Turbina me rrotullim binjak: përshkrimi i projektimit, parimi i funksionimit, të mirat dhe të këqijat

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-02-19 18:25

Disavantazhi kryesor i motorëve me turbocharged në krahasim me opsionet atmosferike është më pak reagim, për shkak të faktit se rrotullimi i turbinës kërkon një kohë të caktuar. Me zhvillimin e turbochargers, prodhuesit po zhvillojnë mënyra të ndryshme për të përmirësuar reagimin, performancën dhe efikasitetin e tyre. Turbinat me rrotullim të dyfishtë janë alternativa më e mirë.

Karakteristika të përgjithshme

Ky term i referohet turbombushësve me një hyrje të dyfishtë dhe një shtytës të dyfishtë të rrotës së turbinës. Që nga shfaqja e turbinave të para (rreth 30 vjet më parë), ato janë diferencuar në opsione të marrjes së hapur dhe të veçantë. Këto të fundit janë analoge të turbochargers moderne me dy rrotullime. Parametrat më të mirë përcaktojnë përdorimin e tyre në akordim dhe motorsport. Përveç kësaj, disa prodhues i përdorin ato në makina sportive të prodhimit si Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP dhetë tjerët

Parimi i projektimit dhe funksionimit

Turbinat me rrotullim të dyfishtë ndryshojnë nga turbinat konvencionale duke pasur një rrotë turbine dyshe dhe një pjesë hyrëse të ndarë në dysh. Rotori është i një dizajni monolit, por madhësia, forma dhe lakimi i teheve ndryshojnë përgjatë diametrit. Një pjesë e saj është projektuar për një ngarkesë të vogël, tjetra për një ngarkesë të madhe.

Parimi i funksionimit të turbinave me dy rrotullime bazohet në furnizimin e veçantë të gazrave të shkarkimit në kënde të ndryshme me rrotën e turbinës, në varësi të renditjes së funksionimit të cilindrave.

Veçoritë e projektimit dhe mënyra se si funksionon turbina me rrotullim binjak diskutohen më në detaje më poshtë.

Manifold i shkarkimit

Dizajni i kolektorit të shkarkimit është i një rëndësie parësore për turbombushësit me dy rrotullime. Ai bazohet në konceptin e bashkimit të cilindrit të kolektorëve të garave dhe përcaktohet nga numri i cilindrave dhe renditja e tyre e shkrepjes. Pothuajse të gjithë motorët me 4 cilindra funksionojnë sipas rendit 1-3-4-2. Në këtë rast, një kanal kombinon cilindrat 1 dhe 4, tjetri - 2 dhe 3. Në shumicën e motorëve me 6 cilindra, gazrat e shkarkimit furnizohen veçmas nga 1, 3, 5 dhe 2, 4, 6 cilindra. Si përjashtime, duhet të theksohen RB26 dhe 2JZ. Ata punojnë sipas rendit 1-5-3-6-2-4.

Rrjedhimisht, për këta motorë, 1, 2, 3 cilindra bashkohen për një shtytës, 4, 5, 6 për të dytën (lëvizjet e turbinave janë të organizuara në stok në të njëjtin rend). I quajtur kështumotorët dallohen nga një dizajn i thjeshtuar i kolektorit të shkarkimit, i cili kombinon tre cilindrat e parë dhe tre cilindrat e fundit në dy kanale.

Përveç lidhjes së cilindrave në një rend të caktuar, karakteristika të tjera të kolektorit janë shumë të rëndësishme. Para së gjithash, të dy kanalet duhet të kenë të njëjtën gjatësi dhe të njëjtin numër kthesash. Kjo është për shkak të nevojës për të siguruar të njëjtin presion të gazrave të shkarkimit të furnizuar. Përveç kësaj, është e rëndësishme që fllanxha e turbinës në kolektor të përputhet me formën dhe dimensionet e hyrjes së saj. Së fundi, për të siguruar performancën më të mirë, dizajni i kolektorit duhet të përputhet ngushtë me A/R të turbinës.

Nevoja për të përdorur një kolektor shkarkimi të një dizajni të përshtatshëm për turbinat me dy rrotullime përcaktohet nga fakti se në rastin e përdorimit të një kolektori konvencional, një turbongarkues i tillë do të funksionojë si një rrotullues. E njëjta gjë do të vërehet kur kombinohet një turbinë me një rrotullim me një kolektor me rrotullim të dyfishtë.

Ndërveprimi impulsiv i cilindrave

Një nga avantazhet domethënëse të turbombushësve me dy rrotullime, i cili përcakton avantazhet e tyre ndaj atyre me një rrotullim, është reduktimi ose eliminimi i ndjeshëm i ndikimit të ndërsjellë të cilindrave nga impulset e gazit të shkarkimit.

Dihet që që çdo cilindër të kalojë të katër goditjet, boshti me gunga duhet të rrotullohet 720 °. Kjo është e vërtetë për motorët me 4 dhe 12 cilindra. Sidoqoftë, nëse, kur boshti me gunga rrotullohet me 720 ° në cilindrat e parë, ata përfundojnë një cikël, atëherë në12 cilindra - të gjitha ciklet. Kështu, me një rritje të numrit të cilindrave, sasia e rrotullimit të boshtit të gungës midis të njëjtave goditje për secilin cilindër zvogëlohet. Pra, në motorët me 4 cilindra, goditja e fuqisë ndodh çdo 180 ° në cilindra të ndryshëm. Kjo është e vërtetë edhe për goditjet e marrjes, kompresimit dhe shkarkimit. Në motorët me 6 cilindra, më shumë ngjarje ndodhin në 2 rrotullime të boshtit të gungës, kështu që të njëjtat goditje midis cilindrave janë 120 ° larg njëri-tjetrit. Për motorët me 8 cilindra, intervali është 90 °, për motorët me 12 cilindra - 60 °.

Dihet që boshtet me gunga mund të kenë një fazë prej 256 deri në 312° ose më shumë. Për shembull, mund të marrim një motor me faza 280° në hyrje dhe dalje. Kur lëshoni gazrat e shkarkimit në një motor të tillë me 4 cilindra, çdo 180 °, valvulat e shkarkimit të cilindrit do të jenë të hapura për 100 °. Kjo kërkohet për të ngritur pistonin nga fundi lart në pikën e vdekur gjatë shkarkimit për atë cilindër. Me urdhrin e shkrepjes 1-3-2-4 për cilindrin e tretë, valvulat e shkarkimit do të fillojnë të hapen në fund të goditjes së pistonit. Në këtë kohë, goditja e marrjes do të fillojë në cilindrin e parë dhe valvulat e shkarkimit do të fillojnë të mbyllen. Gjatë 50° të parë të hapjes së valvulave të shkarkimit të cilindrit të tretë, valvulat e shkarkimit të cilindrit të parë do të hapen dhe valvulat e marrjes së tij gjithashtu do të fillojnë të hapen. Kështu, valvulat mbivendosen midis cilindrave.

Pas heqjes së gazrave të shkarkimit nga cilindri i parë, valvulat e shkarkimit mbyllen dhe valvulat e marrjes fillojnë të hapen. Në të njëjtën kohë, valvulat e shkarkimit të cilindrit të tretë hapen, duke lëshuar gazra shkarkimi me energji të lartë. Pjesë e konsiderueshmepresioni dhe energjia e tyre përdoret për të drejtuar turbinën, dhe një pjesë më e vogël kërkon rrugën e rezistencës më të vogël. Për shkak të presionit më të ulët të valvulave të shkarkimit mbyllës të cilindrit të parë në krahasim me hyrjen integrale të turbinës, një pjesë e gazrave të shkarkimit të cilindrit të tretë dërgohet në të parin.

Për shkak të faktit se goditja e marrjes fillon në cilindrin e parë, ngarkesa e marrjes hollohet me gazrat e shkarkimit, duke humbur fuqinë. Më në fund, valvulat e cilindrit të parë mbyllen dhe pistoni i të tretit ngrihet. Për këtë të fundit, lëshimi kryhet dhe situata e konsideruar për cilindrin 1 përsëritet kur hapen valvulat e shkarkimit të cilindrit të dytë. Kështu, ka konfuzion. Ky problem është edhe më i theksuar në motorët me 6 dhe 8 cilindra me intervale të goditjes së shkarkimit midis cilindrave përkatësisht 120 dhe 90 °. Në këto raste, ka një mbivendosje edhe më të gjatë të valvulave të shkarkimit të dy cilindrave.

Për shkak të pamundësisë së ndryshimit të numrit të cilindrave, ky problem mund të zgjidhet duke rritur intervalin midis cikleve të ngjashme duke përdorur një turbocharger. Në rastin e përdorimit të dy turbinave në motorët me 6 dhe 8 cilindra, cilindrat mund të kombinohen për të drejtuar secilin prej tyre. Në këtë rast, intervalet midis ngjarjeve të ngjashme të valvulave të shkarkimit do të dyfishohen. Për shembull, për RB26, mund të kombinoni cilindrat 1-3 për turbinën e përparme dhe 4-6 për pjesën e pasme. Kjo eliminon funksionimin e njëpasnjëshëm të cilindrave për një turbinë. Prandaj, intervali midis ngjarjeve të valvulës së shkarkimit përcilindrat e një mbushësi turbo rriten nga 120 në 240°.

Për shkak të faktit se turbina me rrotullim të dyfishtë ka një kolektor të veçantë shkarkimi, në këtë kuptim është i ngjashëm me një sistem me dy turbocharger. Pra, motorët me 4 cilindra me dy turbina ose një turbocharger me dy rrotullime kanë një interval prej 360 ° midis ngjarjeve. Motorët me 8 cilindra me sisteme të ngjashme përforcuese kanë të njëjtën hapësirë. Një periudhë shumë e gjatë, që tejkalon kohëzgjatjen e ngritjes së valvulës, përjashton mbivendosjen e tyre për cilindrat e një turbine.

Në këtë mënyrë, motori tërheq më shumë ajër dhe nxjerr gazrat e mbetur të shkarkimit me presion të ulët, duke i mbushur cilindrat me një ngarkesë më të dendur dhe më të pastër, duke rezultuar në djegie më intensive, e cila përmirëson performancën. Përveç kësaj, efikasiteti më i madh vëllimor dhe pastrimi më i mirë lejojnë përdorimin e një vonese më të lartë të ndezjes për të ruajtur temperaturat maksimale të cilindrit. Falë kësaj, efikasiteti i turbinave me dy rrotullime është 7-8% më i lartë në krahasim me turbinat me një rrotullim me një efikasitet më të mirë të karburantit 5%.

Turbombushësit me dy rrotullime kanë presion dhe efikasitet mesatar të cilindrit, por presion maksimal të cilindrit dhe presion prapa daljes më të ulët, krahasuar me turbombushësit me një rrotullim, sipas Full-Race. Sistemet me lëvizje dyfishe kanë më shumë presion prapa në rpm të ulët (duke nxitur rritjen) dhe më pak në rpm të lartë (duke përmirësuar performancën). Së fundi, një motor me një sistem të tillë përforcues është më pak i ndjeshëm ndaj efekteve negative të fazës së gjerëbosht me gunga.

Performanca

Më sipër ishin pozicionet teorike të funksionimit të turbinave me rrotullim binjak. Ajo që kjo jep në praktikë përcaktohet nga matjet. Një test i tillë në krahasim me versionin me një rrotullim u krye nga revista DSPORT në Projektin KA 240SX. KA24DET e tij zhvillon deri në 700 kf. Me. në rrota në E85. Motori është i pajisur me një kolektor shkarkimi me porosi Wisecraft Fabrication dhe një turbocharger Garrett GTX. Gjatë provave, vetëm kutia e turbinës u ndryshua me të njëjtën vlerë A / R. Përveç ndryshimeve të fuqisë dhe çift rrotullues, testuesit matën reagimin duke matur kohën për të arritur RPM të caktuar dhe për të rritur presionin në marshin e tretë në kushte të ngjashme nisjeje.

Rezultatet treguan performancën më të mirë të turbinës me dy rrotullime në të gjithë gamën e rpm. Ai tregoi epërsinë më të madhe në fuqi në rangun nga 3500 në 6000 rpm. Rezultatet më të mira janë për shkak të presionit më të lartë të rritjes në të njëjtat rpm. Për më tepër, më shumë presion siguroi një rritje të çift rrotullues, të krahasueshme me efektin e rritjes së vëllimit të motorit. Gjithashtu është më i theksuar në shpejtësi mesatare. Në përshpejtimin nga 45 në 80 m / orë (3100-5600 rpm), turbina me dy rrotullime e tejkaloi atë me një rrotullim me 0,49 s (2,93 kundrejt 3,42), e cila do të japë një diferencë prej tre trupash. Kjo do të thotë, kur një makinë me një turbombushës me lëvizje sinjali arrin 80 mph, varianti me dy lëvizje do të udhëtojë 3 gjatësi makinash përpara me 95 mph. Në diapazonin e shpejtësisë prej 60-100 m/h (4200-7000 rpm), epërsia e turbinës me dy rrotullimedoli të ishte më pak domethënëse dhe arriti në 0,23 s (1,75 kundrejt 1,98 s) dhe 5 m/h (105 kundrejt 100 m/h). Për sa i përket shpejtësisë së arritjes së një presioni të caktuar, një turbombushës me dy rrotullime është përpara një turbongarkuesi me një rrotullim me rreth 0,6 s. Pra, në 30 psi diferenca është 400 rpm (5500 vs 5100 rpm).

Një krahasim tjetër është bërë nga Full Race Motorsports në një motor 2.3L Ford EcoBoost me një turbo BorgWarner EFR. Në këtë rast, shkalla e rrjedhës së gazit të shkarkimit në çdo kanal u krahasua me simulim kompjuterik. Për një turbinë me dy rrotullime, përhapja e kësaj vlere ishte deri në 4%, ndërsa për një turbinë me një rrotullim ishte 15%. Përputhja më e mirë e shpejtësisë së rrjedhës do të thotë më pak humbje në përzierje dhe më shumë energji impulse për turbombushësit me dy lëvizje.

Pro dhe kundër

Twinsroll turbinat ofrojnë shumë përparësi ndaj turbinave me një rrotullim. Këto përfshijnë:

• rritje e performancës gjatë gjithë gamës së rrotullimeve;
• përgjegjshmëri më e mirë;
• më pak humbje në përzierje;
• rritje e energjisë së impulsit në rrotën e turbinës;
• rrit efikasitetin më të mirë;
• më shumë çift rrotullues në fund të ngjashëm me sistemin me turbo dyfishtë;
• ulje e zbutjes së ngarkesës së marrjes kur valvulat mbivendosen midis cilindrave;
• temperaturë më e ulët e gazit të shkarkimit;
• zvogëloni humbjet e impulsit të motorit;
• ul konsumin e karburantit.

Disavantazhi kryesor është kompleksiteti i madh i dizajnit, duke shkaktuar rritje tëçmimi. Përveç kësaj, në presion të lartë me shpejtësi të lartë, ndarja e rrjedhës së gazit nuk do t'ju lejojë të merrni të njëjtën performancë maksimale si në një turbinë me një rrotullim.

Strukturisht, turbinat me dy rrotullime janë analoge me sistemet me dy turbongarkues (bi-turbo dhe dy-turbo). Në krahasim me to, turbina të tilla, përkundrazi, kanë avantazhe në kosto dhe thjeshtësi të projektimit. Disa prodhues po përfitojnë nga kjo, si BMW, e cila zëvendësoi sistemin me turbo dyfishtë në N54B30 1-Series M Coupe me një turbocharger me dy lëvizje në N55B30 M2.

Duhet të theksohet se ka opsione edhe më të avancuara teknikisht për turbinat, që përfaqësojnë fazën më të lartë të zhvillimit të tyre - turbochargers me gjeometri të ndryshueshme. Në përgjithësi, ato kanë të njëjtat avantazhe ndaj turbinave konvencionale si rrotullimi i dyfishtë, por në një masë më të madhe. Sidoqoftë, turbochargers të tillë kanë një dizajn shumë më kompleks. Për më tepër, ato janë të vështira për t'u vendosur në motorë që nuk janë projektuar fillimisht për sisteme të tilla për shkak të faktit se ato kontrollohen nga njësia e kontrollit të motorit. Së fundi, faktori kryesor që shkakton përdorimin jashtëzakonisht të dobët të këtyre turbinave në motorët me benzinë është kostoja shumë e lartë e modeleve për motorë të tillë. Prandaj, si në prodhim masiv ashtu edhe në akordim, ato janë jashtëzakonisht të rralla, por përdoren gjerësisht në motorët me naftë të automjeteve komerciale.

Në SEMA 2015, BorgWarner zbuloi një dizajn që kombinon teknologjinë e rrotullimit të dyfishtë me dizajnin e gjeometrisë së ndryshueshme, Turbinën e Gjeometrisë së ndryshueshme Twin Scroll. Brenda sajnë pjesën e dyfishtë të hyrjes është instaluar një damper, i cili, në varësi të ngarkesës, shpërndan rrjedhën midis shtytësve. Me shpejtësi të ulët, të gjitha gazrat e shkarkimit shkojnë në një pjesë të vogël të rotorit dhe pjesa e madhe bllokohet, gjë që siguron rrotullim edhe më të shpejtë se një turbinë konvencionale me dy rrotullime. Ndërsa ngarkesa rritet, amortizuesi gradualisht lëviz në pozicionin e mesëm dhe shpërndan në mënyrë të barabartë rrjedhën me shpejtësi të lartë, si në një model standard me rrotullime të dyfishta. Kështu, kjo teknologji, si teknologjia e gjeometrisë së ndryshueshme, siguron një ndryshim në raportin A/R në varësi të ngarkesës, duke e rregulluar turbinën në mënyrën e funksionimit të motorit, gjë që zgjeron diapazonin e funksionimit. Në të njëjtën kohë, marrja në konsideratë e dizajnit është shumë më e thjeshtë dhe më e lirë, pasi këtu përdoret vetëm një element lëvizës, duke punuar sipas një algoritmi të thjeshtë dhe nuk kërkohet përdorimi i materialeve rezistente ndaj nxehtësisë. Duhet të theksohet se zgjidhje të ngjashme janë hasur edhe më parë (për shembull, valvula me bobina të shpejta), por për disa arsye kjo teknologji nuk ka fituar popullaritet.

Aplikacion

Siç u përmend më lart, turbinat me rrotullim të dyfishtë përdoren shpesh në makinat sportive të prodhuara në masë. Megjithatë, gjatë akordimit, përdorimi i tyre në shumë motorë me sisteme me një rrotullim pengohet nga hapësira e kufizuar. Kjo është kryesisht për shkak të dizajnit të kokës: në gjatësi të barabarta, duhet të ruhen kthesat radiale të pranueshme dhe karakteristikat e rrjedhës. Përveç kësaj, ekziston një çështje e gjatësisë dhe përkuljes optimale, si dhe trashësisë së materialit dhe murit. Sipas Full-Race, për shkak të efikasitetit më të madhturbinat me dy rrotullime, është e mundur të përdoren kanale me diametër më të vogël. Megjithatë, për shkak të formës së tyre komplekse dhe hyrjes së dyfishtë, një kolektor i tillë është në çdo rast më i madh, më i rëndë dhe më i ndërlikuar se zakonisht për shkak të numrit më të madh të pjesëve. Prandaj, mund të mos përshtatet në një vend standard, si rezultat i të cilit do të jetë e nevojshme të ndryshoni kaviljen. Për më tepër, turbinat me dy rrotullime janë më të mëdha se ato të ngjashme me një rrotullim. Për më tepër, do të kërkohet një kurth tjetër për maja dhe vaj. Përveç kësaj, në vend të një gypi Y përdoren dy kate (një për shtytës) për performancë më të mirë me portat e jashtme të mbeturinave për sistemet me rrotullim të dyfishtë.

Në çdo rast, është e mundur të instaloni një turbinë me dy rrotullime në një VAZ dhe ta zëvendësoni atë me një turbocharger me një rrotullim Porsche. Dallimi qëndron në koston dhe shtrirjen e punës për përgatitjen e motorit: nëse në motorët turbo serialë, nëse ka hapësirë, zakonisht mjafton të zëvendësohet kolektori i shkarkimit dhe disa pjesë të tjera dhe të bëhen rregullime, atëherë motorët me aspirim natyral kërkojnë shumë më tepër. ndërhyrje serioze për turbocharging. Megjithatë, në rastin e dytë, ndryshimi në kompleksitetin e instalimit (por jo në kosto) midis sistemeve me lëvizje dyshe dhe me një lëvizje është i parëndësishëm.

Përfundime

Turbinat me dy rrotullime ofrojnë performancë, reagim dhe efikasitet më të mirë se turbinat me një rrotullim duke ndarë gazrat e shkarkimit në rrotën e turbinës së dyfishtë dhe duke eliminuar ndërhyrjet e cilindrit. Megjithatëndërtimi i një sistemi të tillë mund të jetë shumë i kushtueshëm. Në përgjithësi, kjo është zgjidhja më e mirë për të rritur reagimin pa sakrifikuar performancën maksimale për motorët turbo.