Twin Turbo sustav turbopunjača
sadržaj
Ako je dizelski motor prema zadanim postavkama opremljen turbinom, tada benzinski motor lako može bez turbopunjača. Ipak, u suvremenoj automobilskoj industriji turbopunjač za automobil više se ne smatra egzotikom (detaljno je opisano o kakvom se mehanizmu radi i kako radi, u drugom članku).
U opisu nekih novih modela automobila spominje se takva stvar kao što su biturbo ili twin turbo. Razmotrimo o kakvom se sustavu radi, kako on radi, kako se kompresori u njega mogu povezati. Na kraju pregleda razmotrit ćemo prednosti i nedostatke twin turbo motora.
Što je Twin Turbo?
Krenimo od terminologije. Izraz biturbo uvijek će značiti da je, prvo, ovo tip motora s turbopunjačem, a drugo, shema prisilnog ubrizgavanja zraka u cilindre uključivat će dvije turbine. Razlika između biturbo i twin-turbo je u tome što se u prvom slučaju koriste dvije različite turbine, a u drugom su iste. Zašto – shvatit ćemo malo kasnije.
Želja za postizanjem superiornosti u utrkama natjerala je proizvođače automobila da traže načine za poboljšanje performansi standardnog motora s unutarnjim izgaranjem bez drastičnih intervencija u njegovom dizajnu. A najučinkovitije rješenje bilo je uvođenje dodatne puhalice zraka, zbog čega veći volumen ulazi u cilindre, a učinkovitost jedinice raste.
Oni koji su barem jednom u životu vozili automobil s turbinskim motorom primijetili su da, dok se motor ne zavrti do određene brzine, dinamika takvog automobila je, blago rečeno, spora. Ali čim turbo počne raditi, odziv motora se povećava, kao da je dušikov oksid ušao u cilindre.
Inercija takvih instalacija ponukala je inženjere da razmisle o stvaranju nove modifikacije turbina. U početku je svrha ovih mehanizama bila upravo uklanjanje ovog negativnog učinka koji je utjecao na učinkovitost usisnog sustava (pročitajte više o tome u drugoj recenziji).
S vremenom se turbopunjač počeo koristiti kako bi se smanjila potrošnja goriva, ali istodobno povećale performanse motora s unutarnjim izgaranjem. Instalacija vam omogućuje proširenje raspona okretnog momenta. Klasična turbina povećava brzinu protoka zraka. Zbog toga u cilindar ulazi veći volumen od usisnog i količina goriva se ne mijenja.
Zbog ovog procesa povećava se kompresija, što je jedan od ključnih parametara koji utječu na snagu motora (kako ga izmjeriti, pročitajte здесь). S vremenom zaljubljenici u tuning automobila više nisu bili zadovoljni tvorničkom opremom, pa su tvrtke za modernizaciju sportskih automobila počele koristiti različite mehanizme koji ubrizgavaju zrak u cilindre. Zahvaljujući uvođenju dodatnog sustava pod tlakom, stručnjaci su uspjeli proširiti potencijal motora.
Kao daljnja evolucija turbo motora, pojavio se Twin Turbo sustav. U usporedbi s klasičnom turbinom, ova instalacija omogućuje vam uklanjanje još veće snage s motorom s unutarnjim izgaranjem, a za ljubitelje automatskog podešavanja pruža dodatni potencijal za nadogradnju svog vozila.
Kako funkcionira twin turbo?
Konvencionalni atmosferski motor radi na principu usisavanja svježeg zraka pomoću vakuuma stvorenog klipovima u usisnom kanalu. Kako se protok kreće duž puta, u njega ulazi mala količina benzina (u slučaju benzinskog motora s unutarnjim izgaranjem), ako se radi o rasplinjaču, automobil se ubrizgava zbog rada mlaznice (pročitajte više o tome što vrste prisilne opskrbe gorivom).
Kompresija u takvom motoru izravno ovisi o parametrima klipnjača, volumenu cilindra itd. Što se tiče konvencionalne turbine, koja radi na protoku ispušnih plinova, njeno radno kolo povećava zrak koji ulazi u cilindre. To povećava učinkovitost motora, jer se tijekom izgaranja smjese zrak-gorivo oslobađa više energije i povećava se okretni moment.
Twin turbo djeluje na sličan način. Samo u ovom sustavu uklanja se učinak "zamišljenosti" motora dok se rotor turbine vrti. To se postiže instaliranjem dodatnog mehanizma. Mali kompresor ubrzava ubrzanje turbine. Kad vozač pritisne papučicu za gas, takav automobil brže ubrzava, jer motor gotovo trenutno reagira na vozačevu akciju.
Vrijedno je spomenuti da drugi mehanizam u ovom sustavu može imati drugačiji dizajn i princip rada. U naprednijoj verziji, manja turbina se zavrti s manjim protokom ispušnih plinova, povećavajući tako dolazni protok pri nižim brzinama, a motor s unutarnjim izgaranjem ne treba okretati do krajnjih granica.
Takav će sustav raditi prema sljedećoj shemi. Kad se motor pokrene, dok automobil miruje, jedinica radi u praznom hodu. U usisnom traktu nastaje prirodno kretanje svježeg zraka zbog vakuuma u cilindrima. Taj postupak olakšava mala turbina koja se počinje vrtjeti pri malim okretajima. Ovaj element pruža lagano povećanje vuče.
Kako se okretaji radilice povećavaju, ispuh postaje sve intenzivniji. U to se vrijeme manji kompresor jače okreće i višak protoka ispušnih plinova počinje utjecati na glavnu jedinicu. Povećanjem brzine radnog kola povećani volumen zraka ulazi u usisni kanal zbog većeg potiska.
Dvostruko pojačavanje eliminira oštar pomak snage koji je prisutan kod klasičnih dizelaša. Pri srednjim brzinama motora s unutarnjim izgaranjem, kada se velika turbina tek počinje vrtjeti, mali punjač postiže maksimalnu brzinu. Kad više zraka uđe u cilindar, raste pritisak ispušnih plinova, pokrećući glavni punjač. Ovaj način uklanja uočljivu razliku između okretnog momenta najveće brzine vrtnje motora i uključenja turbine.
Kada motor s unutarnjim izgaranjem dosegne maksimalnu brzinu, kompresor također doseže graničnu razinu. Dizajn s dvostrukim pojačavanjem dizajniran je tako da uključivanje velikog nadopunjača sprječava preopterećenje manjeg kolega od preopterećenja.
Dvostruki automobilski kompresor isporučuje tlak u usisnom sustavu koji se ne može postići konvencionalnim punjenjem. U motorima s klasičnim turbinama uvijek postoji turbo zaostajanje (primjetna razlika u snazi pogonskog agregata između postizanja maksimalne brzine i uključivanja turbine). Spajanjem manjeg kompresora eliminira se taj učinak, pružajući glatku dinamiku motora.
Kod dvostrukog turbopunjača, okretnog momenta i snage (pročitajte o razlici između ovih koncepata u drugom članku) pogonske jedinice razvija se u širem rasponu okretaja od onog sličnog motora s jednim punjenjem.
Vrste shema punjenja s dva turbopunjača
Dakle, teorija rada turbopunjača dokazala je svoju praktičnost za sigurno povećanje snage pogonske jedinice bez promjene dizajna samog motora. Iz tog su razloga inženjeri iz različitih tvrtki razvili tri učinkovite vrste dvostrukih turbo motora. Svaka vrsta sustava bit će uređena na svoj način i imat će malo drugačiji princip rada.
Danas su u automobile ugrađeni sljedeći sustavi dvostrukog turbopunjača:
- Paralelno;
- Dosljedan;
- Koračast.
Svaka vrsta razlikuje se u shemi povezivanja puhala, njihovim veličinama, trenutku kada će svaki od njih biti pušten u rad, kao i karakteristikama postupka pod tlakom. Razmotrimo svaku vrstu sustava zasebno.
Dijagram paralelnog povezivanja turbine
U većini slučajeva paralelni tip turbopunjača koristi se u motorima s izvedbom cilindričnog bloka u obliku slova V. Uređaj takvog sustava je sljedeći. Za svaki odjeljak cilindra potrebna je jedna turbina. Imaju iste dimenzije i također idu paralelno jedna s drugom.
Ispušni plinovi ravnomjerno se raspoređuju u ispušnom traktu i idu u svaki turbopunjač u istim količinama. Ti mehanizmi rade na isti način kao u slučaju linijskog motora s jednom turbinom. Jedina je razlika što ova vrsta biturba ima dva identična puhala, ali zrak iz svakog od njih ne raspoređuje se po odjeljcima, već se neprestano ubrizgava u zajednički kanal usisnog sustava.
Ako takvu shemu usporedimo s jednim turbinskim sustavom u linijskoj pogonskoj jedinici, tada se dvostruka turbo izvedba sastoji od dvije manje turbine. To zahtijeva manje energije za okretanje njihovih impelera. Iz tog su razloga punjači povezani manjom brzinom od jedne velike turbine (manja inercija).
Ovaj raspored eliminira stvaranje tako oštrog turbo zaostajanja, koje se događa kod konvencionalnih motora s unutarnjim izgaranjem s jednim kompresorom.
Sekvencijalno uključivanje
Serija Biturbo također predviđa ugradnju dva identična puhala. Samo je njihov rad drugačiji. Prvi mehanizam u takvom sustavu djelovat će trajno. Drugi je uređaj povezan samo u određenom načinu rada motora (kada se njegovo opterećenje povećava ili raste brzina radilice).
Upravljanje u takvom sustavu pruža elektronika ili ventili koji reagiraju na pritisak prolazne struje. ECU, u skladu s programiranim algoritmima, određuje u kojem trenutku treba spojiti drugi kompresor. Njegov pogon je osiguran bez uključivanja pojedinačnog motora (mehanizam i dalje djeluje isključivo na tlak struje ispušnih plinova). Upravljačka jedinica aktivira aktuatore sustava koji kontrolira kretanje ispušnih plinova. Za to se koriste električni ventili (u jednostavnijim sustavima to su obični ventili koji reagiraju na fizičku silu protočnog protoka), koji otvaraju / zatvaraju pristup drugom puhalu.
Kad upravljačka jedinica u potpunosti otvori pristup radnom kolu drugog stupnja prijenosa, oba uređaja rade paralelno. Iz tog se razloga ova modifikacija naziva i serijsko-paralelna. Rad dva puhala omogućuje organiziranje većeg tlaka dolaznog zraka, budući da su njihova dovodna rotora povezana s jednim ulaznim traktom.
U ovom su slučaju ugrađeni i manji kompresori nego u uobičajeni sustav. To također smanjuje efekt turbo kašnjenja i čini maksimalni okretni moment dostupan pri nižim brzinama motora.
Ova vrsta biturba ugrađuje se i na dizelske i na benzinske agregate. Dizajn sustava omogućuje vam ugradnju čak dva, već tri kompresora koji su međusobno povezani. Primjer takve modifikacije je razvoj BMW -a (Triple Turbo), koji je predstavljen 2011. godine.
Shema koraka
Postupni twin-scroll sustav smatra se najnaprednijom vrstom dvostrukog turbopunjenja. Unatoč činjenici da postoji od 2004. godine, dvostupanjski tip punjenja najviše je tehnički dokazao svoju učinkovitost. Ovaj Twin Turbo ugrađen je na neke vrste dizelskih motora koje je razvio Opel. Stepenasti kompresor Borg Wagner Turbo Sistems ugrađen je u neke BMW i Cummins motore s unutarnjim izgaranjem.
Shema turbopunjača sastoji se od dva kompresora različite veličine. Instaliraju se sekvencijalno. Protok ispušnih plinova kontrolira se elektroventilima, čiji se rad elektronički kontrolira (postoje i mehanički ventili koji se pokreću pritiskom). Uz to, sustav je opremljen ventilima koji mijenjaju smjer protoka ispuštanja. To će omogućiti aktiviranje druge turbine i isključivanje prve, kako ne bi otkazala.
Sustav ima sljedeći princip rada. U ispušnom kolektoru ugrađen je zaobilazni ventil koji prekida protok iz crijeva koji ide prema glavnoj turbini. Kad motor radi na malim okretajima, ova grana je zatvorena. Kao rezultat, ispuh prolazi kroz malu turbinu. Zbog minimalne tromosti, ovaj mehanizam pruža dodatnu količinu zraka čak i pri malim opterećenjima ICE.
Tada se protok kreće kroz glavno rotor turbine. Budući da se njegove lopatice počinju okretati pod većim tlakom dok motor ne postigne srednju brzinu, drugi mehanizam ostaje nepomičan.
U usisnom kanalu postoji i zaobilazni ventil. Pri malim brzinama zatvoren je, a protok zraka ide praktički bez ubrizgavanja. Dok vozač pojačava motor, mala turbina se sve jače okreće, povećavajući tlak u usisnom kanalu. To zauzvrat povećava pritisak ispušnih plinova. Kako tlak u ispušnom vodu postaje jači, otvor se malo otvara, tako da se mala turbina nastavlja okretati, a dio protoka usmjerava na veliku puhalicu.
Postupno se velika puhala počinje okretati. Kako se brzina radilice povećava, taj se postupak intenzivira, što čini da se ventil više otvara i kompresor se okreće u većoj mjeri.
Kad motor s unutarnjim izgaranjem postigne srednju brzinu, mala turbina već radi na maksimumu, a glavni se punjenje tek počeo vrtjeti, ali nije dosegao svoj maksimum. Tijekom rada prve faze, ispušni plinovi prolaze kroz radno kolo malog mehanizma (dok se njegove lopatice okreću u usisnom sustavu) i uklanjaju se do katalizatora kroz lopatice glavnog kompresora. U ovoj fazi zrak se usisava kroz radno kolo velikog kompresora i prolazi kroz manji rotacijski prijenosnik.
Na kraju prve faze, otvor za otpad je potpuno otvoren i protok ispušnih plinova već je potpuno usmjeren na glavno rotor pojačala. Ovaj se mehanizam jače zavrti. Sustav zaobilaznice postavljen je tako da se mala puhala u ovoj fazi potpuno deaktivira. Razlog je taj što kada se postigne srednja i maksimalna brzina velike turbine, ona stvara tako snažnu glavu da joj prva etapa jednostavno onemogućava pravilan ulazak u cilindre.
U drugom stupnju tlaka ispušni plinovi prolaze pored malog rotora, a dolazni tok usmjerava se oko malog mehanizma - izravno u cilindre. Zahvaljujući ovom sustavu, proizvođači automobila uspjeli su eliminirati veliku razliku između velikog okretnog momenta pri minimalnom broju okretaja i maksimalne snage pri postizanju maksimalne brzine radilice. Ovaj je učinak stalni pratitelj bilo kojeg konvencionalnog dizelskog motora s punjenjem.
Prednosti i mane dvostrukog turbopunjača
Biturbo se rijetko instalira na motore male snage. U osnovi, ovo je oprema na koju se oslanjaju moćni strojevi. Samo u ovom slučaju moguće je uzeti pokazatelj optimalnog momenta već pri nižim okretajima. Također, male dimenzije motora s unutarnjim izgaranjem nisu prepreka povećanju snage pogonske jedinice. Zahvaljujući dvostrukom turbopunjaču postiže se pristojna ekonomičnost goriva u usporedbi s prirodno usisavanim kolegom koji razvija identičnu snagu.
S jedne strane, korist je od opreme koja stabilizira glavne procese ili povećava njihovu učinkovitost. Ali s druge strane, takvi mehanizmi nisu bez dodatnih nedostataka. I dvostruko turbo punjenje nije iznimka. Takav sustav ne samo da ima pozitivne aspekte, već ima i ozbiljne nedostatke, zbog kojih neki automobilisti odbijaju kupnju takvih automobila.
Prvo razmotrite prednosti sustava:
- Glavna prednost sustava je uklanjanje turbo zaostajanja, što je tipično za sve motore s unutarnjim izgaranjem koji su opremljeni konvencionalnom turbinom;
- Motor se lakše prebacuje u način rada;
- Razlika između maksimalnog okretnog momenta i snage značajno je smanjena, jer povećanjem tlaka zraka u usisnom sustavu većina njutna ostaje dostupna u širem rasponu broja okretaja motora;
- Smanjuje potrošnju goriva potrebnu za postizanje maksimalne snage;
- Budući da je dodatna dinamika automobila dostupna pri nižim brzinama motora, vozač je ne mora toliko okretati;
- Smanjivanjem opterećenja motora s unutarnjim izgaranjem smanjuje se trošenje maziva, a sustav hlađenja ne radi u povećanom načinu rada;
- Ispušni plinovi se ne ispuštaju jednostavno u atmosferu, već se energija ovog postupka koristi s koristi.
Sada obratimo pažnju na ključne nedostatke twin turbo:
- Glavni nedostatak je složenost dizajna usisnih i ispušnih sustava. To se posebno odnosi na nove izmjene sustava;
- Isti čimbenik utječe na cijenu i održavanje sustava - što je mehanizam složeniji, to je skuplji njegov popravak i prilagodba;
- Drugi nedostatak također je povezan sa složenošću dizajna sustava. Budući da se sastoje od velikog broja dodatnih dijelova, postoji i više čvorova u kojima može doći do loma.
Odvojeno, treba spomenuti klimu područja u kojem radi turbopunjač. Budući da se radno kolo punjenja ponekad vrti i iznad 10 tisuća okretaja u minuti, potrebno je visokokvalitetno podmazivanje. Kad automobil ostane preko noći, mast odlazi u korito, tako da većina dijelova jedinice, uključujući turbinu, postaje suha.
Ako motor pokrenete ujutro i radite s pristojnim opterećenjem bez prethodnog zagrijavanja, možete ubiti punjač. Razlog je taj što suho trenje ubrzava trošenje dijelova koji se trljaju. Da biste uklonili ovaj problem, prije nego što motor dovedete do visokih okretaja, trebate pričekati malo dok se ulje pumpa kroz cijeli sustav i doseže najudaljenije čvorove.
Ljeti na ovo ne morate trošiti puno vremena. U tom slučaju ulje u koritu ima dovoljnu fluidnost kako bi ga pumpa mogla brzo pumpati. Ali zimi, posebno u jakim mrazovima, ovaj se čimbenik ne može zanemariti. Bolje je potrošiti nekoliko minuta na zagrijavanje sustava, nego nakon kratkog vremena izbaciti pristojan iznos za kupnju nove turbine. Uz to treba spomenuti da se zbog stalnog kontakta s ispušnim plinovima rotor puhala može zagrijati i do tisuću stupnjeva.
Ako mehanizam ne dobije odgovarajuće podmazivanje, koje paralelno obavlja funkciju hlađenja uređaja, njegovi će se dijelovi suho trljati jedni o druge. Odsutnost uljnog filma uzrokovat će naglo povišenje temperature dijelova, pružajući im toplinsko širenje, a kao rezultat i ubrzano trošenje.
Da biste osigurali pouzdan rad dvostrukog turbopunjača, slijedite iste postupke kao i kod konvencionalnih turbopunjača. Prvo je potrebno na vrijeme zamijeniti ulje koje se koristi ne samo za podmazivanje, već i za hlađenje turbina (o postupku zamjene maziva, naša web stranica zaseban članak).
Drugo, budući da su rotora puhala u izravnom kontaktu s ispušnim plinovima, kvaliteta goriva mora biti visoka. Zahvaljujući tome, naslage ugljika neće se akumulirati na lopaticama, što ometa slobodno okretanje rotora.
U zaključku nudimo kratki video o različitim modifikacijama turbina i njihovim razlikama:
Pitanja i odgovori:
Što je bolje bi-turbo ili twin-turbo? To su sustavi za turbo punjenje motora. Kod motora s biturbom, turbo kašnjenje je izglađeno, a dinamika ubrzanja izravnana. U twin-turbo sustavu ovi se čimbenici ne mijenjaju, ali se performanse motora s unutarnjim izgaranjem povećavaju.
Koja je razlika između bi-turbo i twin-turbo? Biturbo je serijski spojen turbinski sustav. Zahvaljujući njihovom sekvencijalnom uključivanju, turbo rupa se eliminira tijekom ubrzanja. Twin turbo su samo dvije turbine za povećanje snage.
Zašto vam treba twin turbo? Dvije turbine daju veći volumen zraka u cilindar. Zbog toga se pojačava trzaj tijekom izgaranja BTC-a - više zraka se komprimira u istom cilindru.
