Twin Turbo -järjestelmä
Pitoisuus
Jos dieselmoottori on oletusarvoisesti varustettu turbiinilla, bensiinimoottori voi helposti tehdä ilman turboahdinta. Kuitenkin nykyaikaisessa autoteollisuudessa auton turboahdinta ei enää pidetä eksoottisena (kuvataan yksityiskohtaisesti, millainen mekanismi se on ja miten se toimii toisessa artikkelissa).
Joidenkin uusien automallien kuvauksissa mainitaan esimerkiksi biturbo tai twin turbo. Tarkastellaan millainen järjestelmä se on, miten se toimii, miten kompressorit voidaan liittää siihen. Katsauksen lopussa keskustelemme kaksoisturbon eduista ja haitoista.
Mikä on Twin Turbo?
Aloitetaan terminologiasta. Ilmaus biturbo tarkoittaa aina, että ensinnäkin tämä on turboahdettu moottori, ja toiseksi pakotetun ilman ruiskutusjärjestelmä sylintereihin sisältää kaksi turbiinia. Ero biturbon ja twin-turbon välillä on se, että ensimmäisessä tapauksessa käytetään kahta eri turbiinia ja toisessa ne ovat samoja. Miksi - selvitämme sen hieman myöhemmin.
Halu saavuttaa ylivoimainen kilpailu on saanut autovalmistajat etsimään tapoja parantaa tavallisen polttomoottorin suorituskykyä ilman radikaaleja toimenpiteitä sen suunnittelussa. Ja tehokkain ratkaisu oli uuden ilmapuhaltimen käyttöönotto, minkä vuoksi sylintereihin tulee suurempi määrä ja yksikön tehokkuus kasvaa.
Ne, jotka ovat ajaneet autoa turbiinimoottorilla ainakin kerran elämässään, huomasivat, että kunnes moottori pyörii tietyllä nopeudella, tällaisen auton dynamiikka on lievästi sanottuna hidasta. Mutta heti kun turbo alkaa toimia, moottorin herkkyys lisääntyy, ikään kuin typpioksidi olisi päässyt sylintereihin.
Tällaisten asennusten hitaus sai insinöörit ajattelemaan uuden modifikaation luomista turbiinille. Aluksi näiden mekanismien tarkoituksena oli juuri poistaa tämä negatiivinen vaikutus, joka vaikutti imujärjestelmän tehokkuuteen (lue lisää siitä toisessa arvostelussa).
Ajan myötä turboahdusta alettiin käyttää polttoaineenkulutuksen vähentämiseksi ja samalla polttomoottorin suorituskyvyn parantamiseksi. Asennuksen avulla voit laajentaa vääntömomenttialuetta. Klassinen turbiini lisää ilmavirran nopeutta. Tämän vuoksi sylinteriin tulee suurempi määrä kuin imuteho, eikä polttoaineen määrä muutu.
Tämän prosessin seurauksena puristus kasvaa, mikä on yksi moottorin tehoon vaikuttavista avainparametreista (kuinka se mitataan, lue täällä). Ajan myötä autojen virityksen harrastajat eivät enää olleet tyytyväisiä tehtaan laitteisiin, joten urheiluautojen modernisointiyritykset alkoivat käyttää erilaisia mekanismeja, jotka ruiskuttavat ilmaa sylintereihin. Lisäpainejärjestelmän käyttöönoton ansiosta asiantuntijat onnistuivat laajentamaan moottoreiden potentiaalia.
Moottoreiden turbon jatkokehityksenä ilmestyi Twin Turbo -järjestelmä. Verrattuna klassiseen turbiiniin, tämän yksikön avulla voit poistaa entistä enemmän virtaa polttomoottorista, ja automaattivirityksen harrastajille se tarjoaa lisämahdollisuuksia ajoneuvonsa päivittämiseen.
Kuinka kaksoisturbo toimii?
Tavanomainen vapaasti hengittävä moottori toimii periaatteella vetää raitista ilmaa imuputken mäntien luoman tyhjiön avulla. Kun virtaus liikkuu tietä pitkin, siihen menee pieni määrä bensiiniä (bensiinin polttomoottorin tapauksessa), jos se on kaasuttimen auto tai ruiskutetaan polttoainetta injektorin toiminnan vuoksi (lue lisää pakotetun polttoaineen toimitukset).
Puristus tällaisessa moottorissa riippuu suoraan kiertokangen parametreista, sylinteritilavuudesta jne. Mitä tavanomaiseen turbiiniin, joka työskentelee pakokaasujen virtauksen suhteen, sen juoksupyörä lisää sylintereihin tulevaa ilmaa. Tämä lisää moottorin hyötysuhdetta, koska ilma-polttoaineseoksen palamisen aikana vapautuu enemmän energiaa ja vääntömomentti kasvaa.
Kaksoisturbo toimii samalla tavalla. Vain tässä järjestelmässä moottorin "huomaavaisuuden" vaikutus eliminoidaan turbiinin juoksupyörän pyöriessä. Tämä saavutetaan asentamalla ylimääräinen mekanismi. Pieni kompressori kiihdyttää turbiinin kiihtyvyyttä. Kun kuljettaja painaa kaasupoljinta, tällainen auto kiihtyy nopeammin, koska moottori reagoi melkein välittömästi kuljettajan toimintaan.
On syytä mainita, että tämän järjestelmän toisella mekanismilla voi olla erilainen suunnittelu ja toimintaperiaate. Kehittyneemmässä versiossa pienempi turbiini kehrätään pienemmällä pakokaasuvirtauksella, mikä lisää tulevaa virtausta pienemmillä nopeuksilla, eikä polttomoottoria tarvitse pyörittää rajaan saakka.
Tällainen järjestelmä toimii seuraavan järjestelmän mukaisesti. Kun moottori käynnistetään, auton ollessa paikallaan, yksikkö toimii joutokäynnillä. Imuaukossa syntyy raikas ilman luonnollinen liike sylinterien alipaineen vuoksi. Tätä prosessia helpottaa pieni turbiini, joka alkaa pyöriä pienillä kierroksilla. Tämä elementti lisää pitoa hieman.
Kun kampiakselin kierrosluku nousee, pakokaasu tulee voimakkaammaksi. Tällä hetkellä pienempi ahdin pyörii enemmän ja ylimääräinen pakokaasuvirta alkaa vaikuttaa pääyksikköön. Juoksupyörän nopeuden kasvaessa lisääntynyt ilmamäärä tulee sisääntulokanavaan suuremman työntövoiman vuoksi.
Kaksoistehostin eliminoi kovan voimansiirron, jota esiintyy klassisissa dieseleissä. Keskisuurella polttomoottorin nopeudella, kun suuri turbiini on vasta alkamassa pyöriä, pieni ahdin saavuttaa enimmäisnopeutensa. Kun sylinteriin pääsee enemmän ilmaa, pakokaasupaine kasvaa ja ajaa pääaahturia. Tämä tila eliminoi huomattavan eron moottorin suurimman kierrosluvun vääntömomentin ja turbiinin sisällyttämisen välillä.
Kun polttomoottori saavuttaa enimmäisnopeutensa, kompressori saavuttaa myös raja-arvon. Kaksoistehostin on suunniteltu siten, että suuren ahtimen sisällyttäminen estää pienemmän kollegion ylikuormituksen ylikuormituksesta.
Kaksoiskäyttöinen autokompressori tuottaa imujärjestelmään painetta, jota ei voida saavuttaa tavanomaisella ahdolla. Klassisten turbiinien moottoreissa on aina turbo-viive (huomattava ero voimayksikön tehossa suurimman nopeuden saavuttamisen ja turbiinin käynnistämisen välillä). Pienemmän kompressorin kytkeminen eliminoi tämän vaikutuksen ja tarjoaa tasaisen moottorin dynamiikan.
Kaksoisturboilussa vääntömomentti ja teho (lue näiden käsitteiden ero toisessa artikkelissa) voimayksikön nopeus kehittyy laajemmalla kierroslukualueella kuin vastaavan moottorin, jossa on yksi ahdin.
Kahden turboahtimen ahdinjärjestelmien tyypit
Joten turboahtimien toimintateoria on osoittanut niiden käytännöllisyyden lisätä voimayksikön tehoa turvallisesti muuttamatta itse moottorin rakennetta. Tästä syystä eri yritysten insinöörit ovat kehittäneet kolme tehokasta kaksoisturbotyyppiä. Kukin järjestelmätyyppi järjestetään omalla tavallaan, ja sillä on hieman erilainen toimintaperiaate.
Nykyään autoihin asennetaan seuraavan tyyppisiä kaksoisturboahdistimia:
- Rinnakkainen;
- Johdonmukainen;
- Astui.
Jokainen tyyppi eroaa puhaltimien kytkentäkaaviosta, niiden koosta, hetkestä, jolloin kukin niistä otetaan käyttöön, samoin kuin paineistusprosessin ominaisuuksissa. Tarkastellaan kutakin järjestelmätyyppiä erikseen.
Rinnakkainen turbiinin kytkentäkaavio
Useimmissa tapauksissa rinnakkaistyyppistä turboahdusta käytetään moottoreissa, joissa on V-muotoinen sylinterilohko. Tällaisen järjestelmän laite on seuraava. Kutakin sylinteriosaa varten tarvitaan yksi turbiini. Niillä on samat mitat ja ne kulkevat myös rinnakkain toistensa kanssa.
Pakokaasut jakautuvat tasaisesti pakojärjestelmään ja menevät kuhunkin turboahtimeen yhtä suurina määrinä. Nämä mekanismit toimivat samalla tavalla kuin yhden turbiinin rivimoottorissa. Ainoa ero on, että tämän tyyppisessä biturbossa on kaksi identtistä puhallinta, mutta kummankin ilmaa ei jaeta osiin, vaan sitä ruiskutetaan jatkuvasti imujärjestelmän yhteiseen alueeseen.
Jos verrataan tällaista kaaviota yhteen turbiinijärjestelmään in-line-voimayksikössä, niin tässä tapauksessa kaksoisturbo-rakenne koostuu kahdesta pienemmästä turbiinista. Tämä vaatii vähemmän energiaa juoksupyörien pyörimiseksi. Tästä syystä ahtimet on kytketty pienemmällä nopeudella kuin yksi suuri turbiini (vähemmän inertiaa).
Tämä järjestely eliminoi tällaisen terävän turboviiveen muodostumisen, joka tapahtuu tavanomaisissa polttomoottoreissa, joissa on yksi ahdin.
Peräkkäinen sisällyttäminen
Biturbo-sarjan sarjassa on myös kahden samanlaisen puhaltimen asennus. Vain heidän työnsä on erilaista. Tällaisen järjestelmän ensimmäinen mekanismi toimii pysyvästi. Toinen laite on kytketty vain tietyssä moottorin toimintatilassa (kun sen kuorma kasvaa tai kampiakselin nopeus kasvaa).
Tällaisessa järjestelmässä ohjaus tapahtuu elektroniikan tai venttiilien avulla, jotka reagoivat ohivirtauksen paineeseen. ECU määrittää ohjelmoitujen algoritmien mukaisesti, mihin aikaan toinen kompressori kytketään. Sen käyttö on mahdollista käynnistämättä yksittäistä moottoria (mekanismi toimii edelleen yksinomaan pakokaasuvirran paineella). Ohjausyksikkö aktivoi pakokaasujen liikettä ohjaavan järjestelmän toimilaitteet. Tätä varten käytetään sähköventtiilejä (yksinkertaisemmissa järjestelmissä nämä ovat tavallisia venttiilejä, jotka reagoivat virtaavan virtauksen fyysiseen voimaan), jotka avaavat / sulkevat pääsyn toiseen puhaltimeen.
Kun ohjausyksikkö avaa täysin pääsyn toisen vaihteen juoksupyörään, molemmat laitteet toimivat rinnakkain. Tästä syystä tätä muunnosta kutsutaan myös sarja-rinnakkaiseksi. Kahden puhaltimen toiminta mahdollistaa tulevan ilman suuremman paineen järjestämisen, koska niiden syöttöpyörät on kytketty yhteen sisääntuloreittiin.
Tässä tapauksessa asennetaan myös pienempiä kompressoreita kuin tavanomaisessa järjestelmässä. Tämä vähentää myös turbo-viive-vaikutusta ja tekee maksimaalisen vääntömomentin saatavana pienemmillä moottorin kierrosnopeuksilla.
Tällainen biturbo asennetaan sekä diesel- että bensiinimoottoriin. Järjestelmän suunnittelun ansiosta voit asentaa jopa kaksi, mutta kolme kompressoria, jotka on kytketty sarjaan toisiinsa. Esimerkki tällaisesta muutoksesta on BMW: n (Triple Turbo) kehittäminen, joka esiteltiin vuonna 2011.
Vaiheohjelma
Vaiheittaista kaksirullausjärjestelmää pidetään edistyneimpänä kaksoisturboahtotyypinä. Huolimatta siitä, että se on ollut olemassa vuodesta 2004 lähtien, kaksivaiheinen ahtotyyppi on osoittautunut tehokkaimmaksi teknisesti. Tämä Twin Turbo on asennettu tietyntyyppisiin Opelin kehittämiin dieselmoottoreihin. Borg Wagner Turbo Sistemsin porrastettu ahtimen vastine on asennettu joihinkin BMW- ja Cummins -polttomoottoreihin.
Turboahtimen järjestelmä koostuu kahdesta erikokoisesta ahtimesta. Ne asennetaan peräkkäin. Pakokaasujen virtausta ohjataan sähköventtiileillä, joiden toimintaa ohjataan elektronisesti (on myös mekaanisia venttiilejä, jotka toimivat paineen avulla). Lisäksi järjestelmä on varustettu venttiileillä, jotka muuttavat poistovirtauksen suuntaa. Tämä mahdollistaa toisen turbiinin aktivoinnin ja ensimmäisen sammuttamisen, jotta se ei vikaudu.
Järjestelmällä on seuraava toimintaperiaate. Pakosarjaan on asennettu ohitusventtiili, joka katkaisee virtauksen pääturbiiniin menevästä letkusta. Kun moottori käy alhaisella kierrosluvulla, tämä haara on kiinni. Tämän seurauksena pakokaasu kulkee pienen turbiinin läpi. Pienimmän inertian vuoksi tämä mekanismi tarjoaa ylimääräisen ilmamäärän myös pienillä ICE-kuormilla.
Sitten virtaus liikkuu pääturbiinin juoksupyörän läpi. Koska sen terät alkavat pyöriä korkeammalla paineella, kunnes moottori saavuttaa keskinopeuden, toinen mekanismi pysyy liikkumattomana.
Imukanavassa on myös ohitusventtiili. Pienillä nopeuksilla se on suljettu, ja ilmavirta kulkee käytännössä ilman ruiskutusta. Kun kuljettaja nostaa moottoria, pieni turbiini pyörii kovemmin, mikä lisää imuputken painetta. Tämä puolestaan lisää pakokaasujen painetta. Kun paine pakoputkessa vahvistuu, hukkaportti avautuu hiukan niin, että pieni turbiini pyörii edelleen ja osa virtauksesta ohjataan suurelle puhaltimelle.
Vähitellen suuri puhallin alkaa pyöriä. Kun kampiakselin nopeus kasvaa, tämä prosessi voimistuu, mikä tekee venttiilistä enemmän auki ja kompressori pyörii enemmän.
Kun polttomoottori saavuttaa keskinopeuden, pieni turbiini toimii jo maksimissaan, ja pääaahturi on juuri alkanut pyöriä, mutta ei ole saavuttanut maksimiaan. Ensimmäisen vaiheen toiminnan aikana pakokaasut kulkevat pienen mekanismin juoksupyörän läpi (kun sen siivet pyörivät imujärjestelmässä) ja poistetaan katalysaattoriin pääkompressorin siipien kautta. Tässä vaiheessa ilma imetään suuren kompressorin siipipyörän läpi ja johdetaan pyörivän pienemmän vaihteiston läpi.
Ensimmäisen vaiheen lopussa hukkaportti avautuu kokonaan ja pakokaasuvirta on jo suunnattu kokonaan pääpyörän juoksupyörään. Tämä mekanismi pyörii voimakkaammin. Ohitusjärjestelmä on asetettu siten, että pieni puhallin deaktivoidaan kokonaan tässä vaiheessa. Syynä on, että kun suuren turbiinin keskinopeus ja suurin nopeus saavutetaan, se luo niin vahvan pään, että ensimmäinen vaihe yksinkertaisesti estää sitä pääsemästä sylintereihin oikein.
Paineistuksen toisessa vaiheessa pakokaasut kulkevat pienen juoksupyörän ohi, ja tuleva virtaus ohjataan pienen mekanismin ympärille - suoraan sylintereihin. Tämän järjestelmän ansiosta autovalmistajat ovat onnistuneet poistamaan suuren eron suurilla vääntömomenteilla pienimmillä kierrosluvuilla ja suurimmalla teholla, kun kampiakselin suurin nopeus saavutetaan. Tämä vaikutus oli jatkuva kumppani kaikille tavanomaisille ahdetuille dieselmoottoreille.
Hyödyt ja haitat kaksoisturboahtimelle
Biturbo asennetaan harvoin pienitehoisiin moottoreihin. Pohjimmiltaan tämä on laite, johon luotetaan tehokkaille koneille. Vain tässä tapauksessa on mahdollista ottaa optimaalinen vääntömomentin osoitin jo alemmilla kierroksilla. Myöskään polttomoottorin pienet mitat eivät ole este voimayksikön tehon lisäämiselle. Kahden turboahtimen ansiosta saavutetaan kunnollinen polttoainetalous verrattuna sen luonnollisesti hengittävään vastineeseen, joka kehittää samanlaisen tehon.
Toisaalta laitteista on hyötyä, jotka vakauttavat pääprosessit tai lisäävät niiden tehokkuutta. Toisaalta tällaiset mekanismit eivät ole ilman muita haittoja. Ja kaksoisturbo ei ole poikkeus. Tällaisella järjestelmällä on paitsi positiivisia puolia myös vakavia haittoja, joiden vuoksi jotkut autoilijat kieltäytyvät ostamasta tällaisia autoja.
Harkitse ensin järjestelmän etuja:
- Järjestelmän tärkein etu on turbo-viiveen poistaminen, mikä on tyypillistä kaikille tavanomaisella turbiinilla varustetuille polttomoottoreille.
- Moottori vaihtaa virtatilaan helpommin;
- Suurimman vääntömomentin ja tehon välinen ero pienenee merkittävästi, koska lisäämällä ilmanottoaukon ilmanpainetta suurin osa newtoneista on käytettävissä moottorin laajemmalla nopeusalueella;
- Vähentää maksimaalisen tehon saavuttamiseksi tarvittavaa polttoaineenkulutusta;
- Koska auton lisädynamiikkaa on saatavana pienemmillä moottorin nopeuksilla, kuljettajan ei tarvitse pyörittää sitä niin paljon;
- Vähentämällä polttomoottorin kuormitusta voiteluaineiden kuluminen vähenee eikä jäähdytysjärjestelmä toimi suurennetussa tilassa;
- Pakokaasuja ei yksinkertaisesti päästetä ilmakehään, mutta tämän prosessin energiaa hyödynnetään.
Kiinnitän nyt huomiota kaksoisturbon tärkeimpiin haittoihin:
- Suurin haitta on imu- ja pakojärjestelmien monimutkaisuus. Tämä pätee erityisesti uusiin järjestelmämuutoksiin;
- Sama tekijä vaikuttaa järjestelmän kustannuksiin ja ylläpitoon - mitä monimutkaisempi mekanismi, sitä kalliimpi sen korjaus ja säätö;
- Toinen haitta liittyy myös järjestelmän suunnittelun monimutkaisuuteen. Koska ne koostuvat suuresta määrästä lisäosia, on myös enemmän solmuja, joissa rikkoutuminen voi tapahtua.
Erikseen on mainittava sen alueen ilmasto, jolla turboahdettua konetta käytetään. Koska ahtimen juoksupyörä pyörii joskus yli 10 tuhatta kierrosta minuutissa, se vaatii korkealaatuista voitelua. Kun auto jätetään yöksi, rasva menee öljypohjaan, joten suurin osa yksiköstä, mukaan lukien turbiini, kuivuu.
Jos käynnistät moottorin aamulla ja käytät sitä kunnollisilla kuormilla ilman esilämmitystä, voit tappaa ahtimen. Syynä on, että kuiva kitka kiihdyttää hankaavien osien kulumista. Tämän ongelman poistamiseksi sinun on odotettava vähän, ennen kuin moottori nostetaan suurille kierrosluvuille, kunnes öljy pumpataan koko järjestelmän läpi ja saavuttaa kaukaisimmat solmut.
Kesällä sinun ei tarvitse viettää paljon aikaa tähän. Tällöin öljypohjassa olevalla öljyllä on riittävästi juoksevuutta, jotta pumppu voi pumpata sen nopeasti. Mutta talvella, etenkin ankarissa pakkasissa, tätä tekijää ei voida sivuuttaa. On parempi viettää muutama minuutti järjestelmän lämmittämiseen kuin heittää lyhyen ajan kuluttua kunnollinen määrä uuden turbiinin ostamiseen. Lisäksi on mainittava, että jatkuvan kosketuksen takia pakokaasuihin puhaltimien juoksupyörä voi lämmetä jopa tuhanteen asteeseen.
Jos mekanismi ei saa kunnollista voitelua, joka samanaikaisesti suorittaa laitteen jäähdytystoiminnon, sen osat hieroavat toisiaan vastaan kuivina. Öljykalvon puuttuminen nostaa osien lämpötilaa jyrkästi, mikä antaa niille lämpölaajenemisen ja sen seurauksena niiden kiihtyneen kulumisen.
Varmista kaksoisturboturin luotettava toiminta noudattamalla samoja menettelyjä kuin tavanomaisissa turboahtimissa. Ensinnäkin on tarpeen vaihtaa öljy ajoissa, jota ei käytetä vain voiteluun, vaan myös turbiinien jäähdyttämiseen (voiteluaineen vaihtomenettelystä verkkosivustollamme on erillinen artikkeli).
Toiseksi, koska puhaltimien juoksupyörät ovat suorassa kosketuksessa pakokaasujen kanssa, polttoaineen laadun on oltava korkea. Tämän ansiosta teriin ei kerty hiilipäästöjä, jotka häiritsevät juoksupyörän vapaata pyörimistä.
Lopuksi tarjoamme lyhyen videon turbiinin erilaisista muutoksista ja niiden eroista:
Kysymyksiä ja vastauksia:
Mikä on parempi bi-turbo tai twin-turbo? Nämä ovat moottorin turboahdinjärjestelmiä. Biturbolla varustetuissa moottoreissa turbon viive tasoitetaan ja kiihdytysdynamiikka tasataan. Kaksoisturbojärjestelmässä nämä tekijät eivät muutu, mutta polttomoottorin suorituskyky kasvaa.
Mitä eroa on bi-turbon ja twin-turbon välillä? Biturbo on sarjaan kytketty turbiinijärjestelmä. Niiden peräkkäisen sisällyttämisen ansiosta turbon reikä eliminoituu kiihdytyksen aikana. Twin turbo on vain kaksi turbiinia tehon lisäämiseksi.
Miksi tarvitset kaksoisturbon? Kaksi turbiinia tuovat suuremman määrän ilmaa sylinteriin. Tästä johtuen rekyyli tehostuu BTC:n palamisen aikana - enemmän ilmaa puristetaan samassa sylinterissä.
