов для взаимодействия с высокотемпературными выхлопными газами бензиновых моторов (выхлопные газы дизелей имеют гораздо меньшую температуру, поэтому турбины для них дешевле).

Первые VGT, используемые на бензиновых двигателях, были сделаны из обычных материалов, поэтому для обеспечения приемлемого срока эксплуатации приходилось использовать сложные системы охлаждения. Так, на Honda Legend 1988 г. такую турбину совместили с интеркуллером водяного охлаждения. К тому же для двигателей данного типа более обширен диапазон пропускной способности выхлопных газов, следовательно, требуется возможность обработки большего диапазона массового расхода.

Производители достигают требуемых показателей производительности, отзывчивости, эффективности и экологичности наиболее дешевыми методами. Исключение составляют единичные случаи, когда конечная стоимость не приоритетна. В данном контексте это, например, достижение рекордных показателей на Koenigsegg One: 1 или адаптация Porsche 911 Turbo к гражданской эксплуатации.

В целом подавляющее большинство турбированных автомобилей оснащают турбокомпрессорами обычной конструкции. Для высокопроизводительных спортивных двигателей нередко используют твинскрольные варианты. Хотя такие турбокомпрессоры уступают VGT, они обладают теми же преимуществами перед обычными турбинами, только в меньшей степени, и при этом имеют почти такую же простую конструкцию, как и последние. Что касается тюнинга, здесь использование турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, помимо высокой стоимости, ограничено сложностью их настройки.

Для бензиновых двигателей в исследовании H. Ishihara, K. Adachi и S. Kono в качестве наиболее оптимальной среди VGT была отмечена турбина с переменным расходом (VFT). Благодаря только одному движущемуся элементу сокращены затраты на производство и повышена температурная устойчивость. К тому же такая турбина действует по простому алгоритму БУД, аналогичному вариантам с фиксированной геометрией, оснащенным перепускным клапаном. Особенно хорошие результаты были получены при совмещении такой турбины с iVTEC. Однако для систем принудительной индукции наблюдается повышение температуры выхлопных газов на 50-100 °C, что сказывается на экологических показателях. Данную проблему решили использованием алюминиевого коллектора с водяным охлаждением.

Решением BorgWarner для бензиновых двигателей стало совмещение твинскрольной технологии и конструкции с изменяемой геометрией в твинскрольной турбине с изменяемой геометрией, представленной на SEMA 2015 г. Ее конструкция аналогична твинскрольной турбине: данный турбокомпрессор имеет двойную входную часть и сдвоенное монолитное турбинное колесо и совмещен с твинскрольным коллектором, учитывающим последовательность работы цилиндров для устранения пульсации выхлопных газов с целью создания более плотного потока.

Отличие состоит в наличии во входной части заслонки, которая в зависимости от нагрузки распределяет поток по крыльчаткам. На низких оборотах все отработанные газу идут на маленькую часть ротора, а большая перекрыта, что обеспечивает еще более быструю раскрутку, чем у обычной твинскрольной турбины. С ростом нагрузки заслонка постепенно переходит в среднее положение и равномерно распределяет поток на высоких оборотах, как в стандартной твинскрольной конструкции. То есть по устройству механизма изменения геометрии такая турбина близка к VFT.

Таким образом, данная технология, как и технология с изменяемой геометрией, обеспечивает изменение соотношения A/R в зависимости от нагрузки, подстраивая турбину под режим работы двигателя, что расширяет рабочий диапазон. При этом рассматриваемая конструкция значительно проще и дешевле, так как здесь используется только один движущийся элемент, работающий по простому алгоритму, и не требуется применение термостойких материалов. Последнее обусловлено снижением температуры за счет потери тепла на стенках двойного корпуса турбины. Следует отметить, что подобные решения встречались и ранее (например, quick spool valve), однако эта технология по каким-то причинам не обрела распространения.

Обслуживание и ремонт

Основной операцией обслуживания турбин является чистка. Необходимость в ней обусловлена их взаимодействием с выхлопными газами, представленными продуктами горения топлива и масел. Однако чистка требуется весьма редко. Интенсивное загрязнение свидетельствует о нарушениях режима функционирования, что может быть вызвано чрезмерным давлением, износом прокладок либо втулок крыльчаток, а также поршневого отсека, засорением сапуна.

Турбины с изменяемой геометрией более чувствительны к загрязнению, чем обычные. Это обусловлено тем, что накопление нагара в направляющем аппарате устройства изменения геометрии приводит к его подклиниванию или утрате подвижности. В результате нарушается функционирование турбокомпрессора.

В простейшем случае чистку осуществляют путем использования специальной жидкости, однако нередко требуются ручные работы. Предварительно необходимо разобрать турбину. При отсоединении механизма изменения геометрии следует соблюдать осторожность во избежание обрезания крепежных болтов. Последующее высверливание их обломков может привести к повреждению отверстий. Таким образом, чистка турбины с изменяемой геометрией несколько осложнена.

К тому же нужно учитывать, что при неосторожном обращении с картриджем можно повредить либо деформировать лопасти ротора. В случае его разборки по завершении чистки потребуется балансировка, однако внутри картриджа чистку обычно не делают.

Масляный нагар на колесах свидетельствует о износе поршневых колец либо клапанной группы, а также уплотнений ротора в картридже. Чистка без устранения данных неисправностей двигателя или ремонта турбины нецелесообразна.

После замены картриджа для турбокомпрессоров рассматриваемого типа требуется настройка геометрии. Для этого служат упорный и шершавый регулировочные винты. Следует отметить, что некоторые модели первого поколения изначально не настроены производителями, вследствие чего у них снижена производительность на «низах» на 15-25 %. В частности, это актуально для турбин Garrett. В Интернете можно найти инструкции, как отрегулировать турбину с изменяемой геометрией.

Резюме

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией представляют высшую ступень развития серийных турбин для ДВС. Дополнительный механизм во впускной части обеспечивает адаптацию турбины к режиму работы двигателя путем регулировки конфигурации. Это улучшает показатели производительности, экономичности и экологичности. Однако конутрукция VGT сложна, а модели для бензиновых моторов очень дороги.

fb.ru

Почему заклинивает «геометрия» турбины

Теме турбокомпрессоров мы посвятили не один материал. И не зря. Ведь все прелести «даунсайзинга», который почти всегда предполагает использование турбины, уже давно знакомы владельцам подержанных автомобилей. Но на одной из потенциальных проблем турбин с изменяемой «геометрией», а именно — заклинивании, пожалуй, стоит остановиться подробнее. Каковы причины его появления и способы устранения? Обязательна ли разборка? Как этого избежать?

Турбокомпрессоры с изменяемой «геометрией» получили свое название из-за наличия у них направляющего аппарата, с помощью которого в зависимости от режима работы двигателя изменяются проходное сечение на входе выхлопных газов в турбину и угол атаки, с которым газы бьют по лопастям колеса турбины. Независимо от марки двигателя и турбокомпрессора основных причин неисправности направляющего аппарата две.

Первая — ресурсный износ подвижных деталей, вследствие чего в механизме появляются чрезмерные люфты. Вторая причина — нагар, откладывающийся в направляющем аппарате и нарушающий подвижность его деталей. Когда нагара много, подвижные детали и вовсе заклинивают. В каждом из случаев лопатки перестают поворачиваться как требуется либо не поворачиваются вовсе. В результате давление наддува перестает соответствовать необходимому.

Главную роль в заклинивании так или иначе играет нагарообразование. Источником нагара может быть моторное масло, которое при износе поршневых колец, клапанов и их направляющих или при выходе из строя уплотнений ротора в картридже самого турбокомпрессора поступает в турбину, где и коксуется.

К этому же ведет и эксплуатация в условиях, благоприятных образованию сажи. Поскольку сажа — продукт неполного сгорания топлива, то качество топлива, безусловно, имеет значение. Кроме того, сажа интенсивнее появляется при проблемах со смесеобразованием и воспламенением горючей смеси, а они могут быть следствием неисправностей и нарушений регулировок в системе зажигания, когда двигатель бензиновый, в системе питания топливом и воздухом или в системе охлаждения независимо от типа силового агрегата.

Темп езды, а вернее — условия движения автомобиля, тоже влияют на образование сажи. Способствует появлению сажи движение с недостаточно прогретым мотором на низких оборотах, преждевременное включение высших передач, езда «в натяг». В то же время при движении с высокой скоростью и повышенными оборотами саже свойственно выгорать. Поэтому загородные поездки можно рассматривать как способ борьбы с нагаром.

Что касается забитого катализатора и, конечно, сажевого фильтра, то их действие сказывается не столько на механизме изменения «геометрии», сколько на самом турбокомпрессоре. Из-за затруднений со свободным выходом из турбины в выхлопную систему отработавшие газы оказывают давление на турбинное колесо, что ведет к появлению продольного люфта ротора турбокомпрессора.

Не имеет значения, с турбокомпрессором какого производителя мы имеем дело, — чтобы очистить направляющий аппарат от отложений нагара, турбокомпрессор придется разбирать. Иначе как без разборки добраться до подвижных деталей «геометрии»?

И не факт, что с помощью очистки неисправность удастся устранить, потому что при заклинивании подвижных деталей в

autooboz.info

Турбина с изменяемой геометрией — Турбобаланс

Обычная турбина представляет собой 2 крыльчатки, соединенные осью. Располагаются крыльчатки в разных камерах. Одну крыльчатку вращают выхлопные газы, а вторая вращается за счет первой, тем самым подводя новый воздух в систему.

Общее устройство турбины с изменяемой геометрией ( турбокомпрессора )крыльчатки и принцип нагнетания дополнительного воздуха не отличается от обычных турбокомпрессоров. Основная особенность в поворотных лопатках, механизме управления и вакуумном приводе.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией крыльчатки основывается на регулировании потока отработавших газов, направляемых на колесо турбины. Регулировка позволяет подстраивать проходное сечение для потока отработавших газов под режим работы двигателя.

При движении на маленькой скорости, турбина крутится медленно. Однако блок управления выставляет лепестки так, чтобы расстояние между ними было минимальным. При малом объеме, газу тяжело поступить через маленькое отверстие, что вынуждает его передвигаться с большей скоростью. В ходе перекрывания, обороты турбины увеличиваются, а значит повышается давление наддува.

                                                   

С помощью таких лепестков, можно поднять скорость вращения турбины не изменяя объем поступающих газов. На высокой скорости компрессор наоборот раздвигает лепестки. Это предусмотрено для поддержания безопасного давления внутри системы и исключения перегрева.

Принцип работы изменяемой геометрии позволяет отказаться от перепускного клапана (wastegate). Через крыльчатку «горячей» части проходит весь поток выхлопных газов. Предотвращение избыточного наддува осуществляется изменением положения поворотных лопаток.

Изменение расстояния между направляющими элементами, в зависимости от типа и модели турбодвигателя управляться как давлением компрессора (или его отсутствием), так и вакуумным приводом, а в некоторых случаях — шаговым электромотором

Преимущества данной турбины можно выделить следующие:

• авто с изменяемой геометрией турбонаддува могут выдавать большую мощность уже с самих низких оборотов.
• снижение расхода топлива и количества вредных выбросов в атмосферу
• из-за отсутствующего клапана wastegate в «горячей» части уменьшается количество разнонаправленных потоков газов, что улучшает прохождение газов через турбину.
• улучшение эластичности двигателя

 

Настройка и регулировка турбины с изменяемой геометрией.

 Эфективная и правильная настройка и регулировка турбины важна и для эффективности ее работы, и для снижения темпа износа деталей всего механизма, и даже для экономии денег на топливе.

Связано это с тем, что неправильные параметры настройки работы или неправильное (несвоевременное) проведение регулировки турбины непосредственно влияют на весь автомобиль и удобство его управления.

В то время как о некоторых действиях, обычно упоминаемых в инструкции к обслуживанию авто и его механизмов, владелец способен позаботиться самостоятельно, даже без специальных инструментов, опыта и знаний — для большинства из них потребуется внимание профессионала

Каждый разумный и заботливый автовладелец должен помнить о таких принципах как: своевременная профилактика и обслуживание, а также уклонение от вреда своими действиями. Это верно и для бензинового двигателя, и для дизельного.

 

 

www.turbobalans.ru

Турбина с изменяемой геометрией. Как это работает?

Какие основные принципы работы турбин с измененной геометрией? В чем их преимущества? Рассмотрим эти вопросы далее в статье.

В турбинах с измененной геометрией для оптимальной мощности при определенных нагрузках меняется сечение так называемых «колес турбины». На более низких оборотах вращения и при небольшом количестве газа турбины на двигателе увеличивают скорость вывода использованного газа. Вследствие чего наблюдается рост скорости вращения турбины при меньших затратах сгораемого топлива.

 

Как изменяется геометрия турбины?

Если поток раскаленного газа, который поступает в двигатель, возрастает, то турбина как бы «раздвигает» нужные рабочие элементы за счет изменения геометрии движения газов. Это позволяет сохранять давление на уровне, которое необходимо для устойчивой работы двигателя.

Все двигатели, оснащенные турбинами, имеют большую отдачу, производительность и при этом позволяют не терять мощность при изменении крутящего момента. Значительное снижение затрат топлива и уменьшение количества вредных выхлопных газов можно смело назвать одним из основных преимуществ применения турбин с изменяемой геометрией. Не стоит забывать и о продлении срока жизни как двигателя, так и всех остальных деталей машины.

 

Сравнение и преимущества

Сравним простую турбину с турбиной нового поколения:

• С новой турбиной работа всего двигателя становится более эффективной.
• Значительно снижается температура нагрева двигателя, а также выхлопных газов.
• Наблюдается большая экономия всех видов топлива за счет достижения оптимальных пропорций смешивания воздуха и топлива в камерах внутреннего сгорания двигателя.
• Рост крутящего момента при работе двигателя.

 

Стоит ли регулировать самим?

Настраивать и регулировать работу турбины не очень сложно, главное –  придерживаться определенной последовательности:

1. Подключаемся к системе работы двигателя.
2. Запускаем двигатель и прогреваем его до 70 оС (не более).
3. Проверяем давление в системе во время нажатия на педаль газа.
4. Во время движения на второй передаче нужно постараться достигнуть максимального ускорения, при этом измеряя показатели.
5. Отключаем все измерительные приборы, вернув турбину в изначальное положение.

Регулировка турбины с изменяемой геометрией проводится только с использованием высококачественных комплектующих и масел, на специальном стенде, который обязательно присутствует в современных автомастерских. Произвести регулировку турбины вы можете на автосервисе Turbo Magic по весьма доступной цене.

 

 

 

 Вернутся к списку «Статьи и новости»

turbomag.com.ua

Для чего нужны шины низкого давления и в чём их преимущества

Часто из-за плохого состояния дорог или регулярных путешествий по грунтовым дорогам многие автолюбители всерьёз задумываются над способами улучшения проходимости машины. Подобная необходимость актуальна не только для владельцев рамных джипов, но и легковых автомобилей. Самый простой способ улучшить проходимость – установить шины низкого давления, они предотвращают погружение на болотистой местности и в грязи.

Шины низкого давления – средство улучшения проходимости машины

Авто на шинах низкого давления будет иметь более высокие внедорожные качества в сравнении с классическими аналогами.

Известно, что покрышки могут быть с камерами и без них, низкое давление в рассматриваемых шинах обусловило необходимость использования преимущественно бескамерной конструкции. Причина отсутствия камеры – они легче переносят тяжёлые условия и проще ремонтируются.

УАЗ Патриот на шинах низкого давления

Машины на шинах низкого давления обладают многими преимуществами:

• лучшее сцепление и распределение веса при движении на пересечённой местности, это обусловлено большей площадью контакта;
• увеличенный клиренс – на авто устанавливаются колёса увеличенного диаметра и ширины;
• монтаж грунтозацепов увеличивает качество сцепления при движении по мягкой почве;
• минимальное нарушение экологии. При движении в лесах на обычных шинах разрушаются дороги, со временем они становятся непригодными, а оборудованный покрышками с невысоким давлением автомобиль меньше влияет на экологию.

Шины низкого и сверхнизкого давления имеют и некоторые недостатки, которые стоит учитывать до покупки:

• для установки такой резины приходится подвергать машину модернизации для оптимального использования позитивных качеств покрышек. Работы по усовершенствованию довольно затратны;
• ухудшается устойчивость машины из-за смещения центра тяжести вверх. Машина не становится склонной к опрокидыванию, но при движении на пересечённой местности изменения будут ощутимы;
• если эксплуатировать низкопрофильное колесо для движения по асфальту, наступает быстрый износ резины. Это касается всех твёрдых покрытий;
• колесо с шиной низкого давления с диском сцепляется хуже. Потребуется разработка дополнительных фиксаторов, предотвращающих прокручивание ската;
• не могут использоваться для передвижения на высокой скорости. Ключевая и единственная задача – улучшение проходимости в тяжёлых условиях, а скоростное движение приведёт к скорейшему износу всей подвески;
• дисковый профиль и протекторы должны учитывать тип грунта, по которым производится движение. Высота протектора улучшает качество передвижения по одной почве, но быстро изнашивает трансмиссию на другой. Придётся уделить достаточно времени для правильного выбора. Подбор можно оставить специалистам для снижения рисков и нагрузок на авто. Без должных знаний о тонкостях поведения резины водителю будет сложно и дорого использовать авто.

Шины низкого давления дают лучшее сцепление и распределение веса

Какое давление должно быть в шинах низкого давления

Невозможно однозначно указать, какое давление в шинах низкого давления нужно подбирать в конкретном случае, но данные об этом содержатся в инструкции к покрышке. Индивидуальные цифры обоснованы разностью рисунков протектора, сферой использования (для глинистых почв, чернозёмов, болотистых местностей). Каждый производитель указывает оптимальное давление внутри ската, но оно редко превышает 1 атмосферу.

К месту стоит упомянуть, какое должно быть давление в низкопрофильных шинах, так как это вызывает не меньшее количество вопросов. Давление в низкопрофильных шинах, как правило, определяется по таблице или технической документации. Но таблица не учтёт всех особенностей автомобиля и шины, лучше выбор делать на основании конкретной модели. В таких камерах обеспечивается усиленная накачка для создания наилучшего сцепления с трассой. Чаще всего показатели колеблются в пределах 2,2–3 атмосфер.

Шины низкого давления качают согласно маркировки на самой шине

Разновидности шин низкого давления – они разные!

Чаще всего колеса с шиной низкого давления с диском устанавливаются на джипы, сельскохозяйственную технику, внедорожники и другие автомобили с повышенными требованиями к проходимости. На подобные авто могут устанавливаться как бескамерные, так и камерные модели. Чаще предпочтение отдаётся бескамерным вариантам, они обеспечивают большую безопасность движения и повышенный комфорт при небольшом весе. Если используется камера, снижается риск пробития и деформации колеса, так как противодействие нагрузкам усиливается вдвое.

В процессе рассмотрения описываемых шин стоит отметить другую классификацию, на основании конструктивных и функциональных характеристик:

• широкопрофильные. Могут эксплуатироваться в широком диапазоне давлений без негативных последствий для автомобиля. Чаще используются для машин, транспортирующих большие грузы по пересечённой местности. Устойчивость широкопрофильных моделей значительно выше благодаря большому пятну контакта. Представлены они в виде овала;
• арочные. Ширина подобных шин значительно превосходит стандартные варианты, обычно в 3–5 раз шире. По толщине покрышка имеет 50–70 см. Чаще устанавливаются только на передние колёса. При использовании арочных моделей многократно улучшается проходимость автомобиля по любой местности;
• тороидные. Они дополнительно различаются по наличию камер. Являются самыми популярными скатами для транспортных средств, участвующих в соревнованиях, но нередко применяются и в повседневной жизни. Ширина профиля средняя.

В модельном ряде присутствуют и пневмокатки – это специальные шины, на которые устанавливаются грунтозацепы. Роль зацепов сводится к созданию ребра жёсткости для улучшения ходовых характеристик на пересечённой местности.

Широкопрофильные шины низкого давления

Особенности установки и эксплуатации

Часто требуется ремонт шин низкого давления или автомобиля для установки покрышек. Чем старее модель машины, тем большее количество переделок потребуется. В базовой комплектации узлы могут быть непригодными для использования, их приходится реконструировать и усиливать для выдерживания большей нагрузки.

Для определения рекомендованных значений давления следует использовать техническую документацию. Нельзя понижать давления от указанных показаний, иначе увеличивается риск пробоины и будет понижаться устойчивость. Снижение разрешено только для кратковременного передвижения по грунтам с повышенной влажностью.

В любом случае потребуются специальные фиксаторы для закрепления резины на колесо. Они предотвратят прокручивание и смещение скатов. Актуальнее всего использование двух приспособлений:

• тайрлок – это устройство для фиксации покрышки со стороны краёв. Используется для твёрдых дорог;
• бедлоки – прочные фиксаторы, которые часто устанавливаются на внедорожники во время состязаний или для эксплуатации с экстремальными нагрузками. Имеют вид механических колец, фиксируются на диск и закрепляют покрышку. Достоинствами являются лёгкость установки и надёжность, а недостатками – невозможно точно балансировать шину и повышение веса колеса.

Для выбора подходящего типа стоит рассмотреть сферу использования и условия эксплуатации авто. Необходимость ремонтировать машину возникает для каждого типа, но больше переделок будет необходимо для бедлоков.

Способ избежать ремонта авто – накачивать скаты в холодном состоянии, ведь под действием температуры изменяется накачанность покрышек.

Шины низкого давления на УАЗе хорошо подходят для бездорожья

Особенности использования низкопрофильных изделий

Сегодня всё чаще используется низкопрофильная резина, но только для специальных автобанов или городских условий эксплуатации, где можно обеспечить более или менее приемлемые условия использования. Их основным отличием является создание большого пятна контакта с покрытием, отчего улучшается устойчивость и качество сцепления авто.

Каркас изготавливается с большей мягкостью для улучшения управляемости, отчего низкопрофильные варианты покрышек чаще используются на скоростных автомобилях. Машины легче входят в повороты, более отзывчивы в управлении, не имеют тенденции уходить вбок или создавать раскачки.

Одним из основных недостатков является большая подверженность дребезжанию и повышенное ощущение выемок на дорогах. Помимо дискомфорта для пассажиров, подобное состояние приведёт к скорой необходимости ремонта подвески. Меньшим недостатком является создание значительного шума при движении.

Изготовление резины низкого давления – все совсем несложно

Сегодня встречаются самодельные шины со сверхнизким давлением, за их основу берётся резина промышленного выпуска для авиации, вездеходов и сельскохозяйственной техники. Такие покрышки используются из-за того, что в их основе прочные, качественные и долговечные материалы.

Подобранная резина требует подготовки, предварительно нужно удалить весь ненужный материал с боковины, а также срезается часть протектора и сердечники на посадочной площадке. Изготовить самодельные шины можно по инструкции:

• Заготовка. Следует тщательно очистить и вымыть покрышку, а по окончании необходимой процедуры оставить резину просыхать.
• Нанесение рисунка. Для новых потребностей несколько отличается рисунок протектора, его нужно нарисовать маркером.
• Убрать лишний металл. Из покрышки нужно изъять проволоку, для чего изнутри по периметру делается прорез вдоль меток для создания небольших окон. С помощью удобного инструмента через отверстия нужно удалить проволоку. Для предотвращения разрушения шины следует её прочно зафиксировать. Лучше всего доставать проволоку при помощи лебёдки.
• Несколько отступив вниз от корда, делается прорез периметра окружности, и с помощью клещей оттягивается резина. Здесь также пригодится лебёдка. Кусочек резины, который удалось оттянуть, следует обрезать.
• Удалишь часть от базового материала сверху до появления каркаса. Зачистить всё наждачной бумагой и вварить металлические пластины или трубки к диску, натянув его на камеру.

Теперь изделие готово, его можно устанавливать на машину.

Шина низкого давления AVTOROS M-TRIM 4 слоя корда

Заключение

Шины низкого давления существенно увеличивают проходимость за счёт повышения площади соприкосновения материала с дорогой, но это приводит к быстрому износу. Установка подобной резины обоснована только для передвижения по пересечённой местности, в остальных случаях пользы не будет, напротив, придётся чаще ремонтировать автомобиль.

mensdrive.ru

Шины низкого давления: особенности, виды, характеристики

Транспортные средства повышенной проходимости в не зависимости от сезона эксплуатации и предложений производителей, всегда вызывали повышенный интерес у автолюбителей. На их рабочие характеристики, помимо специальной конструкции силового агрегата и трансмиссии, влияют шины низкого давления, способные превратить самый бюджетный и маломощный внедорожник в полноценный вездеход.

Естественно, что на рынке автомобилей имеются различные варианты исполнения вездеходной техники, но, как правило, ее стоимость неприемлема для рядового обывателя. Поэтому, владельцам, которые мечтают о том, как сделать из старенькой «Нивы» полноценный вездеходный автомобиль, стоит обратить внимание именно на покрышки с низким давлением.

Шины низкого давления и их отличия

Перед тем, как давать подробную характеристику таким покрышкам, необходимо познакомиться с их отличительными особенностями, и узнать на какой тип транспортной техники их установка является наиболее рациональной. Одной из особенностей шин с низким давлением является возможность их самостоятельного изготовления (фабричная продукция может стоить как половина транспортного средства). При правильном выполнении последовательностей всей технологической цепочки, такие колеса по своим характеристикам ничем не будут уступать заводским, правда стоимость получится значительно ниже.

Транспортным средствам, на которых установлены колеса с низким давлением по силам передвижение по местности с практически любым ландшафтом. Зачастую давление в таких колесах не превышает 1 атм. Благодаря этому и эластичным свойствам резины, шинам легче преодолевать встречающиеся на пути препятствия. За счет увеличенной площади соприкосновения поверхности покрышки с покрытием дороги, происходит равномерное распределение нагрузки между всеми колесами, и, следовательно, автомобиль, на котором стоят колеса низкого давления, может свободно передвигаться по любой поверхности (песок, рыхлый снег, глина).

Несмотря на всю универсальность таких шин, у специальной техники различного назначения к ним могут предъявляться различные требования. Например, для сельскохозяйственных машин – это минимальная нагрузка на плодородный слой почвы, дабы не повредить его. А для военной техники – повышенная проходимость, преодоление сложных участков местности.

Минусы колес с низким давлением

К сожалению, подобные шины не лишены своих недостатков, поэтому необходимо перечислить и их:

• особенностью конструкции шины является то, что при интенсивной эксплуатации на автодорогах с асфальтированным покрытием она изнашивается слишком быстро, несмотря на тот факт, что в большей мере рекомендуется их эксплуатация именно на таких дорогах;
• поскольку центр тяжести транспортного средства может быть значительно приподнят, во время движения с высокой скоростью автомобиль может попросту перевернуться;
• стоит избегать агрессивного стиля вождения, резких маневров и поворотов, поскольку слабым местом такой шины является ее профиль, из-за этого лопнуть может любое, даже самое дорогое колесо с низким давлением воздуха в нем;
• высокая стоимость фирменных шин.

Классификация авторезины с низким давлением

Как не странно, но такие шины также делятся на несколько типов. Вкратце охарактеризуем каждый:

1. Арочные колеса. Стандартная величина давления в них никогда не превышает отметку в 0,05 МПа, за то они в 3-5 раз шире обычных покрышек, и имеют толщину около 800 мм. Предназначаются такие шины низкого давления исключительно для установки на приводную колесную пару. Ввиду простоты своей конструкции и отменных эксплуатационных характеристик являются самым распространенным типом.
2. Торроидные покрышки – имеют два варианта исполнения: с камерой и без нее. Отличаются повышенной прочностью и универсальностью.
3. Широкопрофильная резина – устанавливается на специальную технику и транспорт, которые перевозят объемные грузы большой массы. Давление воздуха в них вполовину ниже, нежели в стандартных шинах, благодаря этому покрышка деформируется при встрече с препятствием и свободно преодолевает его.
4. Пневмокатки – отличаются своими большими размерами и объемом. В своем большинстве они имеют выраженные грунтозацепы, прочный корд и отличаются повышенными эксплуатационными характеристиками.

Перед тем, как приобрести и установить на автомобиль колеса с низким давлением, необходимо четко определить в каких условиях, и на каких местностях будет эксплуатироваться транспортное средство. Это связано с тем, что далеко не каждый рисунок протектора шины с низким давлением подходит для эксплуатации на определенном виде грунта.

Например, для езды по торфяникам, протектор шины должен иметь рисунок с минимальной глубиной канавок, а для движения по глинистым почвам и чернозему следует подбирать такие колеса, протектор которых обладает свойствами самоочистки. Для снега и песка подойдет протектор, который имеет мелкий по глубине, узкий рисунок. Соответственно, правильно подобранная шина – залог высоких вездеходных качеств транспортного средства.

Резюмируем написанное

Безопасное движение по местностям с отсутствующим пригодным для езды покрытием возможно только при условии надежности и хорошей оснащенности техники. Колеса, на которых установлены шины с низким давлением являются одним из основополагающих моментов, отвечающих за вездеходность, безопасность и комфортабельность транспортного средства. Правильно подобранные шины помогут продлить эксплуатационный период основным агрегатам автомобиля, обеспечат его владельцу и пассажирам безопасность во время езды по пересеченным местностям в не зависимости от погодных условий.

automorum.ru

Сообщества › Вездеходы На Шинах Низкого Давления › Блог › Шины низкого давления 450/45-18

Приветствую Вас, любители вездеходов.
С разрешения админа группы выкладываю немного информации по резине низкого давления от компании Авторос.
Компания известна своими вездеходами Шаман и Мул. А недавно, весной, выпустила шину размером 450/45-18 (М-трим).

Шина М-Трим

Вездеход 8х8 Шаман

Парочка

Так вот я являюсь куратором проекта по внедрению этой резины на штатный УАЗ Патриот. На данный момент сделан только лифт кузова и небольшой лифт подвески.

Бампер пока в разработке

С разрешения администратора группы выложу ссылку на БЖ этой машины. Там я регулярно выкладываю новости по этому проекту. Чтобы не перепечатывать предыдущие 8 выпусков, обойдемся ссылкой:
УАЗ Патриот Балу

На данный момент проходит обкатка и тестовые заезды. Ближайшее мероприятие где вы сможете увидеть и совершить тест-драйв это RFC Russia Summer 25 июля. Если вы не найдете ответы на свои вопросы здесь, или в новостях в БЖ Балу, вы сможете их задать при встрече. А также совершить пробную поездку по одному из СУ после закрытия трассы. Или по своему маршруту вне трассы.
Для затравки пару видео с тест-драйвов:

www.drive2.ru

Исследование шин сверхнизкого давления для снегоболотоходов

Труды НАМИ. Сборник научных трудов. Выпуск №241

Совместные исследования шин сверхнизкого давления «Федерального Исследовательского испытательного центра машиностроения» (ФИИЦМ) и Ассоциации «Арктиктранс»

Исследование шин сверхнизкого давления для снегоболотоходов.

Шапиро В.Я. к.т.н..Дмитриев В.Н. инж. Ассоциация «Арктиктранс»
Годжаев З.А. д.т.н., Гончаренко СВ. инж. «Федеральный Исследовательский испытательный центр машиностроения»
(ФИИЦМ)

Повышение проходимости транспортных средств является одной из основных проблем современного транспортного машиностроения. Решение этой проблемы связано главным образом с уменьшением величины удельного давления в контакте движителя с грунтом.

Именно поэтому, в последние десятилетия двадцатого века возникли конструкции легких транспортных средств на базе мотоциклетной и легковой автомобильной техники, называемые вездеходами на пневматиках сверхнизкого давления (каракаты, тундролеты, дутики и т.д.). В качестве движителей, использовались камеры от грузовых автомобилей, самолетов и тракторов. Для увеличения сцепных свойств они оснащались поперечными ремнями с наклепанными грунтозацепами, а для повышения эксплутационной живучести, дополнительной оболочкой из разрезанной по образующей такой же камеры (использовалась как покрышка). Огромное количество таких машин создается и используется до сих пор на необъятных бездорожных просторах России.

Организация промышленного выпуска снегоболотоходов потребовала создания промышленного производства тонкостенных шин, имеющих большую нагрузочную способность, чем камеры. В настоящее время освоено производство различных тонкостенных шин, использующихся как в камерном так и бескамерном вариантах. Наиболее известны шины фирм ТРЭ-КОЛ, АВТОРОС и АРКТИКТРАНС, которые и были использованы для сравнительного анализа их свойств.

В таблице 1 приведены данные производителей трех близких по размерам шин сверхнизкого давления. Внешний вид шин показан на рисунке 1.

Исследования проводились по единым методикам, в сопоставимых условиях на аттестованном испытательном оборудовании «Федерального исследовательского испытательного центра машиностроения».

Лабораторные испытания проводились на универсальном функциональном стенде СИБ — Ш конструкции А.Р.Шабарова с дальнейшей модернизацией осуществленной С.В. Гончаренко (рис. 2). На стенде устанавливалась аппаратура высокой чувствительности с большими коэффициентами усиления. Подвижные части стенда уравновешивались противовесами, что позволило вести измерения параметров процесса от абсолютного «нуля».

Испытания на определение давлений шин на почву проводились в соответствии с ГОСТ 26953 — 86, раздел 3. На подвижный стол стенда устанавливались борта, и в полученную емкость засыпался грунт соответствующий по характеристики мягкому полю, подготовленному под посев. Грунт просеивался через сетку размером ячейки 1,5×1,5 мм, таким образом размер частиц грунта был от 0,06 до 1,5 мм и влажность его не превышала 3%. Это соответствовало утверждениям транспортников: «нога человека проваливается, а шина — едет». Твердость грунта составляла один удар по ударнику ДорНИИ. На глубину 21±1 см устанавливались протарированные мембранные датчики собственной конструкции лаборатории испытаний шин «ФИИЦ М». Датчики устанавливались вдоль продольной оси шины в плоскости ее качения и поперек ее движения. Таким образом снимались продольные и поперечные эпюры давления шин на почву при многократных проездах. Количество проездов устанавливались опытным путем до получения стабильных результатов, но не менее шести заездов в прямом и обратном направлениях.

Результаты испытаний шин на несущую способность на стенде были сведены в таблицу 2. Результаты испытаний шин на удельное давление на мягком грунте приведены на рис. 4. 5 и 6.

Как следует из данных таблицы 2, нагрузочная способность шин при внутреннем давлении воздуха 10 кПа (0,1 атм.), что рекомендуется фирмой ТРЭКОЛ для преодоления участков трассы с малой несущей способностью, не позволяет эксплуатировать эти шины в нормальном режиме (рис. 3).

Образование складок и переход боковины на беговую дорожку ведет к интенсивному износу. Как следует из таблицы 2 при давлении 20 кПа (0,2 атм.) несущая способность увеличивается в 2 раза, но еще не достаточна для нормальной эксплуатации. Только при внутреннем давлении 60 кПа (0,6 атм.) несущая способность вышеуказанной шины и шины 49×23,5-21 «Авторос» достигает 600 кг, которые необходимы для эксплуатации 4-х 6-и и 8-и колесных снегоболотоходов этих фирм в нормальном режиме.

По этому показателю несущая способность шины 1300×700-24″ «АРКТИКТРАНС» превышает показатели двух других шин в 1.6-1,8 раза (имеет максимальную несущую способность) что делает возможным ее использование при более низком внутреннем давлении в шине.

Низкое внутреннее давление является определяющим для снижения давления шины на грунт. До проведения настоящего исследования предполагалось, что давление на грунт приблизительно равно давлению воздуха в шине. Однако было установлено, что это не соответствует действительному показателю.

Так при давлении воздуха в шине 10 кПа давление на почву составляет 15-20 кПа а при давлении воздуха 60 кПа давление на почву колеблется от 17 до 39 кПа для всех исследованных шин.

Численные значения удельных давлений шин в зависимости от давления воздуха и нагрузки приведены в таблице 3. На основании таблицы 3 построены графики зависимости давления на мягкий грунт от внутреннего давления воздуха в шине и от нагрузки, см. рис. 4, 5 и 6.

Как следует из этих графиков при повышении нагрузки возникает положение когда при недостаточном внутреннем давлении шина теряет несущую способность, происходит раздавливание шины (точнее потеря ее геометрии). По этому показателю шина 1300×600-21″ и шина 49×23.5-21″ весьма близки, хотя у последней они несколько лучше. Шина 1300×700-24″ имеет значительно более высокую нагрузочную способность. Если у первых двух шин потеря несущей способности происходит при нагрузке 600 кг и внутреннем давлении в шине 15 кПа, то у последней шины это происходит при нагрузке 1000 кг и таком же внутреннем давлении. А при давлении 60 кПа шина выдерживает нагрузку 1200 кг, что в 1.5 раза больше чем заявлено по ТУ. Интересные данные были получены при изучении тягово-сцепных показателей как на твердом, так и на мягком грунте, Сводные данные для мягкого грунта представлены в таблице 4.

Как следует из этой таблицы шины 1 и шины 2 по первым трем показателям весьма близки и отличаются только разницей в предельном буксовании, что объясняется более высокими и более удачно расположенными грунтозацепами последней (рис. I). Максимальная сила тяги шины 1300×700-24″ в 1,5 раза выше, а тяговый коэффициент полезного действия выше в 1,27-1,19 раза, что косвенно указывает на более высокий КПД работы шины.

Таким образом, проведенные исследования показали преимущество шины 1300×700-24″ (52.2×25,5-24″) во всем диапазоне исследований, что также подтверждается отзывами потребителей о практике использования этой шины. Она испытывалась на снегоболотоходах «ПЕТРОВИЧ» (Тюмень), «КЕРЖАК» (Н. Новгород), КБ Старатель (Самара), «ЛЕШИЙ» (Саратов), «ТРОМ» (Сургут) и показала высокие эксплутационные свойства.

В настоящее время результаты исследования используются авторами для создания новых типов тонкостенных шин сверхнизкого давления.

arctictrans.ru