Egizak aylana turbinasi: dizayn tavsifi, ishlash printsipi, ijobiy va salbiy tomonlari

2024 Muallif: Erin Ralphs | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-02-19 19:56

Atmosfera opsiyalari bilan solishtirganda turbo dvigatellarning asosiy kamchiliklari turbinaning aylanish jarayoni ma'lum vaqt talab qilishi sababli kamroq sezgirlikdir. Turbokompressorlarning rivojlanishi bilan ishlab chiqaruvchilar ularning sezgirligi, ishlashi va samaradorligini oshirishning turli usullarini ishlab chiqmoqdalar. Egizak aylantiruvchi turbinalar eng yaxshi variant.

Umumiy xususiyatlar

Bu atama turbina gʻildiragining qoʻsh kirishli va qoʻsh pervaneli turbokompressorlarga tegishli. Birinchi turbinalar paydo bo'lgandan beri (taxminan 30 yil oldin) ular ochiq va alohida qabul qilish variantlariga ajratilgan. Ikkinchisi zamonaviy twin-scroll turbochargerlarning analoglari. Eng yaxshi parametrlar ularning tuning va motorsportda ishlatilishini aniqlaydi. Bundan tashqari, ba'zi ishlab chiqaruvchilar ularni Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP kabi sport avtomobillarida ishlatishadi.boshqalar

Dizayn va ishlash printsipi

Egizak aylantiruvchi turbinalar an'anaviy turbinalardan ikkita turbinali g'ildirak va kirish qismi ikkiga bo'linganligi bilan farq qiladi. Rotor monolitik dizaynga ega, ammo pichoqlarning o'lchami, shakli va egriligi diametri bo'ylab o'zgaradi. Uning bir qismi kichik yuk uchun, ikkinchisi katta yuk uchun mo'ljallangan.

Egizak aylanali turbinalarning ishlash printsipi silindrlarning ishlash tartibiga qarab turbina gʻildiragiga turli burchaklardagi chiqindi gazlarni alohida yetkazib berishga asoslangan.

Dizayn xususiyatlari va egizak aylantiruvchi turbinaning qanday ishlashi quyida batafsilroq muhokama qilinadi.

Egzoz manifoldu

Egzoz manifoldining konstruksiyasi ikki aylanali turbokompressorlar uchun asosiy ahamiyatga ega. U poyga kollektorlarining silindrlarni ulash kontseptsiyasiga asoslanadi va silindrlar soni va ularning otish tartibi bilan belgilanadi. Deyarli barcha 4 silindrli dvigatellar 1-3-4-2 tartibida ishlaydi. Bunday holda, bitta kanal 1 va 4 silindrlarni, ikkinchisi - 2 va 3 ni birlashtiradi. Ko'pgina 6 silindrli dvigatellarda chiqindi gazlar 1, 3, 5 va 2, 4, 6 silindrlardan alohida ta'minlanadi. Istisno sifatida RB26 va 2JZ ni ta'kidlash kerak. Ular 1-5-3-6-2-4 tartibida ishlaydi.

Binobarin, bu motorlar uchun bitta pervanel uchun 1, 2, 3 silindrlar, ikkinchisiga 4, 5, 6 tsilindrlar biriktirilgan (turbinali haydovchilar zaxirada bir xil tartibda tashkil etilgan). Shunday nomlangandvigatellar egzoz manifoldining soddalashtirilgan dizayni bilan ajralib turadi, bu dastlabki uchta va oxirgi uchta tsilindrni ikkita kanalga birlashtiradi.

Tsilindrlarni ma'lum bir tartibda ulashdan tashqari, manifoldning boshqa xususiyatlari juda muhimdir. Avvalo, ikkala kanal ham bir xil uzunlikda va bir xil miqdordagi burmalarga ega bo'lishi kerak. Bu etkazib beriladigan chiqindi gazlarning bir xil bosimini ta'minlash zarurati bilan bog'liq. Bunga qo'shimcha ravishda, manifolddagi turbina gardishi uning kirish qismining shakli va o'lchamlariga mos kelishi muhimdir. Nihoyat, eng yaxshi samaradorlikni ta'minlash uchun manifold dizayni turbinaning A/R ga yaqindan mos kelishi kerak.

Ikki aylanali turbinalar uchun mos dizayndagi egzoz manifoldidan foydalanish zarurati an'anaviy manifolddan foydalanganda bunday turbo zaryadlovchining bitta aylanali sifatida ishlashi bilan belgilanadi. Xuddi shu holat bitta aylanali turbinani ikki aylantiruvchi manifold bilan birlashtirganda ham kuzatiladi.

Tsilindrlarning impulsiv oʻzaro taʼsiri

Ekiz aylanali turbokompressorlarning muhim afzalliklaridan biri ularning bitta aylanali turbo zaryadlovchilarga nisbatan afzalliklarini aniqlaydi, bu chiqindi gaz impulslari orqali silindrlarning oʻzaro taʼsirini sezilarli darajada kamaytirish yoki yoʻq qilishdir.

Ma'lumki, har bir silindr to'rtta zarbadan o'tishi uchun krank mili 720 ° aylanishi kerak. Bu 4 va 12 silindrli dvigatellar uchun ham amal qiladi. Biroq, agar krank mili birinchi tsilindrlarda 720 ° ga aylantirilsa, ular bitta tsiklni tugatsa, keyin12 silindrli - barcha tsikllar. Shunday qilib, silindrlar sonining ko'payishi bilan har bir silindr uchun bir xil zarbalar orasidagi krank milining aylanish miqdori kamayadi. Shunday qilib, 4 silindrli dvigatellarda quvvat zarbasi har 180 ° da turli silindrlarda sodir bo'ladi. Bu qabul qilish, siqish va chiqarish zarbalari uchun ham amal qiladi. 6 silindrli dvigatellarda krank milining 2 aylanishida ko'proq hodisalar sodir bo'ladi, shuning uchun silindrlar orasidagi bir xil zarbalar bir-biridan 120 ° ga teng. 8 silindrli dvigatellar uchun interval 90 °, 12 silindrli dvigatellar uchun - 60 °.

Ma'lumki, eksantrik vallar 256 dan 312 ° gacha yoki undan ortiq fazaga ega bo'lishi mumkin. Misol uchun, kirish va chiqishda 280 ° fazali dvigatelni olishimiz mumkin. Bunday 4 silindrli dvigatelda chiqindi gazlarni chiqarishda har 180 ° dan silindrning egzoz klapanlari 100 ° ochiq bo'ladi. Bu silindr uchun egzoz paytida pistonni pastdan yuqoriga o'lik nuqtaga ko'tarish uchun talab qilinadi. Uchinchi tsilindr uchun 1-3-2-4 otishni o'rganish tartibi bilan egzoz klapanlari piston zarbasi oxirida ochila boshlaydi. Bu vaqtda birinchi tsilindrda qabul qilish zarbasi boshlanadi va egzoz klapanlari yopila boshlaydi. Uchinchi tsilindrning egzoz klapanlari ochilishining dastlabki 50 ° vaqtida birinchi silindrning egzoz klapanlari ochiladi va uning qabul qilish klapanlari ham ochila boshlaydi. Shunday qilib, klapanlar silindrlar o'rtasida bir-biriga yopishadi.

Birinchi tsilindrdan chiqindi gazlar chiqarilgandan so'ng egzoz klapanlari yopiladi va qabul qilish klapanlari ochila boshlaydi. Shu bilan birga, uchinchi silindrning egzoz klapanlari ochilib, yuqori energiyali chiqindi gazlarni chiqaradi. Muhim ulushularning bosimi va energiyasi turbinani haydash uchun ishlatiladi va kichikroq qismi eng kam qarshilik yo'lini qidiradi. Birinchi tsilindrning yopilgan egzoz klapanlarining integral turbina kirishiga nisbatan past bosimi tufayli uchinchi silindrning chiqindi gazlarining bir qismi birinchisiga yuboriladi.

Qabul qilish zarbasi birinchi tsilindrda boshlanganligi sababli, qabul qilish zaryadi chiqindi gazlar bilan suyultiriladi va quvvatni yo'qotadi. Nihoyat, birinchi silindrning klapanlari yopiladi va uchinchisining pistoni ko'tariladi. Ikkinchisi uchun bo'shatish amalga oshiriladi va ikkinchi silindrning egzoz klapanlari ochilganda 1-tsilindr uchun ko'rib chiqilgan vaziyat takrorlanadi. Shunday qilib, chalkashlik mavjud. Bu muammo 6 va 8 silindrli dvigatellarda mos ravishda 120 va 90 ° silindrlar orasidagi egzoz zarbalari oralig'ida yanada aniqroq. Bunday hollarda ikkita tsilindrning egzoz klapanlarining bir-birining ustiga chiqishi yanada uzoqroq bo'ladi.

Tsilindrlar sonini oʻzgartirishning iloji yoʻqligi sababli, bu muammoni turbocharger yordamida oʻxshash davrlar orasidagi intervalni oshirish orqali hal qilish mumkin. 6 va 8 silindrli dvigatellarda ikkita turbinani ishlatganda, ularning har birini boshqarish uchun silindrlarni birlashtirish mumkin. Bunday holda, shunga o'xshash egzoz klapanlari hodisalari orasidagi intervallar ikki baravar ko'payadi. Misol uchun, RB26 uchun oldingi turbina uchun 1-3 va orqa uchun 4-6 silindrlarni birlashtira olasiz. Bu bitta turbina uchun silindrlarning ketma-ket ishlashini yo'q qiladi. Shuning uchun, egzoz valfi hodisalari orasidagi intervalbitta turbo zaryadlovchining silindrlari 120 dan 240 ° gacha ko'tariladi.

Egizak aylana turbinasi alohida egzoz manifoldiga ega bo'lganligi sababli, bu ma'noda u ikkita turbokompressorli tizimga o'xshaydi. Shunday qilib, ikkita turbinali yoki ikkita aylantiruvchi turbo zaryadlovchiga ega 4 silindrli dvigatellar hodisalar o'rtasida 360 ° oraliqda. Xuddi shunday kuchaytiruvchi tizimlarga ega 8 silindrli dvigatellar bir xil masofaga ega. Valfni ko'tarish muddatidan oshib ketadigan juda uzoq vaqt, bitta turbinaning silindrlari uchun ularning bir-biriga yopishishini istisno qiladi.

Shunday qilib, dvigatel koʻproq havo oladi va past bosimda qolgan chiqindi gazlarni chiqaradi, silindrlarni zichroq va tozaroq zaryad bilan toʻldiradi, natijada ish faoliyatini yaxshilaydigan kuchli yonish sodir boʻladi. Bundan tashqari, katta hajmli samaradorlik va yaxshiroq tozalash silindrning eng yuqori haroratini saqlab qolish uchun yuqori ateşleme kechikishidan foydalanishga imkon beradi. Shu tufayli, ikki aylanali turbinalarning samaradorligi 5% yaxshi yoqilg‘i tejamkorligi bilan bitta aylanali turbinalarga nisbatan 7-8% ga yuqori.

Full-Race ma'lumotlariga ko'ra, ikkita aylanali turbo zaryadlovchilar silindrdagi o'rtacha bosim va samaradorlikka ega, lekin silindrdagi eng yuqori bosim va chiqish orqa bosimi, bir aylantiruvchi turbo zaryadlovchilarga nisbatan pastroq. Twin-scroll tizimlari past aylanishlarda ko'proq teskari bosimga ega (ko'tarishni rag'batlantiradi) va yuqori aylanishlarda kamroq (ish unumdorligini oshiradi). Nihoyat, bunday kuchaytirish tizimiga ega vosita keng fazaning salbiy ta'siriga nisbatan kamroq sezgireksantrik miller.

Umumiylik

Yuqorida egizak aylantiruvchi turbinalar ishlashining nazariy pozitsiyalari keltirilgan. Bu amalda nima beradi, o'lchovlar bilan belgilanadi. Bitta aylantiruvchi versiya bilan taqqoslash bo'yicha bunday sinov DSPORT jurnali tomonidan KA 240SX loyihasida o'tkazildi. Uning KA24DET 700 ot kuchiga ega. Bilan. E85 g'ildiraklarida. Dvigatel maxsus Wisecraft Fabrication egzoz manifoldi va Garrett GTX turbo zaryadlovchisi bilan jihozlangan. Sinovlar davomida faqat turbinaning korpusi bir xil A / R qiymatida o'zgartirildi. Quvvat va moment o'zgarishiga qo'shimcha ravishda sinovchilar xuddi shunday ishga tushirish sharoitida ma'lum bir aylanish tezligiga erishish va uchinchi vitesdagi bosimni oshirish vaqtini o'lchash orqali sezgirlikni o'lchadilar.

Natijalar butun aylanma diapazonida ikki aylanma turbinaning eng yaxshi ishlashini ko'rsatdi. U 3500 dan 6000 rpm gacha bo'lgan quvvatda eng katta ustunlikni ko'rsatdi. Eng yaxshi natijalar bir xil aylanish tezligida yuqori bosim bosimiga bog'liq. Bundan tashqari, ko'proq bosim dvigatel hajmini oshirish effekti bilan taqqoslanadigan momentning oshishini ta'minladi. Bundan tashqari, o'rta tezlikda eng ko'p talaffuz qilinadi. 45 dan 80 m/soatgacha (3100-5600 rpm) tezlashuvda egizak aylana turbinasi bir aylanishli turbinani 0,49 s ga (2,93 ga qarshi 3,42) ortda qoldirdi, bu esa uchta jismning farqini beradi. Ya'ni, signalli aylanma turbo zaryadlovchiga ega bo'lgan avtomobil 80 milya tezlikka yetganida, ikkita aylantiruvchi variant 95 mil / soat tezlikda 3 avtomobil uzunligini bosib o'tadi. 60-100 m/soat (4200-7000 rpm) tezlik oralig'ida egizak aylantiruvchi turbinaning ustunligi.kamroq ahamiyatli bo'lib chiqdi va 0,23 s (1,75 ga nisbatan 1,98 s) va 5 m / soat (105 ga nisbatan 100 m / soat) ni tashkil etdi. Muayyan bosimga erishish tezligi bo'yicha, ikkita aylanali turbo zaryadlovchi bir aylantiruvchi turbokompressordan taxminan 0,6 sekund oldinda. Shunday qilib, 30 psi tezlikda farq 400 rpm (5500 va 5100 rpm).

Yana bir taqqoslash Full Race Motorsports tomonidan BorgWarner EFR turboli 2,3 litrli Ford EcoBoost dvigatelida amalga oshirildi. Bunday holda, har bir kanaldagi chiqindi gaz oqimi tezligi kompyuter simulyatsiyasi bilan taqqoslandi. Ikki aylanali turbina uchun bu qiymatning tarqalishi 4% gacha, bir turbinali turbina uchun esa 15% ni tashkil etdi. Oqim tezligini yaxshiroq moslashtirish ikki aylanali turbokompressorlar uchun kamroq aralashtirish yo‘qotilishi va ko‘proq impuls energiyasini anglatadi.

Ijobiy va kamchiliklar

Egizak aylantiruvchi turbinalar bitta aylantiruvchi turbinalarga nisbatan koʻp afzalliklarga ega. Bunga quyidagilar kiradi:

• aylanish oraligʻida unumdorlik ortdi;
• yaxshiroq javob berish;
• kamroq aralashtirish yo'qolishi;
• turbina gʻildiragiga impuls energiyasi ortdi;
• samaradorlikni oshirish;
• koʻproq pastki uchi ikki turbo tizimga oʻxshash moment;
• klapanlar tsilindrlar oʻrtasida bir-birining ustiga tushganda qabul qilish zaryadining susayishi;
• pastroq chiqindi gaz harorati;
• dvigatelning impuls yo'qotishlarini kamaytirish;
• yonilgʻi sarfini kamaytiring.

Asosiy kamchilik - bu dizaynning katta murakkabligi, bu esa ko'payishiga olib keladi.narx. Bundan tashqari, yuqori tezlikda yuqori bosimda, gaz oqimining ajralishi sizga bitta aylanishli turbinada bo'lgani kabi yuqori ko'rsatkichlarga erishishga imkon bermaydi.

Strukturaviy jihatdan ikkita aylanma turbinalar ikkita turbokompressorli (bi-turbo va twin-turbo) tizimlarga o'xshaydi. Ular bilan taqqoslaganda, bunday turbinalar, aksincha, dizaynning narxi va soddaligi bo'yicha afzalliklarga ega. Ayrim ishlab chiqaruvchilar bundan foydalanmoqda, masalan, N54B30 1-Series M Coupe’dagi ikkita turbo tizimini N55B30 M2’dagi ikkita aylanali turbo zaryadlovchi bilan almashtirgan BMW.

Ta'kidlash joizki, turbinalar uchun texnik jihatdan yanada ilg'or variantlar mavjud bo'lib, ular rivojlanishining eng yuqori bosqichini ifodalaydi - o'zgaruvchan geometriyali turbokompressorlar. Umuman olganda, ular an'anaviy turbinalar bilan bir xil afzalliklarga ega, lekin ko'proq darajada. Biroq, bunday turbokompressorlar ancha murakkab dizaynga ega. Bunga qo'shimcha ravishda, ularni dastlab bunday tizimlar uchun mo'ljallanmagan motorlarda o'rnatish qiyin, chunki ular vosita boshqaruv bloki tomonidan boshqariladi. Va nihoyat, benzinli dvigatellarda ushbu turbinalarning juda yomon ishlatilishiga olib keladigan asosiy omil - bunday dvigatellar uchun modellarning juda yuqori narxi. Shuning uchun ham ommaviy ishlab chiqarishda, ham sozlashda ular juda kam uchraydi, lekin ular tijorat avtomobillarining dizel dvigatellarida keng qo'llaniladi.

SEMA 2015 ko'rgazmasida BorgWarner egizak aylantirish texnologiyasini o'zgaruvchan geometriya dizayni bilan birlashtirgan dizaynni, Twin Scroll o'zgaruvchan geometriyali turbinani taqdim etdi. Undaer-xotin kirish qismiga damper o'rnatilgan bo'lib, u yukga qarab, oqimni pervanellar o'rtasida taqsimlaydi. Past tezlikda barcha chiqindi gazlar rotorning kichik qismiga boradi va katta qismi bloklanadi, bu an'anaviy egizak aylantiruvchi turbinaga qaraganda tezroq aylanishni ta'minlaydi. Yuk ortib borishi bilan damper asta-sekin o'rta holatga o'tadi va standart egizak aylantiruvchi dizayndagi kabi oqimni yuqori tezlikda teng ravishda taqsimlaydi. Shunday qilib, bu texnologiya, o'zgaruvchan geometriya texnologiyasi kabi, yukga qarab A / R nisbatining o'zgarishini ta'minlaydi, turbinani dvigatelning ish rejimiga moslashtiradi, bu esa ish diapazonini kengaytiradi. Shu bilan birga, dizayn ancha sodda va arzonroq ekanligini hisobga olsak, bu erda oddiy algoritm bo'yicha ishlaydigan faqat bitta harakatlanuvchi element ishlatiladi va issiqlikka chidamli materiallardan foydalanish talab qilinmaydi. Shuni ta'kidlash kerakki, shunga o'xshash echimlar ilgari ham uchragan (masalan, tez spool klapan), lekin negadir bu texnologiya mashhurlikka erishmagan.

Ilova

Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, ikkita aylanali turbinalar ko'pincha ommaviy ishlab chiqarilgan sport avtomobillarida qo'llaniladi. Biroq, sozlashda, ularni bitta aylanish tizimiga ega ko'plab motorlarda ishlatish cheklangan joy bilan to'sqinlik qiladi. Bu, birinchi navbatda, sarlavhaning dizayni bilan bog'liq: teng uzunliklarda, qabul qilinadigan radial burmalar va oqim xususiyatlarini saqlab qolish kerak. Bundan tashqari, optimal uzunlik va egilish, shuningdek, material va devor qalinligi haqida savol tug'iladi. Full-Race ma'lumotlariga ko'ra, yuqori samaradorlik tufayliegizak aylantiruvchi turbinalar, kichikroq diametrli kanallardan foydalanish mumkin. Biroq, ularning murakkab shakli va er-xotin kirish joyi tufayli, bunday kollektor har qanday holatda qismlarning ko'pligi tufayli odatdagidan kattaroq, og'irroq va murakkabroq. Shuning uchun u standart joyga mos kelmasligi mumkin, buning natijasida karterni o'zgartirish kerak bo'ladi. Bunga qo'shimcha ravishda, egizak aylana turbinalari o'xshash bir aylantiruvchi turbinalarga qaraganda kattaroqdir. Bundan tashqari, boshqa appipe va moyli tuzoq kerak bo'ladi. Bundan tashqari, egizak aylantiruvchi tizimlar uchun tashqi chiqindi eshiklar bilan yaxshi ishlashi uchun Y-trubkasi o‘rniga ikkita chiqindi eshik (har bir pervanel uchun bitta) ishlatiladi.

Har qanday holatda ham VAZga ikki aylanali turbinani oʻrnatish va uni Porsche bitta aylana turbokompressoriga almashtirish mumkin. Farqi dvigatelni tayyorlash bo'yicha ishlarning narxi va hajmida: agar ketma-ket turbo dvigatellarda bo'sh joy bo'lsa, odatda egzoz manifoltini va boshqa ba'zi qismlarni almashtirish va sozlash etarli bo'lsa, tabiiy aspiratsiyalangan dvigatellar ko'proq narsani talab qiladi. turbo zaryadlash uchun jiddiy aralashuv. Biroq, ikkinchi holatda, o'rnatish murakkabligidagi farq (lekin narxida emas) ikki va bitta aylantirishli tizimlar o'rtasidagi farq unchalik katta emas.

Xulosa

Twin-scroll turbinalar chiqindi gazlarni ikki turbinali g'ildirakka bo'lish va silindrli shovqinlarni bartaraf etish orqali bir aylantiruvchi turbinalarga qaraganda yaxshiroq ishlash, sezgirlik va samaradorlikni ta'minlaydi. Biroqbunday tizimni qurish juda qimmatga tushishi mumkin. Umuman olganda, bu turbo dvigatellar uchun maksimal unumdorlikni yo'qotmasdan sezgirlikni oshirishning eng yaxshi yechimidir.