Что такое твинскрольный двигатель

Что такое twin scroll.

#1 Rambo

• Город: Ангарск

• Наверх
• Жалоба

#2 Spark

• Город: Питер

TypeX MAFIA

180SX SR20DET MT

• Наверх
• Жалоба

#3 Rambo

• Город: Ангарск

• Наверх
• Жалоба

#4 Minor

• Город: Домодедово

Первое что выдал Гугл:

Естественно, чем городить две турбины, гораздо проще обойтись одной. Надо только сделать так, чтобы турбина одинаково эффективно работала во всём диапазоне оборотов. Так появились турбины с изменяемой геометрией. Здесь и начинается самое интересное. В зависимости от оборотов поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.
http://www.audiomobi. /life/8924.html
Подробно изложена история турбин.
На прилагаемом снимке образец твинскролла

http://forums2.fresh. =156094&page=2
Одна из интересных дискуссий по нему.
Кратко:
В отличии от последнего твинскролла Пежо-Ситроен и БМВ (на новом Мини)-субаровский имеет наилучшее соотношение Н*м-лошадиные силы практически во всем диапазоне частоты вращения.
Считается, что это приводит к большему расходу бензина.
Но для этого Subaru изобрела си-драйв.

• Наверх
• Жалоба

#5 Spark

• Город: Питер

Я видимо не корректно написал.
Совершенно этого не имел ввиду.

А имел ввиду то, что приход в паре десятков лс и нескольких 100 оборотов спула на гражданской и около того (читай не спортивной машине) не стоит разницы в цене и ресурсе данного вида турбин.
А так же малом выборе их.

Не возьмусь обьяснить принцип действия, досконально его не понимая..

TypeX MAFIA

180SX SR20DET MT

• Наверх
• Жалоба

#6 killer3@lOOp

addicted to S13

• Город: Москоу сиси

• Наверх
• Жалоба

#7 beastie

• Город: Красноярск

Супертурбо: все продвинутые системы наддува

Я предельно упростил формулировки, чтобы текст был доступен для понимания широкому кругу читателей. Но для лучшего понимания вопроса рекомендую прочитать мои прошлые публикации о видах наддува и надежности турбомоторов .

Прогресс не стоит на месте, и каждое новое поколение автомобилей должно быть быстрее, экономичнее и мощнее. Часто для повышения мощности используются комбинированные системы наддува, да и «обычные» турбины вовсе не так просты, как кажется на первый взгляд. Каким же образом инженеры научили турбомоторы быть одновременно мощными, эластичными и экономичными? Какие технологии позволяют создавать массовые двигатели с удельной мощностью в 150 л.с. на литр и отличной тягой на низах, и тысячесильных монстров?

«Обычная» турбина

Как я уже писал, турбокомпрессор прост на первый взгляд, но является высокотехнологичным устройством, которое работает в очень жестких условиях. И любое его усложнение сильно сказывается на надежности. Для примера я постараюсь подробнее описать устройство типичного турбокомпрессора без особых усложнений.

Основной частью турбокомпрессора является средний корпус, в нем расположены подшипники скольжения, упорный подшипник и седло уплотнения с кольцами. В самом корпусе есть каналы для прохождения через него масла и охлаждающей жидкости. На совсем старых конструкциях обходились только маслом и для смазки и для охлаждения, но такие турбины не применяются на серийных машинах уже давно. Для предохранения среднего корпуса от воздействия горячих выхлопных газов служит жароотражатель.

В средний корпус устанавливается турбинный вал. Эта деталь не просто вал, конструктивно он соединен с турбинным колесом неразъемным соединением, чаще всего сваркой трением или выполнен из цельного куска металла. Иногда для создания крыльчатки используется керамика-прочности и коррозийной устойчивости лучших конструкционных сталей может не хватать. Сам вал имеет сложную форму, на нем есть утолщение для уплотнения и упорный выступ, а форма цилиндрической части рассчитана с учетом теплового расширения во время работы.

На турбинный вал надевается компрессорное колесо. Оно изготовлено обычно их алюминия и фиксируется на валу гайкой.

Конструкция из среднего корпуса, установленного в него турбинного вала и компрессорного колеса называется картриджем. После сборки этот узел тщательно балансируется, ведь работает он при очень высоких оборотах и малейший дисбаланс быстро выведет его из строя.

Еще турбине нужны две «улитки» — турбинная и компрессорная. Часто они индивидуальны для каждого производителя машин, тогда как центральная часть — картридж и размеры турбинного и компрессорного колеса являются признаками конкретной модели турбины и ее модификации.

Для предохранения от слишком высокого давления наддува используется клапан сброса давления газов, он же вастегейт. Обычно он является частью турбинной улитки и управляется вакуумом. Он закрыт при обычном режиме работы турбины и открывается в случае слишком высокого давления наддува или других проблем в работе мотора, сбрасывая скорость вращения турбины.

А теперь о том, как используют турбины и какие технологии применяют, чтобы достичь самых высоких показателей моторов.

Twin-turbo и Bi-turbo

Чем больше и мощнее мотор, тем больше воздуха нужно подавать в цилиндры. Для этого нужно сделать турбину больше или быстрее. А чем больше размер турбины, тем тяжелее ее крыльчатки и тем инерционнее она получается. При нажатии на педаль газа открывается дроссельная заслонка и больше горючей смеси попадает в цилиндры. Образуется больше выхлопных газов и они раскручивают турбину до более высокой частоты вращения, что, в свою очередь, увеличивает количество подаваемой горючей смеси в цилиндры. Чтобы сократить время раскрутки турбин и сопутствующую им «турбояму», изначально испробовали способы, которые называются твин-турбо и би-турбо.

Это две разные технологии, но маркетологи компаний-производителей внесли немало путаницы. Например, на Maserati Biturbo и Mercedes AMG Biturbo на самом деле используют технологию твин-турбо. Так в чем же разница? Изначально Twin Turbo («турбины-близнецы») называлась технология, при которой выхлопные газы разделялись на два равных потока и распределялись на две одинаковые турбины малого размера. Это позволяло получить лучшее время отклика, а иногда и упростить конструкцию мотора, используя недорогие турбокомпрессоры, что очень актуально для V образных двигателей с выхлопными коллекторами «вниз».

Фото:twin turbo Nissan

Обозначение Biturbo («двойная турбина») же относят к конструкциям, в которых применяются последовательно подключенные ко впуску две турбины-маленькую и большую. Маленькая хорошо работает на малой нагрузке, быстро раскручивается и обеспечивает тягу «на низах», а потом в действие вступает большая турбина, более эффективная на большой нагрузке. Маленькая турбина в этот момент отключается системой дроссельных заслонок.

Преимуществом такой схемы является большая эффективность одной большой турбины на большой нагрузке: она обеспечивает лучшее давление и меньший нагрев воздуха при большом ресурсе. А еще вместо маленького турбокомпрессора можно использовать механический или электронагнетатель. Они нагревают воздух меньше, чем турбокомпрессор, и не инерционны.

Но как же потери мощности, которые нужны для их раскрутки? Потери на их привод при малой нагрузке не так существенны. Но расплатой за улучшение характеристик турбин является усложнение впускной системы, приходится использовать много труб и дроссельные заслонки, переключающие потоки воздуха.

Обе технологии используются до сих пор всеми производителями, но все они значительно удорожают мотор, ведь дорогих турбокомпрессоров становится в два раза больше, а система управления ими — сложнее. Для сильно форсированных моторов альтернативы этим технологиям нет или почти нет. Но иногда можно просто улучшить конструкцию стандартной турбины.

Тонкое управление вастегейтом

Wastegate – это, дословно, «ворота для сброса», то есть перепускной клапан. На первых турбинах вастегейт работает очень просто: когда давление на впуске преодолевало натяжение пружины, он открывался, стравливал газы и давление падало. Позже систему усложнили: теперь его открытием руководила не только разница давлений, но и электроника, учитывающая множество параметров — обогащение смеси, режим движения, температуру, детонацию и умеющую избегать нежелательных режимов работы самой турбины. Но управлялся он точно так же — пневматикой. Когда нужно было сбросить давление, клапан просто открывался.

Получить качественный скачок характеристик позволяла плавная регулировка степени открытия перепускного клапана. В этом случае турбина может чаще работать с максимальной отдачей, даже при малых оборотах, а на средних нагрузках уже вступает в действие регулирование и в опасные режимы турбина не переходит.

К сожалению, такой способ сложнее. Для его реализации потребовалось разместить электропривод регулировки рядом с турбиной, что понизило ее надежность: электронике приходится работать в очень жестких условиях, при высокой температуре и высокой вибрации. Но улучшение характеристик стоит того и почти все современные турбины высокофорсированных небольших моторов имеют такую конструкцию.

Более эффективное турбинное колесо. Twinscroll

В поисках повышения эффективности одиночной турбины конструкторская мысль придумала способ, который позволял увеличить эффективность работы турбины и на малых и на больших нагрузках. Турбинное колесо, на которое воздействуют выхлопные газы, разделили на две части, отсюда и название технологии – twin scroll (“двойная улитка”), одна часть турбины более эффективна на большой нагрузке, а другая — на малой, но раскручивают они одно и то же компрессорное колесо на общем валу. Турбина получается не намного сложнее, но несколько эффективнее.

Типы турбокомпрессоров:

Одиночный турбокомпрессор (самый простой тип турбокомпрессора)

Этот простой турбокомпрессор использовался в то время, когда нагнетание было, так сказать, в его подгузниках. Однако простой турбокомпрессор имеет определенные ограничения в плане настройки двигателя. Как я уже говорил, турбокомпрессор работает от выхлопных газов. Небольшой турбонагнетатель имеет низкую инерцию, поэтому для запуска турбины требуется лишь небольшое количество энергии отработавших газов.

Двигатель с таким турбонагнетателем обеспечивает высокий крутящий момент на очень низких оборотах, поэтому он превосходен на низких оборотах. Тем не менее, он не имеет мощности на высоких скоростях, потому что турбина хотела бы вращаться быстрее, но достигает максимальной проектной скорости. Таким образом, маленький турбонагнетатель достигает максимальной скорости на более низкой частоте вращения двигателя, чем турбонагнетатель большего размера.

И наоборот, большой турбокомпрессор работает на высоких оборотах двигателя. Это означает, что чем выше частота вращения двигателя, тем выше его мощность. Таким образом, двигатель с этим типом турбонагнетателя работает с определенной скоростью, как незаряженный двигатель. Однако, когда он превышает определенный диапазон скоростей, он проявляет очень быстрое и энергичное начало и движение.

преимущества:

– Компромисс между мощностью двигателя и гибкостью

Твинскрольные коллекторы

Назначение такой конструкции в разделении цилиндров, чьи рабочие циклы могут пересекаться между собой и для лучшего использования выхлопного импульса каждого цилиндра.

Наример, на 4-х цилиндровом моторе с порядком работы цилиндров 1-3-4-2, цилиндр #1 начинает свою фазу выпуска пока еще не закончена выпускная фаза в цилиндре #2, и его выпускной клапан открыт, а в зависимости от величины перекрытия, в этот момент может быть открыт и впускной клапан цилиндра #2. В нетвинскрольном коллекторе импульс высокого давления из цилиндра #1, попав в коллектор, сбивает течение потока цилиндра #2 не позволяя ему хорошо продуться в своей начальной стадии впуска. Также при этом, сам поток из цилиндра #1 теряет часть своей энергии.

Правильной компоновкой твинскрольного коллектора, в данном случае, будет сгруппировать цилиндры #1 и #4 в одной половине коллектора, а цилиндры #2 и #3 — в другой.

Пример твинскрольного турбинного хаузинга:

Более эффективное использование энергии выхлопных газов в твинскрольных системах ведет к улучшению отзывчивости турбины на малых оборотах и большей мощности на больших.

Такая турбина отличается от «сингловой» наличием двух крыльчаток, и соответственно разделённой надвое «горячей частью» тем самым, достигая максимальной эффективности в большом диапазоне оборотов (от 3000 до 7000 и более об/мин).

Выхлопные газы, выходя из цилиндра, попадают в выпускной коллектор, и далее в «горячую часть» турбины, разница с «синглскролл» турбиной в том, что в улитке присутствуют два кольцевых канала для выхлопных газов двигателя, раскручивающих одну единственную турбину. Наличие двухканального корпуса позволяет направлять выхлопные газы на крыльчатку турбины под разными углами, в зависимости от оборотов двигателя, что в целом повышает отдачу и эффективность мотора с турбокомпрессором. Разумеется пиковая мощность на «двойной улитке» немного меньше чем на одиночной, о чём нам говорят графики, но на низких оборотах мы получаем большой прирост мощности и «сводим на нет» турбояму.

Плюсы и минусы

К минусам данного типа турбин можно отнести то, что они имеют чуть более низкую мощность «на верхах» чем у синглскролла. Так как твинскролл является поиском золотой середины между турбиной с одиночной крыльчаткой и твин-турбо, то она имеет меньшую мощность, но так же и меньшую стоимость чем последний, и большую стабильность в мощности и примерно одинаковую стоимость с первым.

Теперь к плюсам. Из-за своей геометрии выпускного коллектора выхлопные газы из цилиндров разделяются по потокам по схеме 1-4 2-3 (для четырёхцилиндрового двигателя), к тому же разделённые потоки имеют меньшую температуру (примерно на 50-70 градусов), вследствие этого меньше нагревают «горячую часть» турбины и подкапотное пространство, что естественно хорошо, так как через компрессор в цилиндры «задувается» более холодный воздух и повышается производительность. Также, из-за меньшей температуры наддува, частично решается проблема с перегревом дальних (крайних) цилиндров (в основном для 5-6 цилиндровых двигателей), так как охлаждающая жидкость к ним поступает в последнюю очередь и уже весьма разогретой. [2] Уменьшается, в некоторых случаях совсем пропадает турбояма из-за увеличенного наддува на низких оборотах. Тем самым нет большого скачка в мощности как в турбинах со стандартной геометрией.

Такая турбина отличается от «сингловой» наличием двух крыльчаток, и соответственно разделённой надвое «горячей частью» тем самым, достигая максимальной эффективности в большом диапазоне оборотов (от 3000 до 7000 и более об/мин).

Выхлопные газы, выходя из цилиндра, попадают в выпускной коллектор, и далее в «горячую часть» турбины, разница с «синглскролл» турбиной в том, что внутри находятся 2 крыльчатки разного размера [источник не указан 1607 дней] , которые, соответственно раскручиваются с разной скоростью, в отличие от одиночной крыльчатки, то есть в твинскролле малая часть будет уже вращаться на близкой к максимальной скорости всего на 3000 об/мин и выдавать заявленный наддув на низких оборотах, а большая часть приобретает силу и загоняет больше воздуха в цилиндр на высоких оборотах. Разумеется пиковая мощность на «двойной улитке» немного меньше чем на одиночной, о чём нам говорят графики, но на низких оборотах мы получаем большой прирост мощности и «сводим на нет» турбояму.

Плюсы и минусы [ править ]

К минусам данного типа турбин можно отнести то, что они имеют чуть более низкую мощность «на верхах» чем у синглскролла. Так как твинскролл является поиском золотой середины между турбиной с одиночной крыльчаткой и твин-турбо, то она имеет меньшую мощность, но так же и меньшую стоимость чем последний, и большую стабильность в мощности и примерно одинаковую стоимость с первым.

Теперь к плюсам. Из-за своей геометрии выпускного коллектора выхлопные газы из цилиндров разделяются по потокам по схеме 1-4 2-3 (для четырёхцилиндрового двигателя), к тому же разделённые потоки имеют меньшую температуру (примерно на 50-70 градусов), вследствие этого меньше нагревают «горячую часть» турбины и подкапотное пространство, что естественно хорошо, так как через компрессор в цилиндры «задувается» более холодный воздух и повышается производительность. Также, из-за меньшей температуры наддува, частично решается проблема с перегревом дальних (крайних) цилиндров (в основном для 5-6 цилиндровых двигателей), так как охлаждающая жидкость к ним поступает в последнюю очередь и уже весьма разогретой. [2] Уменьшается, в некоторых случаях совсем пропадает турбояма из-за увеличенного наддува на низких оборотах. Тем самым нет большого скачка в мощности как в турбинах со стандартной геометрией.

Турбина + компрессор

Это тоже можно назвать «БИ-ТУРБО» или «ТВИН-ТУРБО» — как хотите. По сути, и компрессор и турбо вариант, делают одну работу, только один (механический) намного эффективнее в низах, другой (от отработанных газов) — в верхах! Про различия наддувов читаем здесь.

Как правило, компрессор устанавливается на ременную передачу от коленчатого вала двигателя, поэтому максимально быстро раскручивается с ним. Тем самым позволяя избегать «ЯМЫ», а вот на высоких оборотах он бесполезен – тут уже вступает турбо вариант.

Этот симбиоз применяется на некоторых немецких машинах, большой плюс компрессора, что у него намного выше ресурс, чем у оппонента!