Twin Turbo-system

Om en dieselmotor är utrustad med en turbin som standard kan en bensinmotor enkelt klara sig utan en turboladdare. I den moderna fordonsindustrin anses en turboladdare för en bil inte längre vara exotisk (i detalj om vilken typ av mekanism det är och hur det fungerar beskrivs det i en annan artikel).

I beskrivningen av några nya bilmodeller nämns sådant som biturbo eller twin turbo. Låt oss överväga vilken typ av system det är, hur det fungerar, hur kompressorerna kan anslutas i det. I slutet av granskningen kommer vi att diskutera fördelar och nackdelar med en dubbel turbo.

Vad är Twin Turbo?

Låt oss börja med terminologin. Frasen biturbo kommer alltid att betyda att detta för det första är en turboladdad typ av motor, och för det andra kommer systemet med forcerad luftinsprutning i cylindrarna att omfatta två turbiner. Skillnaden mellan biturbo och twin-turbo är att i det första fallet används två olika turbiner och i det andra är de lika. Varför - vi får reda på det lite senare.

Lusten att uppnå överlägsenhet i racing har lett till att biltillverkare letat efter sätt att förbättra prestandan hos en standardförbränningsmotor utan drastiska ingripanden i dess design. Och den mest effektiva lösningen var införandet av en extra luftfläkt, på grund av vilken en större volym kommer in i cylindrarna och enhetens effektivitet ökar.

De som har kört en bil med en turbinmotor minst en gång i sitt liv märkte att tills motorn snurrar upp till en viss hastighet är dynamiken i en sådan bil trög, för att säga det mildt. Men så snart turboen börjar fungera ökar lyhördheten hos motorn, som om dikväveoxid har kommit in i cylindrarna.

Trögheten hos sådana installationer fick ingenjörer att tänka på att skapa en annan modifiering av turbinerna. Ursprungligen var syftet med dessa mekanismer just att eliminera denna negativa effekt, vilket påverkade insugningssystemets effektivitet (läs mer om det i en annan recension).

Med tiden började turboladdning användas för att minska bränsleförbrukningen och samtidigt öka förbränningsmotorns prestanda. Installationen låter dig utöka vridmomentområdet. Den klassiska turbinen ökar luftflödets hastighet. På grund av detta kommer en större volym in i cylindern än den som sugs upp och mängden bränsle ändras inte.

På grund av denna process ökar kompressionen, vilket är en av de viktigaste parametrarna som påverkar motoreffekten (för hur man mäter den, läs här). Med tiden var biljusteringsentusiaster inte längre nöjda med fabriksutrustningen, så moderniseringsföretag för sportbilar började använda olika mekanismer som injicerar luft i cylindrarna. Tack vare införandet av ytterligare ett trycksystem lyckades specialisterna utöka motorernas potential.

Som en ytterligare utveckling av turbo för motorer uppstod Twin Turbo-systemet. Jämfört med en klassisk turbin tillåter denna installation dig att ta bort ännu mer kraft från förbränningsmotorn, och för entusiaster för automatisk inställning ger den ytterligare potential för att uppgradera sitt fordon.

Hur fungerar dubbel turbo?

En konventionell naturligt sugmotor arbetar på principen om att suga in frisk luft med hjälp av ett vakuum som skapas av kolvar i insugningskanalen. När flödet rör sig längs banan kommer en liten mängd bensin in i den (i fallet med en bensinförbränningsmotor), om det är en förgasarbil eller bränsle sprutas in på grund av en injektor (läs mer om vad typer av tvångsförsörjning).

Komprimering i en sådan motor beror direkt på kopplingsstångens parametrar, cylindervolym etc. När det gäller en konventionell turbin som arbetar med flödet av avgaser ökar dess pumphjul luft som kommer in i cylindrarna. Detta ökar motorns effektivitet eftersom mer energi frigörs vid förbränning av luft-bränsleblandningen och vridmomentet ökar.

Twin turbo fungerar på liknande sätt. Endast i detta system elimineras effekten av motorns "omtänksamhet" medan turbinhjulet snurrar. Detta uppnås genom att installera en ytterligare mekanism. En liten kompressor accelererar accelerationen av turbinen. När föraren trycker på gaspedalen accelererar en sådan bil snabbare, eftersom motorn nästan omedelbart reagerar på förarens handling.

Det är värt att nämna att den andra mekanismen i detta system kan ha en annan design och funktionsprincip. I en mer avancerad version snurras en mindre turbin upp med ett lägre avgasflöde, vilket ökar det inkommande flödet vid lägre hastigheter, och förbränningsmotorn behöver inte snurras till det yttersta.

Ett sådant system fungerar enligt följande schema. När motorn startas, medan bilen står stilla, går enheten på tomgång. I intagskanalen bildas en naturlig rörelse av frisk luft på grund av vakuumet i cylindrarna. Denna process underlättas av en liten turbin som börjar rotera vid lågt varvtal. Detta element ger en liten ökning i dragkraft.

När vevaxelns varvtal stiger, blir avgaserna mer intensiva. Vid den här tiden snurrar den mindre kompressorn mer och det överflödiga avgasflödet börjar påverka huvudenheten. Med en ökning av pumphjulets hastighet kommer en ökad volym luft in i intagskanalen på grund av det högre trycket.

Dual boost eliminerar den hårda kraftförskjutningen som finns i klassiska dieslar. Vid förbränningsmotorns medelhastighet, när den stora turbinen precis börjar snurra, når den lilla kompressorn sin maximala hastighet. När mer luft kommer in i cylindern byggs avgastrycket upp och driver huvudkompressorn. Detta läge eliminerar den märkbara skillnaden mellan vridmomentet för det maximala motorvarvtalet och införandet av turbinen.

När förbränningsmotorn når sitt maximala varvtal når kompressorn också gränsnivån. Den dubbla boost-designen är utformad så att inkluderingen av en stor kompressor förhindrar att den mindre motparten överbelastas från överbelastning.

Den dubbla bilkompressorn ger tryck i insugssystemet som inte kan uppnås med konventionell laddning. I motorer med klassiska turbiner finns det alltid en turbofördröjning (en märkbar skillnad i kraften hos kraftaggregatet mellan att nå sin maximala hastighet och att slå på turbinen). Att ansluta en mindre kompressor eliminerar denna effekt, vilket ger en smidig motordynamik.

I dubbel turboladdning, vridmoment och kraft (läs om skillnaden mellan dessa begrepp i en annan artikel) för kraftenheten utvecklas i ett större varvtalsområde än för en liknande motor med en kompressor.

Typer av överladdningsscheman med två turboladdare

Så, teorin om turboladdare har visat att de är praktiska för att säkert öka kraften hos kraftenheten utan att ändra designen på själva motorn. Av denna anledning har ingenjörer från olika företag utvecklat tre effektiva typer av dubbel turbo. Varje typ av system kommer att ordnas på sitt eget sätt och kommer att ha en något annan funktionsprincip.

Idag är följande typ av dubbla turboladdningssystem installerade i bilar:

• Parallell;
• Konsekvent;
• Steg.

Varje typ skiljer sig åt i kopplingsschemat för fläktarna, deras storlekar, det ögonblick då var och en av dem kommer att tas i drift, liksom egenskaperna hos tryckprocessen. Låt oss överväga varje typ av system separat.

Parallellt anslutningsdiagram för turbiner

I de flesta fall används en parallell typ av turboladdning i motorer med V-formad cylinderblockdesign. Anordningen i ett sådant system är som följer. En turbin krävs för varje cylindersektion. De har samma dimensioner och går också parallellt med varandra.

Avgaserna fördelas jämnt i avgaskanalen och går till varje turboladdare i lika stora mängder. Dessa mekanismer fungerar på samma sätt som i fallet med en inbyggd motor med en turbin. Den enda skillnaden är att denna typ av biturbo har två identiska fläktar, men luften från var och en av dem fördelas inte över sektionerna utan injiceras ständigt i det gemensamma systemet i intagssystemet.

Om vi ​​jämför ett sådant schema med ett enda turbinsystem i en inbyggd kraftenhet, så består i det här fallet tvillingturbo-designen av två mindre turbiner. Detta kräver mindre energi för att snurra sina pumphjul. Av denna anledning är kompressorerna anslutna med lägre hastighet än en stor turbin (mindre tröghet).

Detta arrangemang eliminerar bildandet av en sådan skarp turbofördröjning, som sker på konventionella förbränningsmotorer med en kompressor.

Sekventiell inkludering

Serien Biturbo ger också möjlighet till installation av två identiska fläktar. Bara deras arbete är annorlunda. Den första mekanismen i ett sådant system fungerar permanent. Den andra enheten är endast ansluten i ett visst driftsätt (när dess belastning ökar eller vevaxelns hastighet stiger).

Styrning i ett sådant system tillhandahålls av elektronik eller ventiler som reagerar på trycket hos den passerande strömmen. ECU: n, i enlighet med de programmerade algoritmerna, bestämmer vid vilken tidpunkt den andra kompressorn ska anslutas. Drivenheten tillhandahålls utan att den enskilda motorn slås på (mekanismen fungerar fortfarande uteslutande på avgasströmens tryck). Styrenheten aktiverar manöverdonen i systemet som styr rörelserna för avgaser. För detta används elektriska ventiler (i enklare system är detta vanliga ventiler som reagerar på den fysiska kraften i det flödande flödet), som öppnar / stänger åtkomst till den andra fläkten.

Till vänster visas principen för drift vid låga och medelhöga motorvarvtal; Till höger - systemet med hastigheter över genomsnittet.

När styrenheten öppnar åtkomst till pumphjulet till den andra växeln helt fungerar båda enheterna parallellt. Av denna anledning kallas denna ändring också för serieparallell. Driften av de två fläktarna gör det möjligt att anordna ett större tryck på den inkommande luften, eftersom deras tillförselhjul är anslutna till en inloppsväg.

I det här fallet installeras också mindre kompressorer än i ett konventionellt system. Detta minskar också turbofördröjningseffekten och gör maximalt vridmoment tillgängligt vid lägre motorvarvtal.

Denna typ av biturbo är installerad på både diesel- och bensinaggregat. Systemets konstruktion låter dig installera inte ens två utan tre kompressorer kopplade i serie till varandra. Ett exempel på en sådan ändring är utvecklingen av BMW (Triple Turbo), som presenterades 2011.

Stegschema

Det iscensatta dubbelrullningssystemet anses vara den mest avancerade typen av dubbla turboladdningar. Trots att den har funnits sedan 2004 har tvåstegstypen av överladdning bevisat sin effektivitet mest tekniskt. Denna Twin Turbo är installerad på vissa typer av dieselmotorer som utvecklats av Opel. Borg Wagner Turbo Sistems stegade kompressor är anpassad till vissa BMW och Cummins förbränningsmotorer.

Turboladdaren består av två kompressorer av olika storlek. De installeras sekventiellt. Flödet av avgaser styrs av elektroventiler, vars funktion styrs elektroniskt (det finns också mekaniska ventiler som drivs av tryck). Dessutom är systemet utrustat med ventiler som ändrar riktningen för utloppsflödet. Detta gör det möjligt att aktivera den andra turbinen och stänga av den första så att den inte misslyckas.

Systemet har följande funktionsprincip. En avstängningsventil är installerad i avgasgrenröret, vilket skär av flödet från slangen till huvudturbinen. När motorn går med lågt varvtal är denna gren stängd. Som ett resultat passerar avgaserna genom en liten turbin. På grund av den minimala trögheten ger denna mekanism en extra luftvolym även vid låga ICE-belastningar.

1. kylning av inkommande luft; 2. förbikoppling (tryckbypassventil); 3. turboladdare högtrycksfas; 4. lågtrycksfas turboladdare; 5. Bypassventil på avgassystemet.

Därefter rör sig flödet genom huvudturbinhjulet. Eftersom bladet börjar rotera vid högre tryck tills motorn når medelhastighet förblir den andra mekanismen orörlig.

Det finns också en förbikopplingsventil i intagskanalen. Vid låga hastigheter stängs den och luftflödet går praktiskt taget utan insprutning. När föraren ramlar upp motorn snurrar den lilla turbinen hårdare och ökar trycket i intagskanalen. Detta ökar i sin tur trycket på avgaserna. När trycket i avgasröret blir starkare öppnas wastegaten något så att den lilla turbinen fortsätter att rotera och en del av flödet riktas till den stora fläkten.

Så småningom börjar den stora fläkten att rotera. När vevaxelns hastighet ökar intensifieras denna process, vilket gör att ventilen öppnar mer och kompressorn snurrar upp i större utsträckning.

När förbränningsmotorn når medelhastighet, arbetar den lilla turbinen redan på max och huvudkompressorn har precis börjat snurra men har inte nått sitt maximala. Under driften av det första steget går avgaserna genom pumphjulet i den lilla mekanismen (medan dess blad roterar i insugningssystemet) och avlägsnas till katalysatorn genom huvudkompressorns blad. I detta skede sugs luft in genom den stora kompressorns pumphjul och passerar genom den roterande mindre växeln.

I slutet av det första steget är wastegate helt öppnat och avgasflödet är redan helt riktat till huvudpumphjulet. Denna mekanism snurrar upp starkare. Bypasssystemet är inställt så att den lilla fläkten stängs av helt i detta skede. Anledningen är att när en stor turbins medelhöga och maximala hastighet uppnås skapar den ett så starkt huvud att det första steget helt enkelt förhindrar att det kommer in korrekt i cylindrarna.

I det andra tryckssteget passerar avgaserna genom det lilla pumphjulet och det inkommande flödet riktas runt den lilla mekanismen - direkt in i cylindrarna. Tack vare detta system har biltillverkarna lyckats eliminera den stora skillnaden mellan högt vridmoment vid minsta varvtal och maximal effekt när de når maximal vevaxelhastighet. Denna effekt har varit en konstant följeslagare för alla konventionella dieselmotorer.

För- och nackdelar med dubbel turboladdning

Biturbo installeras sällan på motorer med låg effekt. I grund och botten är detta utrustningen som man kan lita på för kraftfulla maskiner. Endast i detta fall är det möjligt att ta den optimala vridmomentindikatorn redan vid lägre varvtal. De små dimensionerna på förbränningsmotorn är inte heller ett hinder för att öka kraften hos kraftaggregatet. Tack vare den dubbla turboladdningen uppnås en anständig bränsleekonomi jämfört med dess naturligt sugade motsvarighet, som utvecklar identisk kraft.

Å ena sidan finns det en fördel med utrustning som stabiliserar huvudprocesserna eller ökar deras effektivitet. Men å andra sidan är sådana mekanismer inte utan ytterligare nackdelar. Och dubbel turboladdning är inget undantag. Ett sådant system har inte bara positiva aspekter utan också några allvarliga nackdelar, på grund av vilka vissa bilister vägrar att köpa sådana bilar.

Tänk först på fördelarna med systemet:

1. Den största fördelen med systemet är eliminering av turbofördröjning, vilket är typiskt för alla förbränningsmotorer utrustade med en konventionell turbin;
2. Motorn växlar lättare till strömläge;
3. Skillnaden mellan maximalt vridmoment och effekt minskas avsevärt, eftersom genom att öka lufttrycket i insugssystemet förblir de flesta newton tillgängliga över ett bredare motorvarvtalsområde;
4.  Minskar den bränsleförbrukning som krävs för att uppnå maximal effekt;
5. Eftersom bilens ytterligare dynamik är tillgänglig vid lägre motorvarvtal behöver inte föraren snurra upp den så mycket;
6. Genom att minska belastningen på förbränningsmotorn minskar slitaget på smörjmedel och kylsystemet fungerar inte i ökat läge.
7. Avgaser släpps inte bara ut i atmosfären utan energin i denna process används med fördel.

Låt oss nu vara uppmärksamma på de viktigaste nackdelarna med dubbel turbo:

• Den största nackdelen är komplexiteten i utformningen av insugnings- och avgassystemen. Detta gäller särskilt för nya systemändringar;
• Samma faktor påverkar systemets kostnad och underhåll - ju mer komplex mekanismen är, desto dyrare är dess reparation och justering.
• En annan nackdel är också förknippad med komplexiteten i systemdesignen. Eftersom de består av ett stort antal ytterligare delar finns det också fler noder där brott kan uppstå.

Separat bör man nämna klimatet i det område där den turboladdade maskinen används. Eftersom kompressorns pumphjul ibland snurrar över 10 tusen rpm behöver den smörj av hög kvalitet. När bilen lämnas över natten går fett in i sumpen, så de flesta delar av enheten, inklusive turbinen, blir torra.

Om du startar motorn på morgonen och kör den med anständiga belastningar utan att den förvärms, kan du döda kompressorn. Anledningen är att torr friktion accelererar nötningsdelarnas slitage. För att eliminera detta problem måste du vänta lite medan oljan pumpas genom hela systemet och når de mest avlägsna noder innan du tar motorn till höga varvtal.

På sommaren behöver du inte spendera mycket tid på detta. I detta fall har oljan i sumpen tillräcklig flytbarhet så att pumpen snabbt kan pumpa över den. Men på vintern, särskilt i svåra frost, kan denna faktor inte ignoreras. Det är bättre att spendera några minuter på att värma upp systemet än att efter en kort tidsperiod slänga ut en anständig mängd för att köpa en ny turbin. Dessutom bör det nämnas att på grund av konstant kontakt med avgaser kan fläkthjulet värmas upp till tusen grader.

Om mekanismen inte får korrekt smörjning, som parallellt utför funktionen för att kyla enheten, kommer dess delar att gnugga mot varandra torrt. Frånvaron av en oljefilm kommer att orsaka en kraftig ökning av temperaturen på delarna, vilket ger dem värmeutvidgning och som ett resultat deras accelererade förslitning.

För att säkerställa tillförlitlig drift av dubbelturboladdaren, följ samma procedurer som för konventionella turboladdare. Först är det nödvändigt att byta olja i tid, som inte bara används för smörjning utan också för kylning av turbinerna (om proceduren för att byta ut smörjmedlet har vår webbplats separat artikel).

För det andra, eftersom fläkthjulen till fläktarna är i direkt kontakt med avgaserna, måste bränslets kvalitet vara hög. Tack vare detta ackumuleras inte kolavlagringar på knivarna, vilket stör pumphjulets fria rotation.

Sammanfattningsvis erbjuder vi en kort video om olika turbinmodifieringar och deras skillnader:

Semyon berättar för dig! Twin TURBO eller stor ENKEL? 4 turbiner per motor? Ny teknisk säsong!

Frågor och svar:

Vad är bättre bi-turbo eller twin-turbo? Dessa är motorturboladdarsystem. I motorer med biturbo jämnas turbofördröjningen ut och accelerationsdynamiken jämnas ut. I ett dubbelturbosystem förändras inte dessa faktorer, men förbränningsmotorns prestanda ökar.

Vad är skillnaden mellan bi-turbo och twin-turbo? Biturbo är ett seriekopplat turbinsystem. Tack vare deras sekventiella inkludering elimineras turbohålet under acceleration. En tvillingturbo är bara två turbiner för att öka effekten.

Varför behöver du en tvillingturbo? Två turbiner ger en större volym luft in i cylindern. På grund av detta förstärks rekylen under förbränningen av BTC - mer luft komprimeras i samma cylinder.