Застосування і додаткові функції
Сфера застосування турбін із змінною геометрією визначається їх типом. Так, на двигуни легкових і легких комерційних автомобілів встановлюють варіанти з обертовими лопатями, а модифікації з ковзаючими кільцем застосовують в основному на вантажівках.
В цілому найчастіше із змінною геометрією турбіни використовують на дизельних двигунах. Це пояснюється невисокою температурою їх вихлопних газів.
На легкових дизелях такі турбонагнетатели служать, насамперед, для компенсації втрати продуктивності від системи рециркуляції відпрацьованих газів.
На вантажівках самі турбіни можуть покращувати екологічність шляхом контролю кількості вихлопних газів, рециркулируемых до впускного отвору двигуна. Так, з використанням турбокомпресорів із змінною геометрією можна підвищити тиск у випускному колекторі до величини, більшої, ніж у впускному, з метою прискорення рециркуляції. Незважаючи на те, що надмірне протитиск негативно позначається на ефективності використання палива, воно сприяє скороченню викидів оксиду азоту.
До того ж механізм можна модифікувати з метою скорочення ефективності турбіни в заданому положенні. Це використовується для підвищення температури вихлопних газів з метою продувки сажового фільтра шляхом окислення застрягли вуглецевих частинок в результаті нагрівання.
Дані функції вимагають наявності гідравлічного або електричного приводу.
Зазначені переваги турбін із змінною геометрією перед звичайними визначають їх як оптимальний варіант для спортивних моторів. Однак на бензинових двигунах вони зустрічаються вкрай рідко. Відомо всього кілька оснащених ними спорткарів (в даний час – Porsche 718, 911 Turbo і Suzuki Swift Sport). За словами одного з менеджерів BorgWarner, це пояснюється дуже високою вартістю виробництва таких турбін, зумовленої необхідністю застосування спеціалізованих термостійких матеріалів для взаємодії з високотемпературними вихлопними газами бензинових моторів (вихлопні гази дизелів мають набагато меншу температуру, тому турбіни для них дешевше).
Перші VGT, використовувані на бензинових двигунах, були зроблені зі звичайних матеріалів, тому для забезпечення прийнятного терміну експлуатації доводилося використовувати складні системи охолодження. Так, на Honda Legend 1988 р. таку турбіну поєднали з интеркуллером водяного охолодження. До того ж для двигунів цього типу більш широкий діапазон пропускної здатності вихлопних газів, отже, потрібна можливість обробки більшого діапазону масової витрати.
Виробники досягають необхідних показників продуктивності, чуйності, ефективності і екологічності найбільш дешевими методами. Виняток становлять поодинокі випадки, коли кінцева вартість не пріоритетна. В даному контексті це, наприклад, досягнення рекордних показників на Koenigsegg One: 1 або адаптація Porsche 911 Turbo до громадянської експлуатації.
У цілому переважна більшість турбованих автомобілів оснащують турбокомпресорами звичайної конструкції. Для високопродуктивних двигунів спортивних нерідко використовують твинскрольные варіанти. Хоча такі турбокомпресори поступаються VGT, вони володіють тими ж перевагами перед звичайними турбінами, тільки в меншій мірі, і при цьому мають майже таку ж просту конструкцію, як і останні. Що стосується тюнінгу, тут використання турбокомпресорів із змінною геометрією, крім високої вартості, обмежена складністю їх налаштування.
Для бензинових двигунів в дослідженні H. Ishihara, K. Adachi і S. Kono як найбільш оптимальної серед VGT була відзначена турбіна із змінною витратою (VFT). Завдяки тільки одному рухомого елементу скорочені витрати на виробництво і підвищена температурна стійкість. До того ж така турбіна діє за простим алгоритмом БУД, аналогічного варіантів з фіксованою геометрією, оснащеним перепускним клапаном. Особливо гарні результати були отримані при суміщенні такої турбіни з iVTEC. Однак для систем примусової індукції спостерігається підвищення температури вихлопних газів на 50-100 °C, що позначається на екологічних показниках. Дану проблему вирішили використанням алюмінієвого колектора з водяним охолодженням.
Рішенням BorgWarner для бензинових двигунів стало поєднання твинскрольной технології та конструкції із змінною геометрією в твинскрольной турбіну із змінною геометрією, представлена на SEMA 2015 р. Її конструкція аналогічна твинскрольной турбіні: даний турбокомпресор має подвійну вхідну частину і здвоєне монолітне турбінне колесо і суміщений з твинскрольным колектором, що враховує послідовність роботи циліндрів для усунення пульсації вихлопних газів з метою створення більш щільного потоку.
Відмінність полягає в наявності у вхідній частині заслінки, яка в залежності від навантаження розподіляє потік по крильчатка. На низьких обертах всі відпрацьовані гази йдуть на маленьку частину ротора, а велика перекрита, що забезпечує ще більш швидку розкрутку, ніж у звичайній твинскрольной турбіни. З ростом навантаження заслінка поступово переходить в середнє положення і рівномірно розподіляє потік на високих обертах, як в стандартній твинскрольной конструкції. Тобто по влаштуванню механізму зміни геометрії така турбіна близька до VFT.
Таким чином, дана технологія, як і технологія із змінною геометрією, забезпечує зміна співвідношення A/R в залежності від навантаження, підлаштовуючи під турбіну режим роботи двигуна, що розширює робочий діапазон. При цьому розглянута конструкція значно простіше і дешевше, так як тут використовується тільки один рухомий елемент, що працює за простим алгоритмом, і не потрібно застосування термостійких матеріалів. Останнє зумовлено зниженням температури за рахунок втрати тепла на стінках подвійного корпусу турбіни. Слід зазначити, що подібні рішення зустрічалися і раніше (наприклад, quick spool valve), однак ця технологія з якихось причин не знайшла поширення.
