Sistema de turbocompresor Twin Turbo
Contido
Se un motor diésel está equipado cunha turbina por defecto, entón un motor de gasolina pode prescindir facilmente dun turbocompresor. Non obstante, na industria automobilística moderna, un turbocompresor para un coche xa non se considera exótico (descríbese en detalle sobre que tipo de mecanismo é e como funciona) noutro artigo).
Na descrición dalgúns modelos de automóbiles novos, cítase biturbo ou twin turbo. Imos considerar que tipo de sistema é, como funciona, como se poden conectar os compresores nel. Ao final da revisión, comentaremos os pros e os contras dun twin turbo.
Que é Twin Turbo?
Comecemos pola terminoloxía. A frase biturbo sempre significará que, en primeiro lugar, este é un tipo de motor turboalimentado e, en segundo lugar, o esquema de inxección forzada de aire nos cilindros incluirá dúas turbinas. A diferenza entre biturbo e twin-turbo é que no primeiro caso utilízanse dúas turbinas diferentes, e no segundo son iguais. Por que? Descubrirémolo un pouco máis tarde.
O desexo de acadar a superioridade nas carreiras levou aos fabricantes de automóbiles a buscar formas de mellorar o rendemento dun motor de combustión interna estándar sen intervencións drásticas no seu deseño. E a solución máis efectiva foi a introdución dun soplador de aire adicional, debido ao cal entra un maior volume nos cilindros e aumenta a eficiencia da unidade.
Os que conduciron un coche con motor de turbina polo menos unha vez na vida notaron que ata que o motor xira a unha velocidade determinada, a dinámica dun coche é lenta, por dicilo suavemente. Pero en canto o turbo comeza a funcionar, a capacidade de reacción do motor aumenta, coma se o óxido nitroso entrase nos cilindros.
A inercia destas instalacións levou aos enxeñeiros a pensar en crear outra modificación das turbinas. Inicialmente, o propósito destes mecanismos era precisamente eliminar este efecto negativo, que afectaba á eficiencia do sistema de admisión (lea máis sobre el noutra revisión).
Co paso do tempo, comezou a utilizarse o turbo para reducir o consumo de combustible, pero ao mesmo tempo aumentar o rendemento do motor de combustión interna. A instalación permítelle ampliar o rango de par. A clásica turbina aumenta a velocidade do fluxo de aire. Debido a isto, entra no cilindro un volume maior que o do aspirado e a cantidade de combustible non cambia.
Debido a este proceso, aumenta a compresión, que é un dos parámetros clave que afectan a potencia do motor (lea como medilo aquí). Co paso do tempo, os entusiastas do tuning de vehículos xa non estaban satisfeitos co equipamento de fábrica, polo que as empresas de modernización de automóbiles deportivos comezaron a utilizar diferentes mecanismos que inxectan aire nos cilindros. Grazas á introdución dun sistema adicional de presurización, os especialistas conseguiron ampliar o potencial dos motores.
Como nova evolución do turbo para motores, apareceu o sistema Twin Turbo. En comparación cunha turbina clásica, esta instalación permítelle eliminar aínda máis enerxía do motor de combustión interna e para os entusiastas da sintonización automática proporciona un potencial adicional para mellorar o seu vehículo.
Como funciona o twin turbo?
Un motor convencional de aspiración natural funciona segundo o principio de aspiración de aire fresco por medio dun baleiro creado por pistóns no tracto de admisión. A medida que o fluxo se move ao longo do percorrido, entra nel unha pequena cantidade de gasolina (no caso dun motor de combustión interna de gasolina), se se trata dun coche de carburador ou se inxecta combustible debido ao funcionamento dun inxector (lea máis sobre o tipos de subministración forzada de combustible).
A compresión nun motor deste tipo depende directamente dos parámetros das bielas, do volume do cilindro, etc. En canto a unha turbina convencional, que traballa no fluxo de gases de escape, o seu impulsor aumenta o aire que entra nos cilindros. Isto aumenta a eficiencia do motor, xa que se libera máis enerxía durante a combustión da mestura aire-combustible e aumenta o par.
Twin turbo funciona dun xeito similar. Só neste sistema se elimina o efecto da "reflexión" do motor mentres o impulsor da turbina xira. Isto conséguese instalando un mecanismo adicional. Un pequeno compresor acelera a aceleración da turbina. Cando o condutor presiona o pedal do gas, este coche acelera máis rápido, xa que o motor reacciona case ao instante á acción do condutor.
Cabe mencionar que o segundo mecanismo deste sistema pode ter un deseño e un principio de funcionamento diferentes. Nunha versión máis avanzada, unha turbina máis pequena xira cun menor fluxo de gases de escape, aumentando así o fluxo de entrada a velocidades máis baixas e o motor de combustión interna non necesita ser xirado ao límite.
Este sistema funcionará segundo o seguinte esquema. Cando o motor arranca, mentres o coche está parado, a unidade funciona a ralentí. No tracto de admisión fórmase un movemento natural de aire fresco debido ao baleiro nos cilindros. Este proceso é facilitado por unha pequena turbina que comeza a xirar a baixa rpm. Este elemento proporciona un lixeiro aumento da tracción.
A medida que aumenta a rpm do cigüeñal, o escape faise máis intenso. Neste momento, o compresor máis pequeno xira máis e o exceso de fluxo de gases de escape comeza a afectar á unidade principal. Cun aumento da velocidade do impulsor, un maior volume de aire entra no tracto de admisión debido ao maior empuxe.
O dobre impulso elimina o duro cambio de potencia presente nos diésel clásicos. A velocidade media do motor de combustión interna, cando a gran turbina está comezando a xirar, o pequeno sobrealimentador alcanza a súa velocidade máxima. Cando entra máis aire no cilindro, a presión de escape acumúlase e conduce o sobrealimentador principal. Este modo elimina a notable diferenza entre o par de velocidade máxima do motor e a inclusión da turbina.
Cando o motor de combustión interna alcanza a súa velocidade máxima, o compresor tamén alcanza o nivel límite. O deseño dual boost está deseñado de xeito que a inclusión dun gran sobrecargador impide que a contraparte máis pequena sobrecargue.
O compresor dobre de automoción ofrece unha presión no sistema de admisión que non se pode conseguir cunha sobrecarga convencional. Nos motores con turbinas clásicas, sempre hai un turbo lag (unha diferenza notable na potencia da unidade de potencia entre alcanzar a súa velocidade máxima e acender a turbina). Conectar un compresor máis pequeno elimina este efecto, proporcionando unha dinámica do motor suave.
En turbocompresor xemelgo, par e potencia (lea sobre a diferenza entre estes conceptos noutro artigo) da unidade de potencia desenvólvese nun rango de rpm máis amplo que o dun motor similar cun sobrealimentador.
Tipos de esquemas de sobrealimentación con dous turbocompresores
Así, a teoría do funcionamento dos turbocompresores demostrou a súa práctica para aumentar de forma segura a potencia da unidade de potencia sen cambiar o deseño do propio motor. Por esta razón, enxeñeiros de diferentes empresas desenvolveron tres tipos efectivos de twin turbo. Cada tipo de sistema organizarase ao seu xeito e terá un principio de funcionamento lixeiramente diferente.
Hoxe en día instalanse nos coches o seguinte tipo de sistemas de dobre turboalimentación:
- Paralelo;
- Coherente;
- Escalonado.
Cada tipo difiere no esquema de conexión dos sopladores, os seus tamaños, o momento en que se poñerá en funcionamento cada un deles, así como as características do proceso de presurización. Consideremos cada tipo de sistema por separado.
Diagrama de conexión á turbina paralela
Na maioría dos casos, utilízase un tipo de turbocompresor paralelo en motores con deseño de bloque de cilindros en forma de V. O dispositivo deste sistema é o seguinte. Requírese unha turbina para cada sección do cilindro. Teñen as mesmas dimensións e tamén corren paralelas entre si.
Os gases de escape distribúense uniformemente no tracto de escape e van a cada turbocompresor en cantidades iguais. Estes mecanismos funcionan do mesmo xeito que no caso dun motor en liña cunha turbina. A única diferenza é que este tipo de biturbo ten dous sobrealimentadores idénticos, pero o aire de cada un deles non se distribúe polas seccións, senón que se inxecta constantemente no tracto común do sistema de admisión.
Se comparamos este esquema cun sistema de turbina única nunha unidade de potencia en liña, neste caso o deseño de turbo xemelgo consta de dúas turbinas máis pequenas. Isto require menos enerxía para xirar os seus impulsores. Por esta razón, os sobrealimentadores están conectados a unha velocidade inferior a unha gran turbina (menos inercia).
Esta disposición elimina a formación dun desfasamento turbo tan forte, que se produce nos motores de combustión interna convencionais cun sobrealimentador.
Inclusión secuencial
A serie Biturbo tamén prevé a instalación de dous sopladores idénticos. Só o seu traballo é diferente. O primeiro mecanismo deste sistema funcionará de xeito permanente. O segundo dispositivo só está conectado nun determinado modo de funcionamento do motor (cando aumenta a súa carga ou aumenta a velocidade do cigüeñal).
O control nun sistema deste tipo é proporcionado por electrónicos ou válvulas que reaccionan á presión do fluxo de paso. A ECU, de acordo cos algoritmos programados, determina en que momento conectar o segundo compresor. O seu accionamento ofrécese sen acender o motor individual (o mecanismo segue funcionando exclusivamente coa presión do fluxo de gases de escape). A unidade de control activa os actuadores do sistema que controla o movemento dos gases de escape. Para iso, utilízanse válvulas eléctricas (en sistemas máis sinxelos, trátase de válvulas comúns que reaccionan á forza física do fluxo que flúe), que abren / pechan o acceso ao segundo soplador.
Cando a unidade de control abre completamente o acceso ao impulsor da segunda marcha, ambos dispositivos funcionan en paralelo. Por este motivo, esta modificación tamén se denomina serie-paralelo. O funcionamento dos dous sopladores permite organizar unha maior presión do aire entrante, xa que os seus impulsores de alimentación están conectados a un tracto de entrada.
Neste caso, tamén se instalan compresores máis pequenos que nun sistema convencional. Isto tamén reduce o efecto de retardo turbo e fai que o par máximo estea dispoñible a velocidades máis baixas do motor.
Este tipo de biturbo instálase nas unidades de potencia diésel e gasolina. O deseño do sistema permítelle instalar nin sequera dous, senón tres compresores conectados en serie entre si. Un exemplo de tal modificación é o desenvolvemento de BMW (Triple Turbo), que se presentou en 2011.
Esquema de pasos
O sistema de dobre desprazamento por etapas considérase o tipo de turbocompresor xemelgo máis avanzado. A pesar de que existe desde 2004, o tipo de sobrecarga de dúas etapas demostrou a súa eficiencia de xeito máis técnico. Este Twin Turbo está instalado nalgúns tipos de motores diésel desenvolvidos por Opel. A contraparte de sobrecarga escalonada de Borg Wagner Turbo Sistems está equipada con algúns motores de combustión interna BMW e Cummins.
O esquema de turbocompresor consiste en dous sobrealimentadores de tamaño diferente. Instálanse secuencialmente. O fluxo de gases de escape está controlado por electroválvulas, cuxo funcionamento está controlado electrónicamente (tamén hai válvulas mecánicas accionadas pola presión). Ademais, o sistema está equipado con válvulas que cambian a dirección do fluxo de descarga. Isto permitirá activar a segunda turbina e apagar a primeira para que non falle.
O sistema ten o seguinte principio de funcionamento. Instalada unha válvula de derivación no colector de escape, que corta o fluxo da mangueira que vai á turbina principal. Cando o motor está a funcionar a rpm baixas, esta ramificación péchase. Como resultado, o escape pasa por unha pequena turbina. Debido á inercia mínima, este mecanismo proporciona un volume adicional de aire incluso a baixas cargas de ICE.
Entón o fluxo móvese polo impulsor da turbina principal. Dado que as súas láminas comezan a xirar a maior presión ata que o motor alcanza a velocidade media, o segundo mecanismo permanece inmóbil.
Tamén hai unha válvula de derivación no tracto de admisión. A velocidades baixas, está pechado e o fluxo de aire vai practicamente sen inxección. Mentres o condutor aumenta o motor, a pequena turbina xira máis forte, aumentando a presión no tracto de admisión. Isto á súa vez aumenta a presión dos gases de escape. A medida que a presión na liña de escape faise máis forte, a porta do lixo ábrese lixeiramente, de xeito que a pequena turbina segue xirando e parte do fluxo diríxese ao gran soplador.
Aos poucos, o gran soplador comeza a xirar. A medida que aumenta a velocidade do cigüeñal, este proceso intensifícase, o que fai que a válvula se abra máis e o compresor xire en maior medida.
Cando o motor de combustión interna alcanza a velocidade media, a pequena turbina xa funciona ao máximo e o sobrealimentador principal acaba de comezar a xirar, pero non alcanzou o seu máximo. Durante a operación da primeira etapa, os gases de escape atravesan o impulsor do pequeno mecanismo (mentres as súas láminas xiran no sistema de admisión), e elimínanse ao catalizador a través das láminas do compresor principal. Nesta fase, o aire é aspirado polo impulsor do compresor grande e pasa pola engrenaxe máis pequena que xira.
Ao final da primeira etapa, a porta do lixo está completamente aberta e o fluxo de escape xa está completamente dirixido ao impulsor principal. Este mecanismo xira con máis forza. O sistema de derivación axústase para que o pequeno soplador estea completamente desactivado nesta fase. A razón é que cando se alcanza a velocidade media e máxima dunha turbina grande, crea unha cabeza tan forte que a primeira etapa simplemente impide que entre nos cilindros correctamente.
Na segunda etapa da presurización, os gases de escape pasan polo pequeno impulsor e o fluxo entrante diríxese ao redor do pequeno mecanismo, directamente nos cilindros. Grazas a este sistema, os fabricantes de automóbiles conseguiron eliminar a gran diferenza entre o par máximo a rpm mínimo e a potencia máxima ao alcanzar a velocidade máxima do cigüeñal. Este efecto foi un compañeiro constante de calquera motor diésel sobrealimentado convencional.
Pros e contras do dobre turbocompresor
Biturbo raramente se instala en motores de baixa potencia. Basicamente, este é o equipo no que se fía para máquinas potentes. Só neste caso é posible tomar o indicador de par óptimo xa a revolucións máis baixas. Ademais, as pequenas dimensións do motor de combustión interna non son un obstáculo para aumentar a potencia da unidade de potencia. Grazas ao dobre turbocompresor, conséguese un bo consumo en comparación co seu homólogo de aspiración natural, que desenvolve idéntica potencia.
Por unha banda, hai un beneficio de equipos que estabilizan os procesos principais ou aumentan a súa eficiencia. Pero, por outra banda, tales mecanismos non están exentos de desvantaxes adicionais. E o turbocompresor xemelgo non é unha excepción. Este sistema non só ten aspectos positivos, senón tamén algúns inconvenientes graves, debido aos cales algúns automobilistas se negan a mercar eses coches.
Primeiro, considere as vantaxes do sistema:
- A principal vantaxe do sistema é a eliminación do turbo lag, que é típico de todos os motores de combustión interna equipados cunha turbina convencional;
- O motor cambia ao modo de potencia máis facilmente;
- A diferenza entre o par máximo e a potencia redúcese significativamente, xa que ao aumentar a presión de aire no sistema de admisión, a maioría dos newtons permanecen dispoñibles nun rango de velocidades máis amplo do motor;
- Reduce o consumo de combustible necesario para acadar a máxima potencia;
- Dado que a dinámica adicional do automóbil está dispoñible a velocidades máis baixas do motor, o condutor non ten por que xiralo tanto;
- Ao reducir a carga do motor de combustión interna, redúcese o desgaste dos lubricantes e o sistema de refrixeración non funciona nun modo aumentado;
- Os gases de escape non se descargan simplemente á atmosfera, senón que a enerxía deste proceso utilízase con beneficios.
Agora prestemos atención ás principais desvantaxes do twin turbo:
- A principal desvantaxe é a complexidade do deseño dos sistemas de admisión e escape. Isto é especialmente certo para as novas modificacións do sistema;
- O mesmo factor afecta ao custo e mantemento do sistema: canto máis complexo é o mecanismo, máis caro é a súa reparación e axuste;
- Outra desvantaxe tamén está asociada á complexidade do deseño do sistema. Dado que constan dun gran número de partes adicionais, tamén hai máis nodos nos que pode producirse rotura.
Por separado, cómpre mencionar o clima da zona na que funciona a máquina turboalimentada. Dado que o impulsor do sobrealimentador ás veces xira por riba dos 10 mil rpm, precisa unha lubricación de alta calidade. Cando se deixa o coche durante a noite, a graxa entra no sumidoiro, polo que a maioría das partes da unidade, incluída a turbina, quedan secas.
Se arrinca o motor pola mañá e o fai funcionar con cargas decentes sen o quecemento previo, pode matar o sobrealimentador. A razón é que a fricción en seco acelera o desgaste das pezas de rozamento. Para eliminar este problema, antes de levar o motor a altas revolucións, cómpre agardar un pouco mentres o aceite se bombea por todo o sistema e chega aos nodos máis afastados.
No verán non tes que gastar moito tempo nisto. Neste caso, o aceite do sumidoiro ten suficiente fluidez para que a bomba poida bombealo rapidamente. Pero no inverno, especialmente en fortes xeadas, este factor non se pode ignorar. É mellor pasar un par de minutos quentando o sistema que, despois dun curto período de tempo, botar unha cantidade decente para mercar unha nova turbina. Ademais, cómpre mencionar que, debido ao contacto constante cos gases de escape, o impulsor dos soplantes pode quentar ata mil graos.
Se o mecanismo non recibe unha lubricación adecuada, que en paralelo desempeña a función de arrefriar o dispositivo, as súas partes rozaranse entre si. A ausencia dunha película de aceite provocará un forte aumento da temperatura das pezas, proporcionándolles unha expansión térmica e, como resultado, o seu desgaste acelerado.
Para garantir un funcionamento fiable do turbocompresor xemelgo, siga os mesmos procedementos que os turbocompresores convencionais. En primeiro lugar, é necesario cambiar o aceite a tempo, que se usa non só para a lubricación, senón tamén para arrefriar as turbinas (sobre o procedemento para substituír o lubricante, o noso sitio web ten artigo separado).
En segundo lugar, dado que os impulsores dos soplantes están en contacto directo cos gases de escape, a calidade do combustible debe ser alta. Grazas a isto, os depósitos de carbono non se acumularán nas láminas, o que interfire coa rotación libre do impulsor.
En conclusión, ofrecemos un pequeno vídeo sobre as diferentes modificacións da turbina e as súas diferenzas:
Preguntas e respostas:
Que é mellor bi-turbo ou twin-turbo? Estes son sistemas de turbocompresor do motor. Nos motores con biturbo, o lag turbo suavizase e a dinámica de aceleración nivela. Nun sistema bi-turbo, estes factores non cambian, pero o rendemento do motor de combustión interna aumenta.
Cal é a diferenza entre bi-turbo e twin-turbo? Biturbo é un sistema de turbina conectado en serie. Grazas á súa inclusión secuencial, o burato do turbo elimínase durante a aceleración. Un twin turbo son só dúas turbinas para aumentar a potencia.
Por que necesitas un twin turbo? Dúas turbinas proporcionan un maior volume de aire ao cilindro. Debido a isto, o retroceso realízase durante a combustión de BTC: comprime máis aire no mesmo cilindro.
