Екі айналдыру турбинасы: дизайн сипаттамасы, жұмыс принципі, артықшылықтар мен кемшіліктер

2024 Автор: Erin Ralphs | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-02-19 17:08

Атмосфералық опциялармен салыстырғанда турбокомпрессорлық қозғалтқыштардың негізгі кемшілігі турбинаның айналуы белгілі бір уақытты алатындығына байланысты аз жауап беру болып табылады. Турбокомпрессорлардың дамуымен өндірушілер олардың әсер ету қабілетін, өнімділігін және тиімділігін арттырудың әртүрлі әдістерін әзірлеуде. Қос айналдыру турбиналары - ең жақсы нұсқа.

Жалпы мүмкіндіктер

Бұл термин турбиналық доңғалақтың қос кірісі және қос жұмыс дөңгелегі бар турбокомпрессорларға қатысты. Алғашқы турбиналар пайда болғаннан бері (шамамен 30 жыл бұрын) олар ашық және бөлек қабылдау нұсқалары болып сараланды. Соңғылары заманауи қос айналдырғыш турбокомпрессорлардың аналогтары болып табылады. Ең жақсы параметрлер оларды тюнинг пен мотоспортта пайдалануды анықтайды. Сонымен қатар, кейбір өндірушілер оларды Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP және сияқты спорттық көліктерде пайдаланады.басқалар

Дизайн және жұмыс принципі

Қос айналдыру турбиналарының кәдімгі турбиналардан екіге бөлінген қос турбиналық дөңгелегі мен кіріс бөлігінің болуымен ерекшеленеді. Ротор монолитті дизайнға ие, бірақ пышақтардың өлшемі, пішіні және қисаюы диаметрі бойынша өзгереді. Оның бір бөлігі шағын, екіншісі үлкен жүкке арналған.

Қос айналмалы турбиналардың жұмыс істеу принципі цилиндрлердің жұмыс істеу тәртібіне байланысты турбина дөңгелегіне әртүрлі бұрыштарда шығатын газдарды бөлек беруге негізделген.

Дизайн мүмкіндіктері және қос айналдыру турбинасы қалай жұмыс істейтіні төменде толығырақ талқыланады.

Тығыздау коллекторы

Шығарылатын коллектордың дизайны қос айналдырғыш турбокомпрессорлар үшін бірінші кезекте маңызды болып табылады. Ол жарыс коллекторларының цилиндрлерді біріктіру тұжырымдамасына негізделген және цилиндрлер санымен және олардың ату ретімен анықталады. 4 цилиндрлі қозғалтқыштардың барлығы дерлік 1-3-4-2 ретімен жұмыс істейді. Бұл жағдайда бір арна 1 және 4 цилиндрлерді біріктіреді, екіншісі - 2 және 3. 6 цилиндрлі қозғалтқыштардың көпшілігінде пайдаланылған газдар 1, 3, 5 және 2, 4, 6 цилиндрлерден бөлек беріледі. Ерекшелік ретінде RB26 және 2JZ атап өту керек. Олар 1-5-3-6-2-4 ретімен жұмыс істейді.

Демек, бұл қозғалтқыштар үшін 1, 2, 3 цилиндрлер бір дөңгелекке, 4, 5, 6 екіншісіне біріктірілген (турбиналық жетектер қорда бір ретпен ұйымдастырылған). Осылайша аталдықозғалтқыштар алғашқы үш және соңғы үш цилиндрді екі арнаға біріктіретін шығару коллекторының жеңілдетілген дизайнымен ерекшеленеді.

Цилиндрлерді белгілі бір ретпен қосудан басқа, коллектордың басқа мүмкіндіктері өте маңызды. Ең алдымен, екі арнаның ұзындығы бірдей және иілу саны бірдей болуы керек. Бұл жеткізілетін пайдаланылған газдардың бірдей қысымын қамтамасыз ету қажеттілігіне байланысты. Сонымен қатар, коллектордағы турбинаның фланеці оның кірісінің пішіні мен өлшемдеріне сәйкес келуі маңызды. Ақырында, ең жақсы өнімділікті қамтамасыз ету үшін коллектордың дизайны турбинаның A/R деңгейіне сәйкес келуі керек.

Қос айналдыру турбиналары үшін сәйкес конструкцияның сору коллекторын пайдалану қажеттілігі кәдімгі коллекторды пайдаланған жағдайда мұндай турбокомпрессордың бір айналдырғыш ретінде жұмыс істейтіндігімен анықталады. Бір айналдырғыш турбинаны қос айналдыратын коллектормен біріктіру кезінде де солай болады.

Цилиндрлердің импульсті әрекеттесуі

Бір айналдыруға қарағанда олардың артықшылықтарын анықтайтын қос айналдырғыш турбокомпрессорлардың маңызды артықшылықтарының бірі пайдаланылған газ импульстары арқылы цилиндрлердің өзара әсерін айтарлықтай азайту немесе жою болып табылады.

Әр цилиндр төрт жүрістің барлығынан өтуі үшін иінді білік 720 ° айналуы керек екені белгілі. Бұл 4 және 12 цилиндрлі қозғалтқыштарға да қатысты. Алайда, егер иінді білік бірінші цилиндрлерде 720 ° бұрылса, олар бір циклды аяқтаса, онда12 цилиндрлі - барлық циклдар. Осылайша, цилиндрлер санының ұлғаюымен әрбір цилиндр үшін бірдей жүрістердің арасындағы иінді біліктің айналу мөлшері азаяды. Сонымен, 4 цилиндрлі қозғалтқыштарда қуат инсульт әр түрлі цилиндрлерде әрбір 180 ° орын алады. Бұл қабылдау, қысу және шығару соққыларына да қатысты. 6 цилиндрлі қозғалтқыштарда иінді біліктің 2 айналымында көбірек оқиғалар орын алады, сондықтан цилиндрлер арасындағы бірдей соққылар бір-бірінен 120 ° болады. 8 цилиндрлі қозғалтқыштар үшін интервал 90 °, 12 цилиндрлі қозғалтқыштар үшін - 60 °.

Тарату біліктерінің фазасы 256-дан 312°-қа дейін немесе одан да көп болатыны белгілі. Мысалы, біз кіріс және шығыс жағында 280 ° фазалары бар қозғалтқышты аламыз. Мұндай 4 цилиндрлі қозғалтқышта пайдаланылған газдарды шығарған кезде, әрбір 180 ° цилиндрдің шығатын клапандары 100 ° ашық болады. Бұл цилиндрді шығару кезінде поршеньді төменнен жоғары өлі нүктеге көтеру үшін қажет. Үшінші цилиндрге арналған 1-3-2-4 ату тәртібімен сору клапандары поршеньдік жүрістің соңында ашыла бастайды. Бұл кезде бірінші цилиндрде кіріс инсульт басталады, ал шығатын клапандар жабыла бастайды. Үшінші цилиндрдің шығару клапандарының ашылуының алғашқы 50° кезінде бірінші цилиндрдің сору клапандары ашылады, оның қабылдау клапандары да ашыла бастайды. Осылайша, клапандар цилиндрлер арасында қабаттасады.

Бірінші баллоннан шығатын газдар шығарылғаннан кейін шығару клапандары жабылады және қабылдау клапандары ашыла бастайды. Бұл кезде үшінші цилиндрдің шығатын клапандары ашылып, жоғары энергиялы пайдаланылған газдарды шығарады. Маңызды үлесолардың қысымы мен энергиясы турбинаны жүргізуге жұмсалады, ал аз бөлігі ең аз қарсылық жолын іздейді. Интегралды турбинаның кірісімен салыстырғанда бірінші цилиндрдің жабылатын шығатын клапандарының қысымы төмен болғандықтан, үшінші цилиндрдің пайдаланылған газдарының бір бөлігі біріншіге жіберіледі.

Алу инсульті бірінші цилиндрде басталатындықтан, қабылдау заряды пайдаланылған газдармен сұйылтылып, қуатын жоғалтады. Соңында бірінші цилиндрдің клапандары жабылып, үшіншінің поршені көтеріледі. Соңғысы үшін босату жүзеге асырылады, ал 1-цилиндр үшін қарастырылған жағдай екінші цилиндрдің шығару клапандары ашылған кезде қайталанады. Осылайша, түсінбеушілік бар. Бұл мәселе цилиндрлер арасындағы 120 және 90 ° тиісінше шығатын инсульт интервалдары бар 6 және 8 цилиндрлі қозғалтқыштарда одан да айқын көрінеді. Бұл жағдайларда екі цилиндрдің шығару клапандарының ұзағырақ қабаттасуы байқалады.

Цилиндрлер санын өзгерту мүмкін болмағандықтан, бұл мәселені турбокомпрессорды пайдалану арқылы ұқсас циклдар арасындағы аралықты арттыру арқылы шешуге болады. 6 және 8 цилиндрлі қозғалтқыштарда екі турбинаны пайдаланған жағдайда олардың әрқайсысын басқару үшін цилиндрлерді біріктіруге болады. Бұл жағдайда шығатын клапанның ұқсас оқиғалары арасындағы аралық екі есе артады. Мысалы, RB26 үшін алдыңғы турбина үшін 1-3 және артқы үшін 4-6 цилиндрлерді біріктіруге болады. Бұл бір турбина үшін цилиндрлердің дәйекті жұмысын болдырмайды. Сондықтан, шығу клапаны оқиғалар арасындағы интервал үшінбір турбокомпрессордың цилиндрлері 120-дан 240°-қа дейін артады.

Қос айналдыру турбинасында бөлек шығатын коллекторы бар болғандықтан, бұл мағынада ол екі турбокомпрессоры бар жүйеге ұқсас. Сонымен, екі турбиналы немесе қос айналдырғыш турбокомпрессоры бар 4 цилиндрлі қозғалтқыштар оқиғалар арасында 360 ° интервалға ие. Ұқсас күшейту жүйелері бар 8 цилиндрлі қозғалтқыштардың аралығы бірдей. Клапанның көтерілу ұзақтығынан асатын өте ұзақ кезең олардың бір турбинаның цилиндрлері үшін қабаттасуын болдырмайды.

Осылайша, қозғалтқыш көбірек ауа сорып, қалған пайдаланылған газдарды төмен қысымда сорып, цилиндрлерді тығыз және таза зарядпен толтырады, нәтижесінде өнімділікті жақсартатын қарқынды жану пайда болады. Бұған қоса, жоғары көлемдік тиімділік және жақсы тазалау цилиндрдегі ең жоғары температураны ұстап тұру үшін жоғары тұтану кідірісін пайдалануға мүмкіндік береді. Осының арқасында қос айналмалы турбиналардың тиімділігі отын тиімділігі 5% жақсы бір айналдыратын турбиналармен салыстырғанда 7-8%-ға жоғары.

Екі айналдыру турбокомпрессорларының цилиндрдегі орташа қысымы мен тиімділігі жоғарырақ, бірақ бір айналдыратын турбокомпрессорлармен салыстырғанда цилиндрдегі ең жоғары қысым мен шығыс кері қысымы төмен, деп хабарлайды Full-Race. Қос айналдыру жүйелерінде төмен айн/мин кезінде кері қысым көбірек (күшейтуге ықпал етеді) және жоғары айн/мин кезінде азырақ (өнімділікті жақсартады). Ақырында, мұндай күшейту жүйесі бар қозғалтқыш кең фазаның теріс әсерлеріне аз сезімталтаратқыш біліктері.

Өнімділік

Жоғарыда қос айналмалы турбиналардың жұмыс істеуінің теориялық ұстанымдары болды. Бұл тәжірибеде не беретінін өлшемдер анықтайды. Бір айналдыру нұсқасымен салыстыру бойынша мұндай сынақты DSPORT журналы Project KA 240SX бойынша жүргізді. Оның KA24DET 700 а.к. дейін дамытады. бірге. E85 доңғалақтарында. Қозғалтқыш Wisecraft Fabrication арнайы шығаратын коллекторымен және Garrett GTX турбокомпрессорымен жабдықталған. Сынақтар кезінде тек турбина корпусы бірдей A / R мәнінде өзгертілді. Қуат пен моменттің өзгеруіне қоса, сынақшылар ұқсас іске қосу жағдайларында үшінші берілісте белгілі бір айналым жылдамдығына жету және қысымды арттыру уақытын өлшеу арқылы жауап беру қабілеттілігін өлшеді.

Нәтижелер бүкіл айналым/мин диапазонында қос айналдырғыш турбинаның ең жақсы өнімділігін көрсетті. Ол 3500-ден 6000 айн / мин аралығындағы қуаттағы ең үлкен артықшылықты көрсетті. Ең жақсы нәтижелер бір айн/мин кезінде жоғары күшейту қысымына байланысты. Сонымен қатар, көбірек қысым қозғалтқыштың көлемін ұлғайту әсерімен салыстырылатын моменттің ұлғаюын қамтамасыз етті. Ол сондай-ақ орташа жылдамдықта айқын көрінеді. 45-тен 80 м/сағ (3100-5600 айн/мин) дейінгі үдеуде қос айналдырғыш турбина бір айналдырғыштан 0,49 с (2,93 қарсы 3,42) асып түсті, бұл үш дененің айырмашылығын береді. Яғни, сигналды айналдыру турбокомпрессоры бар автомобиль 80 мильге жеткенде, қос айналдырғыш нұсқасы 95 миль / сағ жылдамдықпен 3 автокөлік ұзындығын алға жылжытады. 60-100 м/сағ (4200-7000 айн/мин) жылдамдық диапазонында қос айналмалы турбинаның артықшылығыазырақ мәнді болып шықты және 0,23 с (1,75 қарсы 1,98 с) және 5 м/сағ (105 қарсы 100 м/сағ) құрады. Белгілі бір қысымға жету жылдамдығы бойынша қос айналдырғыш турбокомпрессор бір айналдырғыш турбокомпрессордан шамамен 0,6 с алда. Осылайша, 30 psi-де айырмашылық 400 айн/мин (5500 және 5100 айн/мин) болады.

Тағы бір салыстыруды Full Race Motorsports компаниясы BorgWarner EFR турбосы бар 2,3 л Ford EcoBoost қозғалтқышында жасады. Бұл жағдайда әр арнадағы пайдаланылған газ шығыны компьютерлік модельдеу арқылы салыстырылды. Қос айналдырғыш турбина үшін бұл мәннің таралуы 4% дейін, ал бір айналдыру турбина үшін 15% болды. Ағын жылдамдығының жақсырақ сәйкестігі араластырудың аз шығынын және қос айналдырғыш турбокомпрессорлар үшін көбірек импульстік энергияны білдіреді.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Екі айналдыру турбиналары бір айналдыру турбиналарына қарағанда көптеген артықшылықтарды ұсынады. Оларға мыналар жатады:

• бүкіл айналым диапазонында өнімділік артты;
• жауап беру қабілеті жақсырақ;
• араластыру шығыны аз;
• турбина дөңгелегіне импульстік энергияны жоғарылатты;
• тиімділікті жақсарту;
• қос турбо жүйесіне ұқсас төменгі жақтың моменті көбірек;
• клапандар цилиндрлер арасында қабаттасатын кезде қабылдау зарядының әлсіреуін азайту;
• төменгі пайдаланылған газ температурасы;
• қозғалтқыштың импульстік жоғалуын азайту;
• отын шығынын азайтыңыз.

Негізгі кемшілігі дизайнның үлкен күрделілігі болып табылады, бұл оның өсуіне әкеледі.бағасы. Бұған қоса, жоғары жылдамдықта жоғары қысымда газ ағынының бөлінуі бір айналдыру турбинасындағыдай ең жоғары өнімділікке қол жеткізуге мүмкіндік бермейді.

Құрылымы бойынша қос айналдырғыш турбиналар екі турбокомпрессоры бар жүйелерге ұқсас (би-турбо және қос турбо). Олармен салыстырғанда мұндай турбиналар, керісінше, құны мен дизайнының қарапайымдылығы бойынша артықшылықтарға ие. Кейбір өндірушілер мұны пайдалануда, мысалы, N54B30 1-Series M Coupe-дегі қос турбо жүйесін N55B30 M2-дегі қос айналдырғыш турбокомпрессормен ауыстырған BMW.

Айнымалы геометриясы бар турбокомпрессорлар - олардың дамуының ең жоғары сатысын білдіретін турбиналар үшін техникалық жағынан одан да жетілдірілген нұсқалар бар екенін атап өткен жөн. Тұтастай алғанда, олар әдеттегі турбиналарға қарағанда қос айналдырғыш сияқты артықшылықтарға ие, бірақ үлкен дәрежеде. Дегенмен, мұндай турбокомпрессорлар әлдеқайда күрделі дизайнға ие. Сонымен қатар, олар қозғалтқышты басқару блогымен басқарылатындықтан, бастапқыда мұндай жүйелер үшін жасалмаған қозғалтқыштарға орнату қиын. Ақырында, бензин қозғалтқыштарында осы турбиналардың өте нашар қолданылуын тудыратын негізгі фактор - мұндай қозғалтқыштарға арналған модельдердің өте жоғары құны. Сондықтан жаппай өндірісте де, баптауда да олар өте сирек кездеседі, бірақ олар коммерциялық көліктердің дизельдік қозғалтқыштарында кеңінен қолданылады.

SEMA 2015 көрмесінде BorgWarner қос айналдыру технологиясын айнымалы геометриялық дизайнмен біріктіретін дизайнды, Twin Scroll айнымалы геометриялық турбинасын таныстырды. Оның ішіндеқосарлы кіріс бөлігінде демпфер орнатылады, ол жүктемеге байланысты жұмыс дөңгелегі арасында ағынды бөледі. Төмен жылдамдықта барлық пайдаланылған газдар ротордың кішкене бөлігіне түседі, ал үлкен бөлігі бітеліп қалады, бұл әдеттегі қос айналмалы турбинаға қарағанда жылдамырақ айналдыруды қамтамасыз етеді. Жүктеме ұлғайған сайын амортизатор бірте-бірте ортаңғы позицияға ауысады және стандартты қос айналдыру конструкциясындағыдай ағынды жоғары жылдамдықпен біркелкі таратады. Осылайша, бұл технология, айнымалы геометриялық технология сияқты, турбинаны қозғалтқыштың жұмыс режиміне реттей отырып, жүктемеге байланысты A / R қатынасының өзгеруін қамтамасыз етеді, бұл жұмыс ауқымын кеңейтеді. Сонымен қатар, дизайнды ескере отырып, әлдеқайда қарапайым және арзанырақ, өйткені мұнда қарапайым алгоритм бойынша жұмыс істейтін бір ғана жылжымалы элемент қолданылады және ыстыққа төзімді материалдарды пайдалану қажет емес. Айта кету керек, ұқсас шешімдер бұрын да кездескен (мысалы, жылдам шпуль клапаны), бірақ қандай да бір себептермен бұл технология танымал бола алмады.

Қолданба

Жоғарыда атап өтілгендей, қос айналмалы турбиналар жиі жаппай шығарылатын спорттық көліктерде қолданылады. Дегенмен, баптау кезінде оларды жалғыз айналдыру жүйесі бар көптеген қозғалтқыштарда пайдалану шектеулі кеңістікте кедергі келтіреді. Бұл, ең алдымен, тақырыптың дизайнына байланысты: бірдей ұзындықтарда рұқсат етілген радиалды иілулер мен ағын сипаттамалары сақталуы керек. Бұдан басқа, оңтайлы ұзындық пен иілу, сондай-ақ материал мен қабырға қалыңдығы туралы мәселе бар. Full-Race бойынша, тиімділігі жоғарыраққос айналмалы турбиналар үшін диаметрі кішірек арналарды пайдалануға болады. Дегенмен, олардың күрделі пішіні мен қос кірісіне байланысты мұндай коллектор кез келген жағдайда бөлшектердің көп болуына байланысты әдеттегіден үлкенірек, ауыр және күрделірек. Сондықтан ол стандартты орынға сәйкес келмеуі мүмкін, нәтижесінде картерді ауыстыру қажет болады. Сонымен қатар, қос айналдырғыш турбиналардың өздері ұқсас бір айналдырғыштарға қарағанда үлкенірек. Сонымен қатар, басқа аппипа және май тұзағы қажет болады. Сонымен қатар, қос айналдыру жүйелеріне арналған сыртқы қалдық қақпақтармен жақсырақ жұмыс істеу үшін Y-құбырының орнына екі қалдық қақпақ (әр дөңгелекке бір) пайдаланылады.

Кез келген жағдайда ВАЗ-ға қос айналмалы турбинаны орнатуға болады, ал оны Porsche бір айналдыратын турбокомпрессорымен ауыстыруға болады. Айырмашылық қозғалтқышты дайындау бойынша жұмыстың құны мен көлеміне байланысты: егер сериялық турбо қозғалтқыштарда бос орын болса, әдетте сору коллекторын және кейбір басқа бөлшектерді ауыстырып, түзетулер енгізу жеткілікті болса, онда атмосфералық қозғалтқыштар әлдеқайда көп нәрсені қажет етеді. турбо зарядтау үшін елеулі араласу. Дегенмен, екінші жағдайда, екі айналдыру және бір айналдыру жүйелерінің орнату күрделілігінің айырмашылығы (бірақ құны бойынша емес) шамалы.

Қорытынды

Қос айналмалы турбиналар бір айналдыру турбиналарына қарағанда жақсырақ өнімділікті, жауап беруді және тиімділікті қамтамасыз етеді, бұл пайдаланылған газдарды қос турбиналық дөңгелекке бөлу және цилиндр кедергісін жою арқылы. Дегенменмұндай жүйені құру өте қымбат болуы мүмкін. Тұтастай алғанда, бұл турбо қозғалтқыштар үшін максималды өнімділікті жоғалтпай, жауап беруді арттырудың ең жақсы шешімі.