Автомобильный журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд

Что такое двигатель twin scroll

V-twin engine

A V-twin engine, also called a V2 engine, is a two-cylinder piston engine where the cylinders share a common crankshaft and are arranged in a V configuration.

Although widely associated with motorcycles (installed either transversely or longitudinally), V-twin engines have also been used for industrial engines and in several small cars. The V-twin design dates back to the late 1880s.

Мотоцикл с двигателем от Subaru.

Twin-scroll turbochargers

Turbocharging is the most commonly used supercharging technology by internal combustion engines (ICE) for forced intake air induction. With turbocharging, the exhaust-gas energy is used to increase the inlet air destiny. Turbocharging is seen as the oldest heat recovery technology used in internal combustion engines.

The name “turbo” is given due to use of a turbine, which is using the thermal and kinetic energy of the exhaust gases to spin the intake air compressor. The exhaust gases will expand into the turbine, which will drive the compressor, which will compress the intake air, increasing its density.

For more details regarding turbocharging technology and turbocharger construction, read the articles:

Exhaust process

Most of the internal combustion engines used in road vehicles need 4 piston strokes for a complete engine cycle. During the exhaust process, the burnt gases are evacuated from the cylinder in order to make room for fresh intake air and fuel, for a new combustion cycle.

For a complete overview of the engine cycles, read the article How an internal combustion engine works.

Internal combustion engine exhaust stroke

The complete exhaust process of the burnt gases can be divided into 3 major phases:

  • blowdown
  • displacement (stroke)
  • overlap (scavenging)

Blowdown phase

The exhaust valve is opened before the piston reaches the bottom dead center (BDC). Technically, the exhaust valve is going to be opened at the end of the power stroke, when the piston is pushed by the expanding gases (combustion).

When the exhaust valve opens (around 50° crankshaft angle, before BDC) the cylinder pressure is still high, around 4 bar and the temperature around 700 °C. Due to the massive pressure difference between the cylinder and exhaust manifold, when the exhaust valve opens, the burnt gases will start to flow rapidly into the manifold.

Image: Pressure-volume (pV) diagram for a typical 4 stroke ICE

S – piston stroke
Vc – clearance volume
Vd – displaced (swept) volume
p – atmospheric pressure
W – work
TDC – top dead center
BDC – bottom dead center
IV – inlet valve
EV – exhaust valve
IVO – inlet valve opening
IVC – inlet valve closing
EVO – exhaust valve opening
EVC – exhaust valve closing
IGN (INJ) – ignition (injection)

Thus, the main advantage of opening the exhaust valve before BDC is that the exhaust gases will leave the cylinder due to the pressure difference and the piston will have to use less energy to push the remaining gases out of the cylinder (during the exhaust piston stroke).

The blowdown phase will cause a rapid increase of the gas pressure into the exhaust manifold, followed by a rapid decrease due to the equalizing pressures between cylinder and manifold.

Displacement (stroke)

The exhaust stroke takes place when the piston moves from BDC to top dead center (TDC). During this phase, the gas flow is controlled (displaced) by the movement of the piston. In this phase, the gas pressure in the manifold is slightly above atmospheric pressure (for natural aspirated engines) or turbine inlet pressure (for turbocharged engines).

The complete closing of the exhaust valve takes place at around 40° after TDC.

Overlap (scavenging)

Since the intake valve is opened before TDC and the exhaust valve is closed after TDC, there is a small period in which both valves are open (overlap). This phase can last between 20 to 50° of crankshaft rotation, depending on engine.

There is an optimal valve overlap period for which the volumetric efficiency and the mean effective pressure of the engine can be increased. Further, for turbocharged engines with direct injection, an extended overlap period contributes to scavenging. which means that the fresh intake air flows through the cylinder and into the exhaust manifold, expelling all remaining burnt gases from the cylinder. The scavenging effect has several advantages on the engine, the main ones being improved volumetric efficiency and cooling of the cylinder (which allows higher compression ratio, thus higher mean effective pressure).

Image: Exhaust-gas pressure wave

The exhaust gas pressure (peg) peaks during the blowdown phase. The gas pressure travels as a wave across the exhaust manifold. As the waves goes through, it’s causing a pressure drop after the peak, which can be lower than the pressure at the turbine inlet (pT) (assuming it’s constant).

Image: Exhaust stroke timing (4 cylinders)

For example, for a 4 cylinders engine, with the firing order 1-3-4-2, the exhaust-gas pulse for cylinder 1 and 3 overlap. The same happens for every exhaust-gas pulse of two consecutive fired cylinders.

When all the exhaust ports of the cylinders are connected to a common exhaust manifold, there will be pressure interference between cylinders, which will causes overall exhaust gas pressure drop and kinetic energy loss. By separating the overlapping cylinders into separated scrolls (pipes, ducts) the pressure interference can be avoided.

Читать еще:  Двигатель briggs stratton 250 характеристики

Ideally, in order to maximize the usage of the exhaust-gas pressure and thermal energy in the turbine, there should be no pressure interference in the exhaust manifold.

Impact of turbochargers on engines

The gas energy which is lost in the exhaust (without turbocharging) account for approximately 30 – 40 % of the total energy released through combustion. With turbocharging a part of this energy is recovered and used to compress the intake air.

During the power stroke, when the exhaust valve opens (before BDC), the combustion process will continue to take place also in the exhaust manifold. The burned gases will expand further in the turbine, making it spin and drive the compressor wheel through the turbocharger shaft.

Turbocharging makes use of two types of exhaust gas energy (which would have been wasted in a natural aspirated engine):

  • kinetic energy (given by the pressure waves)
  • thermal energy (given by the expansion of the gas in the turbine)

The introduction of a turbocharger will also act as a restriction for the flow of the exhaust gas, which will cause the generation of a backpressure in the exhaust manifold. The backpressure will force the piston to consume more energy to displace the burnt gases out of the cylinder.

If the backpressure is too high, there is a risk of a backflow, which meas that the exhaust gases will flow back into the cylinder and intake manifold, decreasing the volumetric efficiency and the overall performance of the engine.

The turbocharger has also a significant impact on the transient response of the engine (acceleration). The power output of an engine is directly dependent on the intake air mass. For a turbocharged engine, to quickly increase the air mass in the cylinders, the turbine needs to accelerate and drive the compressor. The bigger the mass moment of inertia of the turbine+shaft+compressor, the longer the time required for acceleration (turbo-lag).

On the other hand, using a small turbine, which can accelerate faster, will cause problems at higher engine speeds and loads, due to the fact that if will choke the exhaust, unable to absorb high exhaust gas flow. Therefore, the process of matching a turbocharger with an engine is very complex and needs to take into account a lot of factors.

Image: ECOTEC 2.8 V6 with twin-scroll turbocharger
Credit: Opel

Types of turbochargers

The architecture of the exhaust manifold has a very important role in the performance of the turbocharger, in terms of efficiency and response time (the time taken to spin faster). The exhaust manifold must be designed taking into account the following requirements:

  • the interference between the exhaust process of the cylinders needs to be kept at a minimum, ideally without having any pressure interference between the connected cylinders (during the exhaust process)
  • the energy of the exhaust gas should reach the turbine with minimum losses
  • the deployment of the exhaust gas into the turbine must be done consistently over time, to insure maximum efficiency

From the exhaust gas energy point of view, there are two types of turbocharging systems:

  • constant-pressure turbocharging
  • pulse turbocharging

Constant-pressure turbochargers are mainly used in diesel engines for passenger vehicles. Having the exhaust ducts for all the cylinders integrated in the same component has the advantage of a compact design which can be easily integrated in any engine application.

Constant-pressure turbochargers are also called single-scroll, because all the exhaust gas flow goes into the turbine through a common (single) duct (scroll).

Image: Mazda MX-5 exhaust manifold (single-scroll turbocharger)
Credit: Black Cat Motorsport

A constant-pressure turbocharging system has a common pipe/exhaust manifold for all the cylinders. The exhaust ports of each cylinder are connected to a common volume, called a collector. Thus, before reaching the turbine, the exhaust-gas pressure waves from each cylinder interfere with each other and dampens out the pressure peaks. The exhaust gas pressure before the turbine will only have small fluctuations around a constant value.

Because of the integrated design, in a constant-pressure turbocharging system, the number of cylinders of the engine does not play a significant role. For example, from the turbocharging point of view, the behavior of a 4 cylinder turbocharged engine will be the same with the one of a 6 cylinder engine.

Constant-pressure turbochargers are also called single-scroll turbochargers because the use a single common pipe (scroll) to transport the exhaust gas from the cylinders to the turbine.

The advantages of single-scroll (constant-pressure) turbocharging systems are:

  • high turbine efficiency, given by the steady flow of exhaust gas
  • good performance at high load (high exhaust gas flow)
  • simple, easy to manufacture and cost effective exhaust manifold and turbine casing

The disadvantages of single-scroll (constant-pressure) turbocharging systems are:

  • lower exhaust gas energy at the turbine inlet
  • poor performance at low – medium engine speed and load
  • poor performance during transient engine operation (acceleration)

Image: Single-scroll turbocharger (RAAX)
Credit: Continental

  1. compressor
  2. compressor housing
  3. bearing (central) housing
  4. turbine housing (single-scroll)
  5. turbine
  6. wastegate

How twin-scroll turbochargers work

In a pulse-turbocharged system, depending on the number and firing order of the cylinders, different routing pipes connect the exhaust ports of the cylinders with the turbine. In this case, the pressure interference between cylinders is eliminated and the pressure waves (high peak pulse) travel up to the turbine inlet.

Читать еще:  Датчик расхода воздуха двигателя afb

For a 4 cylinders engine, with the firing order 1-3-4-2, the cylinders 1 and 4 have a common exhaust pipe and cylinders 2 and 3 have a second exhaust pipe. Both pipes transport the exhaust gas up to the turbine inlet. Since it uses two pipes for the exhaust gas, the system is called twin-scroll turbocharging.

Image: Exhaust manifold for twin-scroll turbocharger
Credit: SPA Turbo

Twin-scroll turbocharging takes full advantage of pulse energy, which means that the exhaust gas energy available for conversion to useful work in the turbine is bigger.

Compared to a single-scroll (constant-pressure) turbocharger, a twin-scroll (pulse) turbocharger has the following advantages:

  • higher turbine inlet energy due to exploitation of pressure waves (pulse energy)
  • good performance at low – medium engine speed and load
  • good performance during transient engine operation (acceleration)

The disadvantages of twin-scroll (pulse) turbocharging systems are:

  • poor efficiency at high engine load and speed
  • complex and expensive exhaust manifold and turbine casing

Image: Twin-scroll turbocharger explained
Credit: BMW

The exhaust streams from the two pairs of cylinders are routed to the turbine via separated spiral-shaped channels (scrolls) of different diameter.

The larger channel (A), which connects the exhaust of the cylinders 2 and 3, directs one exhaust stream to the outer edge of the turbine blades, helping the turbocharger to spin faster.

The smaller channel (B), which connects the exhaust of the cylinders 1 and 4, directs the other exhaust stream to the inner surfaces of the turbine blades, improving the response of the turbocharger during transient operations (engine acceleration).

Twin-scroll technology combines optimal low-end response with excellent top-end power increase.

Image: Twin-scrol turbocharger
Credit: Voith

Single-scroll turbochargers are only using the thermal energy of the exhaust gas in order to compress the intake air through the compressor.

Twin-scroll turbochargers are using both thermal and pulse (pressure wave) energy of the exhaust gas in order to obtain mechanical work to drive the intake air compressor.

Дизайн [ править ]

По сравнению с V-образными двухцилиндровыми двигателями и двухцилиндровыми двигателями , прямые двухцилиндровые двигатели более компактны, имеют более простую конструкцию и дешевле в производстве. [6] Прямолинейные спаренные двигатели могут быть подвержены вибрации либо из-за неравномерного интервала включения, присутствующего в кривошипно-шатунных двигателях на 180 °, либо из-за большой массы не встречного возвратно-поступательного движения в кривошипно-шатунных двигателях на 360 °. Рядные близнецы также больше страдают от реакций крутящего момента и вибрации. [7]

Угол коленчатого вала

Наиболее распространенные конфигурации коленчатого вала для прямолинейных спаренных двигателей — это 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов. [8] [9] [10]

В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 360 градусов, оба поршня движутся вверх и вниз одновременно. Однако интервал зажигания смещен между цилиндрами: один цилиндр работает во время первого оборота коленчатого вала, а затем другой цилиндр — при следующем вращении. В 360-градусных двигателях может использоваться одна система зажигания для обоих цилиндров с использованием отработанной системы искры .

Несовершенный первичный баланс соответствует одноцилиндровому двигателю эквивалентной возвратно-поступательной массы. Ранние двигатели пытались уменьшить вибрацию с помощью противовесов на коленчатом валу, однако более поздние методы также включали балансирные валы и отдельный утяжеленный шатун. По сравнению с одноцилиндровым двигателем более частый интервал зажигания (360 градусов по сравнению с 720 градусами) приводит к более плавным ходовым характеристикам, несмотря на аналогичный динамический дисбаланс.

С 1930-х годов в большинстве британских четырехтактных прямолинейных сдвоенных мотоциклетных двигателей использовался коленчатый вал на 360 градусов [11], поскольку это позволяло избежать неравномерной пульсации впуска, характерной для других конфигураций, тем самым предотвращая потребность в сдвоенных карбюраторах. В 1960-х годах, хотя японские мотоциклы в основном перешли на коленчатый вал 180 градусов для двигателей объемом от 250 до 500 куб.см, различные двигатели меньшего и большего размера продолжали использовать коленчатый вал на 360 градусов. Вибрация была менее важной проблемой для небольших двигателей, таких как 1965 Honda CB92 и 1979 Honda CM185 . В более крупных двигателях, таких как Yamaha XS 650 1969 года и Yamaha TX750 1972 года , часто использовались балансирные валы для уменьшения вибрации. [12] Поздние 1978-1984 гг.Двигатели Honda CB250N / CB400N также использовали коленчатый вал на 360 градусов. Мотоциклы BMW F 2008 с параллельным сдвоенным двигателем также используют коленчатые валы на 360 градусов с третьим «рудиментарным» шатуном (действующим в качестве противовеса) и ограничением числа оборотов 9000 об / мин для уменьшения вибраций. [13]

В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 180 градусов, один поршень поднимается, а другой опускается. В четырехтактном двигателе интервал зажигания неравномерен: второй цилиндр работает на 180 градусов после первого, а затем следует зазор в 540 градусов, пока первый цилиндр не сработает снова. Неравномерный интервал зажигания вызывает вибрацию и приводит к «неровной» подаче мощности. Для двигателя 180 ° также требуется отдельная система зажигания для каждого цилиндра.

Идеальный первичный баланс возможен с прямым сдвоенным двигателем на 180 градусов, однако конструкция создает качающуюся пару, которая требует использования балансирного вала для уменьшения вибрации. Прямо-сдвоенный двигатель 180 градусов имеет вторичный дисбаланс (аналогичный рядному четырехцилиндровому двигателю), однако меньшая возвратно-поступательная масса означает, что это часто не требует лечения.

Двигатель с коленчатым валом 180 ° страдает меньшими насосными потерями, чем двухцилиндровый двигатель на 360 °, потому что смещение картера относительно не изменяется при движении поршней.

Читать еще:  Что такое реактивный ток двигателя

В 1960-х годах японские производители мотоциклов отдавали предпочтение использованию коленчатых валов с углом поворота 180 градусов, поскольку повышенная плавность хода позволяла повысить скорость вращения и, следовательно, более высокую выходную мощность. Например, двигатель Honda CB450 1966 года с коленчатым валом 180 градусов имеет такую ​​же выходную мощность, что и современные британские двигатели с коленчатым валом на 360 градусов, несмотря на меньший рабочий объем 450 куб. См по сравнению с 650 куб. [14] [15] [16] И Yamaha TX500 1973 года, и Suzuki GS400 1977 года имели коленчатый вал 180 градусов и балансирный вал. С 1993 года большинство двигателей Honda с прямыми сдвоенными двигателями для мотоциклов используют коленчатый вал 180 градусов.

В двухтактных двигателях обычно используется коленчатый вал на 180 градусов, так как это приводит к двум равномерно распределенным рабочим ходам на оборот. Основная частота колебаний вдвое больше , чем эквивалентный одноцилиндровый двигатель, однако уменьшается вдвое амплитуда. [17] Двухтактные двигатели, в которых не используется коленчатый вал на 180 градусов, включают Yankee 1972 года и военную версию Jawa 350 1964 года , в обоих из которых вместо этого используется коленчатый вал на 360 градусов.

В двигателе с коленчатым валом на 270 градусов один поршень следует на три четверти оборота за другим. Это приводит к неравномерному интервалу зажигания, когда второй цилиндр стреляет на 270 градусов после первого, а затем следует зазор в 450 градусов, пока первый цилиндр не срабатывает снова. Это та же картина, что и у 90-градусного V-образного двигателя , и в результате обе конфигурации имеют одинаковый «пульсирующий» звук выхлопа. Поршни в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов никогда не бывают неподвижными одновременно (как в двухцилиндровом двигателе на 90 градусов), тем самым уменьшая чистый обмен импульсом между кривошипом и поршнями во время полного вращения.

Несовершенный первичный баланс создается в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов из-за комбинации свободной силы и качающейся пары; для компенсации этого часто используется балансирный вал. Вторичный баланс двигателя на 270 градусов идеален, однако конфигурация действительно приводит к неуравновешенной качающейся паре.

Первые серийные 270-градусные двухцилиндровые мотоциклетные двигатели были установлены на Yamaha TRX850 и Yamaha TDM 1996 года . [9] [18] [10] Более поздние примеры включают в себя 2009 Triumph Thunderbird , 2010 Norton Commando 961 , 2012 серии Honda NC700 , 2014 Yamaha MT-07 , 2016 г. Триумф Thruxton 1200 и 2018 Royal Enfield перехватчик 650 .

Коренные подшипники

В двухцилиндровых двигателях с прямым приводом каждый цилиндр имеет отдельный шатун , в отличие от двигателей с V-образным сдвигом, в которых для обоих шатунов может использоваться общий шатун . Большинство старинных британских прямолинейных двухцилиндровых мотоциклетных двигателей (таких как Triumph, BSA, Norton и Royal Enfield) имели два основных подшипника . [19] Начиная с конца 1950-х годов, большинство прямолинейных сдвоенных двигателей Honda имели четыре основных подшипника. [20] [21] Последующие прямые двухдвигательные двигатели имели четыре, а иногда и три основных подшипника. [12]

Номер Double (DBL)

Этот вариант подразумевает наличие в комнате одной большой кровати. Обычно он используется супружескими парами и влюбленными. Также этот вид размещения удобен для одноместного проживания.

В таком номере, если позволяет площадь помещения, может быть установлено дополнительное спальное место.

При выборе вариатна double есть риск столкнуться с ситуацией, что вместо одной большой в нем будет два сдвинутых кровати. Это, конечно, совсем не то, что ожидают получить постояльцы. Поэтому соответствующий вопрос стоит уточнить при заказе.

В некоторых отелях предусмотрена разновидность этой категории, которая называется «Double for Single Use». Это означает, что в апартаментах находится большая двуспальная постель, но проживать тут может только один человек.

Аббревиатура DBL + INF означает размещение двоих взрослых с маленьким ребенком, а DBL + CHD – с ребенком до 16 лет.

Двигатель BMW S63TU

В 2014 году в Лос-Анджелесе был представлен модернизированный S63TU (S63B44B). Этот мотор отметил свой дебют на новых спортивных кроссоверах X5M F85 и X6M F86.

Параметры двигателя BMW S63 TU

Клапанов на цилиндр4
Технология двигателяBMW M TwinPower Turbo, TwinScroll BiTurbo, высокоточный впрыск бензина, Double-VANOS, VALVETRONIC
Объем, см³4395
Ход поршня/диаметр, мм88.3/89.0
Коэффициент сжатия :110,0
Мощность л.с (кВт) при об/мин575 (423)/6000-6500
Крутящий момент Нм при об/мин750/2200-5000
Литровая мощность, л.с./литр130,8

Наволочки (Cases, Pillow cases) и декоративные наволочки (Sham)

Декоративные наволочки (Sham) – могут быть как хлопковые по составу, так и содержать смесовое волокно и синтетические материалы, чтобы поддержать дизайнерский декор.

Таблица 3 Размеры наволочек (Pillow Cases)

Название категорииРазмер в дюймахРазмер в сантиметрах
Standard20″ x 30″51 x 76 см
King20″ x 40″51 x 102 см

Размеры декоративных подушек (Sham).

Standard 20″ x 26″ / 51 х 66 см

Queen 20″ x 30″ / 51 х 76 см

King 20″ x 36″ / 51 х 91 см

Euro sham 26″ x 26″ / 66 x 66 см

Boudoir pillow — это маленькая подушечка, обычно квадратной формы, для декоративных целей

Neckroll — декоративная подушка, цилиндрической формы.

Еще встречаются понятия:

— bed skirt (еще может быть bed ruffle/ dust ruffle /valance) – декорирующий аксессуар, предназначенный, чтобы закрывать ножки кровати. Обычно требуется, если покрывало comforter. Bed spread как правило не достает до пола.

— thread count- количество вертикальных и горизонтальных нитей на квадратный дюйм. Чем выше количество нитей, тем лучше переплетение нитей в ткани и тем качественнее и приятнее сама ткань.

Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию