твинскрольная турбина что это такое
Принцип функционирования Twin Scroll Турбо (Subaru Legacy)
по принципу работы твинскролла у Субар:
Если обратить внимание на фоты, то увидите что корпус турбинной улитки состоит как бы из двух кругов соединённых вместе, вот этим и достигаеться разнойсть A/R для каждой пары цилиндров, одна пара цилиндров своими выхлопными газами помогает крутиться лучше турбине внизу, другая вверху, что вместе даёт хорошую тягу с низов и до верхов…я это сам недавно узнал, до это считал всё что с двумя дурками на входе в турбинный корпус — твинскролл…кстати, у Эво с 4 эволюции стоял твинскролл, не уверен что там турбокорпус как у суб, но дырки две…изменяемая геаметрия на турбобензиновом движке есть щас тока на 911 турбо (997), а также некое подобие турбины с изменяемой геометрией ставиться на паркетник Acura RDX, там тоже две дырки на входе, но клапан сначала держит открытой тока одну дырку, а при росте оборотов уже открывает вторую, коллектор там обычный 4-2-1, а не как у суб с твинскроллом 4-2…ну субару и митубише не стали изобретать турбы с изменяемой геометрией только из-за регламента WRC, который их запрещает, не будь его они бы уже давно стояли на всех раллийных машинах…
Из aftermarket твинскролловых болт-он турбин для субару Импреза:
— PE1825, она делаеться на базе 36ой, увеличенное компрессорное колесо и типа доработанный катридж, всё остальное идентично 36, на 400+лс, есть ещё ZeroSport, практически тот же PE1825, обе новые стоят за 3000 долл. Америкосы любят брать бу 36/37 и апгрейдить установкой компрессорного колеса до уровня PE1825, получаеться раза в два дешевле
— HKS2530kai, HKS2835kai, болт-он для Импрезы, но не твинскроллы как таковые, то есть дырки две, но у турбоулитки одно кольцо
Чтобы поставить твинскролл на субу, надо коллетор выпускной и ап-пайп от GDB импрезы, поддон маслянный и турбину, даун-пайп или же переделывать или же твинскролловывй барть…обычно всё это есть на Яхе и бу, и новое.
Твинскрольная турбина. Зачем нужна и какие отличия от классической?
Оставлю чтобы было
Турбина
Турбина – это устройство, нагнетающее воздух в двигатель. Используется для повышения мощностных характеристик мотора. В основе принципа работы турбодвигателя лежит простая идея – спалить как можно больше воздушно-топливной смеси и получить максимальный КПД двигателя.
Турбины бывают разного размера и разной конструкции – твинскрольные, с изменяемой геометрией, классические. В зависимости от поставленной задачи, автопроизводитель собирает тот набор, который наиболее точно будет отвечать нужным потребительским качествам. К примеру, сейчас все больше и больше набирают популярность малообъемные турбовжики. Они экономичны, но при этом действительно “едут”. Обеспечивается это за счет высокого вращающего момента в широком диапазоне оборотов.
Твинскрольная турбина
Твинскрольная турбина – это та же турбина, но имеющая сразу два канала в горячей части и одну сдвоенную крыльчатку. На первый взгляд крыльчатка кажется простой, но разобравшись, становится понятно, что ее лопасти имеют разный изгиб, форму и длину на разных ее диаметрах.
Что такое горячая часть турбины?
“Горячка”, как ее называют в народе, – это та часть турбины, где проходят выхлопные газы и идет непосредственно процесс “раскручивания” турбины (набор оборотов).
Турбояма – это отсутствие наддува в определенном диапазоне оборотов, пока турбина еще не раскрутилась выхлопными газами до нужных оборотов, чтобы “наддуть” требуемое давление воздуха.
Почему нельзя подобрать классическую турбину такого размера, чтобы она дула во всем диапазоне?
На малых объемах это вполне реально. К примеру, у Peugeot есть серийный турбомотор 1.2 литра, развивающий 205 N/M c 1750-5500 об/мин, где используется одна турбина. Конечно же, такой широкий диапазон момента это исключительный плюс для потребителей, ведь двигатель готов выдать свой максимальный крутящий момент по первому требованию, а расход при этом будет умеренный.
На больших и средних двигателях это, увы, практически невозможно, ведь на высоких оборотах потребуется много воздуха с большой интенсивностью – значит крыльчатка горячей части в принципе не может быть маленькой. Раз она не маленькая, для ее “раскручивания” требуется много выхлопных газов, которых нельзя добиться на малых оборотах двигателя. Круг замкнулся.
1) Немалая стоимость твинскрольной турбины, по сравнению с классической.
2) Придется изготовить новый выпускной колектор, поскольку одна пара цилиндров будет дуть на малую часть крыльчатки турбины, другая – на большую.
3) Логичный вывод из второго пункта: если “давка” будет более двух бар, а двигатель планируется “крутить” в небеса, уход половины выхлопных газов на малую часть крыльчатки не позволит добиться максимально возможной производительности по сравнению с одной большой крыльчаткой горячей части турбины (как в классической “сингловой” трубе).
4) Потребуется недешевая перенастройка электронного мозга двигателя, чтобы получить эффект от твинскрола.
Турбокомпрессоры 🐌
Приветствую Вас!
В этой теме хотелось бы поговорить о турбокомпрессорах.
Думаю, многие знают двигателестроителей Николауса Отто — немецкий инженер самоучка, изобретатель двигателя внутреннего сгорания, а так же Рудольфа Дизель — немецкий инженер и изобретатель, создатель дизельного двигателя.
Эти изобретатели всегда думали как максимально возможно наполнить цилиндры воздухом. Чем больше в цилиндры поступает воздуха, тем больше энергии можно от мотора получить, результат — это значительный прирост мощности и крутящего момента.
У изобретателей сидела идея, как использовать энергию выхлопных газов, которая тратится впустую. Сейчас это звучит просто, но прошло очень много лет до того как их идею удалось реализовать. Турбокомпрессор появился только через 100 лет после изобретения двигателя внутреннего сгорания.
В 1905 году принцип работы турбокомпрессора запатентовал Альфред Бюхи.
Турбокомпрессоры первоначально устанавливали на самолеты и корабли. На этих транспортных средствах обороты двигателя изменялись плавно. В 50 годы инженеры General Motors начали экспериментально устанавливать турбокомпрессоры на серийные автомобили и сразу же столкнулись с проблемой — это «турбояма», или по другому называют «турболагом». При разгоне автомобиля, с малых оборотов, компрессор реагировал слишком медленно.
В начале 70-х годов фирма Porsche совместно с фирмой ККК положили начало эры серийного использования турбокомпрессоров в автомобилестроении. Они поступили следующем образом: когда давление становилось большим выхлопные газы перепускались мимо турбины. При этом крыльчатка турбокомпрессора еще вращается, но не в полную силу. Когда давление наддува снова необходимо, перепускной клапан закрывается, и турбина быстрее раскручивается.
Всё дальнейшее развитие систем турбонаддува было направлено на уменьшение эффекта турбоямы.
Вот примерные этапы развития систем турбонаддува:
Классический турбонаддув
Твинскрольная турбина (Twin-scroll)
Турбины с изменяемой геометрией
Двойной параллельный наддув
Двойной последовательный наддув
Классический турбонаддув, турбокомпрессор с постоянной геометрией.
Классическая турбина состоит из корпуса (две улитки горячая и холодная), внутри которой находятся две крыльчатки на одном валу. Одна крыльчатка контактирует с отработавшими газами, а вторая нагнетает воздух во впуск, повышая его давление и обеспечивая максимально возможную отдачу.
Твинскрольная турбина (Twin-scroll)
Твинскрольная турбина — это улучшенная классическая конструкция.
Принцип работы твинскрольных турбин основан на раздельной подаче выхлопных газов под разным углом на турбинное колесо. 4-цилиндровые моторы функционируют в порядке 1-3-4-2. В данном случае один канал объединяет 1 и 4 цилиндры, другой – 2 и 3. На большинстве 6-цилиндровых моторов подача выхлопных газов осуществляется раздельно из 1, 3, 5 и 2, 4, 6 цилиндров.
Турбокомпрессор с изменяемой геометрией
Это современная разработка, которая позволяет обеспечить максимально возможную эффективность работы надува. Основой такой турбины является статичная крыльчатка с лопатками, угол атаки которых изменяется в зависимости от оборотов двигателя. Привод соединен с кулачковым рычагом, который приводит в действие систему турбины для регулировки положения лопаток. Работой привода лопаток управляет блок управления двигателем, который способен менять угол атаки турбины, обеспечивая оптимальную мощность на всём диапазоне оборотов двигателя.
A = низкие обороты двигателя; B = средние обороты двигателя; C = максимальные обороты двигателя
1. Блок управления двигателем
2. Привод лопаток
3. Корпус турбокомпрессора
4. Поворотные лопатки
5. Рабочее колесо компрессора
Низкие обороты двигателя. При низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя объем ОГ незначителен, поэтому лопатки перемещаются в сторону закрытого положения для уменьшения площади сечения впуска турбины. Это уменьшение вызывает увеличение скорости подачи газа на рабочее колесо, тем самым, увеличивая частоту оборотов колеса и давление наддувочного воздуха.
Средние обороты двигателя. При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивается и объем ОГ. Лопатки перемещаются в сторону открытого положения для увеличения площади сечения впуска турбины и поддержания скорости газа.
Максимальные обороты двигателя. При максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя лопатки почти полностью открыты, поддерживая скорость газа, поступающего на рабочее колесо турбины.
На турбокомпрессорах с изменяемой геометрией, помимо электронного сервопривода, устанавливали и вакуумное управление. Все то же самое, но изменение положения лопаток осуществляется мембранным вакуумным приводом.
Двойной параллельный наддув (Твин турбо — TwinTurbo или BiTurbo)
На эффект турбоямы влияет множество факторов. Одним из самых существенных — инерция самого ротора турбины. Инерция зависит от массы. Поэтому инженеры решили использовать две маленькие турбины с низкой массой крыльчатки вместо одной большой. Так родились системы наддува с несколькими турбоагрегатами.
Системы с двумя компрессорами применяются как на дизельных, так и на бензиновых двигателях. Помимо основной функции уменьшения времени турбозадержки, схема Твин Турбо позволяет получить более высокую мощность двигателя автомобиля, снижает расход топлива и сохраняет максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов.
В зависимости от способа подключения пары турбокомпрессоров различают три основных схемы системы TwinTurbo:
— параллельная
— последовательная
— ступенчатая
Параллельная схема подключения турбин, например Volvo S80 T6 первого поколения и Range Rover Sport с двигателем 3,6D
Перед подачей в цилиндры воздух, нагнетаемый обоими турбокомпрессорами, поступает в один впускной коллектор, где смешивается с топливом и распределяется в камеры сгорания. Эта схема чаще используется на дизельных двигателях.
Последовательное включение, например Land Rover Discovery 4 с двигателем 3.0Д или Volvo XC60 / XC70 с моторами D5244T15/T17
Одна маленькая турбина работает постоянно, а вторая подключается при повышении оборотов двигателя, увеличении нагрузки или других особых режимах. Переключение режимов работы осуществляется с помощью клапана, приводимого в действие блоком управления двигателя автомобиля.
Вот еще один пример последовательного наддува, напримере Land Rover Discovery 5 с новым двигателем 2.0 ingenium и Volvo с моторами поколения Drive-E. Кстати, здесь второй (большой) турбокомпрессор еще и с изменяемой геометрией.
Такой же турбокомпрессор устанавливается и на Volvo XC90 двигатель D4204T11 Drive-E
Система двухступенчатого турбонаддува состоит из двух турбокомпрессоров разного размера, установленных последовательно в выпускном и впускном (воздушном) трактах. В системе используется клапанное регулирование потока отработавших газов и нагнетаемого воздуха.
В турбированном двигателе помимо самого турбокомпрессора есть еще один не маловажный элемент — это интеркулер, то есть охладитель воздуха.
Интеркулер обеспечивает охлаждение нагнетаемого воздуха. Как известно из курса физики 🙂 сжимаемый воздух нагревается (в дизельных двигателях за счет этого эффекта происходит воспламенение топливовоздушной смеси) плотность воздуха при повышении температуры уменьшается. Поэтому для повышения эффективности моторов нагнетаемый воздух необходимо охладить.
На разных автомобилях интеркулеры выполнены по-разному. В основном интеркулеры устанавливаются в составе пакета радиаторов. Где-то они такого же размера как и основной радиатор охлаждения двигателя, где-то в виде длинного прямоугольника в нижней части радиаторов, а у кого то за бампером в разных сторонах.
Вот, например интеркулер от Range Rover
Такой интеркулер установлен на Discovery 3/4
Интеркулер от Freelander 2 похож на интеркулер как у Volvo P3 платформы, даже не похож, а такой же
На Range Rover последнего поколения начали ставить интеркулеры слевой и справой стороны за передним бампером. Они примерно в 2,5 раза меньше, чем интеркулер Discovery 3/4
Турбоагрегаты подвержены высокой температуре и поэтому на большинстве моделей турбокомпрессор, дополнительно охлаждаться. Охлаждение происходит за счет подвода к подшипнику турбины антифриза из системы охлаждения двигателя.
Какие плюсы и минусы двигателей с турбинами?
Плюсы:
1. Высокий крутящий момент. Двигатели с турбокомпрессором имеют отличные характеристики крутящего момента. Разгон автомобиля зависит от того, на сколько быстро двигатель выйдет из режима холостого хода до режима максимальной мощности. А мощность зависит от количества оборотов коленвала. Поэтому нужно, чтобы двигатель выдавал большой крутящий момент на низких оборотах двигателя.
2. Снижение расхода топлива. Двигатель с турбокомпрессором использует температуру и давление выпускных газов, а значит меньше энергии пропадает зря и используется для движения автомобиля. У обычных атмосферных двигателей часть энергии теряется с выхлопными газами.
Минусы:
1. Ограниченный ресурс. Турбокомпрессоры в среднем ходят по 150 т. км., а если турбина подходит к своему концу, то мало того что она выйдет из строя, она может за собой потянуть и двигатель если, например, вовремя не заметить повышенный расход масла. А разлетевшаяся крыльчатка может полететь во впуск и натворить там делов. Кроме того турбокомпрессор может гнать масло и во впуск, из-за этого может быть и гидроудар = ремонт двигателя.
2. Надежность. Турбированные двигатели состоят из большого количества агрегатов, патрубки наддува, интеркулер, датчики. Многие автовладельцы турбированных двигателей знают, проблему с патрубками наддува, когда они не выдерживают давления и лопаются в самый не подходящий момент. Иногда лопается интеркулер и даже разрывает клапанные крышки.
3. Стоимость ремонта. Ремонт турбированного двигателя всегда дороже, чем ремонт атмосферного.
4. Применение качественного топлива и масла. Современные двигатели очень требовательны к качественному топливу и масла. На турбированных двигателях желательно менять масло примерно каждые 8000 км, а не 12000 км или 15000 км. Это продлит срок службы всех узлов двигателя. Так же важно использовать моторные масла одобренные заводом изготовителем по классификации.
Несколько простых советов для турбированных двигателей:
1. Меняйте масло примерно раз в 10000 км. Несвоевременная замена масла, масляного и воздушного фильтров уменьшает ресурс всего двигателя.
2. Проверяйте уровень масла перед каждой поездкой — масляное голодание одна из причин выхода из строя не только турбины, но и двигателя в целом.
3. Не нагружайте сильно непрогретый двигатель. Подождите пока двигатель выйдет на рабочий температурный режим. В морозы дайте двигателю какое-то время поработать на холостых оборах, чтобы обеспечить нормальную циркуляцию масла.
4. Не экономьте на смазочных материалах.
5. Не глушите двигатель сразу после поездки, дайте двигателю поработать на холостом ходу, чтобы снизилась температура турбокомпрессора.
Развитие систем турбонаддува не стоит на месте и продолжается, потенциал турбин не исчерпан, посмотрите хотя-бы на уникальный шведский Koenigsegg Gemera с его 3 цилиндровым 2.0 твин турбо развивающим 608 л.с и 600 Nm
Как вы думаете, как дальше будут развиваться системы турбонаддува в будущем?
Давайте это обсудим в комментариях.
Всего хорошего и до встречи 👋
По всем вопросам звоните:
📞 +7(495)778-65-86 с 9:00 до 21:00
Тех. центр Volvo
📍 56 км. МКАД, внутренняя сторона. Торговый центр Мирус-Авто
📍Беломорская д. 9
📍ул. Большая Семеновская, строение 1.
📍Каширское шоссе, д.61, АТЦ «Москва», 4 этаж, сектор 9-А
📍ул. Поморская д. 3
Технические центры Land Rover:
📍 56 км. МКАД, внутренняя сторона. Торговый центр Мирус-Авто
📍ул. Большая Семеновская, строение 1.
Если есть какие-то вопросы, мы с удовольствием ответим на них.
Спасибо за внимание! Ваш 77Volvo / 77Max 😉
Супертурбо: все продвинутые системы наддува
Битурбо, твинтурбо, твинскролл. Наверняка вы давно хотели разложить для себя по полочкам, что как работает и чем отличается. Мы подготовили для вас подробный рассказ о плюсах, минусах и надежности каждой из технологий.
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.