„Twin Turbo“ sistema
Turinys
Jei pagal nutylėjimą dyzeliniame variklyje yra turbina, tada benzininis variklis gali lengvai išsiversti be turbokompresoriaus. Nepaisant to, šiuolaikinėje automobilių pramonėje automobilio turbokompresorius nebėra laikomas egzotika (išsamiai aprašyta, koks tai mechanizmas ir kaip jis veikia, aprašyta kitame straipsnyje).
Kai kurių naujų automobilių modelių aprašyme minimas toks dalykas kaip biturbo ar dvivietis turbo. Pasvarstykime, kokia tai sistema, kaip ji veikia, kaip joje galima sujungti kompresorius. Apžvalgos pabaigoje aptarsime „twin turbo“ privalumus ir trūkumus.
Kas yra „Twin Turbo“?
Pradėkime nuo terminijos. Frazė biturbo visada reikš, kad, pirma, tai yra turbokompresoriaus tipo variklis, antra, priverstinio oro įpurškimo į cilindrus schema apims dvi turbinas. Biturbo ir twin-turbo skirtumas yra tas, kad pirmuoju atveju naudojamos dvi skirtingos turbinos, o antruoju jos yra vienodos. Kodėl – išsiaiškinsime šiek tiek vėliau.
Noras pasiekti pranašumą lenktynėse paskatino automobilių gamintojus ieškoti būdų, kaip pagerinti standartinio vidaus degimo variklio veikimą be drastiškų intervencijų į jo dizainą. Efektyviausias sprendimas buvo papildomo oro pūtimo įvedimas, dėl kurio į cilindrus patenka daugiau tūrio, o įrenginio efektyvumas padidėja.
Tie, kurie bent kartą gyvenime yra vairavę automobilį su turbininiu varikliu, pastebėjo, kad kol variklis neįsijungia iki tam tikro greičio, tokio automobilio dinamika švelniai tariant yra lėta. Bet kai tik pradeda veikti turbo, padidėja variklio reakcija, tarsi azoto oksidas patektų į cilindrus.
Tokių įrenginių inercija paskatino inžinierius galvoti apie dar vienos turbinų modifikacijos sukūrimą. Iš pradžių šių mechanizmų tikslas buvo būtent pašalinti šį neigiamą poveikį, kuris turėjo įtakos įsiurbimo sistemos efektyvumui (daugiau apie tai skaitykite kitoje apžvalgoje).
Laikui bėgant, siekiant sumažinti degalų sąnaudas, tačiau kartu padidinti vidaus degimo variklio našumą, imta naudoti turbokompresorių. Diegimas leidžia išplėsti sukimo momento diapazoną. Klasikinė turbina padidina oro srauto greitį. Dėl šios priežasties į cilindrą patenka didesnis tūris nei įsiurbto, o degalų kiekis nesikeičia.
Dėl šio proceso padidėja suspaudimas, kuris yra vienas iš pagrindinių parametrų, turinčių įtakos variklio galiai (kaip jį išmatuoti, skaitykite čia). Laikui bėgant automobilių derinimo entuziastai nebebuvo patenkinti gamykline įranga, todėl sportinių automobilių modernizavimo įmonės pradėjo naudoti skirtingus mechanizmus, kurie įpurškia orą į cilindrus. Dėl įdiegtos papildomos slėgio sistemos specialistams pavyko išplėsti variklių potencialą.
Tolesniam variklių turbinos vystymuisi pasirodė „Twin Turbo“ sistema. Palyginti su klasikine turbina, šis agregatas leidžia išgauti dar daugiau galios iš vidaus degimo variklio ir suteikia papildomų galimybių automatinio derinimo entuziastams modernizuoti savo transporto priemonę.
Kaip veikia „Twin Turbo“?
Įprastas laisvo oro įsiurbimo variklis veikia tuo principu, kad įsiurbimo trakte esančius stūmoklius sukuria vakuumas gryname ore. Kai srautas juda kelyje, į jį patenka nedidelis kiekis benzino (benzininio variklio atveju), jei tai yra karbiuratorinis automobilis arba kuro įpurškiama dėl purkštuvo veikimo (skaitykite daugiau apie tai, kas priverstinio kuro tiekimo rūšys).
Suspaudimas tokiame variklyje tiesiogiai priklauso nuo švaistiklių parametrų, cilindro tūrio ir kt. Kalbant apie įprastą turbiną, dirbant su išmetamųjų dujų srautu, jos sparnuotė padidina orą, patenkantį į cilindrus. Tai padidina variklio efektyvumą, nes deginant oro ir kuro mišinį išsiskiria daugiau energijos ir padidėja sukimo momentas.
„Twin turbo“ veikia panašiai. Tik šioje sistemoje variklio „apgalvotumas“ pašalinamas, kai sukasi turbinos sparnuotė. Tai pasiekiama įdiegus papildomą mechanizmą. Mažas kompresorius pagreitina turbinos pagreitį. Vairuotojui paspaudus dujų pedalą, toks automobilis įsibėgėja greičiau, nes variklis beveik akimirksniu reaguoja į vairuotojo veiksmus.
Verta paminėti, kad antrasis šios sistemos mechanizmas gali turėti skirtingą dizainą ir veikimo principą. Pažangesnėje versijoje mažesnė turbina sukama su mažiau stipriu išmetamųjų dujų srautu, o tai padidina įeinantį srautą esant mažesniam greičiui, o vidaus degimo variklio nereikia sukti iki galo.
Tokia sistema veiks pagal šią schemą. Užvedus variklį, automobiliui stovint, įrenginys veikia tuščiąja eiga. Įsiurbimo trakte dėl cilindrų vakuumo susidaro natūralus gryno oro judėjimas. Šį procesą palengvina maža turbina, kuri pradeda suktis esant mažam apsisukimui. Šis elementas šiek tiek padidina trauką.
Kylant alkūninio veleno apsisukimams, išmetamosios dujos tampa intensyvesnės. Šiuo metu mažesnis kompresorius sukasi daugiau ir perteklinis išmetamųjų dujų srautas pradeda veikti pagrindinį įrenginį. Padidėjus sparnuotės greičiui, padidėjęs oro tūris patenka į įleidimo traktą dėl didesnės traukos.
Dvigubas stiprinimas pašalina griežtą galios pokytį, esantį klasikiniuose dyzeliuose. Esant vidutiniam vidaus degimo variklio greičiui, kai didžioji turbina dar tik pradeda suktis, mažasis kompresorius pasiekia maksimalų greitį. Kai į cilindrą patenka daugiau oro, susidaro išmetamųjų dujų slėgis, varantis pagrindinį kompresorių. Šis režimas pašalina pastebimą skirtumą tarp maksimalaus variklio sūkių sukimo momento ir įtraukimo į turbiną.
Kai vidaus degimo variklis pasiekia maksimalų greitį, kompresorius taip pat pasiekia ribinį lygį. Dvigubo stiprinimo konstrukcija suprojektuota taip, kad įtraukus didelį kompresorių, mažesnis kolega neleistų perkrauti ir neperkrauti.
Dvigubas automobilių kompresorius tiekia slėgį įsiurbimo sistemoje, kurio neįmanoma pasiekti naudojant įprastą kompresorių. Varikliuose su klasikinėmis turbinomis visada būna turbo atsilikimas (pastebimas jėgos bloko galios skirtumas tarp maksimalaus greičio pasiekimo ir turbinos įjungimo). Prijungus mažesnį kompresorių, šis efektas pašalinamas, užtikrinant sklandžią variklio dinamiką.
Dviejų turbokompresorių atveju sukimo momentas ir galia (skaitykite apie šių sąvokų skirtumą kitame straipsnyje) maitinimo bloko išvystomas platesnis apsisukimų dažnių diapazonas nei panašaus variklio su vienu kompresoriumi.
Pripūtimo schemų su dviem turbokompresoriais tipai
Taigi, turbokompresorių veikimo teorija įrodė jų praktiškumą saugiai padidinti jėgainės galią nekeičiant paties variklio konstrukcijos. Dėl šios priežasties skirtingų kompanijų inžinieriai sukūrė tris efektyvius dvigubų turbinų tipus. Kiekvienas sistemos tipas bus sutvarkytas savaip ir turės šiek tiek kitokį veikimo principą.
Šiandien automobiliuose montuojamos tokio tipo dvigubos turbokompresorių sistemos:
- Lygiagretus;
- Nuoseklus;
- Žengė.
Kiekvienas tipas skiriasi ventiliatorių prijungimo schema, jų dydžiais, momentu, kai kiekvienas iš jų bus pradėtas eksploatuoti, taip pat slėgio proceso charakteristikomis. Apsvarstykime kiekvieną sistemos tipą atskirai.
Lygiagrečios turbinos prijungimo schema
Daugeliu atvejų V formos cilindro bloko konstrukcijos varikliuose naudojamas lygiagretus turbokompresoriaus tipas. Tokios sistemos įtaisas yra toks. Kiekvienai cilindro sekcijai reikalinga viena turbina. Jie turi tuos pačius matmenis ir taip pat eina lygiagrečiai vienas kitam.
Išmetamosios dujos tolygiai pasiskirsto išmetimo kanaluose ir patenka į kiekvieną turbokompresorių tais pačiais kiekiais. Šie mechanizmai veikia taip pat, kaip ir varikliuose su viena turbina. Vienintelis skirtumas yra tas, kad šio tipo biturbo turi du identiškus pūtiklius, tačiau kiekvieno iš jų oras nėra paskirstytas sekcijose, o nuolat įleidžiamas į bendrą įsiurbimo sistemos traktą.
Jei palyginsime tokią schemą su viena turbinos sistema linijiniame maitinimo bloke, tai šiuo atveju dvigubą turbinos konstrukciją sudaro dvi mažesnės turbinos. Tam reikia mažiau energijos sukant jų sparnuotes. Dėl šios priežasties kompresoriai jungiami mažesniu greičiu nei viena didelė turbina (mažesnė inercija).
Šis išdėstymas pašalina tokio aštraus turbo atsilikimo susidarymą, kuris atsiranda įprastuose vidaus degimo varikliuose su vienu kompresoriumi.
Nuoseklus įtraukimas
Serijos „Biturbo“ tipas taip pat numato dviejų identiškų orapūtių montavimą. Tik jų darbas kitoks. Pirmasis tokios sistemos mechanizmas veiks nuolat. Antrasis įtaisas prijungtas tik tam tikru variklio darbo režimu (kai padidėja jo apkrova arba padidėja alkūninio veleno greitis).
Valdymą tokioje sistemoje teikia elektronika arba vožtuvai, reaguojantys į praeinančio srauto slėgį. ECU, pagal užprogramuotus algoritmus, nustato, kurią akimirką reikia prijungti antrąjį kompresorių. Jo pavara užtikrinama neįjungus atskiro variklio (mechanizmas vis tiek veikia tik išmetamųjų dujų srauto slėgiu). Valdymo blokas įjungia sistemos, valdančios išmetamųjų dujų judėjimą, pavaros. Tam naudojami vožtuvai su elektrine pavara (paprastesnėse sistemose tai yra įprasti vožtuvai, reaguojantys į fizinę tekančio srauto jėgą), kurie atveria / uždaro prieigą prie antrojo pūstuvo.
Kai valdymo blokas visiškai atveria prieigą prie antrosios pavaros sparnuotės, abu įtaisai veikia lygiagrečiai. Dėl šios priežasties ši modifikacija taip pat vadinama serijiniu lygiagrečiu. Dviejų pūstuvų veikimas leidžia sureguliuoti didesnį įeinančio oro slėgį, nes jų tiekimo sparnuotės yra sujungtos su vienu įleidimo kanalu.
Šiuo atveju taip pat montuojami mažesni kompresoriai nei įprastoje sistemoje. Tai taip pat sumažina turbo atsilikimo efektą ir užtikrina didžiausią sukimo momentą esant mažesniam variklio sūkiui.
Šis biturbo tipas montuojamas tiek dyzeliniuose, tiek benzininiuose varikliuose. Sistemos konstrukcija leidžia įdiegti net ne du, o tris nuosekliai tarpusavyje sujungtus kompresorius. Tokios modifikacijos pavyzdys yra BMW („Triple Turbo“) kūrimas, kuris buvo pristatytas 2011 m.
Žingsnio schema
Pakopinė dvigubo slinkties sistema laikoma pažangiausiu dvigubo turbokompresoriaus tipu. Nepaisant to, kad jis egzistuoja nuo 2004 m., Dviejų pakopų kompresoriaus tipas techniškai įrodė savo efektyvumą. Šis „Twin Turbo“ montuojamas ant kai kurių „Opel“ sukurtų dyzelinių variklių tipų. „Borg Wagner Turbo Sistems“ pakopinis kompresorius yra sumontuotas kai kuriuose „BMW“ ir „Cummins“ vidaus degimo varikliuose.
Turbokompresoriaus schemą sudaro du skirtingo dydžio kompresoriai. Jie montuojami nuosekliai. Išmetamųjų dujų srautą valdo elektrovarikliai, kurių veikimas valdomas elektroniniu būdu (yra ir mechaninių vožtuvų, kuriuos valdo slėgis). Be to, sistemoje yra vožtuvai, kurie keičia išleidimo srauto kryptį. Tai leis suaktyvinti antrąją turbiną ir išjungti pirmąją, kad ji nesugestų.
Sistema turi tokį veikimo principą. Išmetimo kolektoriuje sumontuotas apvadinis vožtuvas, kuris nutraukia srautą iš žarnos, einančios į pagrindinę turbiną. Kai variklis dirba mažu apsisukimu, ši atšaka uždaroma. Dėl to išmetamosios dujos praeina per mažą turbiną. Dėl minimalios inercijos šis mechanizmas suteikia papildomą oro kiekį net esant mažoms ICE apkrovoms.
Tada srautas juda per pagrindinį turbinos darbaratį. Kadangi jo peiliai pradeda suktis esant didesniam slėgiui, kol variklis pasiekia vidutinį greitį, antrasis mechanizmas lieka nejudantis.
Taip pat įleidimo kanale yra apvadinis vožtuvas. Mažu greičiu jis uždaromas, o oro srautas praktiškai vyksta be injekcijos. Vairuotojui padidinus variklio sūkius, mažoji turbina daugiau sukasi, padidindama slėgį įleidimo trakte. Tai savo ruožtu padidina išmetamųjų dujų slėgį. Kai slėgis išmetimo linijoje tampa stipresnis, aplinkkelio vožtuvas šiek tiek atsidaro, todėl mažoji turbina ir toliau sukasi, o dalis srauto nukreipiama į didelį ventiliatorių.
Pamažu didelis ventiliatorius pradeda suktis. Didėjant alkūninio veleno greičiui, šis procesas sustiprėja, dėl to vožtuvas tampa labiau atidarytas ir kompresorius sukasi labiau.
Kai vidaus degimo variklis pasiekia vidutinį greitį, mažoji turbina jau veikia maksimaliai, o pagrindinis kompresorius ką tik pradėjo suktis, tačiau nepasiekė maksimalaus. Pirmojo etapo metu išmetamosios dujos praeina pro mažo mechanizmo sparnuotę (jo mentės sukasi įsiurbimo sistemoje) ir per pagrindinio kompresoriaus mentes pašalinamos į katalizatorių. Šiame etape oras įsiurbiamas per didelio kompresoriaus sparnuotę ir praleidžiamas per besisukančią mažesnę pavarą.
Pirmojo etapo pabaigoje išmetimo kanalas yra visiškai atidarytas, o išmetamųjų dujų srautas jau visiškai nukreiptas į pagrindinį darbinį sparną. Šis mechanizmas sukasi stipriau. Aplinkkelio sistema sureguliuojama taip, kad šiame etape mažas pūstuvas būtų visiškai išjungtas. Priežastis ta, kad pasiekus vidutinį ir maksimalų didelės turbinos greitį, jis sukuria tokią stiprią galvą, kad pirmasis etapas paprasčiausiai neleidžia jai tinkamai patekti į cilindrus.
Antroje slėgio stadijoje išmetamosios dujos praeina pro mažą sparnuotę, o įeinantis srautas nukreipiamas aplink mažą mechanizmą - tiesiai į cilindrus. Šios sistemos dėka automobilių gamintojai, pasiekdami didžiausią alkūninio veleno apsisukimų skaičių, galėjo pašalinti didelį skirtumą tarp didelio sukimo momento esant minimaliam apsisukimui ir didžiausios galios. Šis efektas buvo nuolatinis bet kurio įprastinio dyzelinio variklio su kompresoriumi palydovas.
Privalumai ir trūkumai dvigubam turbokompresoriui
„Biturbo“ retai montuojamas mažos galios varikliuose. Iš esmės tai yra įranga, kuria remiamasi galingoms mašinoms. Tik tokiu atveju galima paimti optimalų sukimo momento indikatorių jau esant mažesnėms apsukoms. Be to, nedideli vidaus degimo variklio matmenys nėra kliūtis padidinti galios bloko galią. Dviejų turbokompresorių dėka, palyginti su natūraliai įsiurbiamu kolega, kuris išvysto identišką galią, pasiekiama tinkama degalų ekonomija.
Viena vertus, yra naudos iš įrangos, kuri stabilizuoja pagrindinius procesus arba padidina jų efektyvumą. Kita vertus, tokie mechanizmai nėra be papildomų trūkumų. Dvigubas turbokompresorius nėra išimtis. Tokia sistema turi ne tik teigiamų aspektų, bet ir rimtų trūkumų, dėl kurių kai kurie vairuotojai atsisako pirkti tokius automobilius.
Pirmiausia apsvarstykite sistemos pranašumus:
- Pagrindinis sistemos privalumas yra turbo atsilikimo pašalinimas, būdingas visiems vidaus degimo varikliams, kuriuose sumontuota įprasta turbina;
- Variklis lengviau persijungia į maitinimo režimą;
- Skirtumas tarp didžiausio sukimo momento ir galios yra žymiai sumažintas, nes padidinus oro slėgį įsiurbimo sistemoje, dauguma niutonų lieka prieinami platesniame variklio sūkių diapazone;
- Sumažina degalų sąnaudas, reikalingas maksimaliai galiai pasiekti;
- Kadangi papildoma automobilio dinamika pasiekiama esant mažesniam variklio sūkių skaičiui, vairuotojui nereikia tiek jo sukti;
- Sumažinus vidaus degimo variklio apkrovą, sumažėja tepalų susidėvėjimas, o aušinimo sistema neveikia padidėjusiu režimu;
- Išmetamosios dujos nėra paprasčiausiai išleidžiamos į atmosferą, tačiau šio proceso energija naudojama naudingai.
Dabar atkreipkime dėmesį į pagrindinius „twin turbo“ trūkumus:
- Pagrindinis trūkumas yra įsiurbimo ir išmetimo sistemų konstrukcijos sudėtingumas. Tai ypač pasakytina apie naujas sistemos modifikacijas;
- Tas pats veiksnys turi įtakos sistemos kainai ir priežiūrai - kuo sudėtingesnis mechanizmas, tuo brangesnis jo remontas ir derinimas;
- Kitas trūkumas taip pat siejamas su sistemos projektavimo sudėtingumu. Kadangi jie susideda iš daugybės papildomų dalių, yra ir daugiau mazgų, kuriuose gali atsirasti lūžių.
Atskirai reikėtų paminėti vietovės, kurioje veikia turbokompresorinė mašina, klimatą. Kadangi kompresoriaus sparnuotė kartais sukasi virš 10 tūkstančių aps./min., Jį reikia kokybiškai tepti. Palikus automobilį per naktį, riebalai patenka į karterį, todėl dauguma agregato dalių, įskaitant turbiną, tampa sausa.
Jei užvesite variklį ryte ir naudosite jį tinkamai padirbdami be išankstinio pašildymo, galite užmušti kompresorių. Priežastis ta, kad sausa trintis pagreitina trinančių dalių susidėvėjimą. Norėdami pašalinti šią problemą, prieš pakeldami variklį iki didelių sūkių, turite šiek tiek palaukti, kol alyva pumpuojama per visą sistemą ir pasiekia tolimiausius mazgus.
Vasarą tam nereikia skirti daug laiko. Tokiu atveju alyvos karteryje yra pakankamai skysčio, kad siurblys galėtų greitai jį perpumpuoti. Tačiau žiemą, ypač esant stipriam šalčiui, šio veiksnio negalima ignoruoti. Geriau praleisti keletą minučių šildant sistemą, nei po trumpo laiko išmesti padorų kiekį naujos turbinos įsigijimui. Be to, reikėtų paminėti, kad dėl nuolatinio kontakto su išmetamosiomis dujomis orapūtės sparnuotė gali įkaisti iki tūkstančio laipsnių.
Jei mechanizmas nebus tinkamai suteptas, o tai lygiagrečiai atlieka prietaiso aušinimo funkciją, jo dalys trinsis viena ant kitos sausai. Jei nėra alyvos plėvelės, staigiai padidės dalių temperatūra, užtikrinant jų šiluminį išsiplėtimą ir dėl to pagreitintą jų nusidėvėjimą.
Norėdami užtikrinti patikimą dvigubo turbokompresoriaus veikimą, atlikite tas pačias procedūras kaip ir įprastų turbokompresorių atveju. Pirma, reikia laiku pakeisti alyvą, kuri naudojama ne tik tepimui, bet ir turbinų aušinimui (apie tepalo keitimo procedūrą mūsų svetainėje atskiras straipsnis).
Antra, kadangi pūstuvų sparnuotės tiesiogiai liečiasi su išmetamosiomis dujomis, degalų kokybė turi būti aukšta. Dėl to ant peilių nesikaups anglies nuosėdos, kurios trukdo laisvai sukti sparną.
Apibendrinant, siūlome trumpą vaizdo įrašą apie įvairias turbinos modifikacijas ir jų skirtumus:
Klausimai ir atsakymai:
Kas geriau dvi turbo ar dvigubas turbo? Tai variklių turbokompresoriaus sistemos. Varikliuose su biturbo turbinos lagas yra išlygintas, o pagreičio dinamika išlyginta. Dviejų turbinų sistemoje šie veiksniai nesikeičia, tačiau didėja vidaus degimo variklio našumas.
Kuo skiriasi „bi-turbo“ ir „twin-turbo“? Biturbo yra nuosekliai sujungta turbinų sistema. Dėl jų nuoseklaus įtraukimo pagreičio metu pašalinama turbo anga. Dvi turbina yra tik dvi turbinos, skirtos padidinti galią.
Kodėl jums reikia dvigubo turbo? Dvi turbinos tiekia didesnį oro kiekį į cilindrą. Dėl šios priežasties BTC degimo metu sustiprėja atatranka – tame pačiame cilindre suspaudžiama daugiau oro.
