Turbin skrol berkembar: penerangan reka bentuk, prinsip operasi, kebaikan dan keburukan

2024 Pengarang: Erin Ralphs | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-02-19 17:47

Kelemahan utama enjin pengecas turbo berbanding dengan pilihan atmosfera adalah kurang responsif, disebabkan fakta bahawa putaran turbin mengambil masa tertentu. Dengan pembangunan pengecas turbo, pengeluar sedang membangunkan pelbagai cara untuk meningkatkan daya tindak balas, prestasi dan kecekapan mereka. Turbin tatal berkembar ialah pilihan terbaik.

Ciri Umum

Istilah ini merujuk kepada pengecas turbo dengan salur masuk berganda dan pendesak berganda roda turbin. Sejak kemunculan turbin pertama (kira-kira 30 tahun yang lalu), ia telah dibezakan kepada pilihan pengambilan terbuka dan berasingan. Yang terakhir adalah analog pengecas turbo skrol berkembar moden. Parameter terbaik menentukan penggunaannya dalam penalaan dan sukan permotoran. Di samping itu, beberapa pengeluar menggunakannya pada kereta sukan pengeluaran seperti Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP danyang lain

Prinsip reka bentuk dan operasi

turbin tatal berkembar berbeza daripada turbin konvensional dengan mempunyai roda turbin berkembar dan bahagian salur masuk dibahagikan kepada dua. Rotor adalah reka bentuk monolitik, tetapi saiz, bentuk dan kelengkungan bilah berbeza-beza mengikut diameter. Satu bahagian daripadanya direka untuk beban yang kecil, yang satu lagi untuk yang besar.

Prinsip operasi turbin tatal berkembar adalah berdasarkan bekalan gas ekzos yang berasingan pada sudut yang berbeza ke roda turbin, bergantung pada susunan operasi silinder.

Ciri reka bentuk dan cara turbin skrol berkembar berfungsi dibincangkan dengan lebih terperinci di bawah.

Ekzos manifold

Reka bentuk manifold ekzos adalah sangat penting untuk pengecas turbo tatal berkembar. Ia berdasarkan konsep gandingan silinder manifold perlumbaan dan ditentukan oleh bilangan silinder dan susunan penembakannya. Hampir semua enjin 4-silinder beroperasi dalam susunan 1-3-4-2. Dalam kes ini, satu saluran menggabungkan silinder 1 dan 4, yang lain - 2 dan 3. Pada kebanyakan enjin 6 silinder, gas ekzos dibekalkan secara berasingan daripada 1, 3, 5 dan 2, 4, 6 silinder. Sebagai pengecualian, RB26 dan 2JZ perlu diberi perhatian. Mereka bekerja mengikut urutan 1-5-3-6-2-4.

Oleh itu, untuk motor ini, 1, 2, 3 silinder dipadankan untuk satu pendesak, 4, 5, 6 untuk kedua (pemacu turbin disusun dalam stok dalam susunan yang sama). Dengan demikian dinamakanenjin dibezakan dengan reka bentuk mudah bagi manifold ekzos, yang menggabungkan tiga silinder pertama dan tiga silinder terakhir menjadi dua saluran.

Selain menyambungkan silinder dalam susunan tertentu, ciri lain manifold adalah sangat penting. Pertama sekali, kedua-dua saluran mesti mempunyai panjang yang sama dan bilangan selekoh yang sama. Ini disebabkan oleh keperluan untuk memastikan tekanan yang sama bagi gas ekzos yang dibekalkan. Di samping itu, adalah penting bahawa bebibir turbin pada manifold sepadan dengan bentuk dan dimensi salur masuknya. Akhir sekali, untuk memastikan prestasi terbaik, reka bentuk manifold mesti dipadankan rapat dengan A/R turbin.

Keperluan untuk menggunakan manifold ekzos reka bentuk yang sesuai untuk turbin tatal berkembar ditentukan oleh fakta bahawa dalam hal menggunakan manifold konvensional, pengecas turbo seperti itu akan berfungsi sebagai satu tatal. Perkara yang sama akan diperhatikan apabila menggabungkan turbin tatal tunggal dengan manifold tatal berkembar.

Interaksi impulsif silinder

Salah satu kelebihan ketara pengecas turbo tatal berkembar, yang menentukan kelebihannya berbanding tatal tunggal, ialah pengurangan atau penghapusan ketara pengaruh silinder bersama oleh impuls gas ekzos.

Adalah diketahui bahawa untuk setiap silinder melepasi keempat-empat lejang, aci engkol mesti berputar 720 °. Ini benar untuk kedua-dua enjin 4 dan 12 silinder. Walau bagaimanapun, jika, apabila aci engkol diputar sebanyak 720 ° pada silinder pertama, mereka melengkapkan satu kitaran, kemudian pada12-silinder - semua kitaran. Oleh itu, dengan peningkatan dalam bilangan silinder, jumlah putaran aci engkol antara lejang yang sama untuk setiap silinder dikurangkan. Jadi, pada enjin 4-silinder, lejang kuasa berlaku setiap 180 ° dalam silinder yang berbeza. Ini benar untuk lejang pengambilan, mampatan dan ekzos juga. Pada enjin 6 silinder, lebih banyak kejadian berlaku dalam 2 pusingan aci engkol, jadi lejang yang sama antara silinder adalah 120 °. Untuk enjin 8 silinder, selang adalah 90 °, untuk enjin 12 silinder - 60 °.

Adalah diketahui bahawa aci sesondol boleh mempunyai fasa 256 hingga 312° atau lebih. Sebagai contoh, kita boleh mengambil enjin dengan fasa 280° di bahagian masuk dan keluar. Apabila melepaskan gas ekzos pada enjin 4 silinder sedemikian, setiap 180 °, injap ekzos silinder akan dibuka selama 100 °. Ini diperlukan untuk mengangkat omboh dari bawah ke atas pusat mati semasa ekzos untuk silinder itu. Dengan susunan penembakan 1-3-2-4 untuk silinder ketiga, injap ekzos akan mula terbuka pada penghujung lejang omboh. Pada masa ini, lejang pengambilan akan bermula pada silinder pertama, dan injap ekzos akan mula ditutup. Semasa 50° pertama pembukaan injap ekzos silinder ketiga, injap ekzos silinder pertama akan terbuka, dan injap pengambilannya juga akan mula terbuka. Oleh itu, injap bertindih antara silinder.

Selepas penyingkiran gas ekzos daripada silinder pertama, injap ekzos ditutup dan injap pengambilan mula terbuka. Pada masa yang sama, injap ekzos silinder ketiga terbuka, melepaskan gas ekzos bertenaga tinggi. Perkongsian yang ketaratekanan dan tenaga mereka digunakan untuk memacu turbin, dan bahagian yang lebih kecil sedang mencari laluan yang paling sedikit rintangan. Disebabkan tekanan injap ekzos penutup silinder pertama yang lebih rendah berbanding dengan salur masuk turbin kamiran, sebahagian daripada gas ekzos silinder ketiga dihantar ke yang pertama.

Disebabkan fakta bahawa lejang pengambilan bermula pada silinder pertama, cas pengambilan dicairkan dengan gas ekzos, kehilangan kuasa. Akhirnya, injap silinder pertama ditutup dan omboh silinder ketiga naik. Untuk yang terakhir, pelepasan dilakukan, dan situasi yang dipertimbangkan untuk silinder 1 diulang apabila injap ekzos silinder kedua dibuka. Oleh itu, berlaku kekeliruan. Masalah ini lebih ketara pada enjin 6- dan 8-silinder dengan selang lejang ekzos antara silinder 120 dan 90 °, masing-masing. Dalam kes ini, terdapat pertindihan lebih lama pada injap ekzos kedua-dua silinder.

Disebabkan ketidakmungkinan menukar bilangan silinder, masalah ini boleh diselesaikan dengan meningkatkan selang antara kitaran yang serupa dengan menggunakan pengecas turbo. Dalam kes menggunakan dua turbin pada enjin 6- dan 8-silinder, silinder boleh digabungkan untuk memacu setiap satu daripadanya. Dalam kes ini, selang antara kejadian injap ekzos yang serupa akan berganda. Sebagai contoh, untuk RB26, anda boleh menggabungkan silinder 1-3 untuk turbin hadapan dan 4-6 untuk belakang. Ini menghapuskan operasi berturut-turut silinder untuk satu turbin. Oleh itu, selang antara kejadian injap ekzos untuksilinder satu pengecas turbo meningkat daripada 120 kepada 240°.

Disebabkan fakta bahawa turbin skrol berkembar mempunyai manifold ekzos yang berasingan, dalam pengertian ini ia serupa dengan sistem dengan dua pengecas turbo. Jadi, enjin 4 silinder dengan dua turbin atau pengecas turbo tatal berkembar mempunyai selang 360 ° antara acara. Enjin 8 silinder dengan sistem rangsangan yang serupa mempunyai jarak yang sama. Tempoh yang sangat lama, melebihi tempoh angkat injap, tidak termasuk pertindihannya untuk silinder satu turbin.

Dengan cara ini, enjin menarik lebih banyak udara dan mengeluarkan baki gas ekzos pada tekanan rendah, mengisi silinder dengan cas yang lebih padat dan bersih, menghasilkan pembakaran yang lebih sengit, yang meningkatkan prestasi. Di samping itu, kecekapan isipadu yang lebih besar dan pembersihan yang lebih baik membolehkan penggunaan kelewatan pencucuhan yang lebih tinggi untuk mengekalkan suhu silinder puncak. Disebabkan ini, kecekapan turbin tatal berkembar adalah 7-8% lebih tinggi berbanding turbin tatal tunggal dengan kecekapan bahan api 5% lebih baik.

Pengecas turbo tatal berkembar mempunyai tekanan dan kecekapan silinder purata yang lebih tinggi, tetapi tekanan silinder puncak dan tekanan belakang alur keluar yang lebih rendah, berbanding pengecas turbo tatal tunggal, menurut Full-Race. Sistem tatal berkembar mempunyai lebih banyak tekanan belakang pada rpm rendah (menggalakkan rangsangan) dan kurang pada rpm tinggi (meningkatkan prestasi). Akhirnya, enjin dengan sistem rangsangan sedemikian kurang sensitif terhadap kesan negatif fasa lebaraci sesondol.

Prestasi

Di atas ialah kedudukan teori tentang fungsi turbin tatal berkembar. Perkara yang diberikan dalam amalan ini ditentukan oleh pengukuran. Ujian sedemikian dengan perbandingan dengan versi tatal tunggal telah dijalankan oleh majalah DSPORT pada Project KA 240SX. KA24DET miliknya menghasilkan sehingga 700 hp. Dengan. pada roda pada E85. Motor ini dilengkapi dengan manifold ekzos Wisecraft Fabrication tersuai dan pengecas turbo Garrett GTX. Semasa ujian, hanya perumah turbin diubah pada nilai A / R yang sama. Selain perubahan kuasa dan tork, penguji mengukur daya tindak balas dengan mengukur masa untuk mencapai RPM tertentu dan meningkatkan tekanan pada gear ketiga dalam keadaan pelancaran yang serupa.

Hasilnya menunjukkan prestasi terbaik turbin tatal berkembar sepanjang julat rpm keseluruhan. Ia menunjukkan keunggulan terbesar dalam kuasa dalam julat dari 3500 hingga 6000 rpm. Keputusan terbaik adalah disebabkan oleh tekanan rangsangan yang lebih tinggi pada rpm yang sama. Di samping itu, lebih banyak tekanan memberikan peningkatan tork, setanding dengan kesan meningkatkan isipadu enjin. Ia juga paling ketara pada kelajuan sederhana. Dalam pecutan dari 45 hingga 80 m / j (3100-5600 rpm), turbin tatal berkembar mengatasi prestasi tatal tunggal sebanyak 0.49 s (2.93 vs. 3.42), yang akan memberikan perbezaan tiga badan. Iaitu, apabila kereta dengan pengecas turbo tatal isyarat mencapai 80 mph, varian tatal berkembar akan bergerak 3 panjang kereta di hadapan pada 95 mph. Dalam julat kelajuan 60-100 m/j (4200-7000 rpm), keunggulan turbin tatal berkembarternyata kurang ketara dan berjumlah 0.23 s (1.75 berbanding 1.98 s) dan 5 m/j (105 berbanding 100 m/j). Dari segi kelajuan mencapai tekanan tertentu, pengecas turbo tatal berkembar mendahului pengecas turbo tatal tunggal kira-kira 0.6 s. Jadi pada 30 psi perbezaannya ialah 400 rpm (5500 vs 5100 rpm).

Perbandingan lain dibuat oleh Full Race Motorsports pada enjin Ford EcoBoost 2.3L dengan turbo BorgWarner EFR. Dalam kes ini, kadar aliran gas ekzos dalam setiap saluran dibandingkan dengan simulasi komputer. Untuk turbin tatal berkembar, penyebaran nilai ini adalah sehingga 4%, manakala untuk turbin tatal tunggal ia adalah 15%. Padanan kadar aliran yang lebih baik bermakna kurang kehilangan adunan dan lebih banyak tenaga impuls untuk pengecas turbo tatal berkembar.

Kebaikan dan keburukan

turbin tatal berkembar menawarkan banyak kelebihan berbanding turbin tatal tunggal. Ini termasuk:

• meningkatkan prestasi sepanjang julat putaran;
• tindak balas yang lebih baik;
• kurang kehilangan pencampuran;
• meningkatkan tenaga impuls ke roda turbin;
• kecekapan rangsangan yang lebih baik;
• lebih tork hujung bawah serupa dengan sistem twin-turbo;
• pengurangan pengecilan cas pengambilan apabila injap bertindih antara silinder;
• turunkan suhu gas ekzos;
• kurangkan kehilangan impuls motor;
• kurangkan penggunaan bahan api.

Kelemahan utama ialah kerumitan besar reka bentuk, menyebabkan peningkatanharga. Selain itu, pada tekanan tinggi pada kelajuan tinggi, pengasingan aliran gas tidak akan membenarkan anda memperoleh prestasi puncak yang sama seperti pada turbin tatal tunggal.

Dari segi struktur, turbin tatal berkembar adalah serupa dengan sistem dengan dua pengecas turbo (bi-turbo dan twin-turbo). Berbanding dengan mereka, turbin tersebut, sebaliknya, mempunyai kelebihan dalam kos dan kesederhanaan reka bentuk. Sesetengah pengeluar mengambil kesempatan daripada ini, seperti BMW, yang menggantikan sistem turbo berkembar pada N54B30 1-Series M Coupe dengan pengecas turbo tatal berkembar pada N55B30 M2.

Perlu diambil perhatian bahawa terdapat pilihan yang lebih maju dari segi teknikal untuk turbin, mewakili peringkat tertinggi pembangunannya - pengecas turbo dengan geometri berubah-ubah. Secara umum, mereka mempunyai kelebihan yang sama berbanding turbin konvensional seperti tatal berkembar, tetapi pada tahap yang lebih besar. Walau bagaimanapun, pengecas turbo sedemikian mempunyai reka bentuk yang lebih kompleks. Di samping itu, ia sukar untuk dipasang pada motor yang tidak direka pada asalnya untuk sistem sedemikian kerana fakta bahawa ia dikawal oleh unit kawalan enjin. Akhir sekali, faktor utama yang menyebabkan penggunaan turbin yang sangat lemah pada enjin petrol ialah kos model yang sangat tinggi untuk enjin tersebut. Oleh itu, kedua-dua dalam pengeluaran besar-besaran dan dalam penalaan, ia sangat jarang berlaku, tetapi ia digunakan secara meluas pada enjin diesel kenderaan komersial.

Di SEMA 2015, BorgWarner memperkenalkan reka bentuk yang menggabungkan teknologi skrol berkembar dengan reka bentuk geometri berubah-ubah, Turbin Geometri Pembolehubah Tatal Berkembar. Dalam dirinyaperedam dipasang di bahagian masuk berganda, yang, bergantung pada beban, mengedarkan aliran di antara pendesak. Pada kelajuan rendah, semua gas ekzos pergi ke bahagian kecil pemutar, dan bahagian besar disekat, yang memberikan putaran lebih cepat daripada turbin tatal berkembar konvensional. Apabila beban bertambah, peredam bergerak secara beransur-ansur ke kedudukan tengah dan mengagihkan aliran secara sama rata pada kelajuan tinggi, seperti dalam reka bentuk tatal berkembar standard. Oleh itu, teknologi ini, seperti teknologi geometri berubah-ubah, memberikan perubahan dalam nisbah A / R bergantung pada beban, melaraskan turbin kepada mod pengendalian enjin, yang memperluaskan julat pengendalian. Pada masa yang sama, memandangkan reka bentuk adalah lebih mudah dan lebih murah, kerana hanya satu elemen bergerak digunakan di sini, bekerja mengikut algoritma mudah, dan penggunaan bahan tahan haba tidak diperlukan. Perlu diingat bahawa penyelesaian serupa pernah ditemui sebelum ini (contohnya, injap kili cepat), tetapi atas sebab tertentu teknologi ini tidak mendapat populariti.

Permohonan

Seperti yang dinyatakan di atas, turbin tatal berkembar sering digunakan pada kereta sport yang dikeluarkan secara besar-besaran. Walau bagaimanapun, apabila penalaan, penggunaannya pada banyak motor dengan sistem tatal tunggal terhalang oleh ruang yang terhad. Ini disebabkan terutamanya oleh reka bentuk pengepala: pada panjang yang sama, selekoh jejari yang boleh diterima dan ciri aliran mesti dikekalkan. Di samping itu, terdapat persoalan tentang panjang dan lentur yang optimum, serta ketebalan bahan dan dinding. Menurut Full-Race, kerana kecekapan yang lebih tinggiturbin tatal berkembar, adalah mungkin untuk menggunakan saluran diameter yang lebih kecil. Walau bagaimanapun, disebabkan bentuknya yang kompleks dan salur masuk berganda, pengumpul sedemikian dalam apa jua keadaan lebih besar, lebih berat dan lebih rumit daripada biasa disebabkan bilangan bahagian yang lebih banyak. Oleh itu, ia mungkin tidak sesuai di tempat standard, akibatnya perlu menukar kotak engkol. Selain itu, turbin tatal berkembar sendiri lebih besar daripada turbin tatal tunggal yang serupa. Selain itu, appipe lain dan perangkap minyak akan diperlukan. Selain itu, dua pintu buangan (satu setiap pendesak) digunakan sebagai ganti paip Y untuk prestasi yang lebih baik dengan pintu buangan luaran untuk sistem skrol berkembar.

Dalam apa jua keadaan, anda boleh memasang turbin tatal berkembar pada VAZ dan menggantikannya dengan pengecas turbo tatal tunggal Porsche. Perbezaannya terletak pada kos dan skop kerja penyediaan enjin: jika pada enjin turbo bersiri, jika ada ruang, ia biasanya cukup untuk menggantikan manifold ekzos dan beberapa bahagian lain dan membuat pelarasan, maka enjin yang disedut secara semula jadi memerlukan lebih banyak lagi. campur tangan serius untuk pengecasan turbo. Walau bagaimanapun, dalam kes kedua, perbezaan dalam kerumitan pemasangan (tetapi bukan dalam kos) antara sistem tatal berkembar dan tatal tunggal adalah tidak ketara.

Kesimpulan

turbin tatal berkembar memberikan prestasi, responsif dan kecekapan yang lebih baik daripada turbin tatal tunggal dengan membelah gas ekzos kepada roda turbin dwi dan menghapuskan gangguan silinder. Namun begitumembina sistem sedemikian boleh memakan kos yang tinggi. Secara keseluruhannya, ini adalah penyelesaian terbaik untuk meningkatkan responsif tanpa mengorbankan prestasi maksimum untuk enjin turbo.