3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель twin scroll

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.

Читать еще:  В чем принцип работы реактивного двигателя

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.

Что значит A/R хаузинга(улитки)

Значение A/R имеет разное влияние на производительность турбинной части и компрессорной.

A/R компрессора практически не влияет на его производительность. Как правило, хаузинги с большим A/R применяются для оптимизации отдачи в приложениях с малым наддувом, а хаузинги с меньшим A/R компрессора используются для больших значений наддува.

A/R турбины , наоборот, значительно влияет на ее производительность, определяя ее способность пропустить тот или иной поток воздуха. Использование меньшего A/R увеличивает скорость потока в турбинном хаузинге, приходящего на турбинное колесо. Это дает возможность увеличить отдачу турбины на низких нагрузках, приводит к более быстрому отклику на дроссель и снижает значение минимальных оборотов двигателя, требуемых для выхода турбины на рабочий наддув. Тем не менее, меньший A/R приводит к тому, что газ попадает на крыльчатку практически по касательной, что уменьшает максимальный поток газа который турбинное колесо способно пропустить. Это также увеличивает подпор газа перед турбиной, ухудшает продувку мотора на высоких оборотах, повышает EGT и как результат всего этого снижает максимальную пиковую мощность.

При выборе конкретного хаузинга для вашего мотора, в любом случае приходится идти на компромисс балансируя между ранним наддувом и пиковой мощностью. Также надо учитывать внутреннюю конструкцию хаузинга. Далекая от оптимальной форма канала, неточности литья, возможные переходы с прямоугольного сечения на круглое — все это, в определенной, мере влияет на эффективность горячего хаузинга. Опытным путем установлено что, например, турбинные хаузинги TiAL с круглым входом имеют лучшую аэродинамику и при том же A/R обеспечивают лучшую продувку на верхах по сравнению с традиционными чугунными хаузингами с прямоугольным входом.

Также при выборе A/R следует принимать во внимание эффективность всего выпускного тракта после турбины. Использование прямоточных выхлопных систем большого сечения позволяет использовать чуть меньший А/Р турбины и при той же пиковой мощности получить более ранний выход на наддув.

«Двойная улитка»

Желание усовершенствовать одну из турбин долго не давало «спать» инженерам. И решение того, как повысить ее эффективность, все же было найдено. Крыльчатка была поделена на две части. Твинскрол, как раз и переводится с английского как «двойная улитка». Усовершенствование привело к увеличению одного «куска» турбины при небольшой нагрузке, а второго — при высокой. Конструкция получилась не очень сложной, а полезность системы увеличилась.

Дизайн

По сравнению с V-образными двухцилиндровыми двигателями и двухцилиндровыми двигателями , прямые двухместные двигатели более компактны, имеют более простую конструкцию и дешевле в производстве. Двигатели с прямым сдвоенным двигателем 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 двигателях с кривошипом на 360 °. Рядные близнецы также больше страдают от реакций крутящего момента и вибрации.

Угол поворота коленчатого вала

Наиболее распространенные конфигурации коленчатого вала для прямолинейных спаренных двигателей — это 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов.

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 .

Читать еще:  Двигатели для автомобилей характеристики фотографии

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, так как это позволяло избежать неравномерной пульсации впуска, характерной для других конфигураций, тем самым предотвращая необходимость в сдвоенных карбюраторах. В 1960-х годах, хотя японские мотоциклы в основном использовали 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. В более поздних двигателях Honda CB250N / CB400N 1978-1984 годов также использовался коленчатый вал с углом поворота 360 градусов. Мотоциклы BMW F с параллельным сдвоенным двигателем 2008 года также используют коленчатые валы на 360 градусов, с третьим «рудиментарным» шатуном (действующим как противовес) и ограничением числа оборотов 9000 об / мин для уменьшения вибраций.

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, за которым 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 уравновешивающего вала для уменьшения вибрации. Прямой двухцилиндровый двигатель на 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 перемещении поршней.

В 1960-х годах японские производители мотоциклов отдавали предпочтение использованию коленчатых валов с углом поворота 180 градусов, поскольку повышенная плавность хода позволяла увеличить число оборотов 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. И Yamaha TX500 1973 года, и Suzuki GS400 1977 года имели коленчатый вал 180 градусов и балансирный вал. С 1993 года в большинстве двигателей мотоциклов Honda с прямой спаркой используется 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. 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 используются коленчатые валы 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, за которым следует зазор в 450 градусов, пока первый цилиндр не сработает снова. Это тот же образец, что и у 90-градусного V-образного двигателя , и в результате обе конфигурации имеют схожий «пульсирующий» звук выхлопа. Поршни в прямом двухцилиндровом двигателе с углом обзора 270 градусов никогда не являются неподвижными одновременно (как в двухцилиндровом двигателе с углом поворота 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 . Более поздние примеры включают Triumph Thunderbird 2009 года , Norton Commando 961 2010 года , серию Honda NC700 2012 года , Yamaha MT-07 2014 года , Triumph Thruxton 1200 2016 года и Royal Enfield Interceptor 650 2018 года .

Читать еще:  2141 сколько нужно масла для двигателя

Основные 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 . Начиная с конца 1950-х годов, большинство прямолинейных сдвоенных двигателей Honda имели четыре основных подшипника. Последующие прямые двухдвигательные двигатели имели четыре, а иногда и три основных подшипника.

“BI” или “TWIN”

Когда автомобили с двумя турбинами только начали появляться, почти все они назывались БИТУРБО. С течением времени и развитием прогресса появилась система последовательного наддува с двумя последовательно расположенными нагнетателями, а за ней – и еще более совершенная система двухступенчатого наддува. Во всех этих случаях в процессе участвуют две турбины. Какие из них как называть, решать вам – для этого дочитайте эту статью до конца.

Как уже говорилось, изначально все эти системы наддува назывались БИТУРБО. Отмечу, что ещё до появления последовательного наддува автомобили с параллельно установленными турбинами стали называть уже по-новому – ТВИН-ТУРБО, затем это название стали применять и к последовательному, и к двухступенчатому наддуву. Так же складывалась ситуация и у мировых производителей: кто-то при выпуске серийного а/м называл современный последовательный наддув БИТУРБО, а кто-то параллельный вид наддува – ТВИН-ТУРБО. Решение автопроизводителя было в некотором роде непредсказуемо. Например, Volvo S80/XC90 (B6284T/B6294T) R6 Twinturbo , BMW 335/535 N74 (V 12 TwinPower Turbo).

И это еще не самое интересное. Выражение «TwinPower Turbo» компания BMW использует и для двигателей с одним турбокомпрессором механизма Twin Scroll. Этот факт в очередной раз доказывает, что выбор одного из двух этих названий обусловлен исключительно прихотью автопроизводителя и не имеет прямого отношения к конструктивной схеме. Система BITURBO отличается от системы TWIN-TURBO только тем, что раньше говорили BITURBO , а теперь стало модно ТВИН. Конечно, чтобы быть абсолютно точным, надо помнить, что известные мировые автопроизводители называют свои, зачастую индивидуально заряженные, версии на заводах – и стало быть, как они пишут, так надо и называть.

В подтверждение этого простого-сложного вопроса, прочтём, какие названия давал производитель двигателям, оснащенным двумя турбокомпрессорами, работающими по параллельной схеме наддува:

  • Audi 2.7 Biturbo (V6 Biturbo, A6/S4/RS4)
  • Audi 4.2 Biturbo (V8 Biturbo, RS6)
  • Audi 4.0 TFSI (V8 Twinturbo/Biturbo, S6/RS6/S7/RS7/A8/S8)
  • BMW N54 (R6 TwinPower Turbo, 135i/335i/535i/740i/Z4/X6/1M Coupe)
  • BMW N63/S63 (V8 TwinPower Turbo, 550i/650i/750i/X5/X5 M/X6/X6 M/M5/M6)
  • BMW N74 (V12 TwinPower Turbo, 760i)
  • Mercedes-Benz M278/M157/M158 (V8 Bi-turbo, S500/CL500/CLS500/E550/GL550/S63 AMG/CL53 AMG/CLS63 AMG/E63 AMG/SLK55 AMG)
  • Mercedes-Benz M275/M285/M158 (V12 Bi-turbo, S65 AMG/CL65 AMG/SL 65 AMG/ Maybach/Pagani)
  • Porsche 3.6/3.8 Turbo (H6 Twinturbo, 911 Turbo/Turbo S/GT2/GT2 RS)
  • Porsche 4.5/4.8 Turbo (V8 Twinturbo, Cayenne Turbo/Panamera Turbo)

Не пропустите

«Туве» русский трейлер

Russian World Vision 115061 просмотр

#ХакРак. Илья Шаров

Фонд борьбы с лейкемией 16004 просмотра

L iZReaL 65811 просмотров

Художники расписывают стены в музее Булгакова | Прямая трансляция -..

Москва 24 4723 просмотра

Новое Радио. LIVE 24/7

Новое Радио 26398412 просмотров

Музыка способна оказывать известное воздействие на этическую сторон..

Владимир Путин 1076 просмотров

3791 просмотр 20 минут назад

48718 просмотров два часа назад

3417 просмотров час назад

3930 просмотров час назад

7931 просмотр час назад

753 просмотра 27 минут назад

1573 просмотра час назад

1898 просмотров 5 минут назад

19400 просмотров 30 минут назад

4650 просмотров час назад

491 просмотр две минуты назад

1552 просмотра час назад

739 просмотров 32 минуты назад

3468 просмотров час назад

752 просмотра 4 минуты назад

812 просмотров 45 минут назад

1898 просмотров три часа назад

922 просмотра час назад

1158 просмотров 39 минут назад

3413 просмотров час назад

1630 просмотров два часа назад

359 просмотров час назад

8230 просмотров 11 часов назад

1019 просмотров 32 минуты назад

439 просмотров 53 минуты назад

9074 просмотра 11 часов назад

3339 просмотров 20 часов назад

Особенности обслуживания системы зажигания Twin Spark

Ремонтировать такие двигатели трудно из-за их более сложной конструкции. К тому же, запчасти на них дорогие, и в России их достать можно с большим трудом, обычно нужно заказывать у производителя.

Для ТО владельцам авто с такими двигателями нужно покупать двойной комплект свечей, причём они бывают двух видов. Например, в 16-клапанном двигателе в каждом цилиндре одна свеча расположена по центру, а вторая имеет меньший размер и установлена сбоку купола камеры сгорания. В двигателе Alfa RomeoTS 1.6 и других основная свеча – иридиевая с платиновым электродом. Хотя она и имеет ресурс до 100 тысяч километров, но это недешёвый элемент.

Замена ремней ГРМ создаёт большие сложности из-за особенностей конструкции. Да и сами блоки двигателя довольно массивные и тяжелые, поэтому ими не любят заниматься на СТО.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector