Systém Twin Turbo
Obsah
Ak je naftový motor štandardne vybavený turbínou, potom sa benzínový motor ľahko zaobíde bez turbodúchadla. Napriek tomu sa v modernom automobilovom priemysle turbodúchadlo pre auto už nepovažuje za exotické (podrobne o tom, o aký mechanizmus ide a ako funguje, je popísané v inom článku).
V popise niektorých nových modelov automobilov sa spomína niečo ako biturbo alebo twin turbo. Zvážme, o aký systém ide, ako funguje, ako je možné do neho zapojiť kompresory. Na konci recenzie si rozoberieme výhody a nevýhody dvojitého turba.
Čo je Twin Turbo?
Začnime s terminológiou. Slovné spojenie biturbo bude vždy znamenať, že po prvé ide o preplňovaný typ motora a po druhé, schéma núteného vstrekovania vzduchu do valcov bude zahŕňať dve turbíny. Rozdiel medzi biturbo a twin-turbo je v tom, že v prvom prípade sú použité dve rôzne turbíny a v druhom sú rovnaké. Prečo - prídeme na to trochu neskôr.
Túžba dosiahnuť v pretekoch prevahu viedla automobilky k hľadaniu spôsobov, ako zlepšiť výkonnosť štandardného spaľovacieho motora bez drastických zásahov do jeho konštrukcie. A najefektívnejším riešením bolo zavedenie prídavného dúchadla, vďaka ktorému vstupuje do valcov väčší objem a zvyšuje sa účinnosť jednotky.
Tí, ktorí aspoň raz v živote riadili auto s turbínovým motorom, si všimli, že kým sa motor neroztočí na určitú rýchlosť, dynamika takéhoto automobilu je mierne povedané pomalá. Len čo však začne pracovať turbo, zvyšuje sa odozva motora, akoby sa do valcov dostal oxid dusný.
Zotrvačnosť takýchto inštalácií podnietila inžinierov k úvahám o vytvorení ďalšej úpravy turbín. Účelom týchto mechanizmov bolo pôvodne eliminovať tento negatívny efekt, ktorý ovplyvnil účinnosť sacieho systému (prečítajte si o ňom viac v inej recenzii).
Postupom času sa začalo používať turbodúchadlo, aby sa znížila spotreba paliva, ale zároveň sa zvýšil výkon spaľovacieho motora. Inštalácia umožňuje rozšíriť rozsah krútiaceho momentu. Klasická turbína zvyšuje rýchlosť prúdenia vzduchu. Vďaka tomu vstupuje do valca väčší objem ako nasávaný a množstvo paliva sa nemení.
Vďaka tomuto procesu sa zvyšuje kompresia, čo je jeden z kľúčových parametrov ovplyvňujúcich výkon motora (spôsob jeho merania, prečítajte si tu). Postupom času už neboli nadšenci tuningu automobilov spokojní s továrenským vybavením, a tak spoločnosti zaoberajúce sa modernizáciou športových vozidiel začali používať rôzne mechanizmy, ktoré do valcov vstrekujú vzduch. Vďaka zavedeniu ďalšieho systému natlakovania sa špecialistom podarilo rozšíriť potenciál motorov.
Ako ďalší vývoj turba pre motory sa objavil systém Twin Turbo. V porovnaní s klasickou turbínou vám táto inštalácia umožňuje odobrať ešte viac energie zo spaľovacieho motora a pre nadšencov automatického ladenia poskytuje ďalší potenciál pre modernizáciu ich vozidla.
Ako funguje twin turbo?
Konvenčný atmosférický motor pracuje na princípe nasávania čerstvého vzduchu pomocou vákua vytvoreného piestami v sacom trakte. Keď sa tok pohybuje po ceste, vstupuje do nej malé množstvo benzínu (v prípade benzínového spaľovacieho motora), ak ide o karburátorový automobil alebo sa vstrekuje palivo v dôsledku činnosti vstrekovača (prečítajte si viac o tom, typy nútenej dodávky paliva).
Stlačenie v takomto motore priamo závisí od parametrov ojníc, objemu valca atď. Pokiaľ ide o bežnú turbínu, ktorá pracuje na prietoku výfukových plynov, jeho obežné koleso zvyšuje vzduch vstupujúci do valcov. To zvyšuje účinnosť motora, pretože pri spaľovaní zmesi vzduch - palivo sa uvoľňuje viac energie a zvyšuje sa krútiaci moment.
Podobne funguje aj twin turbo. Iba v tomto systéme je eliminovaný vplyv „premyslenosti“ motora pri točení obežného kolesa turbíny. To sa dosiahne inštaláciou dodatočného mechanizmu. Malý kompresor urýchľuje akceleráciu turbíny. Keď vodič stlačí plynový pedál, také auto akceleruje rýchlejšie, pretože motor reaguje na jeho činnosť takmer okamžite.
Stojí za zmienku, že druhý mechanizmus v tomto systéme môže mať odlišný dizajn a princíp fungovania. V pokročilejšej verzii sa roztočí menšia turbína s menej silným prietokom výfukových plynov, čo zvyšuje prichádzajúci prúd pri nižších otáčkach a spaľovací motor nie je potrebné pretáčať na doraz.
Takýto systém bude fungovať podľa nasledujúcej schémy. Po naštartovaní motora a stojaceho vozidla jednotka pracuje na voľnobežných otáčkach. V sacom trakte sa vďaka podtlaku vo valcoch vytvára prirodzený pohyb čerstvého vzduchu. Tento proces uľahčuje malá turbína, ktorá sa začne otáčať pri nízkych otáčkach. Tento prvok poskytuje mierne zvýšenie trakcie.
So stúpajúcimi otáčkami kľukového hriadeľa sú výfukové plyny intenzívnejšie. V tejto dobe sa menšie kompresorom točí silnejšie a nadbytočný tok výfukových plynov začne ovplyvňovať hlavnú jednotku. So zvýšením rýchlosti obežného kolesa vstupuje do sacieho traktu z dôvodu väčšieho ťahu zvýšený objem vzduchu.
Dvojité zvýšenie eliminuje prudký posun výkonu, ktorý je prítomný v klasických dieseloch. Pri stredných otáčkach spaľovacieho motora, keď sa veľká turbína ešte len začína točiť, dosahuje malý kompresor maximum. Keď do valca vnikne viac vzduchu, tlak výfukových plynov sa zvýši a poháňa hlavný kompresor. Tento režim eliminuje znateľný rozdiel medzi krútiacim momentom maximálnych otáčok motora a zaradením turbíny.
Keď spaľovací motor dosiahne svoje maximálne otáčky, dosiahne kompresor aj medznú hladinu. Konštrukcia s dvojitým zosilnením je navrhnutá tak, aby zahrnutie veľkého preplňovacieho kompresora zabránilo preťaženiu menšieho náprotivku.
Dvojitý automobilový kompresor dodáva tlak v sacom systéme, ktorý sa nedá dosiahnuť pri bežnom preplňovaní. U motorov s klasickými turbínami je vždy turbo lag (citeľný rozdiel vo výkone pohonnej jednotky medzi dosiahnutím maximálnych otáčok a zapnutím turbíny). Pripojenie menšieho kompresora tento efekt eliminuje a poskytuje plynulú dynamiku motora.
V prípade dvojitého preplňovania turbodúchadlom, krútiaceho momentu a výkonu (prečítajte si o rozdieloch medzi týmito konceptmi v inom článku) pohonnej jednotky sa vyvíja v širšom rozsahu otáčok ako podobný motor s jedným kompresorom.
Typy schém preplňovania dvoma turbodúchadlami
Teória fungovania turbodúchadiel teda preukázala svoju praktickosť na bezpečné zvýšenie výkonu pohonnej jednotky bez toho, aby sa zmenila konštrukcia samotného motora. Z tohto dôvodu vyvinuli inžinieri z rôznych spoločností tri efektívne typy twin turba. Každý typ systému bude usporiadaný vlastným spôsobom a bude mať trochu odlišný princíp činnosti.
Dnes je v automobiloch nainštalovaný nasledujúci typ systémov s dvojitým preplňovaním:
- Paralelne;
- Dôsledné;
- Pristúpil.
Každý typ sa líši v schéme zapojenia dúchadiel, ich veľkostiach, okamihu, kedy bude každý z nich uvedený do prevádzky, ako aj charakteristikami procesu natlakovania. Zvážme každý typ systému osobitne.
Schéma zapojenia paralelnej turbíny
Vo väčšine prípadov sa u motorov s blokovaním valcov v tvare písmena V používa paralelný typ preplňovania. Zariadenie takého systému je nasledovné. Pre každú sekciu valca je potrebná jedna turbína. Majú rovnaké rozmery a tiež prebiehajú navzájom rovnobežne.
Výfukové plyny sú rovnomerne rozložené vo výfukovom trakte a do každého turbodúchadla smerujú v rovnakom množstve. Tieto mechanizmy fungujú rovnako ako v prípade radového motora s jednou turbínou. Rozdiel je iba v tom, že tento typ biturba má dva identické dúchadlá, ale vzduch z každého z nich nie je distribuovaný po častiach, ale je neustále vstrekovaný do spoločného traktu sacieho systému.
Ak porovnáme takúto schému s jedným turbínovým systémom v radovej pohonnej jednotke, potom sa v tomto prípade konštrukcia s dvojitým turbom skladá z dvoch menších turbín. To vyžaduje menej energie na točenie ich obežných kolies. Z tohto dôvodu sú kompresory pripojené pri nižších otáčkach ako jedna veľká turbína (menšia zotrvačnosť).
Toto usporiadanie eliminuje tvorbu takého ostrého turbo oneskorenia, ku ktorému dochádza u bežných spaľovacích motorov s jedným preplňovaním.
Postupné zahrnutie
Séria Biturbo tiež umožňuje inštaláciu dvoch rovnakých dúchadiel. Iba ich práca je iná. Prvý mechanizmus v takomto systéme bude fungovať natrvalo. Druhé zariadenie je pripojené iba v určitom režime činnosti motora (pri zvýšení jeho zaťaženia alebo zvýšení otáčok kľukového hriadeľa).
Ovládanie v takomto systéme je zabezpečené elektronikou alebo ventilmi, ktoré reagujú na tlak prechádzajúceho prúdu. ECU v súlade s naprogramovanými algoritmami určuje, v ktorom okamihu sa má pripojiť druhý kompresor. Jeho pohon je zabezpečený bez zapnutia jednotlivého motora (mechanizmus stále funguje výhradne na tlak prúdu výfukových plynov). Riadiaca jednotka aktivuje aktivátory systému, ktorý riadi pohyb výfukových plynov. K tomu sa používajú elektrické ventily (v jednoduchších systémoch sú to bežné ventily, ktoré reagujú na fyzickú silu prúdiaceho prúdu), ktoré otvárajú / zatvárajú prístup k druhému dúchadlu.
Keď riadiaca jednotka úplne otvorí prístup k obežnému kolesu druhého prevodového stupňa, obe zariadenia pracujú paralelne. Z tohto dôvodu sa táto modifikácia nazýva aj sériovo-paralelná. Prevádzka týchto dvoch dúchadiel umožňuje zabezpečiť vyšší tlak privádzaného vzduchu, pretože ich napájacie obežné kolesá sú spojené s jedným vstupným traktom.
V tomto prípade sú tiež nainštalované menšie kompresory ako v konvenčnom systéme. To tiež znižuje účinok preplňovania a poskytuje maximálny krútiaci moment k dispozícii pri nižších otáčkach motora.
Tento druh biturba je inštalovaný na naftových aj benzínových pohonných jednotkách. Konštrukcia systému vám umožňuje nainštalovať nielen dva, ale tri kompresory navzájom zapojené do série. Príkladom takejto úpravy je vývoj BMW (Triple Turbo), ktorý bol predstavený v roku 2011.
Kroková schéma
Postupný systém twin-scroll je považovaný za najpokročilejší typ dvojitého turbodúchadla. Napriek tomu, že existuje od roku 2004, dvojstupňový typ preplňovania technicky najefektívnejšie dokázal svoju účinnosť. Tento Twin Turbo je nainštalovaný na niektorých typoch naftových motorov vyvinutých spoločnosťou Opel. Stupňovitý preplňovaný náprotivok Borga Wagnera Turbo Sistems je súčasťou niektorých spaľovacích motorov BMW a Cummins.
Schéma turbodúchadla sa skladá z dvoch rôzne veľkých kompresorov. Inštalujú sa postupne. Prietok výfukových plynov je riadený elektro-ventilmi, ktorých činnosť je riadená elektronicky (existujú aj mechanické ventily, ktoré sú poháňané tlakom). Ďalej je systém vybavený ventilmi, ktoré menia smer výtlačného toku. To umožní aktivovať druhú turbínu a vypnúť prvú, aby nezlyhala.
Systém má nasledujúci princíp činnosti. Vo výfukovom potrubí je nainštalovaný obtokový ventil, ktorý prerušuje prietok z hadice vedúcej k hlavnej turbíne. Ak je motor v chode pri nízkych otáčkach, je táto vetva zatvorená. Vďaka tomu výfuk prechádza malou turbínou. Kvôli minimálnej zotrvačnosti poskytuje tento mechanizmus ďalší objem vzduchu aj pri nízkom zaťažení ICE.
Potom sa tok pohybuje cez hlavné obežné koleso turbíny. Pretože sa jeho nože začnú otáčať pri vyššom tlaku, kým motor nedosiahne strednú rýchlosť, zostáva druhý mechanizmus nehybný.
V sacom trakte je tiež obtokový ventil. Pri nízkych rýchlostiach je zatvorený a prúdenie vzduchu prebieha prakticky bez vstrekovania. Keď vodič naštartuje motor, malá turbína sa silnejšie roztáča, čo zvyšuje tlak v sacom trakte. To zase zvyšuje tlak výfukových plynov. Keď je tlak vo výfukovom potrubí silnejší, odpadové potrubie sa mierne otvorí, takže sa malá turbína naďalej otáča a časť prietoku smeruje do veľkého dúchadla.
Postupne sa veľké dúchadlo začne otáčať. Pri zvyšovaní otáčok kľukového hriadeľa sa tento proces zintenzívňuje, čím sa ventil viac otvára a kompresor sa vo väčšej miere roztáča.
Keď spaľovací motor dosiahne stredné otáčky, malá turbína už pracuje na maximum a hlavný kompresor sa práve začal točiť, ale nedosiahol maximum. Počas činnosti prvého stupňa prechádzajú výfukové plyny obežným kolesom malého mechanizmu (zatiaľ čo sa jeho lopatky otáčajú v nasávacom systéme) a cez lopatky hlavného kompresora sú odvádzané ku katalyzátoru. V tomto štádiu je vzduch nasávaný cez obežné koleso veľkého kompresora a vedený cez rotujúci menší prevodový stupeň.
Na konci prvého stupňa je odpadové potrubie úplne otvorené a tok výfukových plynov je už úplne nasmerovaný na hlavné obežné koleso. Tento mechanizmus sa roztočí silnejšie. Obtokový systém je nastavený tak, aby sa malé dúchadlo v tejto fáze úplne deaktivovalo. Dôvod je ten, že keď sa dosiahne stredná a maximálna rýchlosť veľkej turbíny, vytvorí sa tak silná hlava, že prvý stupeň jej jednoducho zabráni v správnom vstupe do valcov.
V druhej etape natlakovania prechádzajú výfukové plyny malým obežným kolesom a prichádzajúci tok je smerovaný okolo malého mechanizmu - priamo do valcov. Vďaka tomuto systému sa automobilkám podarilo eliminovať veľký rozdiel medzi vysokým krútiacim momentom pri minimálnych otáčkach za minútu a maximálnym výkonom pri dosahovaní maximálnych otáčok kľukového hriadeľa. Tento efekt bol stálym spoločníkom každého konvenčného preplňovaného naftového motora.
Výhody a nevýhody duálneho preplňovania
Biturbo sa zriedka inštaluje na motory s nízkou spotrebou. V zásade ide o vybavenie, na ktoré sa spoľahnú výkonné stroje. Iba v takom prípade je možné optimálny ukazovateľ krútiaceho momentu dosiahnuť už pri nižších otáčkach. Malé rozmery spaľovacieho motora tiež nie sú prekážkou zvyšovania výkonu pohonnej jednotky. Vďaka dvojitému preplňovaniu turbodúchadlom je dosiahnutá slušná spotreba paliva v porovnaní s preplňovaným atmosférickým náprotivkom, ktorý má rovnaký výkon.
Na jednej strane je výhodou zariadenie, ktoré stabilizuje hlavné procesy alebo zvyšuje ich účinnosť. Ale na druhej strane takéto mechanizmy nie sú bez ďalších nevýhod. A dvojité preplňovanie nie je výnimkou. Takýto systém má nielen pozitívne aspekty, ale aj niekoľko závažných nevýhod, kvôli ktorým niektorí motoristi odmietajú kupovať takéto automobily.
Najskôr zvážte výhody systému:
- Hlavnou výhodou systému je eliminácia turbo lag, ktoré je typické pre všetky spaľovacie motory vybavené konvenčnou turbínou;
- Motor sa ľahšie prepne do režimu napájania;
- Rozdiel medzi maximálnym krútiacim momentom a výkonom sa výrazne zníži, pretože zvyšovaním tlaku vzduchu v sacom systéme zostáva väčšina newtonov k dispozícii v širšom rozsahu otáčok motora;
- Znižuje spotrebu paliva potrebnú na dosiahnutie maximálneho výkonu;
- Pretože dodatočná dynamika automobilu je k dispozícii pri nižších otáčkach motora, vodič ho nemusí toľko roztočiť;
- Znížením zaťaženia spaľovacieho motora sa zníži opotrebenie mazív a chladiaci systém nepracuje vo zvýšenom režime;
- Výfukové plyny sa nielenže vypúšťajú do atmosféry, ale energia tohto procesu sa využíva s výhodou.
Teraz venujme pozornosť hlavným nevýhodám twin turba:
- Hlavnou nevýhodou je zložitosť konštrukcie nasávacieho a výfukového systému. To platí najmä pre nové úpravy systému;
- Rovnaký faktor ovplyvňuje náklady a údržbu systému - čím je mechanizmus zložitejší, tým je jeho oprava a úprava nákladnejšia;
- Ďalšia nevýhoda je tiež spojená so zložitosťou návrhu systému. Pretože pozostávajú z veľkého počtu ďalších častí, existuje aj viac uzlov, v ktorých môže dôjsť k rozbitiu.
Samostatne treba spomenúť podnebie oblasti, v ktorej je turbodúchadlo prevádzkované. Pretože obežné koleso kompresora sa niekedy točí nad 10 XNUMX ot./min, vyžaduje kvalitné mazanie. Ak necháte vozidlo cez noc, tuk odíde do nádrže, takže väčšina častí agregátu vrátane turbíny vyschne.
Ak ráno naštartujete motor a spustíte ho so slušným zaťažením bez predbežného zahriatia, môžete kompresor zabiť. Dôvodom je to, že suché trenie urýchľuje opotrebovanie trecích častí. Aby ste tento problém odstránili, skôr ako motor nastavíte na vysoké otáčky, musíte trochu počkať, kým sa olej prečerpá celým systémom a dosiahne najvzdialenejšie uzly.
V lete tomu nemusíte venovať veľa času. V takom prípade má olej v jímke dostatočnú tekutosť, aby ho čerpadlo mohlo rýchlo prečerpať. Ale v zime, najmä pri silných mrazoch, nemožno tento faktor ignorovať. Je lepšie stráviť pár minút zahriatím systému, ako po krátkom čase vyhodiť slušné množstvo na kúpu novej turbíny. Ďalej je potrebné spomenúť, že v dôsledku neustáleho kontaktu s výfukovými plynmi sa obežné koleso dúchadiel môže ohriať až na tisíc stupňov.
Ak mechanizmus nedostáva správne mazanie, ktoré paralelne vykonáva funkciu ochladzovania zariadenia, jeho časti sa navzájom trú do sucha. Neprítomnosť olejového filmu spôsobí prudké zvýšenie teploty častí, ktoré im zabezpečia tepelnú rozťažnosť a v dôsledku toho ich zrýchlené opotrebenie.
Pre zaistenie spoľahlivej činnosti zdvojeného turbodúchadla postupujte podľa rovnakých postupov ako pri bežných turbodúchadlách. Najskôr je potrebné včas vymeniť olej, ktorý sa používa nielen na mazanie, ale aj na chladenie turbín (o postupe výmeny maziva má náš web samostatný článok).
Po druhé, pretože obežné kolesá dúchadiel sú v priamom kontakte s výfukovými plynmi, musí byť kvalita paliva vysoká. Vďaka tomu sa na lopatkách nebudú hromadiť uhlíkové usadeniny, ktoré bránia voľnému otáčaniu obežného kolesa.
Na záver ponúkame krátke video o rôznych úpravách turbín a ich rozdieloch:
Otázky a odpovede:
Čo je lepšie bi-turbo alebo twin-turbo? Ide o systémy preplňovania motorov turbodúchadlom. Pri motoroch s biturbo sa oneskorenie turba vyhladí a dynamika zrýchlenia sa vyrovná. V systéme twin-turbo sa tieto faktory nemenia, ale zvyšuje sa výkon spaľovacieho motora.
Aký je rozdiel medzi bi-turbo a twin-turbo? Biturbo je sériovo zapojený turbínový systém. Vďaka ich sekvenčnému zaraďovaniu odpadá turbodiera pri akcelerácii. Dvojité turbo sú len dve turbíny na zvýšenie výkonu.
Prečo potrebujete dvojité turbo? Dve turbíny poskytujú väčší objem vzduchu do valca. Vďaka tomu sa zvyšuje spätný ráz pri spaľovaní BTC - v tom istom valci sa stlačí viac vzduchu.
