Twin scroll turbin: dizayn təsviri, iş prinsipi, müsbət və mənfi cəhətləri

2024 Müəllif: Erin Ralphs | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-02-19 12:02

Turbomühərriklərin atmosfer variantları ilə müqayisədə əsas çatışmazlığı turbinin fırlanmasının müəyyən vaxt aparması səbəbindən daha az reaksiya qabiliyyətidir. Turbomühərriklərin inkişafı ilə istehsalçılar onların həssaslığını, performansını və səmərəliliyini artırmaq üçün müxtəlif yollar inkişaf etdirirlər. Əkiz sürüşdürmə turbinləri ən yaxşı seçimdir.

Ümumi Xüsusiyyətlər

Bu termin ikiqat girişli və turbin çarxının ikiqat çarxı olan turbomühərriklərə aiddir. İlk turbinlərin meydana çıxmasından bəri (təxminən 30 il əvvəl) onlar açıq və ayrı suqəbuledici variantları ilə fərqlənirlər. Sonuncular müasir twin-scroll turbokompressorlarının analoqlarıdır. Ən yaxşı parametrlər onların tüninq və motorsportda istifadəsini müəyyən edir. Bundan əlavə, bəzi istehsalçılar onları Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP və kimi idman avtomobillərində istifadə edirlər.digərləri

Dizayn və işləmə prinsipi

Twin-scroll turbinləri adi turbinlərdən qoşa turbin çarxına və ikiyə bölünmüş giriş hissəsinə malik olmaqla fərqlənir. Rotor monolit dizayna malikdir, lakin bıçaqların ölçüsü, forması və əyriliyi diametri boyunca dəyişir. Onun bir hissəsi kiçik, digəri isə böyük yük üçün nəzərdə tutulub.

Əkiz diyircəkli turbinlərin işləmə prinsipi silindrlərin işləmə qaydasından asılı olaraq turbin təkərinə müxtəlif bucaqlarda işlənmiş qazların ayrıca tədarükünə əsaslanır.

Dizayn xüsusiyyətləri və əkiz sürüşdürmə turbininin necə işlədiyi aşağıda daha ətraflı müzakirə olunur.

Egzoz manifoldu

Egzoz manifoldunun dizaynı iki fırlanan turbomühərriklər üçün əsas əhəmiyyət kəsb edir. O, yarış manifoldlarının silindrli birləşmə konsepsiyasına əsaslanır və silindrlərin sayı və onların atəş sırası ilə müəyyən edilir. Demək olar ki, bütün 4 silindrli mühərriklər 1-3-4-2 qaydasında işləyir. Bu halda, bir kanal silindrləri 1 və 4, digəri - 2 və 3-ü birləşdirir. Ən çox 6 silindrli mühərriklərdə işlənmiş qazlar 1, 3, 5 və 2, 4, 6 silindrlərdən ayrıca verilir. İstisna olaraq, RB26 və 2JZ qeyd edilməlidir. 1-5-3-6-2-4 qaydasında işləyirlər.

Beləliklə, bu mühərriklər üçün bir çarx üçün 1, 2, 3 silindr, ikinci üçün 4, 5, 6 (turbin ötürücüləri ehtiyatda eyni ardıcıllıqla təşkil edilir) birləşdirilir. Belə adlandırılmışdırmühərriklər ilk üç və son üç silindri iki kanalda birləşdirən egzoz manifoldunun sadələşdirilmiş dizaynı ilə seçilir.

Silindrləri müəyyən ardıcıllıqla birləşdirməklə yanaşı, manifoldun digər xüsusiyyətləri də çox vacibdir. Hər şeydən əvvəl, hər iki kanal eyni uzunluğa və eyni sayda döngəyə malik olmalıdır. Bu, verilən işlənmiş qazların eyni təzyiqini təmin etmək ehtiyacı ilə bağlıdır. Bundan əlavə, manifolddakı turbin flanşının onun girişinin forma və ölçülərinə uyğun olması vacibdir. Nəhayət, ən yaxşı performansı təmin etmək üçün manifold dizaynı turbinin A/R ilə sıx uyğunlaşdırılmalıdır.

Əkiz diyircəkli turbinlər üçün uyğun dizaynlı egzoz manifoldundan istifadə zərurəti onunla müəyyən edilir ki, adi kollektordan istifadə edildiyi təqdirdə belə bir turbomühərrik tək fırlanan kimi işləyəcək. Tək diyirləməli turbin ilə əkiz diyircəkli manifold birləşdirildikdə də eyni şey müşahidə olunacaq.

Silindrlərin impulsiv qarşılıqlı təsiri

Tək diyircəkli turbomühərriklərin üstünlüklərini müəyyən edən mühüm üstünlüklərindən biri silindrlərin işlənmiş qaz impulsları ilə qarşılıqlı təsirinin əhəmiyyətli dərəcədə azalması və ya aradan qaldırılmasıdır.

Məlumdur ki, hər bir silindr dörd vuruşu keçmək üçün krank mili 720 ° dönməlidir. Bu, həm 4, həm də 12 silindrli mühərriklər üçün doğrudur. Bununla birlikdə, krank mili ilk silindrlərdə 720 ° fırlandıqda, onlar bir dövrü tamamlayırlarsa, onda12 silindrli - bütün dövrələr. Beləliklə, silindrlərin sayının artması ilə hər bir silindr üçün eyni vuruşlar arasında krank şaftının fırlanma miqdarı azalır. Beləliklə, 4 silindrli mühərriklərdə güc vuruşu müxtəlif silindrlərdə hər 180 ° baş verir. Bu, suqəbuledici, sıxılma və işlənmiş vuruşlara da aiddir. 6 silindrli mühərriklərdə krank şaftının 2 dövrəsində daha çox hadisələr baş verir, buna görə silindrlər arasında eyni vuruşlar 120 ° məsafədədir. 8 silindrli mühərriklər üçün interval 90 °, 12 silindrli mühərriklər üçün - 60 °.

Məlumdur ki, eksantrik valları 256 ilə 312° və ya daha çox fazaya malik ola bilər. Məsələn, giriş və çıxışda 280° fazalı bir mühərriki götürə bilərik. Belə bir 4 silindrli mühərrikdə işlənmiş qazları buraxarkən, hər 180 °, silindrin egzoz klapanları 100 ° açıq olacaq. Bu silindr üçün egzoz zamanı pistonu aşağıdan yuxarı ölü nöqtəyə qaldırmaq üçün tələb olunur. Üçüncü silindr üçün 1-3-2-4 atəş əmri ilə, egzoz klapanları piston vuruşunun sonunda açılmağa başlayacaq. Bu zaman ilk silindrdə suqəbuledici vuruş başlayacaq və egzoz klapanları bağlanmağa başlayacaq. Üçüncü silindrin egzoz klapanlarının açılmasının ilk 50°-də birinci silindrin egzoz klapanları açılacaq və onun suqəbuledici klapanları da açılmağa başlayacaq. Beləliklə, klapanlar silindrlər arasında üst-üstə düşür.

İşlənmiş qazlar birinci silindrdən çıxarıldıqdan sonra egzoz klapanları bağlanır və giriş klapanları açılmağa başlayır. Eyni zamanda, üçüncü silindrin egzoz klapanları açılır, yüksək enerjili işlənmiş qazları buraxır. Əhəmiyyətli payonların təzyiqi və enerjisi turbini idarə etmək üçün istifadə olunur və daha kiçik bir hissəsi ən az müqavimət yolunu axtarır. İnteqral turbin girişi ilə müqayisədə birinci silindrin bağlanan egzoz klapanlarının təzyiqi aşağı olduğundan, üçüncü silindrin işlənmiş qazlarının bir hissəsi birinciyə göndərilir.

Suqəbuledici vuruşun birinci silindrdə başlaması səbəbindən, suqəbuledici yük işlənmiş qazlarla seyreltilərək gücünü itirir. Nəhayət, birinci silindrin klapanları bağlanır və üçüncünün pistonu qalxır. Sonuncu üçün buraxılış həyata keçirilir və ikinci silindrin egzoz klapanları açıldıqda silindr 1 üçün nəzərdə tutulan vəziyyət təkrarlanır. Beləliklə, qarışıqlıq yaranır. Bu problem, müvafiq olaraq, silindrlər arasında 120 və 90 ° olan işlənmiş vuruş intervalları olan 6 və 8 silindrli mühərriklərdə daha qabarıq şəkildə özünü göstərir. Bu hallarda, iki silindrin egzoz klapanlarının daha uzun üst-üstə düşməsi var.

Silindrlərin sayını dəyişmək mümkün olmadığı üçün bu problemi turbomühərrikdən istifadə etməklə oxşar dövrlər arasındakı intervalı artırmaqla həll etmək olar. 6 və 8 silindrli mühərriklərdə iki turbin istifadə edildikdə, silindrlər onların hər birini idarə etmək üçün birləşdirilə bilər. Bu halda, egzoz klapanının oxşar hadisələri arasındakı intervallar ikiqat artacaq. Məsələn, RB26 üçün ön turbin üçün 1-3 və arxa üçün 4-6 silindrləri birləşdirə bilərsiniz. Bu, bir turbin üçün silindrlərin ardıcıl işləməsini aradan qaldırır. Bu səbəbdən egzoz qapağı hadisələri arasındakı intervalbir turbomühərrikin silindrləri 120-dən 240°-ə qədər artır.

Əkiz sürüşmə turbininin ayrıca buraxılış manifolduna malik olmasına görə, bu mənada o, iki turbomühərrikli sistemə bənzəyir. Beləliklə, iki turbinli və ya iki turbinli turbomühərrikli 4 silindrli mühərriklərdə hadisələr arasında 360 ° interval var. Bənzər gücləndirici sistemlərə malik 8 silindrli mühərriklər eyni məsafəyə malikdir. Klapanın qaldırma müddətini aşan çox uzun müddət onların bir turbinin silindrləri üçün üst-üstə düşməsini istisna edir.

Beləliklə, mühərrik daha çox hava çəkir və qalan işlənmiş qazları aşağı təzyiqdə çıxarır, silindrləri daha sıx və təmiz yüklə doldurur, nəticədə performansı yaxşılaşdıran daha sıx yanma olur. Bundan əlavə, daha böyük həcmli səmərəlilik və daha yaxşı təmizləmə silindrdə pik temperaturu saxlamaq üçün daha yüksək alov gecikməsindən istifadə etməyə imkan verir. Bunun sayəsində əkiz diyircəkli turbinlərin səmərəliliyi 5% daha yaxşı yanacaq səmərəliliyinə malik tək diyircəkli turbinlərlə müqayisədə 7-8% yüksəkdir.

Twin-scroll turbokompressorlar daha yüksək orta silindr təzyiqinə və səmərəliliyinə malikdir, lakin Full-Race-ə görə, tək diyirlənən turbomühərriklərlə müqayisədə daha aşağı pik silindr təzyiqi və çıxış geri təzyiqi. Twin-scroll sistemləri aşağı rpm-də daha çox əks təzyiqə malikdir (artmanı təşviq edir) və yüksək rpm-də daha azdır (performansı artırır). Nəhayət, belə bir gücləndirici sistemə malik mühərrik geniş fazanın mənfi təsirlərinə daha az həssasdıreksantrik mili.

Performans

Yuxarıda əkiz diyircəkli turbinlərin işləməsinin nəzəri mövqeləri var idi. Bunun praktikada verdiyi şey ölçmələrlə müəyyən edilir. Tək sürüşdürmə versiyası ilə müqayisədə belə bir sınaq DSPORT jurnalı tərəfindən Project KA 240SX-də aparılmışdır. Onun KA24DET 700 at gücünə qədər inkişaf edir. ilə. E85-də təkərlərdə. Mühərrik xüsusi Wisecraft Fabrication egzoz manifoldu və Garrett GTX turbokompressoru ilə təchiz edilmişdir. Sınaqlar zamanı yalnız turbin korpusu eyni A / R dəyərində dəyişdirildi. Güc və fırlanma momenti dəyişikliklərinə əlavə olaraq, sınaqçılar oxşar işəsalma şəraitində müəyyən RPM-ə çatmaq və üçüncü ötürmədə təzyiqi artırmaq üçün vaxtı ölçməklə cavab vermə qabiliyyətini ölçdülər.

Nəticələr bütün rpm diapazonunda qoşa sürüşmə turbininin ən yaxşı performansını göstərdi. 3500 ilə 6000 rpm arasında gücdə ən böyük üstünlüyü göstərdi. Ən yaxşı nəticələr eyni rpm-də daha yüksək təkan təzyiqi ilə bağlıdır. Bundan əlavə, daha çox təzyiq mühərrikin həcminin artırılmasının təsiri ilə müqayisə edilə bilən fırlanma anında artım təmin etdi. Həm də orta sürətlərdə ən çox ifadə edilir. 45-dən 80 m/saata (3100-5600 rpm) qədər sürətlənmədə qoşa fırlanan turbin tək fırlanan turbindən 0,49 s (2,93-ə qarşı 3,42) üstün olub, bu da üç gövdə fərqi verəcək. Yəni, siqnal sürüşdürən turbomühərriki olan avtomobil 80 mil/saata çatdıqda, twin-scroll variantı 95 mil/saat sürətlə 3 avtomobil uzunluğu qət edəcək. 60-100 m/saat (4200-7000 rpm) sürət diapazonunda iki fırlanan turbinin üstünlüyüdaha az əhəmiyyətli olduğu ortaya çıxdı və 0,23 s (1,98 s-ə qarşı 1,75) və 5 m/saat (100 m/saata qarşı 105) təşkil etdi. Müəyyən bir təzyiqə çatma sürətinə görə, iki fırlanan turbomühərrik tək fırlanan turbomühərriki təxminən 0,6 s qabaqlayır. Beləliklə, 30 psi-də fərq 400 rpm-dir (5500 vs 5100 rpm).

Başqa bir müqayisə Full Race Motorsports tərəfindən BorgWarner EFR turbo ilə 2.3L Ford EcoBoost mühərrikində aparıldı. Bu halda, hər bir kanalda işlənmiş qaz axını sürəti kompüter simulyasiyası ilə müqayisə edilmişdir. İki fırlanan turbin üçün bu dəyərin yayılması 4% -ə qədər, tək diyirli turbin üçün isə 15% idi. Daha yaxşı axın sürəti uyğunluğu daha az qarışdırma itkisi və iki fırlanan turbomühərriklər üçün daha çox impuls enerjisi deməkdir.

Müsbət və mənfi cəhətlər

Əkiz sürüşdürmə turbinləri tək sürüşdürmə turbinləri ilə müqayisədə bir çox üstünlüklər təklif edir. Bunlara daxildir:

• dövr diapazonunda artan performans;
• daha yaxşı reaksiya;
• daha az qarışdırma itkisi;
• turbin təkərinə artan impuls enerjisi;
• səmərəliliyi daha yaxşı artırır;
• əkiz turbo sistemə bənzər daha çox alt son fırlanma anı;
• klapanlar silindrlər arasında üst-üstə düşdükdə suqəbuledici yükün azalmasının azalması;
• aşağı işlənmiş qaz temperaturu;
• motorun impuls itkilərini azaldır;
• yanacaq sərfiyyatını azaldın.

Əsas çatışmazlıq dizaynın böyük mürəkkəbliyidir və bu,qiymət. Bundan əlavə, yüksək sürətdə yüksək təzyiqdə qaz axınının ayrılması tək fırlanan turbinlə eyni pik performansı əldə etməyə imkan verməyəcək.

Struktur olaraq iki turbinli turbinlər iki turbomühərrikli sistemlərə (bi-turbo və twin-turbo) bənzəyir. Onlarla müqayisədə belə turbinlər, əksinə, qiymət və dizaynın sadəliyi baxımından üstünlüklərə malikdir. Bəzi istehsalçılar bundan istifadə edirlər, məsələn, N54B30 1-Series M Coupe-də iki turbo sistemini N55B30 M2-də iki fırlanan turbomühərriklə əvəz edən BMW.

Qeyd etmək lazımdır ki, turbinlər üçün onların inkişafının ən yüksək mərhələsini təmsil edən texniki cəhətdən daha təkmil variantlar - dəyişən həndəsə ilə turbomühərriklər mövcuddur. Ümumiyyətlə, onlar adi turbinlərlə müqayisədə əkiz sürüşmə ilə eyni üstünlüklərə malikdirlər, lakin daha çox. Bununla belə, belə turbomühərriklər daha mürəkkəb dizayna malikdir. Bundan əlavə, mühərrik idarəetmə bloku tərəfindən idarə olunduğuna görə, onları əvvəlcə bu cür sistemlər üçün nəzərdə tutulmayan mühərriklərdə qurmaq çətindir. Nəhayət, benzin mühərriklərində bu turbinlərin olduqca zəif istifadəsinə səbəb olan əsas amil belə mühərriklər üçün modellərin çox yüksək qiymətidir. Buna görə də, həm kütləvi istehsalda, həm də tüninqdə onlar olduqca nadirdir, lakin kommersiya avtomobillərinin dizel mühərriklərində geniş istifadə olunur.

SEMA 2015-də BorgWarner əkiz sürüşdürmə texnologiyasını dəyişən həndəsə dizaynı ilə birləşdirən dizaynı, Twin Scroll Dəyişən Həndəsə Turbinini təqdim etdi. Ondaikiqat giriş hissəsində yükdən asılı olaraq axını çarxlar arasında paylayan bir damper quraşdırılmışdır. Aşağı sürətlərdə bütün işlənmiş qazlar rotorun kiçik hissəsinə gedir və böyük hissəsi bloklanır ki, bu da adi twin-scroll turbinindən daha sürətli spin-up təmin edir. Yük artdıqca amortizator tədricən orta mövqeyə keçir və standart twin-scroll dizaynında olduğu kimi axını yüksək sürətlə bərabər paylayır. Beləliklə, bu texnologiya, dəyişən həndəsə texnologiyası kimi, yükdən asılı olaraq A / R nisbətinin dəyişməsini təmin edir, turbini mühərrikin iş rejiminə uyğunlaşdırır və bu, iş diapazonunu genişləndirir. Eyni zamanda, dizaynı nəzərə alsaq, daha sadə və daha ucuzdur, çünki burada sadə bir alqoritmlə işləyən yalnız bir hərəkətli element istifadə olunur və istiliyədavamlı materialların istifadəsi tələb olunmur. Qeyd etmək lazımdır ki, oxşar həllərə əvvəllər də rast gəlinib (məsələn, sürətli spool klapan), lakin nədənsə bu texnologiya populyarlıq qazanmayıb.

Tətbiq

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, əkiz sürüşmə turbinləri çox vaxt kütləvi istehsal olunan idman avtomobillərində istifadə olunur. Bununla belə, tüninq edərkən, onların tək sürüşmə sistemləri olan bir çox mühərrikdə istifadəsi məhdud yer səbəbindən maneə törədir. Bu, ilk növbədə başlığın dizaynı ilə bağlıdır: bərabər uzunluqlarda, məqbul radial əyilmələr və axın xüsusiyyətləri saxlanılmalıdır. Bundan əlavə, optimal uzunluq və əyilmə, eləcə də material və divar qalınlığı məsələsi var. Full-Race-ə görə, daha yüksək effektivliyə görəəkiz diyircəkli turbinlərdə daha kiçik diametrli kanallardan istifadə etmək mümkündür. Bununla belə, mürəkkəb forma və ikiqat girişə görə, belə bir kollektor istənilən halda daha çox hissəyə görə adi haldan daha böyük, daha ağır və daha mürəkkəbdir. Buna görə də, standart bir yerə sığmaya bilər, bunun nəticəsində krank karterini dəyişdirmək lazım olacaq. Bundan əlavə, əkiz diyircəkli turbinlərin özləri oxşar tək sürüşdürmə turbinlərindən daha böyükdür. Bundan əlavə, digər appipe və yağ tələsi tələb olunacaq. Bundan əlavə, ikili sürüşmə sistemləri üçün xarici tullantı qapaqları ilə daha yaxşı işləmək üçün Y-borusu əvəzinə iki tullantı qapısı (hər çarxda bir) istifadə olunur.

İstənilən halda, VAZ-a qoşa fırlanan turbin quraşdırmaq, onu Porsche tək dönərli turbokompressoru ilə əvəz etmək mümkündür. Fərq mühərrikin hazırlanması üzrə işlərin dəyəri və həcmindədir: əgər seriyalı turbo mühərriklərdə yer varsa, adətən işlənmiş manifoldu və bəzi digər hissələri dəyişdirmək və tənzimləmələr etmək kifayətdir, o zaman təbii aspirasiyalı mühərriklər daha çox şey tələb edir. turbo doldurma üçün ciddi müdaxilə. Bununla belə, ikinci halda, twin-scroll və single-scroll sistemləri arasında quraşdırma mürəkkəbliyindəki fərq (lakin qiymət baxımından deyil) əhəmiyyətsizdir.

Nəticələr

Twin-scroll turbins, egzoz qazlarını ikili turbin çarxına bölmək və silindr müdaxiləsini aradan qaldırmaqla tək fırlanan turbinlərdən daha yaxşı performans, cavabdehlik və səmərəlilik təmin edir. Lakinbelə bir sistemin qurulması çox baha başa gələ bilər. Ümumilikdə, bu, turbo mühərriklər üçün maksimum performansdan ödün vermədən cavab vermə qabiliyyətini artırmaq üçün ən yaxşı həll yoludur.