Twin scroll turbine: maelezo ya muundo, kanuni ya uendeshaji, faida na hasara

2024 Mwandishi: Erin Ralphs | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-02-19 18:51

Hasara kuu ya injini za turbocharged ikilinganishwa na chaguo za angahewa ni uitikiaji mdogo, kutokana na ukweli kwamba kusokota kwa turbine huchukua muda fulani. Pamoja na maendeleo ya turbocharger, wazalishaji wanatengeneza njia mbalimbali za kuboresha mwitikio wao, utendaji na ufanisi. Mitambo miwili ya kusogeza ndiyo chaguo bora zaidi.

Sifa za Jumla

Neno hili linarejelea turbocharger zenye ingizo mbili na kisukuma mara mbili cha gurudumu la turbine. Tangu kuonekana kwa turbine za kwanza (karibu miaka 30 iliyopita), zimegawanywa katika chaguzi za ulaji wazi na tofauti. Mwisho ni analogi za turbocharger za kisasa za kusongesha. Vigezo bora huamua matumizi yao katika tuning na motorsport. Kwa kuongezea, watengenezaji wengine huzitumia kwenye magari ya michezo ya uzalishaji kama vile Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP nawengine

Kanuni ya muundo na uendeshaji

Mitambo ya kusogeza-pacha hutofautiana na mitambo ya kawaida kwa kuwa na gurudumu la turbine pacha na sehemu ya kuingilia iliyogawanywa mara mbili. Rotor ni ya muundo wa monolithic, lakini saizi, sura na curvature ya vile hutofautiana kwa kipenyo. Sehemu yake moja imeundwa kwa ajili ya mzigo mdogo, nyingine kwa kubwa.

Kanuni ya utendakazi wa mitambo miwili ya kusogeza inategemea usambazaji tofauti wa gesi za kutolea moshi katika pembe tofauti hadi kwenye gurudumu la turbine, kulingana na mpangilio wa utendakazi wa mitungi.

Vipengele vya muundo na jinsi turbine ya kusogeza inavyofanya kazi vinajadiliwa kwa undani zaidi hapa chini.

Njia nyingi za kutolea nje

Muundo wa manifold ya kutolea moshi ni wa muhimu sana kwa turbocharja za kusongesha pacha. Inategemea dhana ya kuunganisha silinda ya aina nyingi za mbio na imedhamiriwa na idadi ya mitungi na utaratibu wao wa kurusha. Karibu injini zote za silinda 4 zinafanya kazi kwa mpangilio wa 1-3-4-2. Katika kesi hiyo, chaneli moja inachanganya mitungi 1 na 4, nyingine - 2 na 3. Kwenye injini nyingi za silinda 6, gesi za kutolea nje hutolewa tofauti na 1, 3, 5 na 2, 4, 6 mitungi. Isipokuwa, RB26 na 2JZ inapaswa kuzingatiwa. Wanafanya kazi kwa mpangilio 1-5-3-6-2-4.

Kwa hivyo, kwa injini hizi, mitungi 1, 2, 3 huunganishwa kwa impela moja, 4, 5, 6 kwa pili (anatoa za turbine zimepangwa katika hisa kwa utaratibu sawa). Inaitwa hivyoinjini zinatofautishwa na muundo uliorahisishwa wa njia nyingi za kutolea moshi, ambao unachanganya silinda tatu za kwanza na tatu za mwisho kuwa chaneli mbili.

Mbali na kuunganisha silinda kwa mpangilio fulani, vipengele vingine vya wingi ni muhimu sana. Awali ya yote, njia zote mbili lazima ziwe na urefu sawa na idadi sawa ya bends. Hii ni kutokana na haja ya kuhakikisha shinikizo sawa la gesi za kutolea nje zinazotolewa. Kwa kuongeza, ni muhimu kwamba flange ya turbine kwenye manifold inafanana na sura na vipimo vya uingizaji wake. Hatimaye, ili kuhakikisha utendakazi bora, muundo wa namna mbalimbali lazima ulingane kwa karibu na A/R ya turbine.

Haja ya kutumia mfumo wa kutolea nje wa muundo unaofaa kwa turbine za kusongesha pacha inabainishwa na ukweli kwamba katika kesi ya kutumia mchanganyiko wa kawaida, turbocharger kama hiyo itafanya kazi kama ya kusongesha mara moja. Vile vile vitazingatiwa wakati wa kuchanganya turbine ya kusogeza moja na mfululizo wa kusongesha pacha.

Muingiliano wa msukumo wa mitungi

Mojawapo ya faida muhimu za turbocharger za kusongesha-mbili, ambazo huamua faida zake dhidi ya za kusongesha moja, ni kupunguza au kuondoa ushawishi wa pamoja wa mitungi kwa msukumo wa gesi ya kutolea nje.

Inajulikana kuwa ili kila silinda ipite mipigo yote minne, crankshaft lazima izunguke 720 °. Hii ni kweli kwa injini 4- na 12-silinda. Walakini, ikiwa, wakati crankshaft inazungushwa na 720 ° kwenye mitungi ya kwanza, wanakamilisha mzunguko mmoja, kisha12-silinda - mizunguko yote. Kwa hivyo, kwa kuongezeka kwa idadi ya mitungi, kiasi cha mzunguko wa crankshaft kati ya viboko sawa kwa kila silinda hupunguzwa. Kwa hivyo, kwenye injini za silinda 4, kiharusi cha nguvu hutokea kila 180 ° katika mitungi tofauti. Hii ni kweli kwa ulaji, ukandamizaji na viboko vya kutolea nje pia. Kwenye injini za silinda 6, matukio zaidi hufanyika katika mapinduzi 2 ya crankshaft, kwa hivyo viboko sawa kati ya silinda ni 120 ° kando. Kwa injini za silinda 8, muda ni 90 °, kwa injini za silinda 12 - 60 °.

Inajulikana kuwa camshafts inaweza kuwa na awamu ya 256 hadi 312° au zaidi. Kwa mfano, tunaweza kuchukua injini yenye awamu za 280 ° kwenye mlango na mlango. Wakati wa kutoa gesi za kutolea nje kwenye injini kama hiyo ya silinda 4, kila 180 °, valves za kutolea nje za silinda zitafunguliwa kwa 100 °. Hii inahitajika ili kuinua pistoni kutoka chini hadi juu katikati iliyokufa wakati wa kutolea nje kwa silinda hiyo. Kwa utaratibu wa 1-3-2-4 wa kurusha kwa silinda ya tatu, valves za kutolea nje zitaanza kufungua mwishoni mwa kiharusi cha pistoni. Kwa wakati huu, kiharusi cha ulaji kitaanza kwenye silinda ya kwanza, na valves za kutolea nje zitaanza kufungwa. Wakati wa 50 ° ya kwanza ya ufunguzi wa valves za kutolea nje ya silinda ya tatu, valves ya kutolea nje ya silinda ya kwanza itafungua, na valves zake za ulaji pia zitaanza kufungua. Kwa hivyo, vali hupishana kati ya mitungi.

Baada ya kuondolewa kwa gesi za kutolea moshi kutoka kwenye silinda ya kwanza, vali za kutolea nje hufunga na vali za kuingiza huanza kufunguka. Wakati huo huo, valves za kutolea nje za silinda ya tatu hufungua, ikitoa gesi za kutolea nje za nishati ya juu. Sehemu muhimushinikizo lao na nishati hutumiwa kuendesha turbine, na sehemu ndogo inatafuta njia ya upinzani mdogo. Kwa sababu ya shinikizo la chini la vali za kutolea nje za kufunga za silinda ya kwanza kwa kulinganisha na ingizo la turbine muhimu, sehemu ya gesi za kutolea nje ya silinda ya tatu hutumwa kwa kwanza.

Kutokana na ukweli kwamba kiharusi cha ulaji huanza kwenye silinda ya kwanza, malipo ya ulaji hupunguzwa na gesi za kutolea nje, kupoteza nguvu. Hatimaye, valves za silinda ya kwanza hufunga na pistoni ya tatu huinuka. Kwa mwisho, kutolewa hufanyika, na hali inayozingatiwa kwa silinda 1 inarudiwa wakati valves za kutolea nje za silinda ya pili zinafunguliwa. Kwa hivyo, kuna mkanganyiko. Tatizo hili linajulikana zaidi kwenye injini za 6- na 8-silinda na vipindi vya kiharusi cha kutolea nje kati ya mitungi ya 120 na 90 °, kwa mtiririko huo. Katika hali hizi, kuna mwingiliano mrefu zaidi wa vali za kutolea nje za silinda mbili.

Kwa sababu ya kutowezekana kwa kubadilisha idadi ya silinda, tatizo hili linaweza kutatuliwa kwa kuongeza muda kati ya mizunguko sawa kwa kutumia turbocharger. Katika kesi ya kutumia turbines mbili kwenye injini 6- na 8-silinda, mitungi inaweza kuunganishwa ili kuendesha kila mmoja wao. Katika kesi hii, vipindi kati ya matukio sawa ya valve ya kutolea nje itakuwa mara mbili. Kwa mfano, kwa RB26, unaweza kuchanganya mitungi 1-3 kwa turbine ya mbele na 4-6 kwa nyuma. Hii huondoa uendeshaji mfululizo wa mitungi kwa turbine moja. Kwa hiyo, muda kati ya matukio ya valve ya kutolea nje kwamitungi ya turbocharger moja huongezeka kutoka 120 hadi 240°.

Kutokana na ukweli kwamba turbine ya kusogeza pacha ina mfumo tofauti wa kutolea moshi, kwa maana hii ni sawa na mfumo wenye turbocharger mbili. Kwa hivyo, injini za silinda 4 zilizo na turbine mbili au turbocharger ya kusongesha-mbili zina muda wa 360 ° kati ya matukio. Injini za silinda 8 zilizo na mifumo sawa ya kukuza zina nafasi sawa. Kipindi kirefu sana, kinachozidi muda wa kuinua vali, haijumuishi mwingiliano wao kwa mitungi ya turbine moja.

Kwa njia hii, injini huchota hewa zaidi na kutoa gesi za moshi zilizosalia kwa shinikizo la chini, na kujaza mitungi kwa chaji mnene na safi zaidi, hivyo kusababisha mwako mkali zaidi, ambao huboresha utendakazi. Kwa kuongezea, ufanisi mkubwa wa ujazo na utakaso bora huruhusu utumiaji wa ucheleweshaji wa juu wa kuwasha ili kudumisha halijoto ya kilele cha silinda. Shukrani kwa hili, ufanisi wa mitambo ya kusongesha pacha ni 7-8% ya juu ikilinganishwa na mitambo ya kusongesha moja yenye ufanisi bora wa mafuta kwa 5%.

Turbocharja za kusongesha-mbili zina shinikizo la juu la wastani la silinda na ufanisi, lakini shinikizo la chini la silinda la kilele na shinikizo la kutoka nyuma, ikilinganishwa na chaja za kusongesha moja, kulingana na Full-Race. Mifumo ya kusongesha-mbili ina shinikizo la nyuma zaidi kwa rpm ya chini (kukuza) na kidogo kwa rpm ya juu (kuboresha utendaji). Mwishowe, injini iliyo na mfumo kama huo wa kuongeza sio nyeti sana kwa athari mbaya za awamu panacamshafts.

Utendaji

Hapo juu palikuwa na nafasi za kinadharia za utendakazi wa turbine za kusongesha pacha. Nini hii inatoa katika mazoezi imeanzishwa na vipimo. Jaribio kama hilo kwa kulinganisha na toleo la kusongesha moja lilifanywa na jarida la DSPORT kwenye Mradi wa KA 240SX. KA24DET yake inakua hadi 700 hp. Na. kwenye magurudumu kwenye E85. Injini ina vifaa maalum vya kutolea moshi vya Wisecraft Fabrication na turbocharger ya Garrett GTX. Wakati wa vipimo, nyumba ya turbine pekee ndiyo iliyobadilishwa kwa thamani sawa ya A / R. Kando na mabadiliko ya nishati na toko, wanaojaribu walipima uwezo wa kuitikia mwitikio kwa kupima muda ili kufikia RPM fulani na kuongeza shinikizo katika gia ya tatu chini ya hali kama hizo za uzinduzi.

Matokeo yalionyesha utendakazi bora zaidi wa turbine ya kusongesha pacha katika safu nzima ya rpm. Ilionyesha ukuu mkubwa katika nguvu katika safu kutoka 3500 hadi 6000 rpm. Matokeo bora ni kwa sababu ya shinikizo la juu la kuongezeka kwa rpm sawa. Kwa kuongeza, shinikizo zaidi lilitoa ongezeko la torque, ikilinganishwa na athari ya kuongeza kiasi cha injini. Pia hutamkwa zaidi kwa kasi ya wastani. Kwa kuongeza kasi kutoka 45 hadi 80 m / h (3100-5600 rpm), turbine ya kusongesha pacha ilifanya kazi zaidi ya kitabu kimoja kwa 0.49 s (2.93 dhidi ya 3.42), ambayo itatoa tofauti ya miili mitatu. Hiyo ni, wakati gari iliyo na turbocharger ya kusongesha inafikia 80 mph, lahaja ya kusongesha pacha itasafiri kwa urefu wa gari 3 mbele kwa 95 mph. Katika safu ya kasi ya 60-100 m/h (4200-7000 rpm), ubora wa turbine ya kusongesha pacha.iligeuka kuwa muhimu kidogo na ilifikia 0.23 s (1.75 dhidi ya 1.98 s) na 5 m / h (105 dhidi ya 100 m / h). Kwa upande wa kasi ya kufikia shinikizo fulani, turbocharger ya kusongesha-mbili iko mbele ya turbocharja ya kusongesha moja kwa takriban s 0.6. Kwa hivyo kwa psi 30 tofauti ni 400 rpm (5500 vs 5100 rpm).

Ulinganisho mwingine ulifanywa na Full Race Motorsports kwenye injini ya 2.3L Ford EcoBoost yenye turbo ya BorgWarner EFR. Katika kesi hii, kiwango cha mtiririko wa gesi ya kutolea nje katika kila kituo kililinganishwa na simulation ya kompyuta. Kwa turbine ya kusongesha pacha, uenezi wa thamani hii ulikuwa hadi 4%, wakati kwa turbine ya kusongesha moja ilikuwa 15%. Ulinganishaji bora wa kiwango cha mtiririko humaanisha upotevu mdogo wa kuchanganya na nishati zaidi ya msukumo kwa turbocharja za kusongesha pacha.

Faida na hasara

Mitambo pacha ya kusogeza inatoa faida nyingi dhidi ya mitambo ya kusogeza moja. Hizi ni pamoja na:

• utendaji ulioongezeka katika kipindi chote cha urekebishaji;
• mwitikio bora;
• hasara kidogo ya kuchanganya;
• kuongeza nishati ya msukumo kwenye gurudumu la turbine;
• bora kuongeza ufanisi;
• torque zaidi ya mwisho ya chini inayofanana na mfumo wa turbo pacha;
• kupunguza chaji ya upokeaji wakati vali zinapopishana kati ya mitungi;
• joto ya chini ya gesi ya kutolea nje;
• punguza upotevu wa msukumo wa injini;
• punguza matumizi ya mafuta.

Hasara kuu ni utata mkubwa wa muundo, na kusababisha kuongezekabei. Kwa kuongeza, kwa shinikizo la juu kwa kasi ya juu, mgawanyo wa mtiririko wa gesi hautakuwezesha kupata utendaji wa kilele sawa na kwenye turbine ya kusongesha moja.

Kimuundo, mitambo ya kusongesha-mbili ni sawa na mifumo yenye turbocharger mbili (bi-turbo na twin-turbo). Kwa kulinganisha nao, turbines vile, kinyume chake, zina faida kwa gharama na unyenyekevu wa kubuni. Baadhi ya watengenezaji wanatumia fursa hii, kama vile BMW, ambayo ilibadilisha mfumo wa twin-turbo kwenye N54B30 1-Series M Coupe na turbocharger ya kusongesha pacha kwenye N55B30 M2.

Ikumbukwe kwamba kuna chaguo za juu zaidi za kiufundi za turbines, zinazowakilisha hatua ya juu zaidi ya maendeleo yao - turbocharger zenye jiometri tofauti. Kwa ujumla, wana faida sawa juu ya turbines za kawaida kama twin-scroll, lakini kwa kiwango kikubwa zaidi. Walakini, turbocharger kama hizo zina muundo ngumu zaidi. Kwa kuongeza, ni vigumu kuanzisha kwenye motors ambazo hazikuundwa awali kwa mifumo hiyo kutokana na ukweli kwamba zinadhibitiwa na kitengo cha kudhibiti injini. Hatimaye, sababu kuu inayosababisha matumizi mabaya sana ya turbine hizi kwenye injini za petroli ni gharama kubwa sana ya mifano ya injini kama hizo. Kwa hivyo, katika uzalishaji wa wingi na urekebishaji, ni nadra sana, lakini hutumiwa sana kwenye injini za dizeli za magari ya kibiashara.

Katika SEMA 2015, BorgWarner alizindua muundo unaochanganya teknolojia ya kusogeza pacha na muundo tofauti wa jiometri, Twin Scroll Variable Geometry Turbine. Ndani yakedamper imewekwa katika sehemu ya kuingiza mara mbili, ambayo, kulingana na mzigo, inasambaza mtiririko kati ya wasukuma. Kwa kasi ya chini, gesi zote za kutolea nje huenda kwenye sehemu ndogo ya rotor, na sehemu kubwa imefungwa, ambayo hutoa kasi zaidi ya spin-up kuliko turbine ya kawaida ya twin-scroll. Mzigo unapoongezeka, damper polepole husogea hadi nafasi ya kati na kusambaza sawasawa mtiririko kwa kasi ya juu, kama ilivyo katika muundo wa kawaida wa kusongesha pacha. Kwa hivyo, teknolojia hii, kama teknolojia ya jiometri tofauti, hutoa mabadiliko katika uwiano wa A / R kulingana na mzigo, kurekebisha turbine kwa hali ya uendeshaji ya injini, ambayo huongeza safu ya uendeshaji. Wakati huo huo, kuzingatia kubuni ni rahisi zaidi na ya bei nafuu, kwa kuwa kipengele kimoja tu cha kusonga hutumiwa hapa, kufanya kazi kulingana na algorithm rahisi, na matumizi ya vifaa vya joto haihitajiki. Ikumbukwe kwamba ufumbuzi sawa umekutana kabla (kwa mfano, valve ya haraka ya spool), lakini kwa sababu fulani teknolojia hii haijapata umaarufu.

Maombi

Kama ilivyobainishwa hapo juu, mitambo miwili ya kusogeza mara nyingi hutumiwa kwenye magari ya michezo yanayozalishwa kwa wingi. Walakini, wakati wa kurekebisha, matumizi yao kwenye motors nyingi zilizo na mifumo ya kusongesha moja inazuiwa na nafasi ndogo. Hii ni hasa kutokana na muundo wa kichwa: kwa urefu sawa, bends ya radial inayokubalika na sifa za mtiririko lazima zihifadhiwe. Kwa kuongeza, kuna swali la urefu bora na bend, pamoja na unene wa nyenzo na ukuta. Kulingana na Mbio Kamili, kwa sababu ya ufanisi zaiditwin-scroll turbines, inawezekana kutumia njia za kipenyo kidogo. Walakini, kwa sababu ya sura yao ngumu na kuingiza mara mbili, mtoza kama huyo kwa hali yoyote ni kubwa, nzito na ngumu zaidi kuliko kawaida kwa sababu ya idadi kubwa ya sehemu. Kwa hivyo, inaweza kutoshea mahali pa kawaida, kama matokeo ambayo itakuwa muhimu kubadilisha crankcase. Kwa kuongezea, turbine za kusongesha pacha zenyewe ni kubwa kuliko zile zinazofanana za kusongesha moja. Kwa kuongeza, appipe nyingine na mtego wa mafuta utahitajika. Kwa kuongeza, takataka mbili (moja kwa kila impela) hutumika badala ya bomba la Y kwa utendakazi bora na taka za nje za mifumo miwili ya kusogeza.

Kwa hali yoyote, inawezekana kusakinisha turbine ya kusongesha pacha kwenye VAZ, na badala yake na turbocharger ya kusongesha moja ya Porsche. Tofauti iko katika gharama na wigo wa kazi ya kuandaa injini: ikiwa kwenye injini za serial turbo, ikiwa kuna nafasi, kawaida inatosha kuchukua nafasi ya sehemu nyingi za kutolea nje na sehemu zingine na kufanya marekebisho, basi injini zinazotamaniwa kwa asili zinahitaji mengi zaidi. uingiliaji mkubwa wa turbocharging. Hata hivyo, katika kesi ya pili, tofauti katika utata wa usakinishaji (lakini si kwa gharama) kati ya mifumo ya kusongesha-mbili na ya kusongesha moja ni ndogo.

Hitimisho

Mitambo ya kusogeza-pacha hutoa utendakazi bora, uitikiaji na ufanisi zaidi kuliko mitambo ya kusogeza moja kwa moja kwa kugawanya gesi za kutolea moshi kwenye gurudumu la turbine mbili na kuondoa muingiliano wa silinda. Hata hivyokujenga mfumo kama huo inaweza kuwa ghali sana. Kwa yote, hili ndilo suluhisho bora zaidi la kuongeza uitikiaji bila kuacha utendaji wa juu zaidi kwa injini za turbo.