Twinscroll турбины: описание конструкции, принцип работы, преимущества и недостатки

Опубликованно 24.04.2019 21:20

Основным недостатком двигателей с турбонаддувом по сравнению с колебаниями атмосферного менее чувствительной, в связи с тем, что поощрение турбины занимает некоторое время. С развитием турбокомпрессоры производители разрабатывают различные способы по улучшению их оперативности, продуктивности и эффективности. Лучшим вариантом являются twinscroll турбины. Общие характеристики

Под этим термином понимают турбокомпрессора с двойной вход и двойной крыльчатки турбинного колеса. С момента появления первой турбины (около 30 лет назад), они были дифференцированы по нужным открыть и отдельный вход. Последние являются аналогами современных twinscroll турбокомпрессоров. Лучшие параметры для определения их использования в тюнинге и автоспорте. Кроме того, некоторые производители используют их в производстве спортивных автомобилей, таких как Мицубиси Эво, Субару Импреза СТИ, солнцестояние Понтиака GxP, где и т. д.

Конструкция и принцип работы

Из обычной турбины twinscroll отличается двойным турбинным колесом и разделено на две части входной части. Ротор имеет монолитную структуру, но размер, форма и изгиб лопастей изменяются в диаметре. Одна часть предназначена для небольшой нагрузки и другие в большинство.

Принцип работы twinscroll турбины основана на Раздельной подачи выхлопных газов под другим углом на колесо турбины, в зависимости от порядка запуска.

Далее подробно рассматриваются конструктивные особенности и как она работает twinscroll турбины. Выпускной коллектор

Важное значение для twinscroll турбокомпрессоров конструкции выпускного коллектора. Он основан на концепции сопряжения цилиндров гоночной заголовки и определяется числом цилиндров и порядок их работы. Почти все 4-цилиндровые двигатели работают в порядке 1-3-4-2. В этом случае совместная канал 1 и 4 цилиндры, 2 и 3. На большинстве 6-цилиндровых двигателей подачи отработавших газов осуществляется отдельно от 1, 3, 5 и 2, 4, 6 цилиндров. В качестве исключения следует отметить RB26 и 2JZ. Они работают в 1-5-3-6-2-4 порядок.

Таким образом, в этих моторах 1, 2, 3 цилиндры совпадать с одним рабочим колесом, 4, 5, 6 для второго (в потоке в том же порядке расположены для привода турбин). Так называемые двигатели отличает упрощенная конструкция выхлопной коллектор, объединяющий два канала из трех первых и трех последних цилиндра.

В дополнение к соединению цилиндров в определенном порядке очень важны и другие характеристики коллектора. Прежде всего, оба канала должны иметь одинаковую длину и одинаковое количество изгибов. Это связано с необходимостью обеспечения равного давления выхлопных газов. Кроме того, важно, что турбина фланец на коллекторе форму и размер своего вклада. Наконец, для лучшей производительности, необходимо точное соответствие проектной стоимости коллектора турбины/Р.

Необходимость применения для twinscroll турбины выпускной коллектор соответствующей конструкции определяется тем, что в случае использования обычных коллектор, так что турбо будет работать как singlequery. То же самое будет наблюдаться при совмещении singlescale турбина коллектор twinscroll. Пульс взаимодействие цилиндров

Одним из существенных преимуществ twinscroll турбокомпрессоров, определение их преимуществ перед singlescale, чтобы существенно снизить или исключить взаимное влияние цилиндров импульсов выхлопных газов.

Известно, что для прохождения каждого цилиндра все четыре удара коленчатый вал должен вращаться 720°. Это справедливо для 4 - и 12-цилиндровыми двигателями. Однако, если вращение коленчатый вал на 720° в первый цилиндр совершает один такт, 12-цилиндровый – все удары. Таким образом, с увеличением числа цилиндров уменьшает величину поворота коленчатого вала между теми же циклами для каждого цилиндра. Так, на 4-цилиндровые моторы происходит каждые 180° в разных цилиндрах. Это справедливо и для циклов впуска, сжатия и выпуска. На 6-цилиндровых двигателях за 2 оборота коленчатого вала происходит больше событий, поэтому тот же тактов между цилиндрами, расположенными через 120°. Для 8-цилиндровых двигателей интервал равен 90°, для 12-цилиндровых и 60°.

Известно, что распредвал может быть участок от 256 до 312° или более. Например, вы можете взять двигатель с фазами 280° на входе и выходе. Когда вы исчерпаете этот 4-цилиндровый мотор каждые 180° выпускной клапаны цилиндра будет открыт через 100°. Это необходимо для поднятия поршня от нижней до верхней мертвой точки во время выхода цилиндра. Когда порядок работы 1-3-2-4 для третьего цилиндра, выпускные клапаны начинают открываться в конце рабочего хода поршня. В это время в первом цилиндре начинается такт всасывания, и закройте выпускные клапаны. В течение первых 50° открытие выпускного клапана третьего цилиндра состоится открытие выпускных клапанов первого, и начнут открывать свои впускных клапанов. Таким образом, существует перекрытие клапанов между цилиндрами.

После удаления выхлопных газов из первого цилиндра закрывает выпускных клапанов, а впускной начинает открываться. В то же время открытия выпускных клапанов третьего цилиндра, выпуская высокого энергии выхлопных газов. Значительная часть их давление и энергия используется для привода турбины, и меньшая часть ищет путь наименьшего сопротивления. Из-за снижения давления в закрытых выпускных клапанов первого цилиндра в сравнении со всем вход турбины часть выхлопных газов третьего цилиндра направлена в первую.

Из-за того, что в первом цилиндре начинается такт всасывания, впускной заряд смешивается с отработавшими газами, теряя силы. В конце первый цилиндр клапана закрыты и поршень поднимается третий. По последнему вопросу, рассматривается и повторяется для цилиндра 1 ситуация, при открытии выпускных клапанов второго цилиндра. Таким образом, возникает путаница. Проблема становится еще более очевидным в 6 - и 8-цилиндровых двигателей в интервалах такте выхлопа между цилиндрами 120 и 90° соответственно. В этих случаях есть даже больше перекрытие клапанов двух цилиндров.

Ввиду невозможности изменения количества цилиндров эта проблема может быть решена с помощью увеличения интервала между аналогичными циклами по использованию турбокомпрессора. В случае использования двух турбин на 6 - и 8-цилиндровые двигатели могут быть объединены цилиндры для привода каждого из них. В этом случае интервалы между подобными событиями выпускных клапанов будет удвоен. Например, для RB26 можно объединить цилиндры 1-3 на передней части турбины и 4-6 для задних. Таким образом, нет никакой последовательной стрельбы из цилиндров в одну турбину. Таким образом, интервал между событиями выпускные клапаны для цилиндров одного турбонагнетателя увеличивается от 120 до 240°.

Из-за того, что twinscroll турбины имеет отдельный выпускной коллектор, в этом смысле, он похож на систему с двумя турбонагнетателями. Таким образом, 4-цилиндровыми двигателями с двумя турбинами или twinscroll турбокомпрессор иметь интервал в 360° между событиями. 8-цилиндровыми двигателями с аналогичными импульс системы имеют тот же интервал. Очень длительный период, превышающий продолжительность подъема клапана, устранения их дублирования для баллонов одной турбины.

Таким образом, двигатель засасывает больше воздуха и тяги остатки отработавших газов с низким давлением наполнения цилиндров более плотный и чистый заряд, что обеспечивает более интенсивное сгорание для увеличения производительности. Кроме того, наиболее объемный КПД и лучшей очистки позволяют использовать более высокие задержки воспламенения поддерживает максимальную температуру в цилиндрах. Благодаря этому twinscroll КПД турбины выше на 7-8% по сравнению с singlescale в лучшем случае 5% топливной эффективности.

По данным полном-гонки, twinscroll турбокомпрессоров по сравнению с singlescale характеризуются более высоким средним давлением цилиндра и эффективность, но и снизить пиковые давления в цилиндре и давление на выходе. Система Twinscroll уже более противодавление на низких оборотах (включение наддува) и менее высокие (что увеличивает производительность). Наконец, двигатель с такой системой наддува менее чувствительными к негативным влияниям широкопалых Раков распредвалов. Производительности

Выше теоретические положения работы twinscroll турбины. Что это дает на практике, установленные измерений. Такую проверку путем сравнения singlegrain был проведен журналом DSPORT на проект 240SX ка. KA24DET он развивает до 700 л. с. На колесах на Е85. Двигатель оборудован настраиваемой выхлопной коллектор Wisecraft изготовление и турбокомпрессор Гаррет мониторов. Во время теста, только менять турбину жилье по той же стоимости а/р. Помимо изменения мощности и крутящего момента, тестеры оценили оперативность по срокам достижения определенных оборотах и давления наддува на третьей передаче при аналогичных условиях запуска.

Результаты показали более высокую производительность twinscroll турбины во всем диапазоне оборотов. Величайшее превосходство власти она показала в диапазоне от 3500 до 6000 оборотов в минуту. лучшие результаты из-за высокого давления наддува на этих же оборотах. Кроме того, большее давление, чтобы обеспечить увеличение крутящего момента, сопоставимого с эффектом увеличения объема двигателя. Наиболее четко она проявляется также на средней скорости. Для разгона от 45 до 80 м/ч (3100-5600 об / мин) twinscroll турбины пропускается одноканальное 0,49 с (С против 2,93 3,42), что может дать разницу в три здания. То есть, когда машина syncscroll турбокомпрессора достигнет 80 м/ч, twinscroll вариантом будет отправиться на 3 автомобиля длина впереди со скоростью 95 км/ч в диапазоне скоростей 60-100 м/ч (4200-7000 об / мин) превосходство twinscroll турбина была менее значительной и составила 0,23 (1.75 против 1.98 C) и 5 м/ч (105 против 100 км/ч). Скорость достижения определенного давления турбонагнетателя twinscroll впереди одноканальное около 0,6 С. Таким образом, на 30 фунтов / кв. дюйм разница в 400 об / мин (5500 против 5100 об / мин).

Другое сравнение велось полным гонки мотоспорта 2.3 л мотор Форд EcoBoost с турбиной компании BorgWarner РФО. В этом случае с помощью компьютерного моделирования были сравнены скорости потока выхлопных газов в каждом канале. Для twinscroll турбины разброс значений составил 4%, в то время как для singlescale – 15%. Лучшие постоянство скорости потока указывает на меньшие потери при смешивании и большой энергией в импульсе для twinscroll турбокомпрессоров. Преимущества и недостатки

Twinscroll турбины характеризуется множеством преимуществ по сравнению вариантов singlescale. К ним относятся: повышенная производительность во всем диапазоне оборотов; лучшие отзывчивость; меньшие потери при смешивании; увеличение энергии импульса до колеса турбины; лучшей эффективности зарядки; более низкий крутящий момент схожая с системой твин-турбо; уменьшение затухания потребление заряда во время фазы перекрытия клапанов между цилиндрами; снижение температуры выхлопных газов; снижение потери пульса двигателя; снижение потребления топлива.

Основным недостатком является большая сложность конструкции, что вызывает дополнительные расходы. Кроме того, под высоким давлением и при высоких оборотах разделения газов не позволяет получить одинаковую максимальную производительность, что singlescale турбины.

Структурно twinscroll турбины представляют собой аналоговые системы с двумя турбонагнетателями (би-турбо и твин-турбо). По сравнению с ними, наоборот эти турбины имеют преимущества в стоимости и простоте конструкции. Таковы некоторые производители, такие как BMW, замена система с двойным турбонаддувом N54B30 1-серии M Coupe на twinscroll турбокомпрессоров N55B30 на м2.

Следует отметить, что есть более технологически продвинутые варианты турбин, представляющих высшую стадию своего развития - турбокомпрессоры с изменяемой геометрией. В целом они обладают теми же преимуществами по сравнению с обычными турбинами, которые twinscroll, но в большей степени. Однако, такие турбокомпрессоры имеют гораздо более сложную конструкцию. Кроме того, их трудно настроить, не предназначенного для таких систем двигателей, поскольку они управляются блоком управления двигателя. Наконец, главным фактором является крайне скудной, использование этих турбин, бензиновых двигателей, является очень высокая стоимость модели для таких двигателей. Поэтому, как в серийном производстве и тюнинг они крайне редки, но широко распространен на дизельных двигателях коммерческих автомобилей.

На SEMA 2015, компании BorgWarner была представлена разработка, twinscroll соединив в себе технологии и дизайн с изменяемой геометрией - twinscroll турбина с изменяемой геометрией. В его двойной порцией ввод установленного клапана, который, в зависимости от нагрузки распределение потока через рабочее колесо. На низких оборотах, все выхлопные газы являются лишь небольшой частью ротора, и большинство блокируется, что обеспечивает еще более быстрому продвижению, чем обычные twinscroll турбины. Нагрузка увеличивается, клапан постепенно перемещается в среднее положение и равномерно распределяет поток на высоких оборотах, как и в стандартной конструкции twinscroll. Таким образом, эта технология, как технология с изменяемой геометрией, обеспечивает изменение соотношения а/R в зависимости от нагрузки, регулировка турбины при работе двигателя, расширяя рабочую зону. При рассмотрении конструкции значительно легче и дешевле, так как есть только один движущийся элемент, работающий по простому алгоритму и не требует использования термостойких материалов. Следует отметить, что аналогичные решения были найдены ранее (например, быстрая золотник), но по каким-то причинам не нашли распространения.

Приложение

Как отмечалось выше, twinscroll турбины часто используются в серийных спортивных автомобилей. Однако, при настройке их применение на многих двигателях с системами singlescale сложно с ограниченным пространством. Это в первую очередь связано с коллектором дизайн: равной длины, необходимые для поддержания приемлемых радиальных кривых и характеристик потока. Кроме того, вопрос оптимальной длины и изгиба, а также материал и толщина стены. По гонке, из-за большей эффективности турбины twinscroll можно использовать каналы с меньшим диаметром. Однако, из-за их сложной формы и двойной впускной коллектор, в любом случае, более трудным и более трудным, чем обычно, из-за большего количества деталей. Поэтому он не может поместиться на стандартное место, в результате чего нужно менять поддон. Кроме того, twinscroll турбины больше похожие singlegrain. Кроме того, вам будут нужны другие апип и маслоотделитель. Кроме того, для лучшей работы с внешними wastgate для систем twinscroll использовать два регулятора давления наддува (по одному на колесо) вместо Y-образной трубы.

В любом случае, установка twinscroll турбины на ВАЗ, и заменить ее singlescale турбонагнетателя Порше. Разница в стоимости и объема работ по подготовке двигателя: если серийный двигатель с турбонаддувом, где пространство обычно достаточно заменить выпускной коллектор и некоторые другие части и сделать установки, атмосферные двигатели требуют для турбирования куда более серьезные вмешательства. Однако, во втором случае, разница в сложности установки (но не значение) twinscroll и системы одноканальное неактуально.

Выводы

Twinscroll турбины, из-за раздельного питания двойной выхлоп на колесо турбины и устранения взаимных импульсным воздействием цилиндров, обеспечивают максимальную производительность, оперативность и эффективность по сравнению с вариантами singlescale. Однако, создание такой системы может обойтись очень дорого. В целом это лучшее решение для повышения оперативности без потери максимальной производительности для двигателей с турбонаддувом.

Владислав Боев

14

Категория: Автотехника