سیستم Twin Turbo
مقدار
اگر یک موتور دیزلی به طور پیش فرض مجهز به توربین باشد ، یک موتور بنزینی به راحتی می تواند بدون توربوشارژ کار کند. با این وجود ، در صنعت اتومبیل مدرن ، یک شارژر توربو برای یک ماشین دیگر عجیب و غریب در نظر گرفته نمی شود (به طور کامل در مورد نوع مکانیسم آن و نحوه کار آن توضیح داده شده است در مقاله دیگری).
در توصیف برخی از مدلهای جدید اتومبیل ، مواردی مانند biturbo یا twin turbo ذکر شده است. بیایید بررسی کنیم که این نوع سیستم چیست ، چگونه کار می کند ، چگونه می توان کمپرسورها را در آن متصل کرد. در پایان بررسی ، در مورد جوانب مثبت و منفی یک توربو دوقلو بحث خواهیم کرد.
Twin Turbo چیست؟
بیایید با اصطلاحات شروع کنیم. عبارت biturbo همیشه به این معنی خواهد بود که اولاً این موتور از نوع توربوشارژ است و ثانیاً طرح تزریق هوای اجباری به سیلندرها شامل دو توربین خواهد بود. تفاوت بین توربو و توربو دوقلو این است که در حالت اول از دو توربین مختلف استفاده می شود و در حالت دوم آنها یکسان هستند. چرا - کمی بعداً متوجه خواهیم شد.
میل به دستیابی به برتری در مسابقات باعث شده تا خودروسازان به دنبال راه هایی برای بهبود عملکرد یک موتور احتراق داخلی استاندارد باشند بدون اینکه مداخلات شدیدی در طراحی آن به وجود آید. و م mostثرترین راه حل معرفی یک دمنده هوا اضافی بود که به دلیل آن حجم بیشتری به سیلندرها وارد می شود و بازده واحد افزایش می یابد.
کسانی که حداقل یک بار در طول زندگی خود با اتومبیل با موتور توربین رانندگی کرده اند ، متوجه شده اند که تا حدی که موتور تا سرعت معینی بچرخد ، به عبارتی دینامیک چنین خودرویی کند است. اما به محض شروع کار توربو ، پاسخگویی موتور افزایش می یابد ، گویی که اکسید نیتروژن وارد سیلندرها شده است.
اینرسی این نوع تأسیسات مهندسان را بر آن داشت تا به فکر ایجاد اصلاح دیگری از توربین ها باشند. در ابتدا ، هدف از این مکانیسم ها دقیقاً از بین بردن این اثر منفی بود که بر کارایی سیستم ورودی تأثیر می گذارد (بیشتر بخوانید در مورد آن) در یک بررسی دیگر).
با گذشت زمان ، استفاده از توربوشارژ به منظور کاهش مصرف سوخت ، اما در عین حال افزایش عملکرد موتور احتراق داخلی شروع به کار کرد. نصب به شما امکان می دهد دامنه گشتاور را گسترش دهید. توربین کلاسیک سرعت جریان هوا را افزایش می دهد. به همین دلیل حجم بیشتری از سیلندر تنفس وارد سیلندر می شود و میزان سوخت همزمان تغییر نمی کند.
با توجه به این فرآیند ، فشرده سازی افزایش می یابد ، که یکی از پارامترهای اصلی موثر بر قدرت موتور است (برای نحوه اندازه گیری آن ، بخوانید اینجا) با گذشت زمان ، علاقه مندان به تیونینگ اتومبیل دیگر از تجهیزات کارخانه راضی نبودند ، بنابراین شرکت های نوسازی ماشین های ورزشی شروع به استفاده از مکانیزم های مختلفی می کنند که هوا را به داخل سیلندرها تزریق می کنند. به لطف معرفی سیستم فشار اضافی ، متخصصان موفق به گسترش پتانسیل موتور شدند.
به عنوان تکامل بیشتر توربو برای موتورها ، سیستم Twin Turbo ظاهر شد. در مقایسه با توربین کلاسیک ، این نصب به شما امکان می دهد حتی بیشتر از موتور احتراق داخلی استفاده کنید و برای علاقه مندان به تنظیم خودکار پتانسیل اضافی برای به روزرسانی خودرو آنها فراهم می کند.
توربو دوقلو چگونه کار می کند؟
یک موتور متداول تنفس طبیعی با استفاده از خلا drawing ایجاد شده توسط پیستون ها در مجرای ورودی ، بر اساس اصل رسم در هوای تازه کار می کند. با حرکت جریان در طول مسیر ، مقدار کمی بنزین به آن وارد می شود (در مورد موتور احتراق داخلی بنزین) ، اگر ماشین کاربراتوری باشد یا به دلیل کارکرد انژکتور ، سوخت تزریق شود (بیشتر بخوانید انواع تأمین سوخت اجباری).
فشرده سازی در چنین موتوری مستقیماً به پارامترهای میله های اتصال ، حجم سیلندر و غیره بستگی دارد. در مورد توربین معمولی ، با کار بر روی جریان گازهای خروجی ، پروانه آن باعث افزایش هوای ورودی به سیلندرها می شود. این کار باعث افزایش کارایی موتور می شود ، زیرا انرژی بیشتری هنگام احتراق مخلوط سوخت و هوا آزاد می شود و گشتاور آن افزایش می یابد.
توربوی دوقلو به روشی مشابه کار می کند. فقط در این سیستم در هنگام چرخش پروانه توربین ، اثر "متفکرانه" موتور از بین می رود. این با نصب یک مکانیزم اضافی حاصل می شود. یک کمپرسور کوچک شتاب توربین را تسریع می کند. وقتی راننده پدال گاز را فشار می دهد ، چنین اتومبیلی شتاب بیشتری می گیرد ، زیرا موتور تقریباً بلافاصله به عملکرد راننده واکنش نشان می دهد.
گفتنی است مکانیسم دوم در این سیستم می تواند از طراحی و اصل عملیاتی متفاوتی برخوردار باشد. در نسخه پیشرفته تر ، توربین کوچکتر با جریان گاز خروجی پایین تر چرخانده می شود ، در نتیجه جریان ورودی را با سرعت کمتری افزایش می دهد و موتور احتراق داخلی نیازی به چرخش حداکثر ندارد.
چنین سیستمی مطابق با طرح زیر کار خواهد کرد. هنگامی که موتور روشن می شود ، در حالی که ماشین ثابت است ، واحد با سرعت دور کار می کند. در دستگاه ورودی ، به دلیل خلأ موجود در سیلندرها ، یک حرکت طبیعی هوای تازه ایجاد می شود. این فرآیند توسط یک توربین کوچک تسهیل می شود که با دور کم در دقیقه شروع به چرخش می کند. این عنصر کمی افزایش در کشش ایجاد می کند.
با بالا رفتن دور میل لنگ ، اگزوز شدیدتر می شود. در این زمان ، سوپرشارژر کوچکتر بیشتر می چرخد و جریان اضافی گاز اگزوز شروع به تأثیر بر واحد اصلی می کند. با افزایش سرعت پروانه ، حجم بیشتری از هوا به دلیل رانش بیشتر وارد مجرای ورودی می شود.
تقویت دوگانه تغییر قدرت شدید را که در گازوئیل های کلاسیک یافت می شود از بین می برد. در سرعت متوسط موتور احتراق داخلی ، هنگامی که توربین بزرگ تازه شروع به چرخش می کند ، سوپرشارژر کوچک به حداکثر سرعت خود می رسد. وقتی هوای بیشتری وارد سیلندر می شود ، فشار اگزوز جمع می شود و سوپرشارژر اصلی را به حرکت در می آورد. این حالت اختلاف محسوس بین گشتاور حداکثر دور موتور و درج توربین را از بین می برد.
وقتی موتور احتراق داخلی به حداکثر سرعت خود می رسد ، کمپرسور نیز به حد مجاز می رسد. طراحی تقویت دوتایی به گونه ای طراحی شده است که درج یک سوپرشارژر بزرگ باعث می شود که از بار اضافی همتای کوچکتر جلوگیری کند.
کمپرسور دوتایی خودرو فشاری را در سیستم ورودی ایجاد می کند که با سوپرشارژ معمولی نمی توان به آن دست یافت. در موتورهای دارای توربین کلاسیک ، همیشه یک تاخیر توربو وجود دارد (تفاوت محسوسی در قدرت واحد قدرت بین رسیدن به حداکثر سرعت خود و روشن شدن توربین). اتصال یک کمپرسور کوچکتر ، با ایجاد دینامیک روان موتور ، این اثر را از بین می برد.
در توربوشارژ دوقلو ، گشتاور و قدرت (تفاوت این مفاهیم را بخوانید) در مقاله دیگری) واحد قدرت در بازه دور بیشتری نسبت به موتور مشابه با یک سوپرشارژ توسعه می یابد.
انواع طرح های سوپرشارژ با دو توربوشارژر
بنابراین ، تئوری عملکرد توربوشارژرها عملی بودن آنها را برای افزایش ایمن قدرت واحد قدرت بدون تغییر در طراحی موتور ثابت کرده است. به همین دلیل ، مهندسان شرکت های مختلف سه نوع م twثر توربو دوقلو تولید کرده اند. هر نوع سیستم به روش خاص خود مرتب خواهد شد و یک اصل عملکرد کمی متفاوت خواهد داشت.
امروزه سیستم های شارژ دو توربوشارژ زیر در اتومبیل ها نصب شده است:
- موازی؛
- استوار؛
- قدم گذاشت
هر نوع در نمودار اتصال دمنده ها ، اندازه آنها ، لحظه استفاده هر یک از آنها و همچنین مشخصات فرآیند فشار دادن متفاوت است. بیایید هر نوع سیستم را جداگانه در نظر بگیریم.
نمودار اتصال توربین موازی
در بیشتر موارد ، از نوع موازی توربوشارژ در موتورهایی با طرح بلوک سیلندر V شکل استفاده می شود. دستگاه چنین سیستمی به شرح زیر است. برای هر قسمت سیلندر یک توربین مورد نیاز است. ابعاد آنها یکسان است و همچنین به موازات یکدیگر قرار دارند.
گازهای خروجی به طور مساوی در دستگاه اگزوز توزیع می شوند و به همان میزان به هر توربوشارژ می روند. این مکانیسم ها به همان روشی که در مورد موتور خطی با یک توربین کار می کنند ، عمل می کنند. تنها تفاوت این است که این نوع بیتوربو دارای دو سوپرشارژر یکسان است ، اما هوای هرکدام از آنها بر روی مقاطع توزیع نمی شود بلکه به طور مداوم به دستگاه مشترک سیستم مکش تزریق می شود.
اگر چنین طرحی را با یک سیستم توربین در یک واحد قدرت خطی مقایسه کنیم ، در این حالت طراحی توربوی دوقلو از دو توربین کوچکتر تشکیل شده است. برای چرخاندن پروانه های آنها به انرژی کمتری نیاز است. به همین دلیل ، سوپرشارژرها با سرعت کمتری نسبت به یک توربین بزرگ وصل می شوند (اینرسی کمتر).
این ترتیب باعث ایجاد چنین تأخیری شدید توربو می شود که در موتورهای احتراق داخلی معمولی با یک سوپرشارژر اتفاق می افتد.
شمول پی در پی
نوع Biturbo سری نیز امکان نصب دو دمنده یکسان را فراهم می کند. فقط کار آنها متفاوت است. اولین سازوکار در چنین سیستمی به صورت دائمی کار خواهد کرد. دستگاه دوم فقط در حالت خاصی از عملکرد موتور (هنگامی که بار آن افزایش می یابد یا سرعت میل لنگ افزایش می یابد) متصل می شود.
کنترل در چنین سیستمی توسط الکترونیک یا دریچه هایی انجام می شود که به فشار جریان عبوری واکنش نشان می دهند. ECU ، مطابق با الگوریتم های برنامه ریزی شده ، تعیین می کند که کمپرسور دوم در چه لحظه ای متصل شود. درایو آن بدون روشن شدن موتور منفرد ارائه می شود (مکانیزم هنوز هم منحصراً روی فشار جریان گاز خروجی کار می کند). واحد کنترل محرکهای سیستمی را که حرکت گازهای خروجی را کنترل می کند فعال می کند. برای این منظور از دریچه های الکتریکی استفاده می شود (در سیستم های ساده تر ، این شیرهای معمولی هستند که به نیروی فیزیکی جریان جاری واکنش نشان می دهند) ، که دسترسی به دمنده دوم را باز یا بسته می کنند.
وقتی واحد کنترل دسترسی به پروانه دنده دوم را کاملاً باز می کند ، هر دو دستگاه به طور موازی کار می کنند. به همین دلیل ، این اصلاح را سریال موازی نیز می نامند. عملکرد دو دمنده امکان تنظیم فشار بیشتر هوای ورودی را فراهم می کند ، زیرا پروانه های تأمین کننده آنها به یک مجرا ورودی متصل هستند.
در این حالت ، کمپرسورهای کوچکتر نیز نسبت به یک سیستم معمولی نصب می شوند. این امر همچنین باعث کاهش اثر تاخیر توربو و ایجاد حداکثر گشتاور در دور موتور کمتر می شود.
این نوع biturbo بر روی واحدهای قدرت دیزلی و بنزینی نصب شده است. طراحی سیستم به شما امکان می دهد نه دو ، بلکه سه کمپرسور را به صورت سری به یکدیگر متصل کنید. نمونه ای از چنین اصلاحاتی توسعه BMW (Triple Turbo) است که در سال 2011 ارائه شد.
طرح مرحله
سیستم اسکرول دو مرحله ای پیشرفته ترین نوع توربوشارژ دوقلو محسوب می شود. با وجود این واقعیت که از سال 2004 وجود داشته است ، نوع دو مرحله ای سوپرشارژ از لحاظ فنی کارآیی خود را به اثبات رسانده است. این Twin Turbo بر روی برخی از انواع موتورهای دیزلی توسعه یافته توسط Opel نصب شده است. سوپرشارژر پله ای Borg Wagner Turbo Sistems بر روی برخی از موتورهای احتراق داخلی BMW و Cummins نصب شده است.
طرح توربوشارژر از دو سوپرشارژر با اندازه متفاوت تشکیل شده است. آنها به صورت متوالی نصب می شوند. جریان گازهای خروجی توسط شیرهای الکتریکی کنترل می شود ، عملکرد آنها به صورت الکترونیکی کنترل می شود (دریچه های مکانیکی نیز وجود دارد که توسط فشار هدایت می شوند). علاوه بر این ، سیستم مجهز به دریچه هایی است که جهت جریان تخلیه را تغییر می دهند. این امکان را فراهم می کند تا توربین دوم را فعال کنید و اولین توربین را خاموش کنید تا خراب نشود.
این سیستم دارای اصل زیر است: در منیفولد اگزوز یک شیر بای پس نصب شده است که جریان شیلنگ را که به توربین اصلی می رود قطع می کند. وقتی موتور در دور کم کار می کند ، این شاخه بسته می شود. در نتیجه ، اگزوز از یک توربین کوچک عبور می کند. به دلیل حداقل اینرسی ، این مکانیزم حتی در بارهای کم ICE حجم اضافی هوا را فراهم می کند.
سپس جریان از طریق پروانه اصلی توربین حرکت می کند. از آنجا که پره های آن با فشار بالاتر شروع به چرخش می کنند تا زمانی که موتور به سرعت متوسط برسد ، مکانیزم دوم بی حرکت می ماند.
همچنین یک دریچه بای پس در دستگاه ورودی وجود دارد. در سرعت های پایین بسته است و جریان هوا عملاً بدون تزریق انجام می شود. وقتی راننده موتور را بالا می برد ، توربین کوچک بیشتر می چرخد و فشار را در مجرای ورودی افزایش می دهد. این به نوبه خود باعث افزایش فشار گازهای خروجی می شود. با افزایش فشار در خط اگزوز ، فاضلاب زباله کمی باز می شود ، به طوری که توربین کوچک به چرخش خود ادامه می دهد و مقداری از جریان به سمت دمنده بزرگ هدایت می شود.
به تدریج ، دمنده بزرگ شروع به چرخش می کند. با افزایش سرعت میل لنگ ، این روند تشدید می شود ، که باعث باز شدن بیشتر دریچه و چرخش کمپرسور تا حد بیشتری می شود.
وقتی موتور احتراق داخلی به سرعت متوسطی می رسد ، توربین کوچک در حال حاضر حداکثر کار می کند و سوپرشارژر اصلی به تازگی شروع به چرخش می کند ، اما به حداکثر خود نرسیده است. در حین کار مرحله اول ، گازهای خروجی از پروانه مکانیزم کوچک عبور می کنند (در حالی که پره های آن در سیستم ورودی می چرخد) و از طریق پره های کمپرسور اصلی به کاتالیزور منتقل می شوند. در این مرحله هوا از طریق پروانه کمپرسور بزرگ مکش شده و از چرخ دنده کوچکتر چرخان عبور می کند.
در پایان مرحله اول ، درب زباله کاملاً باز شده و جریان خروجی از آن به طور کامل به پروانه تقویت اصلی هدایت می شود. این مکانیزم با شدت بیشتری می چرخد. سیستم بای پس طوری تنظیم می شود که دمنده کوچک در این مرحله کاملاً غیرفعال شود. دلیل آن این است که وقتی به سرعت متوسط و حداکثر یک توربین بزرگ برسیم ، چنان سر محکمی ایجاد می کند که مرحله اول به راحتی از ورود صحیح آن به سیلندرها جلوگیری می کند.
در مرحله دوم فشار ، گازهای خروجی از پروانه کوچک عبور می کنند و جریان ورودی به اطراف مکانیزم کوچک - مستقیماً به داخل سیلندرها هدایت می شود. به لطف این سیستم ، خودروسازان موفق شده اند هنگام رسیدن به حداکثر سرعت میل لنگ ، اختلاف زیاد بین گشتاور زیاد در حداقل دور در دقیقه و حداکثر توان را از بین ببرند. این اثر همراه همیشگی هر موتور دیزلی سوپرشارژ معمولی بوده است.
جوانب مثبت و منفی توربوشارژ دوگانه
Biturbo بندرت بر روی موتورهای کم مصرف نصب می شود. اصولاً این تجهیزاتی است که برای ماشین های قدرتمند به آن اعتماد می شود. فقط در این حالت است که می توان نشانگر گشتاور بهینه را در دور پایین تر نیز گرفت. همچنین ، ابعاد کوچک موتور احتراق داخلی مانعی برای افزایش قدرت واحد قدرت نیست. با تشکر از توربوشارژ دوقلو ، مصرف سوخت مناسب در مقایسه با تنفس طبیعی آن که قدرت یکسانی ایجاد می کند ، حاصل می شود.
از یک طرف ، یک مزیت از تجهیزات است که فرآیندهای اصلی را تثبیت می کند یا کارایی آنها را افزایش می دهد. اما از طرف دیگر ، چنین سازوکارهایی بدون ضررهای اضافی نیستند. و توربوشارژ دوقلو نیز از این قاعده مستثنی نیست. چنین سیستمی نه تنها جنبه های مثبتی دارد ، بلکه دارای اشکالاتی جدی نیز می باشد ، به همین دلیل برخی از رانندگان از خرید چنین خودروهایی خودداری می کنند.
ابتدا مزایای سیستم را در نظر بگیرید:
- مزیت اصلی سیستم از بین بردن تاخیر توربو است که برای تمام موتورهای احتراق داخلی مجهز به توربین معمولی معمول است.
- موتور راحت تر به حالت روشن شدن می رود.
- تفاوت بین حداکثر گشتاور و قدرت به طور قابل توجهی کاهش می یابد ، زیرا با افزایش فشار هوا در سیستم ورودی ، بیشتر نیوتن ها در محدوده دور موتور بیشتر در دسترس می مانند.
- مصرف سوخت مورد نیاز برای دستیابی به حداکثر توان را کاهش می دهد.
- از آنجا که دینامیک اضافی خودرو در دور موتور کمتر در دسترس است ، راننده مجبور نیست آن را آنقدر دور بزند.
- با کاهش بار در موتور احتراق داخلی ، ساییدگی روان کننده ها کاهش می یابد و سیستم خنک کننده در حالت افزایش یافته کار نمی کند.
- گازهای خروجی به سادگی در اتمسفر تخلیه نمی شوند ، اما از انرژی این فرآیند با سود استفاده می شود.
حال بیایید به معایب اصلی توربو دوقلو توجه کنیم:
- عیب اصلی پیچیدگی طراحی سیستم های ورودی و خروجی است. این امر به ویژه برای اصلاحات جدید سیستم صادق است.
- همین عامل در هزینه و نگهداری سیستم تأثیر می گذارد - هرچه مکانیزم پیچیده تر باشد ، ترمیم و تنظیم آن گران تر است.
- معایب دیگر نیز با پیچیدگی طراحی سیستم همراه است. از آنجا که آنها از تعداد زیادی قسمت اضافی تشکیل شده اند ، گره های بیشتری نیز وجود دارد که می تواند در آنها شکستگی رخ دهد.
به طور جداگانه ، باید از آب و هوای منطقه ای که دستگاه توربوشارژ کار می کند ذکر شود. از آنجایی که پروانه سوپرشارژر بعضی اوقات به بالای 10 هزار دور در دقیقه می چرخد ، به روغن کاری با کیفیت بالا احتیاج دارد. وقتی ماشین یک شب می ماند ، گریس به مخزن می رود ، بنابراین بیشتر قسمت های دستگاه ، از جمله توربین خشک می شوند.
اگر صبح موتور را روشن کنید و بدون گرم شدن مقدماتی آن را با بارهای مناسب کار کنید ، می توانید سوپرشارژ را از بین ببرید. دلیل آن این است که اصطکاک خشک باعث سایش قطعات مالش می شود. برای از بین بردن این مشکل ، قبل از آوردن موتور به دورهای بالا ، باید کمی صبر کنید تا روغن از طریق کل سیستم پمپ شود و به دورترین گره ها برسد.
در تابستان مجبور نیستید زمان زیادی را برای این کار صرف کنید. در این حالت روغن موجود در مخزن دارای سیالیت کافی است تا پمپ بتواند به سرعت آن را پمپاژ کند. اما در زمستان ، به ویژه در یخبندان های شدید ، نمی توان این عامل را نادیده گرفت. بهتر است چند دقیقه صرف گرم کردن سیستم شود تا اینکه پس از مدت کوتاهی برای بیرون انداختن مقدار مناسب برای خرید یک توربین جدید. علاوه بر این ، لازم به ذکر است که به دلیل تماس مداوم با گازهای خروجی ، پروانه دمنده ها می توانند تا هزار درجه گرم شوند.
اگر مکانیزم روغن کاری مناسبی دریافت نکند ، که به طور موازی عملکرد خنک کننده دستگاه را انجام می دهد ، قطعات آن به صورت خشک روی یکدیگر ساییده می شوند. فقدان فیلم روغن باعث افزایش شدید دمای قطعات و انبساط حرارتی و در نتیجه سایش تسریع شده آنها می شود.
برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد توربوشارژر دوقلو ، مراحل مشابه توربوشارژرهای معمولی را دنبال کنید. اول ، لازم است روغن به موقع تعویض شود ، که نه تنها برای روغن کاری ، بلکه برای خنک کردن توربین ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد (وب سایت ما در مورد روش جایگزینی روانکار) مقاله جداگانه).
ثانیا ، از آنجا که پروانه های دمنده ها با گازهای خروجی در تماس مستقیم هستند ، کیفیت سوخت باید بالا باشد. به لطف این ، رسوبات کربن روی تیغه ها جمع نمی شوند ، که این امر باعث چرخش آزادانه پروانه می شود.
در پایان ، ما یک فیلم کوتاه در مورد تغییرات مختلف توربین و تفاوت آنها ارائه می دهیم:
سوالات و پاسخ ها:
بی توربو یا توئین توربو کدام بهتر است؟ اینها سیستم های توربوشارژ موتور هستند. در موتورهای با توربو، تاخیر توربو صاف می شود و دینامیک شتاب یکسان می شود. در سیستم توئین توربو این عوامل تغییر نمی کنند، اما عملکرد موتور احتراق داخلی افزایش می یابد.
تفاوت بین توربو و دو توربو چیست؟ Biturbo یک سیستم توربین سری متصل است. به لطف گنجاندن متوالی آنها، سوراخ توربو در هنگام شتاب گیری از بین می رود. یک توربو دوقلو فقط دو توربین برای افزایش قدرت است.
چرا به توربو دوقلو نیاز دارید؟ دو توربین حجم بیشتری از هوا را وارد سیلندر می کنند. به همین دلیل، پس زدن در هنگام احتراق BTC افزایش می یابد - هوای بیشتری در همان سیلندر فشرده می شود.
