Twin Turbo-turbocompressiesysteem

Als een dieselmotor standaard is uitgerust met een turbine, dan kan een benzinemotor gemakkelijk zonder turbolader. Desalniettemin wordt in de moderne auto-industrie een turbolader voor een auto niet langer als exotisch beschouwd (in detail over wat voor soort mechanisme het is en hoe het werkt, wordt het beschreven in een ander artikel).

In de beschrijving van enkele nieuwe automodellen wordt zoiets als biturbo of twin turbo genoemd. Laten we eens kijken wat voor soort systeem het is, hoe het werkt, hoe de compressoren erin kunnen worden aangesloten. Aan het einde van de review bespreken we de voor- en nadelen van een twin turbo.

Wat is Twin Turbo?

Laten we beginnen met de terminologie. De uitdrukking biturbo betekent altijd dat dit ten eerste een motor met turbocompressor is en ten tweede dat het schema van geforceerde luchtinjectie in de cilinders twee turbines omvat. Het verschil tussen biturbo en twin-turbo is dat in het eerste geval twee verschillende turbines worden gebruikt en in het tweede geval hetzelfde. Waarom - we komen er later wel achter.

De wens om superioriteit te bereiken in het racen heeft autofabrikanten ertoe gedwongen te zoeken naar manieren om de prestaties van een standaard verbrandingsmotor te verbeteren zonder drastische ingrepen in het ontwerp. En de meest effectieve oplossing was de introductie van een extra luchtblazer, waardoor een groter volume de cilinders binnenkomt en de efficiëntie van de eenheid toeneemt.

Degenen die minstens één keer in hun leven een auto met een turbinemotor hebben gereden, hebben gemerkt dat de dynamiek van zo'n auto op zijn zachtst gezegd traag is totdat de motor een bepaalde snelheid bereikt. Maar zodra de turbo begint te werken, neemt het reactievermogen van de motor toe, alsof lachgas de cilinders is binnengedrongen.

De traagheid van dergelijke installaties zette ingenieurs ertoe aan om na te denken over het maken van een andere aanpassing van de turbines. Aanvankelijk was het doel van deze mechanismen juist om dit negatieve effect te elimineren, dat de efficiëntie van het inlaatsysteem beïnvloedde (lees er meer over in een andere recensie).

Na verloop van tijd werd turbolader gebruikt om het brandstofverbruik te verminderen en tegelijkertijd de prestaties van de verbrandingsmotor te verhogen. Door de installatie kunt u het koppelbereik uitbreiden. De klassieke turbine verhoogt de snelheid van de luchtstroom. Hierdoor komt er een groter volume in de cilinder dan dat van de aangezogen en verandert de hoeveelheid brandstof niet.

Als gevolg van dit proces neemt de compressie toe, wat een van de belangrijkste parameters is die het motorvermogen beïnvloeden (lees hoe u dit kunt meten) hier​ Na verloop van tijd waren autotuningliefhebbers niet langer tevreden met de fabrieksuitrusting, dus begonnen moderniseringsbedrijven voor sportwagens verschillende mechanismen te gebruiken die lucht in de cilinders injecteren. Dankzij de introductie van een extra druksysteem hebben de specialisten het potentieel van de motoren weten uit te breiden.

Als een verdere evolutie van de turbo voor motoren verscheen het Twin Turbo-systeem. In vergelijking met een klassieke turbine, kunt u met deze eenheid nog meer vermogen uit de verbrandingsmotor halen, en voor autotuning-enthousiastelingen biedt het extra mogelijkheden voor het upgraden van hun voertuig.

Hoe werkt twin turbo?

Een conventionele motor met natuurlijke aanzuiging werkt volgens het principe van het aanzuigen van frisse lucht door middel van een vacuüm gecreëerd door zuigers in het inlaatkanaal. Terwijl de stroom langs het pad beweegt, komt er een kleine hoeveelheid benzine in (in het geval van een benzinemotor), als het een carburateurauto is of brandstof wordt ingespoten vanwege de werking van de injector (lees meer over wat soorten gedwongen brandstoftoevoer).

Compressie in een dergelijke motor hangt rechtstreeks af van de parameters van de drijfstangen, cilindervolume, enz. Zoals bij een conventionele turbine, die werkt aan de stroom uitlaatgassen, verhoogt de waaier de lucht die de cilinders binnenkomt. Dit verhoogt de efficiëntie van de motor, aangezien er meer energie vrijkomt tijdens de verbranding van het lucht-brandstofmengsel en het koppel wordt verhoogd.

Twin turbo werkt op een vergelijkbare manier. Alleen in dit systeem wordt het effect van de "bedachtzaamheid" van de motor geëlimineerd terwijl de turbine-impeller draait. Dit wordt bereikt door een extra mechanisme te installeren. Een kleine compressor versnelt de versnelling van de turbine. Wanneer de bestuurder het gaspedaal intrapt, accelereert zo'n auto sneller, omdat de motor vrijwel onmiddellijk reageert op de actie van de bestuurder.

Het is vermeldenswaard dat het tweede mechanisme in dit systeem een ​​ander ontwerp en werkingsprincipe kan hebben. In een meer geavanceerde versie wordt een kleinere turbine opgesponnen met een minder sterke uitlaatgasstroom, waardoor de inkomende stroom bij lagere snelheden toeneemt, en de verbrandingsmotor hoeft niet tot het uiterste te worden gedraaid.

Zo'n systeem werkt volgens het volgende schema. Wanneer de motor wordt gestart terwijl de auto stilstaat, werkt de eenheid stationair. In het aanzuigkanaal ontstaat door het vacuüm in de cilinders een natuurlijke beweging van verse lucht. Dit proces wordt mogelijk gemaakt door een kleine turbine, die met lage snelheden begint te draaien. Dit element zorgt voor een lichte toename van de tractie.

Naarmate het toerental van de krukas stijgt, wordt de uitlaat intenser. Op dit moment draait de kleinere supercharger meer en begint de overtollige uitlaatgasstroom de hoofdeenheid te beïnvloeden. Met een toename van de waaiersnelheid, komt er een groter volume lucht in het inlaatkanaal vanwege de grotere stuwkracht.

Dubbele boost elimineert de harde vermogensverschuiving die aanwezig is in klassieke dieselmotoren. Bij middelhoge snelheid van de verbrandingsmotor, wanneer de grote turbine net begint te draaien, bereikt de kleine supercharger zijn maximale snelheid. Wanneer er meer lucht in de cilinder komt, wordt de uitlaatdruk opgebouwd, waardoor de hoofdaanjager wordt aangedreven. Deze modus elimineert het merkbare verschil tussen het koppel van het maximale motortoerental en de opname van de turbine.

Wanneer de verbrandingsmotor zijn maximale snelheid bereikt, bereikt ook de compressor het limietniveau. Het dual boost-ontwerp is zo ontworpen dat de opname van een grote supercharger voorkomt dat de kleinere tegenhanger overbelast raakt door overbelasting.

De dubbele autocompressor levert druk in het inlaatsysteem die niet kan worden bereikt met conventionele supercharging. Bij motoren met klassieke turbines is er altijd een turbovertraging (een merkbaar verschil in het vermogen van de krachtbron tussen het bereiken van zijn maximale snelheid en het inschakelen van de turbine). Door een kleinere compressor aan te sluiten, wordt dit effect geëlimineerd, waardoor een soepele motordynamiek ontstaat.

In twin turbocharging, koppel en vermogen (lees over het verschil tussen deze concepten in een ander artikel) van de krachtbron ontwikkelt zich in een groter toerentalbereik dan dat van een vergelijkbare motor met één supercharger.

Soorten aanjagerschema's met twee turbochargers

De werkingstheorie van turboladers heeft dus hun bruikbaarheid bewezen voor het veilig vergroten van het vermogen van de aandrijfeenheid zonder het ontwerp van de motor zelf te veranderen. Om deze reden hebben ingenieurs van verschillende bedrijven drie effectieve typen twin-turbo ontwikkeld. Elk type systeem wordt op zijn eigen manier gerangschikt en heeft een iets ander werkingsprincipe.

Tegenwoordig worden de volgende typen dubbele turbocompressorsystemen in auto's geïnstalleerd:

• Parallel;
• Consequent;
• Stapte.

Elk type verschilt in het aansluitschema van de ventilatoren, hun afmetingen, het moment waarop elk van hen in werking zal worden gesteld, evenals de kenmerken van het drukproces. Laten we elk type systeem afzonderlijk bekijken.

Aansluitschema parallel turbine

In de meeste gevallen wordt een parallel type turbocompressor gebruikt in motoren met een V-vormig cilinderblokontwerp. De inrichting van een dergelijk systeem is als volgt. Voor elke cilindersectie is één turbine nodig. Ze hebben dezelfde afmetingen en lopen ook parallel aan elkaar.

De uitlaatgassen worden gelijkmatig over het uitlaatkanaal verdeeld en gaan in dezelfde hoeveelheden naar elke turbocompressor. Deze mechanismen werken op dezelfde manier als bij een lijnmotor met één turbine. Het enige verschil is dat dit type biturbo twee identieke ventilatoren heeft, maar de lucht van elk van hen wordt niet over de secties verdeeld, maar wordt constant in het gemeenschappelijke kanaal van het inlaatsysteem geïnjecteerd.

Als we een dergelijk schema vergelijken met een enkel turbinesysteem in een in-line krachtbron, dan bestaat het ontwerp met dubbele turbo in dit geval uit twee kleinere turbines. Dit vereist minder energie om hun waaiers te laten draaien. Om deze reden worden de superchargers met een lagere snelheid aangesloten dan één grote turbine (minder traagheid).

Deze opstelling elimineert de vorming van een dergelijke scherpe turbovertraging, die optreedt bij conventionele verbrandingsmotoren met één supercharger.

Opeenvolgende opname

De serie Biturbo-type voorziet ook in de installatie van twee identieke ventilatoren. Alleen hun werk is anders. Het eerste mechanisme in een dergelijk systeem zal permanent werken. Het tweede apparaat is alleen aangesloten in een bepaalde modus van motorbedrijf (wanneer de belasting toeneemt of de krukassnelheid toeneemt).

Controle in een dergelijk systeem wordt verzorgd door elektronica of kleppen die reageren op de druk van de passerende stroom. De ECU bepaalt, in overeenstemming met de geprogrammeerde algoritmen, op welk moment de tweede compressor wordt aangesloten. De aandrijving wordt verzorgd zonder de individuele motor in te schakelen (het mechanisme werkt nog steeds uitsluitend op de druk van de uitlaatgasstroom). De regeleenheid activeert de actuatoren van het systeem dat de beweging van uitlaatgassen regelt. Hiervoor worden elektrische kleppen gebruikt (in eenvoudiger systemen zijn dit gewone kleppen die reageren op de fysieke kracht van de stromende stroom), die de toegang tot de tweede ventilator openen / sluiten.

Aan de linkerkant wordt het werkingsprincipe bij lage en gemiddelde motortoerentallen getoond; Aan de rechterkant - het schema bij snelheden boven het gemiddelde.

Wanneer de besturingseenheid de toegang tot de waaier van de tweede versnelling volledig opent, werken beide apparaten parallel. Om deze reden wordt deze wijziging ook wel serieel-parallel genoemd. De werking van de twee ventilatoren maakt het mogelijk om een ​​grotere druk van de inkomende lucht te regelen, aangezien hun toevoerwaaiers zijn aangesloten op één inlaatkanaal.

In dit geval worden ook kleinere compressoren geïnstalleerd dan in een conventioneel systeem. Dit vermindert ook het turbo-lag-effect en maakt het maximale koppel beschikbaar bij lagere motortoerentallen.

Dit soort biturbo is geïnstalleerd op zowel diesel- als benzinemotoren. Het ontwerp van het systeem stelt u in staat om niet eens twee, maar drie compressoren in serie met elkaar te installeren. Een voorbeeld van zo'n modificatie is de ontwikkeling van BMW (Triple Turbo), die in 2011 werd gepresenteerd.

Stappenplan

Het getrapte twin-scroll-systeem wordt beschouwd als het meest geavanceerde type dubbele turbolader. Ondanks het feit dat het sinds 2004 bestaat, heeft het tweetraps type supercharger zijn efficiëntie technisch het meest bewezen. Deze Twin Turbo wordt geïnstalleerd op sommige typen dieselmotoren die door Opel zijn ontwikkeld. De tegenhanger van de getrapte supercharger van Borg Wagner Turbo Sistems is gemonteerd op sommige interne verbrandingsmotoren van BMW en Cummins.

Het turbocharger-schema bestaat uit twee superchargers van verschillende grootte. Ze worden opeenvolgend geïnstalleerd. De stroom uitlaatgassen wordt geregeld door elektrokleppen, waarvan de werking elektronisch wordt geregeld (er zijn ook mechanische kleppen die worden aangedreven door druk). Bovendien is het systeem uitgerust met kleppen die de richting van de afvoerstroom veranderen. Dit maakt het mogelijk om de tweede turbine te activeren en de eerste uit te schakelen, zodat deze niet uitvalt.

Het systeem heeft het volgende werkingsprincipe. In het uitlaatspruitstuk is een omloopklep geïnstalleerd die de stroom van de slang naar de hoofdturbine afsnijdt. Als de motor op een laag toerental draait, is deze aftakking gesloten. Als gevolg hiervan passeert de uitlaatgassen een kleine turbine. Vanwege de minimale traagheid zorgt dit mechanisme voor een extra luchtvolume, zelfs bij lage ICE-belastingen.

1. koeling van inkomende lucht; 2. bypass (drukomloopklep); 3.Turbocompressor hogedrukfase; 4. lage druk fase turbocompressor; 5. Bypassklep van het uitlaatsysteem.

Vervolgens beweegt de stroom door de hoofdturbine-waaier. Omdat de bladen met hogere druk beginnen te draaien totdat de motor een gemiddelde snelheid bereikt, blijft het tweede mechanisme onbeweeglijk.

Er is ook een bypassklep in het inlaatkanaal. Bij lage snelheden is het gesloten en gaat de luchtstroom praktisch zonder injectie. Naarmate de bestuurder de motor opvoert, draait de kleine turbine harder, waardoor de druk in het inlaatkanaal toeneemt. Dit verhoogt op zijn beurt de druk van de uitlaatgassen. Naarmate de druk in de uitlaatleiding groter wordt, wordt de wastegate iets geopend, zodat de kleine turbine blijft draaien en een deel van de stroom naar de grote ventilator wordt geleid.

Geleidelijk begint de grote ventilator te draaien. Naarmate de krukassnelheid toeneemt, wordt dit proces geïntensiveerd, waardoor de klep meer opengaat en de compressor sterker draait.

Wanneer de verbrandingsmotor een middelhoog toerental bereikt, werkt de kleine turbine al op maximum en is de hoofdaanjager net begonnen te draaien, maar heeft zijn maximum nog niet bereikt. Tijdens de werking van de eerste trap gaan de uitlaatgassen door de waaier van het kleine mechanisme (terwijl de bladen in het inlaatsysteem draaien) en worden ze via de bladen van de hoofdcompressor naar de katalysator afgevoerd. In dit stadium wordt lucht aangezogen door de waaier van de grote compressor en door het draaiende kleinere tandwiel geleid.

Aan het einde van de eerste fase wordt de wastegate volledig geopend en wordt de uitlaatgasstroom al volledig naar de hoofdimpeller van de boost geleid. Dit mechanisme draait sterker op. Het bypass-systeem is zo ingesteld dat de kleine ventilator in dit stadium volledig wordt gedeactiveerd. De reden is dat wanneer de gemiddelde en maximale snelheid van een grote turbine wordt bereikt, deze zo'n sterke kop creëert dat de eerste trap eenvoudigweg verhindert dat deze de cilinders goed binnendringt.

In de tweede fase van het onder druk zetten passeren de uitlaatgassen de kleine waaier en wordt de inkomende stroom rond het kleine mechanisme geleid - rechtstreeks in de cilinders. Dankzij dit systeem zijn autofabrikanten erin geslaagd het grote verschil tussen een hoog koppel bij minimaal toerental en maximaal vermogen bij het bereiken van het maximale krukassnelheid te elimineren. Dit effect is een constante metgezel geweest van elke conventionele dieselmotor met supercharger.

Voors en tegens van dubbele turbocharging

Biturbo wordt zelden geïnstalleerd op motoren met een laag vermogen. In feite is dit de apparatuur waarop wordt vertrouwd voor krachtige machines. Alleen in dit geval is het mogelijk om de optimale koppelindicator al bij lagere toeren te nemen. Ook vormen de kleine afmetingen van de verbrandingsmotor geen belemmering voor het vergroten van het vermogen van de krachtbron. Dankzij de dubbele turbocompressor wordt een redelijk brandstofverbruik bereikt in vergelijking met zijn atmosferische tegenhanger, die identiek vermogen ontwikkelt.

Enerzijds is er een voordeel van apparatuur die de hoofdprocessen stabiliseert of hun efficiëntie verhoogt. Maar aan de andere kant zijn dergelijke mechanismen niet zonder bijkomende nadelen. En dubbele turbocompressor is geen uitzondering. Zo'n systeem heeft niet alleen positieve aspecten, maar ook enkele ernstige nadelen, waardoor sommige automobilisten weigeren dergelijke auto's aan te schaffen.

Overweeg eerst de voordelen van het systeem:

1. Het belangrijkste voordeel van het systeem is de eliminatie van de turbovertraging, die typisch is voor alle verbrandingsmotoren die zijn uitgerust met een conventionele turbine;
2. De motor schakelt gemakkelijker over naar de powermodus;
3. Het verschil tussen maximumkoppel en vermogen wordt aanzienlijk verkleind, aangezien door het verhogen van de luchtdruk in het inlaatsysteem de meeste newton beschikbaar blijven over een breder motortoerentalbereik;
4.  Vermindert het brandstofverbruik dat nodig is om een ​​maximaal vermogen te bereiken;
5. Omdat de extra dynamiek van de auto beschikbaar is bij lagere motortoerentallen, hoeft de bestuurder de auto niet zo hard te laten draaien;
6. Door de belasting van de verbrandingsmotor te verminderen, wordt de slijtage van smeermiddelen verminderd en werkt het koelsysteem niet in een verhoogde modus;
7. Uitlaatgassen worden niet zomaar in de atmosfeer geloosd, maar de energie van dit proces wordt nuttig gebruikt.

Laten we nu eens kijken naar de belangrijkste nadelen van twin turbo:

• Het grootste nadeel is de complexiteit van het ontwerp van de inlaat- en uitlaatsystemen. Dit geldt vooral voor nieuwe systeemaanpassingen;
• Dezelfde factor is van invloed op de kosten en het onderhoud van het systeem - hoe complexer het mechanisme, hoe duurder de reparatie en afstelling ervan;
• Een ander nadeel houdt ook verband met de complexiteit van het systeemontwerp. Omdat ze uit een groot aantal extra onderdelen bestaan, zijn er ook meer knooppunten waarin breuk kan optreden.

Afzonderlijk moet worden vermeld het klimaat van het gebied waarin de machine met turbocompressor wordt gebruikt. Omdat de waaier van de supercharger soms boven de 10 duizend tpm draait, heeft deze hoogwaardige smering nodig. Als de auto 's nachts blijft staan, gaat het vet in het carter, zodat de meeste onderdelen van de unit, inclusief de turbine, droog worden.

Als je de motor 's ochtends start en hem met behoorlijke belasting laat werken zonder eerst op te warmen, kun je de supercharger doden. De reden hiervoor is dat droge wrijving de slijtage van de wrijvende delen versnelt. Om dit probleem op te lossen, moet u, voordat u de motor op hoge toeren brengt, even wachten terwijl de olie door het hele systeem wordt gepompt en de verste knooppunten bereikt.

In de zomer hoef je hier niet veel tijd aan te besteden. In dit geval heeft de olie in het carter voldoende vloeibaarheid zodat de pomp deze snel kan overpompen. Maar in de winter, vooral bij strenge vorst, kan deze factor niet worden genegeerd. Het is beter om een ​​paar minuten te besteden aan het opwarmen van het systeem dan na een korte tijd een behoorlijk bedrag weg te gooien om een ​​nieuwe turbine te kopen. Bovendien moet worden vermeld dat door constant contact met uitlaatgassen de waaier van de ventilatoren tot duizend graden kan opwarmen.

Als het mechanisme niet de juiste smering krijgt, die parallel de functie van het koelen van het apparaat vervult, zullen de onderdelen droog tegen elkaar wrijven. De afwezigheid van een oliefilm zal een sterke stijging van de temperatuur van de onderdelen veroorzaken, waardoor ze thermische uitzetting krijgen en als gevolg daarvan hun versnelde slijtage.

Om een ​​betrouwbare werking van de dubbele turbocompressor te garanderen, volgt u dezelfde procedures als voor conventionele turbocompressoren. Ten eerste is het nodig om de olie op tijd te verversen, die niet alleen wordt gebruikt voor smering, maar ook voor het koelen van de turbines (onze website heeft apart artikel).

Ten tweede moet de kwaliteit van de brandstof hoog zijn, aangezien de waaiers van de blazers in direct contact staan ​​met de uitlaatgassen. Hierdoor zal zich geen koolstofafzetting op de bladen ophopen, wat de vrije rotatie van de waaier belemmert.

Tot slot bieden we een korte video over verschillende turbinemodificaties en hun verschillen:

Semyon zal het je vertellen! Twin TURBO of grote SINGLE? 4 turbines per motor? Nieuw technisch seizoen!

Vragen en antwoorden:

Wat is een betere bi-turbo of twin-turbo? Dit zijn turbolaadsystemen voor motoren. Bij motoren met biturbo wordt het turbogat afgevlakt en de acceleratiedynamiek genivelleerd. In een twin-turbosysteem veranderen deze factoren niet, maar nemen de prestaties van de verbrandingsmotor toe.

Wat is het verschil tussen bi-turbo en twin-turbo? Biturbo is een in serie geschakeld turbinesysteem. Dankzij hun sequentiële opname wordt het turbogat geëlimineerd tijdens het accelereren. Een twin-turbo is slechts twee turbines voor meer vermogen.

Waarom heb je een dubbele turbo nodig? Twee turbines zorgen voor een groter luchtvolume in de cilinder. Hierdoor wordt de terugslag verbeterd tijdens de verbranding van BTC - er wordt meer lucht gecomprimeerd in dezelfde cilinder.