 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( май 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Twincharger относится к сложной системе принудительной индукции , используемой в некоторых поршневых двигателях внутреннего сгорания . Это комбинация турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов и нагнетателя с механическим приводом , каждый из которых смягчает недостатки другого. Нагнетатель с механическим приводом обеспечивает исключительную реакцию и характеристики на низких оборотах, поскольку он не зависит от давления в выпускном коллекторе (при условии, что это нагнетатель прямого вытеснения, такой как тип Рутса или двухвинтовой, а не центробежный компрессор.нагнетатель, который не дает существенного наддува в нижнем диапазоне оборотов). Турбонагнетатель, рассчитанный на перемещение большого объема воздуха, имеет тенденцию медленно реагировать на давление газа, в то время как турбонагнетатель меньшего размера с более быстрым откликом может не обеспечить достаточный объем в верхнем диапазоне оборотов двигателя. Неприемлемое время запаздывания, характерное для большого турбокомпрессора, эффективно нейтрализуется в сочетании с нагнетателем, который имеет тенденцию создавать значительное давление наддува намного быстрее в ответ на нажатие дроссельной заслонки. Конечным результатом является диапазон мощности с нулевым запаздыванием с высоким крутящим моментом на более низких оборотах двигателя и повышенной мощностью на верхнем конце. Поэтому двойная зарядка желательна для двигателей малого рабочего объема (таких как VW 1.4TSI), особенно с большими рабочими оборотами, поскольку они могут использовать искусственно расширенный диапазон крутящего момента в большом диапазоне скоростей.
Twincharging не относится к схеме Twin-Turbo, в которой используются два разных типа компрессоров.
Техническое описание [ править ]
Система двойного наддува сочетает в себе нагнетатель и турбонагнетатель в дополнительном устройстве, при этом преимущество одного компонента компенсируется недостатком другого компонента. Существует два распространенных типа систем с двумя зарядными устройствами: последовательная и параллельная.
Серия [ править ]
Последовательное расположение, более распространенное расположение двойных нагнетателей, устроено таким образом, что выход одного компрессора (турбо или нагнетатель) питает вход другого. Последовательно организованный нагнетатель подключается к турбонагнетателю средних и крупных размеров. Нагнетатель обеспечивает почти мгновенное давление в коллекторе (устраняя турбо-задержку , которая в противном случае могла бы возникнуть, когда турбонагнетатель не достигает своей рабочей скорости). Как только турбокомпрессор достигнет рабочей скорости, нагнетатель может либо продолжить подачу сжатого воздуха на впуск турбокомпрессора (что приводит к повышенному давлению на впуске), либо его можно обойти и / или механически отсоединить от трансмиссии через электромагнитную муфту. и перепускной клапан (повышение эффективности системы впуска).
Существуют и другие серийные конфигурации, в которых не используется байпасная система и оба компрессора работают в непрерывном режиме. В результате всегда создается комбинированный наддув, поскольку отношения давлений двух компрессоров умножаются, а не складываются. Другими словами, если только турбонагнетатель, производивший 10 фунтов на квадратный дюйм (0,7 бар) (степень сжатия = 1,7), врезался в нагнетатель, который также производил только 10 фунтов на квадратный дюйм, результирующее давление в коллекторе было бы 27 фунтов на квадратный дюйм (1,9 бар) (PR = 2,8). вместо 1,4 бара (20 фунтов на кв. дюйм) (PR = 2,3). Эта форма последовательного двойного нагнетания позволяет создавать давления наддува, которые в противном случае были бы недостижимы с другими компрессорами и были бы неэффективными.
Однако КПД турбонагнетателя и турбонагнетателя не умножается. Например, если турбокомпрессор с КПД 70% подорвет нагнетатель Рутса с КПД 60%, общая эффективность сжатия будет где-то посередине. Чтобы рассчитать этот КПД, необходимо выполнить расчеты 2 ступеней, сначала рассчитать условия давления и температуры на выходе из первой ступени и, исходя из них, выполнить расчеты для второй ступени. Следуя предыдущему примеру, для первой ступени турбонагнетателя (КПД 70%, перепад давления 1,7) температура достигнет 88,5 ° C (191,3 ° F) после первой ступени, чтобы затем войти в корень (КПД 60 %) и оставить при температуре 186,5 ° C (367,7 ° F). Это общий КПД 62%. Большой турбокомпрессор, который сам производит 27 фунтов на квадратный дюйм (1,9 бар),с эффективностьюадиабатичность около 70%, будет производить воздух только при 166 ° C (331 ° F). Кроме того, стоимость энергии для привода нагнетателя выше, чем у турбонагнетателя; при его игнорировании нагрузка исполнения сжатия снимается, оставляя лишь небольшие паразитные потери вращения рабочих частей нагнетателя. Нагнетатель может быть отключен еще более электрически (с помощью электромагнитной муфты, например, используемых в VW 1.4TSI или Toyota 4A-GZE , хотя это не потому, что это двигатель с двойной нагрузкой, а предназначен для обхода нагнетателя при низкой нагрузке. условий), что устраняет эту небольшую паразитную потерю.
С серией twincharging, турбокомпрессор может быть менее дорогой и более прочного журнал подшипникового разнообразия, и жертва в ответ повышающего более чем компенсировала по мгновенному на природе смещения нагнетателей. В то время как вес и стоимость узла нагнетателя всегда являются факторами, неэффективность и потребление энергии нагнетателя почти полностью исключаются, поскольку турбонагнетатель достигает рабочих оборотов в минуту, а нагнетатель эффективно отключается перепускным клапаном.
Параллельно [ править ]
Параллельное расположение обычно требует использования перепускного или отводного клапана, чтобы один или оба компрессора могли питать двигатель. Если бы не использовался клапан и оба компрессора были бы просто направлены непосредственно к впускному коллектору, нагнетатель дул бы назад через компрессор турбонагнетателя, а не создавал бы давление во впускном коллекторе, поскольку это был бы путь наименьшего сопротивления. Таким образом, необходимо использовать переключающий клапан для выпуска воздуха из турбокомпрессора до тех пор, пока он не достигнет давления во впускном коллекторе. Для обеспечения бесперебойной подачи энергии обычно необходимы сложные или дорогие электронные средства управления.
Эффективность [ править ]
Эффективность играет огромную роль в том, подходит ли автомобиль для повседневных задач или для трековых дней. Чтобы найти равновесие между ними, используя двухзарядную систему, потребуется несколько обновлений. Обновления обычно включают установку более крупного промежуточного охладителя , водяного насоса большого объема, новых датчиков для контроля давления и тепла воздуха, а также программируемой системы управления двигателем.
Самым утомительным с точки зрения физического труда является установка интеркулера. Интеркулеры следует выбирать по назначению и высоте. Одним из примеров применения интеркулеров являются внедорожники. Если во внедорожнике используется система принудительного впуска, он будет нагреваться сильнее просто из-за веса. Чем больший вес тянется, тем больше работы должен производить двигатель. Если интеркулер представляет собой систему типа «воздух-вода», обязательно иметь чистый источник воздуха, поступающего на ребра сердечника. Поскольку это обновление добавляет в систему больше охлаждающей жидкости, важно иметь возможность перемещать охлаждающую жидкость по всей системе.
Для достижения оптимальной эффективности в системе охлаждения необходимо добавить водяной насос большого объема. Высокопроизводительные водяные насосы могут нагнетать большие количества воды через двигатель, нагнетатели и турбокомпрессоры . В среднем заводские водяные насосы обычно работают с производительностью 35-50 галлонов в минуту в зависимости от марки. Если послепродажный насос приобретен и установлен, он может увеличить эту цифру до 60-85 галлонов в минуту. Это улучшает охлаждающую способность водяного насоса для системы принудительной индукции на 58%. Чтобы гарантировать, что эффективность охлаждения остается на оптимальном уровне, необходимо установить ряд сдержек и противовесов.
Точно так же, как человеческое тело, равновесие должно поддерживаться внутри двигателя внутреннего сгорания, подключенного к системе принудительной индукции. Подобно нервной системе человеческого тела, современные двигатели внутреннего сгорания имеют электрические датчики, чтобы все функции выполнялись в определенной зоне допуска. Для отслеживания всех датчиков в системе реализована программируемая система управления двигателем. Это позволяет изменять допуски на лету. Этот ЭБУ также является основой для адаптивного управления системой принудительной индукции. Если один из датчиков покажет, что в системе слишком много воздуха, программист может сделать так, чтобы система автоматически компенсировала недостаток.
Недостатки [ править ]
Основным недостатком добавления любой системы принудительной индукции является сложность и стоимость компонентов. Обычно для обеспечения приемлемого отклика, плавности подачи мощности и адекватного увеличения мощности по сравнению с системой с одним компрессором необходимо использовать дорогостоящие электронные и / или механические средства управления. В двигателе с искровым зажиганием также должна использоваться низкая степень сжатия, если нагнетатель обеспечивает высокий уровень наддува, что сводит на нет некоторые преимущества эффективности, связанные с низким рабочим объемом.
Коммерческая доступность [ править ]
Концепция двойной зарядки была впервые использована Lancia в 1985 году на раллийном автомобиле Lancia Delta S4 Group B и его уличном аналоге Delta S4 Stradale. Идея также была успешно адаптирована к серийным дорожным автомобилям Nissan в их March Super Turbo . [1] Кроме того, несколько компаний выпустили комплекты двойного зарядного устройства для вторичного рынка для таких автомобилей, как Subaru Impreza WRX , Mini Cooper S , Ford Mustang и Toyota MR2 .
Volkswagen 1.4 TSI - это двигатель объемом 1400 куб. См, используемый на многих автомобилях VW Group, в котором используются как турбонагнетатель, так и нагнетатель, и доступен с восемью номинальными мощностями:
| Мощность | Крутящий момент | Транспортные средства |
|---|---|---|
| 103 кВт (140 л.с. , 138 л.с. ) при 5600 оборотах в минуту | 220 Нм (162 lbfft ) при 1500–4000 об / мин | VW Golf V , VW Jetta V и VW Touran |
| 110 кВт (150 л.с., 148 л.с.) при 5800 оборотах в минуту | 220 Нм (162 lbfft) при 1250–4500 оборотах в минуту | СИДЕНЬЯ Ибица IV |
| 110 кВт (150 л.с., 148 л.с.) при 5800 оборотах в минуту | 240 Нм (177 lbf⋅ft) при 1500–4000 об / мин | ( Версия CNG ) VW Passat VI , VW Passat VII , VW Touran |
| 110 кВт (150 л.с., 148 л.с.) при 5800 оборотах в минуту | 240 Нм (177 lbf⋅ft) при 1750–4000 об / мин | VW Sharan II , VW Tiguan , SEAT Alhambra |
| 118 кВт (160 л.с., 158 л.с.) при 5800 оборотах в минуту | 240 Нм (177 lbf⋅ft) при 1500–4500 оборотах в минуту | VW Eos , VW Golf VI , VW Jetta VI , VW Scirocco III |
| 125 кВт (170 л.с., 168 л.с.) при 6000 оборотах в минуту | 240 Нм (177 lbf⋅ft) при 1500–4500 оборотах в минуту | VW Golf V , VW Jetta V , VW Touran |
| 132 кВт (179 л.с., 177 л.с.) при 6200 оборотах в минуту | 250 Нм (184 lbf⋅ft) при 2,000–4,500 об / мин | VW Polo V , SEAT Ibiza Cupra , Škoda Fabia II |
| 136 кВт (185 л.с., 182 л.с.) при 6200 оборотах в минуту | 250 Нм (184 lbf⋅ft) при 2,000–4,500 об / мин | Audi A1 |
Volvo производит рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 1969 куб. См, который используется в их моделях T6, T8 и Polestar. T8 добавляет к T6 задний электродвигатель.
| Мощность | Крутящий момент | Транспортные средства |
|---|---|---|
| 320 л.с. (235 кВт; 316 л.с.) при 5700 оборотах в минуту | 400 Нм (295 lbf⋅ft) при 2200–5400 об / мин | T6 |
| 367 л.с. (270 кВт; 362 л.с.) при 6000 оборотах в минуту | 470 Нм (347 lbf⋅ft) при 3100-5100 оборотах в минуту | Полярная звезда |
| 408 л.с. (300 кВт; 402 л.с.) | 640 Нм (472 lbf⋅ft) | T8 (включая задний электродвигатель) |
Датский суперкар Zenvo ST1 использовал как турбонагнетатель, так и нагнетатель в своем 6,8-литровом двигателе V8.
| Мощность | Крутящий момент | Транспортные средства |
|---|---|---|
| 1104 л.с. (823 кВт; 1119 л.с.) при 6900 оборотах в минуту | 1430 Нм (1055 lbf⋅ft) при 4500 оборотах в минуту | ST1 |
Альтернативные системы [ править ]
Система защиты от задержек [ править ]
Самым большим преимуществом Twincharging по сравнению с системами защиты от запаздывания в гоночных автомобилях является его надежность. Системы Anti-lag работают одним из двух способов: путем запуска очень богатого AFR и нагнетания воздуха в выхлоп для воспламенения лишнего топлива в выхлопном коллекторе; или путем резкого замедления момента зажигания, чтобы событие сгорания продолжалось и после открытия выпускного клапана. Оба метода включают сгорание в выпускном коллекторе, чтобы турбина продолжала вращаться, а выделяемое при этом тепло значительно сокращает срок службы турбины.
Турбокомпрессор с изменяемой геометрией [ править ]
Турбокомпрессор с изменяемой геометрией обеспечивает улучшенный отклик при широком диапазоне оборотов двигателя. С регулируемым углом наклона под электронным управлением можно добиться, чтобы турбина быстро достигла хорошей рабочей скорости или при более низких оборотах двигателя, без значительного снижения ее полезности при более высоких оборотах двигателя.
Турбокомпрессор с двойной прокруткой [ править ]
Турбокомпрессор с двумя наборами лопаток для двух рабочих давлений может уменьшить задержку, работая при разных давлениях выхлопа.
Последовательные сдвоенные турбокомпрессоры [ править ]
Системы с последовательным турбонаддувом позволяют уменьшить турбонаддув без ущерба для максимальной выходной мощности наддува и мощности двигателя.
Закись азота [ править ]
Закись азота (N 2 O) смешивается с поступающим воздухом, обеспечивая больше окислителя для сжигания большего количества топлива для дополнительной мощности, когда турбокомпрессор не вращается быстро. Это также производит больше выхлопных газов, так что турбокомпрессор быстро раскручивается, обеспечивая больше кислорода для сгорания, и поток N 2 O соответственно уменьшается. Расходы как на саму систему, так и на расходный N 2 O могут быть значительными.
Закачка воды [ править ]
Для получения дополнительной мощности двигателя, а также для увеличения выгоды от принудительной индукции (с помощью турбонаддува или наддувом ), вторичный рынок системы впрыска воды может быть добавлено к индукционной системе как бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания.
Ссылки [ править ]
- ^ grandJDM >> March Superturbo: Mighty Mite! (2007-12-09)
Внешние ссылки [ править ]
- http://www.greencarcongress.com/2005/08/inside_vws_new_.html
