Dvostruka turbina: opis dizajna, princip rada, prednosti i nedostaci

Glavni nedostatak motori s turbopunjačem u usporedbi s atmosferskim opcijama, manja je odzivnost zbog činjenice da okretanje turbine traje određeno vrijeme. Razvojem turbopunjača proizvođači razvijaju različiti načini poboljšati njihovu odzivnost, produktivnost i učinkovitost. Najbolja opcija su dvokrilne turbine.

Opće značajke

Pod tim se pojmom podrazumijevaju turbopunjači s dvostrukim ulaznim dijelom i dvostrukim rotorom turbinskog kotača. Od prvih turbina (prije otprilike 30 godina) diferencirane su u varijante s otvorenim i odvojenim ulazom. Potonji su analozi modernih turbopunjača s dvostrukim klizanjem. Najbolji parametri određuju njihovu upotrebu u ugađanju i moto sportu. Osim toga, neki proizvođači ih koriste na serijskim sportskim automobilima kao što su Ace, Ace, Ace itd.

Dizajn i Princip rada

Dvokrilne turbine razlikuju se od konvencionalnih turbina dvostrukim turbinskim kotačem i ulaznim dijelom podijeljenim na dva dijela. Rotor je monolitnog dizajna, ali veličina, oblik i savijanje lopatica variraju u promjeru. Jedan njegov dio dizajniran je za malo opterećenje, drugi za veliko opterećenje.

Princip rada dvostrukih turbina temelji se na odvojenom dovodu ispušnih plinova pod različitim kutovima na turbinski kotač, ovisno o redoslijedu rada cilindara.

U nastavku se detaljnije razmatraju značajke dizajna i kako radi turbina s dvostrukim klizanjem.

Ispušni razvodnik

Glavna važnost za turbopunjače s dvostrukim klizanjem je dizajn ispušnog razvodnika. Temelji se na konceptu spajanja cilindara trkaćih razdjelnika, a određuje se brojem cilindara i redoslijedom njihovog rada. Gotovo svi 4-cilindrični motori rade u redoslijedu 1-3-4-2. U ovom slučaju, jedan kanal kombinira 1 i 4 cilindra, drugi-2 i 3. Na većini 6-cilindričnih motora dovod ispušnih plinova vrši se odvojeno od 1, 3, 5 i 2, 4, 6 cilindara. Kao iznimke treba napomenuti 26. i 2. Oni rade redom 1-5-3-6-2-4.

Stoga se za ove motore 1, 2, 3 cilindri spajaju za jedno radno kolo, 4, 5, 6 – za drugo (pogon turbina organiziran je u odvodu istim redoslijedom). Dakle, imenovani motori odlikuju se pojednostavljenim dizajnom ispušnog razvodnika, koji kombinira prva i posljednja tri cilindra u dva kanala.

Osim spajanja cilindara određenim redoslijedom, vrlo su važne i druge značajke razdjelnika. Prije svega, oba kanala moraju imati jednaku duljinu i jednak broj zavoja. To je zbog potrebe da se osigura isti tlak isporučenih ispušnih plinova. Osim toga, važno je uskladiti prirubnicu turbine na razdjelniku oblik i veličina njezin ulaz. Konačno, kako bi se osigurale najbolje performanse, potrebno je točno podudaranje dizajna kolektora s vrijednošću turbine i/o.

Potreba za korištenjem ispušnog razvodnika odgovarajućeg dizajna za turbine s dvostrukim klizanjem određuje se činjenicom da će u slučaju korištenja konvencionalnog razvodnika takav turbopunjač raditi kao jednokrilni. Isto će se primijetiti kada kombinirate turbinu s jednom scroll s kolektorom za dvostruku scroll.

Impulsna interakcija cilindara

Jedna od značajnih prednosti dvokrilnih turbopunjača, koja određuje njihove prednosti u odnosu na jednokrilne, je značajno smanjenje ili uklanjanje međusobnog utjecaja cilindara impulsima ispušnih plinova.

Poznato je da da bi svaki cilindar prošao sva četiri takta, radilica se mora okrenuti na 720. To vrijedi i za 4-i 12-cilindrične motore. Međutim, ako kada okrenete radilicu za 720, prvi cilindri dovrše jedan hod, onda na 12-cilindrima-svi hodovi. Dakle, s povećanjem broja cilindara smanjuje se količina rotacije radilice između istog takta za svaki cilindar. Dakle, na 4-cilindričnim motorima, radni hod se događa svakih 180 oceana u različitim cilindrima. To vrijedi i za hod usisavanja, kompresije i ispuha. Na 6-cilindričnim motorima događa se više događaja u 2 okretaja radilice, tako da su isti ciklusi između cilindara razmaknuti za 120. Za 8-cilindrične motore interval je 90-ih, za 12-cilindarske-60-ih.

Poznato je da bregaste osovine mogu imati fazu od 256 do 312 ili više. Na primjer, možete uzeti motor s fazama 280 usisa i ispuha. Pri ispuštanju ispušnih plinova na takvom 4-cilindričnom motoru, svakih 180-ih, ispušni ventili cilindra bit će otvoreni 100-ih. To je potrebno za podizanje klipa od donje do gornje mrtve točke tijekom ispuha za zadani cilindar. U redoslijedu rada 1-3-2-4 za treći cilindar, ispušni ventili počet će se otvarati kad se završi hod klipa. U ovom trenutku počet će usisni hod u prvom cilindru, a ispušni ventili će se zatvoriti. Tijekom prvih 50 cina otvori ispušnih ventila trećeg cilindra otvorit će se ispušni ventili prvog, a počet će se otvarati i njegovi usisni ventili. Dakle, ventili se preklapaju između cilindara.

Nakon uklanjanja ispušnih plinova iz prvog cilindra, ispušni ventili se zatvaraju i usisni ventili se počinju otvarati. Istodobno se otvaraju ispušni ventili trećeg cilindra, oslobađajući visokoenergetske ispušne plinove. Značajan dio njihovog tlaka i energije koristi se za pogon turbine, a manji dio traži put najmanjeg otpora. Zbog manjeg tlaka zatvaranja ispušnih ventila prvog cilindra u usporedbi s integralnim ulazom turbine, dio ispušnih plinova trećeg cilindra usmjerava se u prvi.

Zbog činjenice da usisni hod započinje u prvom cilindru, usisni naboj razrjeđuje se ispušnim plinovima, gubeći snagu. Na kraju se ventili prvog cilindra zatvaraju, a klip trećeg podiže. Za potonje se otpušta, a situacija razmatrana za cilindar 1 ponavlja se kada se otvore ispušni ventili drugog cilindra. Dakle, uočava se zbrka. Ovaj se problem još više očituje na motorima sa 6 i 8 cilindara s intervalima ispušnog hoda između cilindara od 120, odnosno 90, odnosno. U tim slučajevima dolazi do još dužeg preklapanja ispušnih ventila dvaju cilindara.

Zbog nemogućnosti promjene broja cilindara, ovaj se problem može riješiti povećanjem intervala između sličnih taktova primjenom turbopunjača. U slučaju korištenja dvije turbine na 6-i 8-cilindričnim motorima, cilindri se mogu kombinirati za pogon svake od njih. U tom će se slučaju intervali između sličnih događaja ispušnih ventila udvostručiti. Na primjer, za IAS26 možete kombinirati cilindre 1-3 za prednju turbinu i 4-6 za stražnju. Na taj se način eliminira uzastopno aktiviranje cilindara za jednu turbinu. Stoga se interval između događaja ispušnih ventila za cilindre jednog turbopunjača povećava sa 120 na 240.

S obzirom na činjenicu da dvokrilna turbina ima odvojeni ispušni razvodnik, u tom je smislu slična sustavu s dva turbopunjača. Dakle, 4-cilindrični motori s dvije turbine ili dvocilindričnim turbopunjačem imaju interval od 360 oceana između događaja. 8-cilindrični motori sa sličnim sustavima pojačanja imaju isti interval. Vrlo dugo razdoblje duže od trajanja podizanja ventila eliminira njihovo preklapanje za cilindre jedne turbine.

Na taj način motor uvlači više zraka i izvlači ostatke ispušnih plinova niskog tlaka, puneći cilindre gušćim, čistijim punjenjem, što omogućuje intenzivnije izgaranje koje poboljšava performanse. Osim toga, veća volumetrijska učinkovitost i bolje čišćenje omogućuju veće kašnjenje paljenja koje održava vršnu temperaturu u cilindrima. Zbog toga je učinkovitost dvostrukih scroll turbina 7-8% veća u usporedbi s jednostrukim scroll turbinama s 5% boljom potrošnjom goriva.

Prema IPA-IPA, dvokrilni turbopunjači u usporedbi s jednokrilnim turbopunjačima odlikuju se većim prosječnim tlakom i učinkovitošću cilindra, ali manjim vršnim tlakom u cilindru i povratnim tlakom na izlazu. Dvokrilni sustavi imaju veći protutlak pri malim okretajima (promicanje pojačanja), a manji pri visokim (povećanje performansi). Konačno, motor s takvim sustavom pojačanja manje je osjetljiv na negativne učinke širokofaznih bregastih osovina.

Izvedba

Gore su navedeni teorijski položaji funkcioniranja turbine. Što to daje u praksi, utvrđuje se mjerenjima. Takav test, usporedbom s varijantom s jednom scrollom, proveo je časopis ASA na asa 240 asa. Njegova AINTA 24 AINTA razvija do 700 l. s. na kotačima na Oceani85. Motor je opremljen prilagođenim ispušnim razvodnikom i turbopunjačem. Tijekom ispitivanja promijenjeno je samo tijelo turbine s istom vrijednošću as / as. Osim promjene snage i okretnog momenta, ispitivači su ocijenili odziv mjerenjem vremena postizanja određenih okretaja i tlaka prednabijanja u trećem stupnju prijenosa pod sličnim uvjetima pokretanja.

Rezultati su pokazali bolje performanse turbine s dvostrukim klizanjem u cijelom rasponu okretaja. Najveću superiornost u snazi pokazala je u rasponu od 3500 do 6000 o / min. Bolji rezultati pripisuju se većem tlaku prednabijanja pri istim okretajima. Uz to, veći pritisak osigurao je povećanje okretnog momenta usporedivo s učinkom povećanja zapremine motora. Najjasnije se očituje i pri srednjim brzinama. U ubrzanju od 45 do 80 m / h (3.100-5.600 o / min), turbina s dvostrukom scrollom zaobišla je single scrol za 0,49 s (2,93 s u odnosu na 3,42), dajući razliku od tri tijela. Odnosno, kada automobil s turbopunjačem sa signalom dosegne 80 m / h, verzija s dvostrukim klizanjem putovat će 3 duljine automobila ispred brzinom od 95 m / h. U rasponu brzina od 60-100 m / h (4.200-7.000 o / min), superiornost turbine s dvostrukim klizanjem pokazala se manje značajnom i iznosila je 0,23 s (1,75 naspram 1,98 s)i 5 m/H (105 naspram 100 m/h). Što se tiče brzine postizanja određenog tlaka, dvokrilni turbopunjač je oko 0,6 s ispred jednokrilnog. Dakle, na 30, razlika je 400 o / min (5500 vs 5100 o / min).

Još jedna usporedba provedena je s 2,3 l motora s 2,3 l s turbinom. U ovom slučaju, računalnom simulacijom uspoređena je brzina protoka ispušnih plinova u svakom kanalu. Za turbinu s dvostrukim klizanjem raspon ove vrijednosti iznosio je do 4%, dok je za turbinu s jednim klizanjem iznosio 15%. Bolja konzistentnost protoka ukazuje na manje gubitke pri miješanju i veću energiju impulsa za turbopunjače s dvostrukim klizanjem.

Prednosti i nedostaci

Turbine s dvostrukim klizanjem karakteriziraju mnoge prednosti u odnosu na varijante s jednim klizanjem. To uključuje:

• poboljšane performanse u cijelom rasponu okretaja;
• bolji odziv;
• manji gubitak pri miješanju;
• povećana energija impulsa po turbinskom kotaču;
• bolja učinkovitost pojačanja;
• veći okretni moment na dnu sličan je dvostrukom turbo sustavu;
• smanjenje slabljenja usisnog punjenja kada se ventili preklapaju između cilindara;
• snižavanje temperature ispušnih plinova;
• smanjenje gubitaka impulsa motora;
• smanjena potrošnja goriva.

Glavni nedostatak je velika složenost dizajna, što uzrokuje povećane troškove. Također, pod visokim tlakom pri visokim okretajima, odvajanje protoka plina neće omogućiti iste vršne performanse kao na turbini s jednom scroll.

Strukturno, dvostruke turbine predstavljaju analog sustava s dva turbopunjača (bi-turbo i dvostruki turbo). U usporedbi s njima, takve turbine, naprotiv, imaju prednosti u cijeni i jednostavnosti dizajna. Ovim uživaju neki proizvođači, kao što su, na primjer, BMW, заменившая sustav twin-turbo na N54B30 1-Series M Coupe na твинскрольный turbopunjača na N55B30 M2.

Treba napomenuti da postoje još tehnički naprednije verzije turbina koje predstavljaju najviši stupanj njihovog razvoja-turbopunjači s promjenjivom geometrijom. Općenito, imaju iste prednosti u odnosu na konvencionalne turbine kao i dvokrilne, ali u većoj mjeri. Međutim, takvi turbopunjači imaju znatno složeniji dizajn. Osim toga, teško ih je konfigurirati na motorima koji nisu izvorno dizajnirani za takve sustave zbog činjenice da ih kontrolira upravljačka jedinica motora. Konačno, glavni čimbenik koji uzrokuje izuzetno oskudnu upotrebu ovih turbina na benzinskim motorima je vrlo visoka cijena modela za takve motore. Stoga su i u masovnoj proizvodnji i u ugađanju izuzetno rijetki, ali su široko rasprostranjeni na dizelskim motorima komercijalnih strojeva.

Na 2015. Predstavljen je razvoj koji kombinira tehnologiju dvostrukog skrininga i dizajn s promjenjivom geometrijom-dvostruki skrining turbina promjenjive geometrije. U njegovom dvostrukom ulaznom dijelu ugrađena je zaklopka koja, ovisno o opterećenju, raspoređuje protok duž rotora. Pri malim brzinama sav ispušni plin ide na mali dio rotora, a veliki je blokiran, što omogućuje još brže okretanje od uobičajenog turbine s dvostrukim klizanjem. Kako se opterećenje povećava, zaklopka postupno prelazi u srednji položaj i ravnomjerno raspoređuje protok pri velikim brzinama, kao u standardnom dizajnu s dvostrukim klizanjem. Dakle, ova tehnologija, poput tehnologije promjenjive geometrije, omogućuje promjenu omjera una/u ovisno o opterećenju, prilagođavajući turbinu načinu rada motora, što proširuje radni raspon. Istodobno, s obzirom na dizajn, mnogo je jednostavniji i jeftiniji, jer se ovdje koristi samo jedan pokretni element koji radi prema jednostavnom algoritmu, a nije potrebna uporaba materijala otpornih na toplinu. Treba napomenuti da su se slična rješenja susretala i ranije (na primjer, na primjer, na internetu), ali ova tehnologija iz nekog razloga nije pronašla distribuciju.

Primjena

Kao što je gore spomenuto, dvokrilne turbine često se koriste na serijskim sportskim automobilima. Međutim, prilikom ugađanja njihova je upotreba na mnogim motorima sa sustavima s jednim zaslonom otežana ograničenim prostorom. To je prije svega zbog dizajna kolektora: s jednakom duljinom potrebno je održavati prihvatljive radijalne zavoje i karakteristike protoka. Osim toga, postoji pitanje optimalne duljine i savijanja, kao i materijala i debljina stijenke. Prema IPA-IPA,zbog veće učinkovitosti dvostrukih turbina moguće je koristiti kanale manjeg promjera. Međutim, zbog svog složenog oblika i dvostrukog ulaza, takav je razdjelnik ionako veći, teži i složeniji od uobičajenog zbog većeg broja dijelova. Stoga se možda neće uklopiti na standardno mjesto, zbog čega će biti potrebno promijeniti kućište radilice. Osim toga, same turbine s dvostrukim klizanjem veće su od sličnih turbina s jednim klizanjem. Osim toga, bit će potrebni i drugi apipe i hvatač ulja. Osim toga, za bolje performanse s vanjskim visećim vratima za dvokrilne sustave koriste se dva viseća vrata (po jedan po rotoru) umjesto cijevi u obliku teleskopa.

U svakom slučaju, moguće je ugraditi turbinu s dvostrukim klizanjem na VAZ i zamijeniti je turbopunjačem s jednim klizanjem u odnosu na. Razlika je u cijeni i količini rada na pripremi motora: ako je na serijskim turbo motorima, ako ima prostora, obično dovoljno zamijeniti ispušni razvodnik i neke druge dijelove i izvršiti podešavanje, tada atmosferski motori zahtijevaju mnogo ozbiljniju intervenciju za turbopunjenje. Međutim, u drugom slučaju, razlika u složenosti instalacije (ali ne i troškovima) sustava s dvostrukim i jednostrukim zaslonom je beznačajna.

Zaključci

Dvokrilne turbine, zahvaljujući odvojenom dovodu ispušnih plinova na dvostruki turbinski kotač i uklanjanju međusobnog impulsnog utjecaja cilindara, pružaju bolje performanse, odziv i učinkovitost u usporedbi s varijantama s jednim klizanjem. Međutim, izgradnja takvog sustava može biti vrlo skupa. Sve u svemu, to je optimalno rješenje za povećanje odziva bez gubitka maksimalne performanse za turbo motore.