Двайная турбакампанія Turbo
Змест
Калі дызельны матор па змаўчанні абсталёўваецца турбінай, то бензінавы ДВС цалкам спакойна можа абысціся і без турбонагнетателя. Тым не менш, у сучасным аўтамабілебудаванні турбакампрэсар для машыны ўжо не лічыцца экзотыкай (падрабязна аб тым, што гэта за механізм і як ён працуе, распавядаецца у іншым артыкуле).
У апісанні да некаторых новым мадэлям аўто згадваецца такое паняцце, як biturbo або twin turbo. Разгледзім, што гэта за сістэма, як яна працуе, як могуць падлучацца кампрэсары ў ёй. У завяршэнні агляду абмяркуем, у чым плюсы і мінусы цвін турбо.
Што такое Twin Turbo?
Спачатку разбярэмся з тэрміналогіяй. Фраза бітурба заўсёды будзе азначаць, што, па-першае, гэта турбированный выгляд рухавіка, а па-другое, схема прымусовага нагнятання паветра ў цыліндры будзе ўключаць дзве турбіны. Розніца паміж бітурба і твінтурба ў тым, што ў першым выпадку выкарыстоўваюцца дзве розныя турбіны, а ў другім - аднолькавыя. Навошта - разбярэмся крыху пазней.
Імкненне дасягнуць першынства ў гоначных спаборніцтвах прымусіла аўтавытворцаў шукаць магчымасць павысіць прадукцыйнасць стандартнага ДВС без кардынальных умяшанняў ў яго канструкцыю. І самым эфектыўным рашэннем было ўкараненне дадатковага нагнетателя паветра, дзякуючы якому ў цыліндры паступае большы аб'ём, і павышаецца ККД агрэгата.
Тым, хто хоць раз у жыцці ездзіў на машыне, матор якой абсталяваны турбінай, заўважаў, што пакуль рухавік не раскруціцца да пэўных абаротаў, дынаміка такога аўто мякка кажучы млявая. Але як толькі пачынае працаваць турбонагнетатель, спагадлівасць матора павышаецца, быццам у цыліндры паступіла закіс азоту.
Інэрцыйнасць такіх установак заахвоціла інжынераў задумацца над стварэннем іншай мадыфікацыі турбін. Першапачаткова прызначэнне дадзеных механізмаў заключалася менавіта ў ліквідацыі дадзенага негатыўнага эфекту, які адбіваўся на эфектыўнасці працы сістэмы ўпускаючы (падрабязна пра яе чытайце у іншым аглядзе).
З часам турбонаддув стаў прымяняцца для таго, каб знізіць спажыванне паліва, але пры гэтым павысіць прадукцыйнасць ДВС. Ўстаноўка дазваляе пашырыць дыяпазон крутоўнага моманту. Класічная турбіна павялічвае хуткасць руху патоку паветра. Дзякуючы гэтаму ў цыліндр паступае большы аб'ём, чым у атмосферника, а колькасць паліва пры гэтым не змяняецца.
За кошт гэтага працэсу падвышаецца кампрэсія, якая з'яўляецца адным з ключавых параметраў, якія ўплываюць на магутнасць матора (пра тое, як яе вымераць, чытайце тут). З часам аматараў аўтамабільнага цюнінгу перастала задавальняць завадская камплектацыя, таму кампаніі па мадэрнізацыі спартыўных аўтамабіляў пачалі выкарыстоўваць розныя механізмы, нагнятаюць паветра ў цыліндры. Дзякуючы ўкараненню сістэмы дадатковай наддува у спецыялістаў атрымалася пашырыць патэнцыял матораў.
Як далейшая эвалюцыя турба для матораў з'явілася сістэма Twin Turbo. У параўнанні з класічнай турбінай дадзеная ўстаноўка дазваляе зняць з ДВС яшчэ больш магутнасці, а аматарам аўтацюнінгу яна прадастаўляе дадатковы патэнцыял для мадэрнізацыі свайго транспартнага сродку.
Як працуе Твін-турба?
Звычайны атмасферны рухавік працуе па прынцыпе ўсмоктвання свежага паветра за кошт разрэджання, якое ствараюць поршні ва впускном гасцінцы. Па меры прасоўвання патоку па тракце ў яго паступае невялікая колькасць бензіну (у выпадку бензінавага ДВС), калі гэта карбюратарны аўтамабіль або вырабляецца ўпырск паліва за кошт працы інжэктара (дадаткова прачытайце пра тое, якія бываюць разнавіднасці прымусовай падачы паліва).
Кампрэсія ў такім маторы напрамую залежыць ад параметраў шатуноў, аб'ёму цыліндраў і г.д. Што тычыцца звычайнай турбіны, то працуючы ад патоку выхлапных газаў, яе крыльчатка павялічвае які паступае ў цыліндры паветра. За кошт гэтага павялічваецца эфектыўнасць рухавіка, так як пры згаранні паветрана-паліўнай сумесі вылучаецца больш энергіі, і павышаецца крутоўны момант.
Праца твинтурбо мае падобны прынцып. Толькі ў дадзенай сістэме ліквідаваны эфект «задуменнасці» матора, пакуль раскручваецца крыльчатка турбіны. Гэта дасягаецца устаноўкай дадатковага механізму. Невялікі кампрэсар паскарае працэс разгону турбіны. Калі кіроўца націскае на педаль газу, такая машына разганяецца хутчэй, так як матор практычна маментальна рэагуе на дзеянне кіроўцы.
Варта згадаць, што другі механізм у дадзенай сістэме можа мець розную канструкцыю і прынцып працы. У больш прасунутым выкананні турбіна з меншымі памерамі раскручваецца менш моцным патокам выхлапных газаў, дзякуючы чаму ўзмацняецца які ўваходзіць паток на малодшых абарачэннях, і ДВС ня трэба раскручваць да мяжы.
Такая сістэма будзе працаваць па наступнай схеме. Пры запуску матора, пакуль аўто нерухома, агрэгат працуе ў рэжыме халастых абарачэнняў. Ва впускном гасцінцы утворыцца натуральнае рух свежага паветра за кошт разрэджання ў цыліндрах. Палягчаецца гэты працэс невялікі турбінай, якая пачынае круціцца пры нізкіх абарачэннях. Гэты элемент забяспечвае невялікае ўзмацненне цягі.
Па меры павышэння абаротаў коленвала выхлап становіцца больш інтэнсіўным. У гэты час меншы нагнетатель круціцца мацней, і залішняя паток адпрацаваных газаў пачынае закранаць асноўнае прылада. З павелічэннем абаротаў крыльчаткі ва впускной гасцінец паступае павялічаны аб'ём паветра за кошт большай цягі.
Двайны наддув ліквідуе рэзкую прыступку змены магутнасці, якая прысутнічае ў класічных дызелях. На сярэдніх абарачэннях ДВС, калі большая турбіна толькі пачынае раскручвацца, маленькі нагнетатель дасягае гранічных абаротаў. Калі ў цыліндр паступае больш паветра, узрастае ціск выхлапных газаў, прыводзячы ў рух галоўны нагнетатель. Такі рэжым ліквідуе адчувальную розніцу паміж момантам максімальных абаротаў матора і уключэннем турбіны.
Калі ДВС дасягае максімальных абаротаў, кампрэсар таксама выходзіць на гранічны ўзровень. Канструкцыя падвойнага наддува створана так, што ўключэнне вялікага нагнетателя прадухіляе меншы аналаг ад перагрузкі з-за працы на празмернай нагрузцы.
Двайны аўтамабільны кампрэсар забяспечвае такое ціск у тракце впускной сістэмы, якога немагчыма дасягнуць пры выкарыстанні класічнага наддува. У маторы з класічнымі турбінамі абавязкова прысутнічае турбояма (адчувальная розніца магутнасці сілавога агрэгата паміж выхадам яго на максімальныя абароты і уключэннем турбіны). Падключэнне кампрэсара меншых памераў ліквідуе гэты эфект, забяспечваючы плаўную дынаміку рухавіка.
У падвойным турбонаддувом крутоўны момант і магутнасць (пра розніцу гэтых паняццяў чытайце у іншым артыкуле) Сілавога агрэгата развіваецца ў большым дыяпазоне абаротаў, чым у аналагічнага матора з адным нагнетателем.
Віды схем наддува з двума турбакампрэсарамі
Такім чынам, тэорыя працы турбакампрэсараў даказала іх практычнасць для бяспечнага павышэння магутнасці сілавога агрэгата без змены канструкцыі самога рухавіка. Па гэтай прычыне інжынерамі розных кампаній было распрацавана тры эфектыўных разнавіднасці твинтурбо. Кожны тып сістэмы будзе па-свойму уладкованы, і будзе мець трохі адрозны прынцып працы.
На сённяшні дзень у аўтамабілях усталёўваецца наступны выгляд сістэм падвойнага турбонаддува:
- паралельны;
- паслядоўны;
- Ступеністы.
Кожная разнавіднасць адрозніваецца схемай падлучэння нагнетателей, іх памерамі, момантам, калі кожны з іх будзе ўключацца ў працу, а таксама характарыстыкамі працэсу наддува. Разгледзім кожны тып сістэм паасобку.
Паралельная схема падлучэння турбін
У большасці выпадкаў паралельны тып турбонаддува выкарыстоўваецца ў маторах з V-вобразнай канструкцыяй блока цыліндраў. Прылада такой сістэмы наступнае. Для кожнай секцыі цыліндраў належыць па адной турбіне. Яны маюць аднолькавыя памеры, а таксама працуюць паралельна адзін аднаму.
Выхлапныя газы раўнамерна размяркоўваюцца ў выпускным гасцінцы і ідуць на кожны турбакампрэсар ў аднолькавых колькасцях. Гэтыя механізмы працуюць па той жа схеме, што і ў выпадку рядного матора з адной турбінай. Розніца толькі ў тым, што ў дадзенай разнавіднасці biturbo два аднолькавых нагнетателя, але паветра ад кожнага з іх не размяркоўваецца па секцыях, а пастаянна нагнятаецца ў агульны тракт впускной сістэмы.
Калі параўноўваць такую схему з сістэмай адзінарнай турбіны ў посцілкай сілавым агрэгаце, то ў дадзеным выпадку канструкцыя падвойнага турбонаддува складаецца з двух турбін меншых памераў. Дзякуючы гэтаму патрабуецца менш энергіі, каб раскруціць іх крыльчаткі. Па гэтай прычыне падлучэнне нагнетателей адбываецца на малодшых абарачэннях, чым адной вялікай турбіны (менш інэрцыйнасць).
У такой кампаноўцы выключаецца адукацыю такой рэзкай турбоямы, якая бывае на звычайных ДВС з адным нагнетателем.
паслядоўнае ўключэнне
Паслядоўны тып Biturbo таксама прадугледжвае ўстаноўку двух ідэнтычных нагнетателей. Толькі іх праца адрозніваецца. Першы механізм у такой сістэме будзе працаваць на пастаяннай аснове. Другое прылада падключаецца толькі на пэўным рэжыме працы матора (калі павялічваецца яго нагрузка або павышаюцца абароты коленвала).
Кіраванне ў такой сістэме забяспечваецца электронікай або клапанамі, якія рэагуюць на ціск які праходзіць патоку. ЭБУ ў адпаведнасці з запраграмаванымі алгарытмамі вызначае, у які момант падлучыць другі кампрэсар. Яго прывад забяспечваецца не уключэннем індывідуальнага рухавіка (механізм па-ранейшаму працуе выключна ад ціску патоку выхлапных газаў). Блок кіравання актывуе выканаўчыя механізмы сістэмы, якая кантралюе рух адпрацаваных газаў. Для гэтага выкарыстоўваюцца клапаны з электрапрывадам (у больш простых сістэмах гэта звычайныя клапаны, якія рэагуюць на фізічнае намаганне які праходзіць міма патоку), якія адкрываюць / закрываюць доступ да другога нагнетателю.
Калі блок кіравання цалкам адкрывае доступ да крыльчатка другога механізму, абодва прылады працуюць паралельна. Па гэтай прычыне дадзеная мадыфікацыя таксама называецца паслядоўна-паралельная. Праца двух нагнетателей дазваляе ўладкаваць большы напор паступае паветра, так як іх падаюць крыльчаткі злучаныя ў адзін впускной гасцінец.
У дадзеным выпадку таксама ўсталёўваюцца кампрэсары меншых памераў, чым у звычайнай сістэме. Дзякуючы гэтаму таксама зніжаецца эфект турбоямы і максімальны крутоўны момант становіцца даступным на меншых абаротах ДВС.
Такая разнавіднасць битурбо усталёўваецца як на дызельных, так і на бензінавых сілавых агрэгатах. Канструкцыя сістэмы дазваляе ўсталёўваць нават не два, а тры кампрэсара, падлучаныя паслядоўна адзін аднаму. Прыклад такой мадыфікацыі - распрацоўка кампаніі BMW (Triple Turbo), якая была прадстаўлена ў 2011-м годзе.
ступеністая схема
Ступеністая твинскрольная сістэма лічыцца самай дасканалай разнавіднасцю падвойнага турбонаддува. Нягледзячы на тое, што яна існуе з 2004-га года, двухступеньчатая тып наддува больш за ўсіх зарэкамендаваў сваю эфектыўнасць у тэхнічным плане. Такі Twin Turbo устанавлявается на некаторыя разнавіднасці дызельных матораў, распрацаваных кампаніяй Opel. Аналаг ступеністага наддува, распрацаваны кампаніяй Borg Wagner Turbo Sistems, мантуецца на некаторыя ДВС BMW, а таксама Cummins.
Схема такога турбонаддува складаецца з двух нагнетателей розных памераў. Яны ўсталёўваюцца паслядоўна. Паток адпрацаваных газаў кіруецца электроклапанами, праца якіх кантралюецца электронікай (таксама сустракаюцца механічныя клапаны, якія прыводзяцца ў рух ад сілы напору). Дадаткова сістэма абсталявана клапанамі, якія змянялі кірунак нагнятанага патоку. Гэта будзе даваць магчымасць актываваць другую турбіну, і адключаць першую, каб яна не выйшла з ладу.
Сістэма мае наступны прынцып працы. У выпускным калектары усталяваны перепускной клапан, які адсякае струмень ад рукавы, які ішоў да асноўнай турбіне. Калі рухавік працуе на нізкіх абарачэннях, гэты адвод зачынены. У выніку выхлап праходзіць праз маленькую турбіну. За кошт мінімальнай інэрцыйнасці гэты механізм забяспечвае дадатковым аб'ёмам паветра ўжо пры невялікіх нагрузках ДВС.
Далей паток рухаецца праз крыльчатку асноўны турбіны. Бо яе лопасці пачынаюць круціцца пры большым ціску, пакуль матор не дасягне сярэдніх абаротаў, другі механізм застаецца нерухомай.
Ва впускном гасцінцы таксама маецца перепускной клапан. На малых абарачэннях ён зачынены, і струмень паветра ідзе практычна без нагнятання. Калі кіроўца павышае абароты матора, малая турбіна мацней круціцца, павялічваючы ціск ва впускном гасцінцы. Гэта ў сваю чаргу павышае ціск выхлапных газаў. Так як напор у выпускным гасцінцы становіцца мацней, перепускной клапан трохі прыадчыняецца, дзякуючы чаму малая турбіна працягвае круціцца, а некаторая колькасць патоку накіроўваецца на вялікі нагнетатель.
Паступова вялікі нагнетатель пачынае круціцца. Па меры павышэння частоты кручэння коленвала гэты працэс узмацняецца, з-за чаго клапан мацней адкрываецца, і кампрэсар раскручваецца ў большай ступені.
Калі ДВС дасягне сярэдніх абаротаў, малая турбіна ўжо працуе на максімуме, а асноўны нагнетатель толькі раскруціўся, але не выйшаў на свой максімум. Падчас працы першай прыступкі выхлапныя газы ідуць праз крыльчатку малога механізму (пры гэтым круцяцца яго лопасці ва впускной сістэме), а на каталізатар выдаляюцца праз лопасці асноўнага кампрэсара. На гэтым этапе паветра ўсмоктваецца праз крыльчатку вялікага кампрэсара і ідзе праз верціцца меьший механізм.
У момант завяршэння першай ступені перепускной клапан цалкам адкрываецца, і выхлапной паток ўжо цалкам накіроўваецца на крыльчатку асноўнага наддува. Гэты механізм мацней раскручваецца. Перепускного сістэма настроена так, каб на дадзеным этапе малы нагнетатель цалкам дэактываваць. Прычына заключаецца ў тым, што пры дасягненні сярэдніх і максімальных абаротаў вялікі турбіны яна стварае настолькі моцны напор, што першая ступень проста замінае яму належным чынам паступаць у цыліндры.
На другой ступені наддува выхлапныя газы ідуць міма малой крыльчаткі, а хто ўваходзіць паток накіроўваецца ў абыход малога механізму - прама ў цыліндры. Дзякуючы такой сістэме аўтавытворцам ўдалося ліквідаваць вялікую розніцу паміж высокім круцячы момантам пры мінімальных абарачэннях і максімальнай магутнасцю пры выхадзе на максімальную частату кручэння коленвала. Гэты эфект з'яўляўся нязменным спадарожнікам любога дызельнага матора з звычайным наддувом.
Плюсы і мінусы падвойнага турбонаддува
Битурбо рэдка калі усталёўваецца на маламагутныя рухавікі. У асноўным гэта абсталяванне, якое трэба дзеля магутных машын. Толькі ў гэтым выпадку магчыма здымаць аптымальны паказчык крутоўнага моманту ўжо на больш нізкіх абарачэннях. Таксама невялікія габарыты ДВС не зьяўляюцца перашкодай для павелічэння магутнасці сілавога агрэгата. Дзякуючы падвойным турбонаддуву дасягаецца прыстойная эканомія паліва ў параўнанні з атмасферным аналагам, якія развіваюць ідэнтычную магутнасць.
З аднаго боку карысць ад абсталявання, стабілізуе асноўныя працэсы або павышаючага іх эфектыўнасць, ёсць карысць. Але з іншага боку такія механізмы не пазбаўленыя дадатковых мінусаў. І двайны турбонаддув не выключэнне. Такая сістэма не толькі мае станоўчыя бакі, але і некаторыя сур'ёзныя недахопы, з-за якіх некаторыя аўтамабілісты адмаўляюцца набываць падобныя машыны.
Спачатку разгледзім плюсы сістэмы:
- Асноўны плюс сістэмы - ухіленне турбоямы, якая характэрна для ўсіх ДВС, аснашчаных звычайнай турбінай;
- Рухавік лягчэй пераходзіць на магутнаснага рэжым;
- Розніца паміж максімальным круцячы момантам і магутнасцю значна скарачаецца, так як за кошт павелічэння ціску паветра ва впускной сістэме вялікая частка ньютанаў застаецца даступнай на большым дыяпазоне абаротаў рухавіка;
- Памяншаецца расход паліва, неабходнага для дасягнення максімальнай магутнасці;
- Так як дадатковая дынаміка аўто даступная на меншых абаротах ДВС, кіроўцу даводзіцца не так моцна яго раскручваць;
- За кошт зніжэння нагрузкі на ДВС памяншаецца знос змазачных матэрыялаў, а таксама сістэма астуджэння не працуе ў павышаным рэжыме;
- Выхлапныя газы не проста выдаляюцца ў атмасферу, а энергія гэтага працэсу выкарыстоўваецца з карысцю.
Цяпер звернем увагу на ключавыя недахопы твинтурбо:
- Асноўны мінус заключаецца ў складанасці канструкцыі впускной і выпускны сістэм. Асабліва гэта тычыцца новых мадыфікацый сістэм;
- Гэты ж фактар уплывае на кошт і абслугоўванне сістэмы - чым складаней механізм, тым даражэй яго рамонт і настройка;
- Яшчэ адзін мінус таксама звязаны са складанасцю прылады сістэм. Бо яны складаюцца з вялікай колькасці дадатковых дэталяў, то і вузлоў, у якіх можа ўтварыцца паломка таксама больш.
Асобна варта згадаць клімат мясцовасці, у якой эксплуатуецца турбірованный машына. Бо крыльчатка нагнетателя раскручваецца часам вышэйшы за 10 тысяч аб / мін, яна мае патрэбу ў якаснай змазцы. Калі аўтамабіль пакідаецца на ноч, змазка сыходзіць у паддон, таму большасць дэталяў агрэгата, у тым ліку і турбіна, становяцца сухімі.
Калі раніцай запусціць матор і эксплуатаваць яго з прыстойнымі нагрузкамі без папярэдняга прагрэву, можна забіць нагнетатель. Прычына заключаецца ў тым, што сухое трэнне паскарае знос труцца дэталяў. Каб выключыць дадзеную праблему, перш чым выводзіць матор на высокія абароты, трэба крыху пачакаць, пакуль алей прапампавалі па ўсёй сістэме, і дасягне самых аддаленых вузлоў.
Улетку на гэта не даводзіцца марнаваць шмат часу. Алей у паддоне у гэтым выпадку валодае дастатковай цякучасцю, каб помпа змог яго хутка прапампаваць. А вось зімой, асабліва ў моцныя маразы, гэты фактар нельга ігнараваць. Лепш выдаткаваць пару хвілін на прагрэў сістэмы, чым праз невялікі прамежак часу выкідаць прыстойную суму на куплю новай турбіны. Дадаткова варта згадаць, што з-за пастаяннага кантакту з выхлапнымі газамі крыльчатка нагнетателей можа распаляюцца да тысячы градусаў.
Калі механізм не атрымае належнай змазкі, якая паралельна выконвае функцыю астуджэння прылады, яго дэталі будуць церціся адзін пра аднаго усухую. Адсутнасць алейнай плёнкі прычыніць рэзкае павышэнне тэмпературы дэталяў, забяспечыўшы ім цеплавое пашырэнне, і як следства іх паскораны знос.
Каб забяспечыць надзейную працу падвойнага турбонаддува, трэба выконваць тыя ж працэдуры, што і пры абслугоўванні звычайных турбакампрэсараў. Па-першае, неабходна своечасова змяняць алей, якое выкарыстоўваецца не толькі для змазкі, але і для астуджэння турбін (аб рэгламенце замены змазачных матэрыялу наш сайт мае асобны артыкул).
Па-другое, так як крыльчаткі нагнетателей непасрэдна кантактуюць з выхлапнымі газамі, якасць паліва павінна быць высокім. Дзякуючы гэтаму на лопасцях не будзе запасіцца нагар, які замінае вольнаму кручэнню крыльчаткі.
У завяршэнне прапануем невялікае відэа аб розных мадыфікацыях турбін і іх адрозненнях:
Пытанні і адказы:
Што лепш бі турба або твін турба? Гэта сістэмы турбанаддува рухавіка. У маторах з бітурба згладжваецца турба-лаг і выраўноўваецца разгонная дынаміка. У сістэме твинтурбо гэтыя фактары не мяняюцца, затое павялічваецца прадукцыйнасць ДВС.
У чым адрозненне паміж бі турба ад твін турба? Битурбо - гэта сістэма з паслядоўна ўключанымі турбінамі. Дзякуючы іх паслядоўнаму ўключэнню ўхіляецца турба-яма падчас разгону. Твінтурба гэта проста дзве турбіны для павелічэння магутнасці.
Навошта патрэбен цвін турба? Дзве турбіны забяспечваюць прыток у цыліндр паветра большага аб'ёму. За кошт гэтага ўзмацняецца аддача пры згаранні ВТС - у тым жа цыліндры сціскаецца большую колькасць паветра.
