Twin Turbo süsteem
Sisu
Kui diiselmootor on vaikimisi varustatud turbiiniga, siis saab bensiinimootor ilma turbokompressorita lihtsalt hakkama. Sellest hoolimata ei peeta kaasaegses autotööstuses auto turbolaadurit enam eksootiliseks (üksikasjalikult selle kohta, milline mehhanism see on ja kuidas see töötab, kirjeldatakse seda teises artiklis).
Mõne uue automudeli kirjelduses mainitakse sellist asja nagu biturbo või kaksikturbo. Mõelgem, milline süsteem see on, kuidas see töötab, kuidas kompressoreid saab selles ühendada. Ülevaate lõpus arutame kaksikturbo plusse ja miinuseid.
Mis on Twin Turbo?
Alustame terminoloogiast. Väljend biturbo tähendab alati seda, et esiteks on see turboülelaaduriga mootor ja teiseks sisaldab silindritesse sundõhu sissepritse skeem kahte turbiini. Biturbo ja twin-turbo erinevus seisneb selles, et esimesel juhul kasutatakse kahte erinevat turbiini ja teisel juhul on need samad. Miks – me selgitame välja veidi hiljem.
Soov saavutada võidusõidus paremus on ajendanud autotootjaid otsima võimalusi tavalise sisepõlemismootori jõudluse parandamiseks ilma drastiliste sekkumisteta selle disaini. Ja kõige tõhusam lahendus oli täiendava õhupuhuri kasutuselevõtt, mille tõttu silindritesse siseneb suurem maht ja seadme efektiivsus suureneb.
Need, kes on vähemalt korra elus turbiinimootoriga autot juhtinud, märkasid, et seni kuni mootor teatud kiirusele pöörleb, on sellise auto dünaamika pehmelt öeldes loid. Kuid niipea, kui turbo tööle hakkab, suureneb mootori reageerimisvõime, justkui oleks dilämmastikoksiid silindritesse sattunud.
Selliste seadmete inerts ajendas insenere mõtlema turbiinide uue modifikatsiooni loomisele. Esialgu oli nende mehhanismide eesmärk just selle negatiivse mõju kõrvaldamine, mis mõjutas sisselaske süsteemi tõhusust (loe selle kohta lähemalt teises ülevaates).
Aja jooksul hakati kütusekulu vähendamiseks kasutama turbolaadurit, kuid samal ajal suurendama sisepõlemismootori jõudlust. Paigaldamine võimaldab teil pöördemomendi vahemikku laiendada. Klassikaline turbiin suurendab õhuvoolu kiirust. Selle tõttu siseneb silindrisse suurem maht kui õhus oleval ja kütusekogus ei muutu.
Selle protsessi tõttu suureneb kompressioon, mis on üks mootori võimsust mõjutavaid põhiparameetreid (selle mõõtmiseks lugege siin). Aja jooksul polnud autode häälestamise entusiastid enam tehase seadmetega rahul, mistõttu hakkasid sportautode moderniseerimisettevõtted kasutama erinevaid mehhanisme, mis süstivad silindritesse õhku. Tänu täiendava survesüsteemi kasutuselevõtule õnnestus spetsialistidel mootorite potentsiaali laiendada.
Mootorite turbo edasise arenguna ilmus süsteem Twin Turbo. Võrreldes klassikalise turbiiniga võimaldab see paigaldus teil sisepõlemismootorilt veelgi rohkem energiat välja võtta ja automaatse häälestamise harrastajatele pakub see täiendavat potentsiaali oma sõiduki täiendamiseks.
Kuidas kaksikturbo töötab?
Tavapärane vabalthingav mootor töötab sisselaskekanalis olevate kolvide abil vaakumi abil värske õhu sisse tõmbamise põhimõttel. Voolu liikumisel mööda rada siseneb sinna väike kogus bensiini (bensiini sisepõlemismootori korral), kui tegemist on karburaatoriga autoga või siis pihustatakse pihusti töötamise tõttu kütust (loe lähemalt sunnitud kütusevarustuse tüübid).
Sellise mootori kokkusurumine sõltub otseselt kepsude parameetritest, silindri mahust jne. Mis puutub tavalisse turbiini, siis heitgaaside voolu kallal töötades suurendab selle tiivik silindritesse sisenevat õhku. See suurendab mootori efektiivsust, kuna õhu ja kütuse segu põlemisel eraldub rohkem energiat ja pöördemoment suureneb.
Kaksikturbo töötab sarnaselt. Ainult selles süsteemis kaob turbiini tiiviku pöörlemisel mootori "läbimõelduse" mõju. See saavutatakse täiendava mehhanismi paigaldamisega. Väike kompressor kiirendab turbiini kiirendust. Kui juht vajutab gaasipedaali, kiirendab selline auto kiiremini, kuna mootor reageerib juhi tegevusele peaaegu koheselt.
Tasub mainida, et selle süsteemi teisel mehhanismil võib olla erinev disain ja tööpõhimõte. Täiustatud versioonis keerutatakse väiksem turbiin vähem tugeva heitgaasivooluga, mis suurendab sissetulevat voogu väiksematel kiirustel ja sisepõlemismootorit pole vaja lõpuni keerutada.
Selline süsteem töötab vastavalt järgmisele skeemile. Kui mootor käivitatakse ja auto seisab, töötab seade tühikäigul. Sisselaskekanalis moodustub silindrites sisalduva vaakumi tõttu värske õhu loomulik liikumine. Seda protsessi hõlbustab väike turbiin, mis hakkab pöörlema madalatel pööretel. See element tagab veojõu kerge tõusu.
Väntvõlli pöörete suurenemisel muutub heitgaas intensiivsemaks. Sel ajal pöörleb väiksem kompressor rohkem ja ülemäärane heitgaasivool hakkab mõjutama põhiseadet. Tööratta kiiruse suurenemisega siseneb suurema tõukejõu tõttu sisselasketrakti suurenenud õhuhulk.
Kahekordne võimendus välistab karmi jõuülekande, mis on klassikalistes diislites. Sisepõlemismootori keskmise pöörlemiskiiruse korral, kui suur turbiin alles hakkab pöörlema, saavutab väike ülelaadur maksimaalse kiiruse. Kui silindrisse siseneb rohkem õhku, tekib heitgaasi rõhk, mis ajab peamise ülelaaduri. See režiim välistab märgatava erinevuse mootori maksimaalse pöörete pöördemomendi ja turbiini kaasamise vahel.
Kui sisepõlemismootor saavutab maksimaalse pöörlemiskiiruse, saavutab kompressor ka piirnormi. Kahekordse võimendusega disain on loodud nii, et suure ülelaaduri kaasamine väldib väiksema kolleegi ülekoormamist ülekoormusest.
Topeltautokompressor annab sisselaskesüsteemis rõhu, mida pole võimalik saavutada tavapärase ülelaadimisega. Klassikaliste turbiinidega mootorites on alati turbo viivitus (märgatav erinevus jõuüksuse võimsuses maksimaalse kiiruse saavutamise ja turbiini sisselülitamise vahel). Väiksema kompressori ühendamine välistab selle efekti, tagades sujuva mootori dünaamika.
Kaksikturbilaadimise puhul pöördemoment ja võimsus (loe nende mõistete erinevusest teises artiklis) jõuallikas areneb laiemas pöörete vahemikus kui sarnase mootoriga, millel on üks ülelaadur.
Kahe turbolaaduriga ülelaadimisskeemide tüübid
Niisiis, turbolaadurite töötamise teooria on tõestanud nende praktilisust jõuallika võimsuse ohutuks suurendamiseks ilma mootori enda kujundust muutmata. Sel põhjusel on erinevate ettevõtete insenerid välja töötanud kolm tõhusat tüüpi kaksikturbot. Iga süsteemitüüp korraldatakse omal moel ja sellel on veidi erinev toimimispõhimõte.
Täna on autodesse paigaldatud järgmist tüüpi topeltturbo laadimissüsteemid:
- Paralleelselt;
- Järjepidev;
- Astunud.
Iga tüüp erineb puhurite ühendusskeemist, nende suurusest, hetkest, mil igaüks neist tööle pannakse, samuti rõhuprotsessi omaduste poolest. Vaatleme igat tüüpi süsteemi eraldi.
Turbiini paralleelühenduse skeem
Enamasti kasutatakse V-kujulise silindriploki konstruktsiooniga mootorites paralleelset tüüpi turbokompressorit. Sellise süsteemi seade on järgmine. Iga silindriosa jaoks on vaja ühte turbiini. Neil on samad mõõtmed ja need kulgevad ka üksteisega paralleelselt.
Heitgaasid jaotuvad heitgaasis ühtlaselt ja lähevad iga turbokompressori juurde samades kogustes. Need mehhanismid töötavad samamoodi nagu ühe turbiiniga liinimootori korral. Ainus erinevus on see, et seda tüüpi biturbol on kaks identset puhurit, kuid kummagi õhku ei jaotata sektsioonide vahel, vaid süstitakse pidevalt sisselaske süsteemi ühisesse trakti.
Kui võrrelda sellist skeemi ühe turbiinisüsteemiga elektrisiseses toiteplokis, siis antud juhul koosneb topeltturbodisain kahest väiksemast turbiinist. See nõuab nende tiivikute pöörlemiseks vähem energiat. Sel põhjusel on ülelaadurid ühendatud väiksema kiirusega kui üks suur turbiin (vähem inertsit).
See korraldus välistab sellise terava turbojäägi tekkimise, mis tekib tavalistel ühe kompressoriga sisepõlemismootoritel.
Järjestikune kaasamine
Seeria Biturbo tüüp näeb ette ka kahe ühesuguse puhuri paigaldamise. Ainult nende töö on erinev. Esimene sellise süsteemi mehhanism töötab püsivalt. Teine seade on ühendatud ainult teatud mootori töörežiimis (kui selle koormus suureneb või väntvõlli kiirus suureneb).
Sellises süsteemis tagavad juhtimise elektroonika või ventiilid, mis reageerivad mööduva voo rõhule. ECU määrab vastavalt programmeeritud algoritmidele, millisel hetkel teine kompressor ühendada. Selle ajam on varustatud eraldi mootorit sisse lülitamata (mehhanism töötab endiselt ainult heitgaasivoo rõhul). Juhtplokk aktiveerib heitgaaside liikumist juhtiva süsteemi ajamid. Selleks kasutatakse elektrilisi ventiile (lihtsamates süsteemides on need tavalised ventiilid, mis reageerivad voolava voolu füüsikalisele jõule), mis avavad / sulgevad juurdepääsu teisele puhurile.
Kui juhtplokk avab täielikult juurdepääsu teise käigu tiivikule, töötavad mõlemad seadmed paralleelselt. Sel põhjusel nimetatakse seda modifikatsiooni ka järjestikuseks. Kahe puhuri töö võimaldab korraldada sissetuleva õhu suuremat rõhku, kuna nende etteande tiivikud on ühendatud ühe sisselaskeega.
Sellisel juhul paigaldatakse ka väiksemad kompressorid kui tavalises süsteemis. See vähendab ka turbo lag efekti ja teeb maksimaalse pöördemomendi kättesaadavaks madalamatel mootori pööretel.
Selline biturbo on paigaldatud nii diisel- kui ka bensiinimootoritele. Süsteemi disain võimaldab paigaldada isegi mitte kaks, vaid kolm üksteisega järjestikku ühendatud kompressorit. Sellise modifikatsiooni näiteks on BMW (Triple Turbo) väljatöötamine, mida esitleti 2011. aastal.
Sammskeem
Astmelist kaksikrulli süsteemi peetakse kõige arenenumaks topeltturboülelaadimise tüübiks. Hoolimata asjaolust, et see on eksisteerinud alates 2004. aastast, on kaheastmeline ülelaadimine tõestanud oma tõhusust kõige tehnilisemalt. See Twin Turbo on paigaldatud teatud tüüpi diiselmootoritele, mille on välja töötanud Opel. Borg Wagner Turbo Sistems astmeline ülelaadur on paigaldatud mõnele BMW ja Cumminsi sisepõlemismootorile.
Turbolaaduri skeem koosneb kahest erineva suurusega ülelaadurist. Need paigaldatakse järjestikku. Heitgaaside voogu kontrollivad elektriventiilid, mille tööd juhitakse elektrooniliselt (on ka mehaanilisi ventiile, mida juhib rõhk). Lisaks on süsteem varustatud ventiilidega, mis muudavad väljalaskevoolu suunda. See võimaldab teise turbiini aktiveerida ja esimese välja lülitada, nii et see ei rikuks.
Süsteemil on järgmine toimimispõhimõte. Väljalaskekollektorisse on paigaldatud möödavooluklapp, mis katkestab voolu põhiturbiini suunduvast voolikust. Kui mootor töötab madalatel pööretel, on see haru suletud. Selle tulemusena läbib heitgaas läbi väikese turbiini. Minimaalse inertsuse tõttu tagab see mehhanism täiendava õhuhulga ka madalatel ICE koormustel.
Seejärel liigub vool läbi turbiini põhiratta. Kuna selle labad hakkavad pöörlema suurema rõhu all, kuni mootor saavutab keskmise kiiruse, jääb teine mehhanism liikumatuks.
Sisselasketraktis on ka möödavooluklapp. Madalatel kiirustel on see suletud ja õhuvool kulgeb praktiliselt ilma sissepritseta. Kui juht mootorit kiirendab, pöörleb väike turbiin tugevamalt, suurendades rõhku sisselaskekanalis. See omakorda suurendab heitgaaside rõhku. Kui rõhk heitgaasijuhtmes muutub tugevamaks, avatakse tühjendusruum veidi, nii et väike turbiin jätkab pöörlemist ja osa voolust suunatakse suurele puhurile.
Järk-järgult hakkab suur puhur pöörlema. Väntvõlli kiiruse suurenemisel see protsess intensiivistub, mis muudab klapi rohkem avatuks ja kompressor pöörleb suuremal määral.
Kui sisepõlemismootor saavutab keskmise pöörlemiskiiruse, töötab väike turbiin juba maksimaalselt ja peamine ülelaadur on just alustanud pöörlemist, kuid ei ole jõudnud maksimumini. Esimese etapi töötamise ajal läbivad heitgaasid väikese mehhanismi tiiviku (samal ajal kui selle labad sisselaskesüsteemis pöörlevad) ja eemaldatakse katalüsaatorisse peakompressori labade kaudu. Selles etapis imetakse õhk läbi suure kompressori tiiviku ja lastakse läbi pöörleva väiksema käigu.
Esimese etapi lõpus on äravooluava täielikult avatud ja heitgaasivool on täielikult suunatud peamisele tõukerattale. See mehhanism pöörleb tugevamalt. Möödasõidusüsteem on seatud nii, et väike puhur on selles etapis täielikult deaktiveeritud. Põhjus on see, et kui saavutatakse suure turbiini keskmine ja maksimaalne kiirus, loob see nii tugeva pea, et esimene etapp takistab tal lihtsalt silindritesse korralikult sisenemast.
Survestamise teises etapis läbivad heitgaasid väikesest tiivikust ja sissetulev voog suunatakse ümber väikese mehhanismi - otse silindritesse. Tänu sellele süsteemile on autotootjatel õnnestunud väntvõlli maksimaalse pöörlemiskiiruse saavutamisel kõrvaldada suur erinevus väikese pöördemomendi ja maksimaalse võimsuse vahel. See efekt on olnud kõigi tavapäraste ülelaadimisega diiselmootorite pidev kaaslane.
Kahekordse turbolaadimisega plussid ja miinused
Biturbot paigaldatakse väikese võimsusega mootoritele harva. Põhimõtteliselt on see seade, millele tuginevad võimsad masinad. Ainult sel juhul on võimalik optimaalset pöördemomendi näidikut võtta juba madalamatel pööretel. Samuti ei ole sisepõlemismootori väikesed mõõtmed takistuseks jõuüksuse võimsuse suurendamisele. Tänu topeltturboülelaadimisele saavutatakse korralik kütusekulu võrreldes selle vabalt õhutatava kolleegiga, mis arendab identset võimsust.
Ühelt poolt on seadmetest kasu, mis stabiliseerivad põhiprotsesse või suurendavad nende efektiivsust. Kuid teisest küljest ei ole sellised mehhanismid ilma täiendavate puudusteta. Ja kaksikturbo laadimine pole erand. Sellisel süsteemil pole mitte ainult positiivseid külgi, vaid ka tõsiseid puudusi, mille tõttu mõned autojuhid keelduvad selliseid autosid ostmast.
Kõigepealt kaaluge süsteemi eeliseid:
- Süsteemi peamine eelis on turbovälja kõrvaldamine, mis on tüüpiline kõigile tavapärase turbiiniga varustatud sisepõlemismootoritele;
- Mootor lülitub toiterežiimile kergemini;
- Maksimaalse pöördemomendi ja võimsuse vahe on oluliselt vähenenud, kuna õhurõhu suurendamise abil sisselaskesüsteemis jääb suurem osa njuutonitest kättesaadavaks mootori laiemas vahemikus;
- Vähendab maksimaalse võimsuse saavutamiseks vajalikku kütusekulu;
- Kuna auto täiendav dünaamika on saadaval väiksematel mootori pööretel, ei pea juht seda nii palju keerutama;
- Sisepõlemismootori koormuse vähendamise abil vähendatakse määrdeainete kulumist ja jahutussüsteem ei tööta suurenenud režiimis;
- Heitgaase ei juhita lihtsalt atmosfääri, vaid selle protsessi energiat kasutatakse kasulikult.
Pöörame nüüd tähelepanu kaksikturbo peamistele puudustele:
- Peamine puudus on sisselaske- ja väljalaskesüsteemide disaini keerukus. See kehtib eriti uute süsteemimuudatuste kohta;
- Sama tegur mõjutab süsteemi maksumust ja hooldust - mida keerukam on mehhanism, seda kallim on selle remont ja reguleerimine;
- Teine puudus on seotud ka süsteemi ülesehituse keerukusega. Kuna need koosnevad suurest hulgast täiendavatest osadest, on ka rohkem sõlme, milles purunemine võib toimuda.
Eraldi tuleks mainida selle piirkonna kliimat, kus turbolaaduriga masinat kasutatakse. Kuna ülelaaduri tiivik pöörleb mõnikord üle 10 tuhande p / min, vajab see kvaliteetset määrimist. Kui auto jäetakse ööseks, läheb rasv õõnsusse, nii et enamik seadme osi, sealhulgas turbiin, muutuvad kuivaks.
Kui käivitate mootori hommikul ja kasutate seda korralike koormustega ilma eelneva soojenemiseta, võite ülelaaduri tappa. Põhjuseks on see, et kuiv hõõrdumine kiirendab hõõrduvate osade kulumist. Selle probleemi kõrvaldamiseks peate enne mootori kõrgele pöörlemisele viimist veidi ootama, kuni õli pumbatakse läbi kogu süsteemi ja jõuab kõige kaugematesse sõlmpunktidesse.
Suvel ei pea te sellele palju aega kulutama. Sellisel juhul on korpuses olev õli piisavalt voolav, et pump saaks selle kiiresti üle pumbata. Kuid talvel, eriti tugevate külmade korral, ei saa seda tegurit ignoreerida. Parem on veeta paar minutit süsteemi soojendamiseks, kui lühikese aja möödudes uue turbiini ostmiseks korralik summa välja visata. Lisaks tuleb mainida, et pideva kokkupuute tõttu heitgaasidega võib puhurite tiivik soojeneda kuni tuhande kraadini.
Kui mehhanism ei saa õiget määrimist, mis paralleelselt täidab seadme jahutamise funktsiooni, hõõruvad selle osad kuivalt üksteise vastu. Õlikile puudumine põhjustab osade temperatuuri järsu tõusu, tagades neile soojuspaisumise ja selle tulemusena ka nende kiirendatud kulumise.
Kahekordse turbolaaduri usaldusväärse töö tagamiseks järgige samu protseduure nagu tavaliste turbolaadurite puhul. Esiteks on vaja õigeaegselt vahetada õli, mida kasutatakse mitte ainult määrimiseks, vaid ka turbiinide jahutamiseks (määrdeaine asendamise protseduuri kohta on meie veebisaidil eraldi artikkel).
Teiseks, kuna puhurite tiivikud on otseses kontaktis heitgaasidega, peab kütuse kvaliteet olema kõrge. Tänu sellele ei kogune labadele süsiniku ladestusi, mis häirib tiiviku vaba pöörlemist.
Kokkuvõtteks pakume lühikese video turbiini erinevate modifikatsioonide ja nende erinevuste kohta:
Küsimused ja vastused:
Mis on parem bi-turbo või twin-turbo? Need on mootori turboülelaadurisüsteemid. Biturboga mootorites on turbo viivitus tasandatud ja kiirenduse dünaamika tasandatud. Kahe turboga süsteemis need tegurid ei muutu, küll aga tõuseb sisepõlemismootori jõudlus.
Mis vahe on bi-turbo ja twin-turbo vahel? Biturbo on järjestikku ühendatud turbiinisüsteem. Tänu nende järjestikusele kaasamisele elimineeritakse turboauk kiirendamise ajal. Kaksikturbo on vaid kaks turbiini võimsuse suurendamiseks.
Miks on vaja topeltturbot? Kaks turbiini annavad silindrisse suurema õhuhulga. Tänu sellele suureneb BTC põlemisel tagasilöök – samas silindris surutakse kokku rohkem õhku.
