Twin scroll turbine: tsim kev piav qhia, lub hauv paus ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm, qhov zoo thiab qhov tsis zoo

2024 Tus sau: Erin Ralphs | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-02-19 16:10

Qhov tsis zoo ntawm lub tshuab turbocharged hauv kev sib piv nrog cov kev xaiv hauv huab cua yog qhov ua haujlwm tsawg dua, vim qhov tseeb tias lub tshuab hluav taws xob tig tau siv sijhawm qee lub sijhawm. Nrog rau txoj kev loj hlob ntawm turbochargers, manufacturers tab tom tsim ntau txoj hauv kev los txhim kho lawv cov lus teb, kev ua tau zoo thiab kev ua haujlwm zoo. Twin scroll turbines yog qhov kev xaiv zoo tshaj plaws.

Cov yam ntxwv dav dav

lo lus no yog hais txog turbochargers nrog ob lub inlet thiab ob lub impeller ntawm lub turbine log. Txij li thaum cov tsos ntawm thawj turbines (kwv yees li 30 xyoo dhau los), lawv tau sib txawv rau hauv kev qhib thiab cais kev xaiv noj. Cov tom kawg yog cov analogues niaj hnub twin-scroll turbochargers. Qhov tsis zoo tshaj plaws txiav txim siab lawv siv nyob rau hauv tuning thiab motorsport. Tsis tas li ntawd, qee cov tuam txhab siv lawv ntawm kev tsim cov tsheb kis las xws li Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP thiabLwm yam

Txoj kev tsim thiab kev ua haujlwm

Twin-scroll turbines txawv ntawm cov pa turbines los ntawm kev muaj lub log ntxaib turbine thiab ib qho inlet faib ua ob. Lub rotor yog ib tug monolithic tsim, tab sis qhov loj, zoo thiab curvature ntawm cov hniav sib txawv raws txoj kab uas hla. Ib feem ntawm nws yog tsim los rau ib tug me me load, lwm yam rau ib tug loj.

Lub hauv paus ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm ntawm ntxaib-scroll turbines yog ua raws li cov khoom sib cais ntawm cov pa tawm ntawm cov ces kaum sib txawv rau lub log turbine, nyob ntawm qhov kev txiav txim ntawm kev ua haujlwm ntawm lub tog raj kheej.

Tus qauv tsim thiab yuav ua li cas cov ntxaib scroll turbine ua haujlwm tau tham txog ntau yam hauv qab no.

Txaus siab heev

Tus tsim ntawm lub tso pa tawm yog qhov tseem ceeb tshaj plaws rau ntxaib-scroll turbochargers. Nws yog raws li lub tog raj kheej txuas lub tswv yim ntawm kev sib tw manifolds thiab txiav txim siab los ntawm tus naj npawb ntawm lub tog raj kheej thiab lawv qhov kev txiav txim tua hluav taws. Yuav luag tag nrho 4-lub tog raj kheej cav ua haujlwm hauv 1-3-4-2 kev txiav txim. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, ib tug channel ua ke lub tog raj kheej 1 thiab 4, lwm yam - 2 thiab 3. Nyob rau feem ntau 6-lub tog raj kheej cav, tso pa gases muab cais los ntawm 1, 3, 5 thiab 2, 4, 6 lub tog raj kheej. Raws li kev zam, RB26 thiab 2JZ yuav tsum tau sau tseg. Lawv ua hauj lwm nyob rau hauv kev txiav txim 1-5-3-6-2-4.

Yog li ntawd, rau cov motors, 1, 2, 3 lub tog raj kheej yog sib xyaw rau ib lub impeller, 4, 5, 6 rau qhov thib ob (turbine drives tau teeb tsa hauv Tshuag hauv tib qho kev txiav txim). Yog li npecov cav tov yog qhov txawv los ntawm qhov yooj yim tsim ntawm lub tso pa manifold, uas ua ke thawj peb thiab peb lub tog raj kheej kawg rau hauv ob txoj kab.

Ntxiv rau kev txuas lub tog raj kheej hauv ib qho kev txiav txim, lwm yam ntawm cov manifold tseem ceeb heev. Ua ntej tshaj plaws, ob qho tib si channel yuav tsum muaj tib qhov ntev thiab tib tus lej ntawm qhov khoov. Qhov no yog vim qhov xav tau los xyuas kom meej tib lub siab ntawm cov pa tso pa tawm. Tsis tas li ntawd, nws yog ib qho tseem ceeb uas lub turbine flange ntawm lub manifold phim cov duab thiab qhov ntev ntawm nws cov inlet. Thaum kawg, kom ntseeg tau tias qhov kev ua tau zoo tshaj plaws, tus qauv tsim manifold yuav tsum tau sib raug zoo rau A / R ntawm lub turbine.

Qhov yuav tsum tau siv lub tshuab tso pa tawm ntawm qhov tsim nyog rau ntxaib-scroll turbines yog txiav txim siab los ntawm qhov tseeb tias nyob rau hauv cov ntaub ntawv ntawm kev siv ib tug pa manifold, xws li ib tug turbocharger yuav ua hauj lwm raws li ib tug scroll ib. Tib yam yuav raug pom thaum sib txuas ib leeg-scroll turbine nrog ntxaib-scroll manifold.

Impulsive interaction of cylinders

Ib qho ntawm qhov zoo tshaj plaws ntawm ntxaib-scroll turbochargers, uas txiav txim siab lawv qhov zoo dua ib leeg-scroll sawv daws yuav, yog qhov tseem ceeb txo lossis tshem tawm ntawm kev sib nrig sib cuam tshuam ntawm lub tog raj kheej los ntawm cov pa roj impulses.

Nws paub tias rau txhua lub tog raj kheej kom dhau tag nrho plaub lub zog, lub crankshaft yuav tsum tig 720 °. Qhov no muaj tseeb rau ob qho tib si 4- thiab 12-lub tog raj kheej cav. Txawm li cas los xij, yog tias thaum lub crankshaft tig los ntawm 720 ° ntawm thawj lub tog raj kheej, lawv ua tiav ib lub voj voog, tom qab ntawd.12-lub tog raj kheej - txhua lub voj voog. Yog li, nrog kev nce ntawm tus naj npawb ntawm lub tog raj kheej, tus nqi ntawm kev sib hloov ntawm lub crankshaft ntawm tib lub strokes rau txhua lub tog raj kheej raug txo. Yog li, ntawm 4-lub tog raj kheej cav, lub zog stroke tshwm sim txhua txhua 180 ° nyob rau hauv ntau lub tog raj kheej. Qhov no muaj tseeb rau kev noj, compression thiab tso pa tawm ib yam nkaus. Ntawm 6-lub tog raj kheej cav, ntau cov xwm txheej tshwm sim nyob rau hauv 2 lub kiv puag ncig ntawm lub crankshaft, yog li tib yam strokes ntawm lub tog raj kheej yog 120 ° sib nrug. Rau 8-lub tog raj kheej xyaw, lub caij nyoog yog 90 °, rau 12-lub tog raj kheej cav - 60 °.

Nws paub tias camshafts tuaj yeem muaj theem ntawm 256 txog 312 ° lossis ntau dua. Piv txwv li, peb tuaj yeem nqa lub cav nrog 280 ° theem ntawm qhov nkag thiab qhov hluav taws xob. Thaum tso cov pa tso pa tawm ntawm lub cav 4-lub tog raj kheej, txhua 180 °, cov pa tawm ntawm lub tog raj kheej yuav qhib rau 100 °. Qhov no yuav tsum tau nqa lub piston los ntawm hauv qab mus rau sab saum toj qhov chaw tuag thaum lub tog raj kheej tso rau lub tog raj kheej. Nrog rau 1-3-2-4 kev txiav txim tua hluav taws rau lub tog raj kheej thib peb, cov pa tawm yuav pib qhib thaum kawg ntawm lub piston stroke. Nyob rau lub sijhawm no, kev noj cov hlab ntsha yuav pib hauv thawj lub tog raj kheej, thiab cov pa tawm yuav pib kaw. Thaum lub sij hawm thawj 50 ° ntawm qhov qhib ntawm lub qhov tso pa tawm ntawm lub tog raj kheej thib peb, cov pa tawm ntawm thawj lub tog raj kheej yuav qhib, thiab nws cov valve yuav pib qhib. Yog li, cov li qub sib tshooj ntawm lub tog raj kheej.

Tom qab tshem tawm cov pa pa tawm ntawm thawj lub tog raj kheej, cov pa tso tawm kaw thiab cov khoom siv tau pib qhib. Nyob rau tib lub sijhawm, cov pa tso pa tawm ntawm lub tog raj kheej thib peb qhib, tso tawm cov pa hluav taws xob siab. Tseem ceeb qhialawv lub siab thiab lub zog yog siv los tsav lub turbine, thiab ib feem me me tab tom nrhiav rau txoj hauv kev uas tsis muaj zog. Vim tias qhov qis qis ntawm qhov kaw qhov tso pa tawm ntawm thawj lub tog raj kheej hauv kev sib piv nrog cov khoom siv turbine inlet, ib feem ntawm cov pa tawm ntawm lub tog raj kheej thib peb raug xa mus rau thawj zaug.

Vim qhov tseeb tias qhov kev noj haus tau pib hauv thawj lub tog raj kheej, tus nqi kom tsawg yog diluted nrog cov pa roj, poob lub zog. Thaum kawg, cov li qub ntawm thawj lub tog raj kheej kaw thiab lub piston ntawm peb nce. Rau qhov tom kawg, kev tso tawm yog nqa tawm, thiab qhov xwm txheej xav tau rau lub tog raj kheej 1 yog rov ua dua thaum cov pa tawm ntawm lub tog raj kheej thib ob tau qhib. Yog li, muaj kev tsis meej pem. Qhov teeb meem no tseem ceeb tshaj plaws ntawm 6- thiab 8-lub tog raj kheej xyaw nrog lub tshuab nqus pa tawm ntawm lub tog raj kheej ntawm 120 thiab 90 °, feem. Hauv cov xwm txheej no, muaj qhov sib tshooj ntev dua ntawm cov pa tawm ntawm ob lub tog raj kheej.

Vim qhov tsis tuaj yeem hloov pauv cov thooj voos kheej kheej, qhov teeb meem no tuaj yeem daws tau los ntawm kev nce lub sijhawm ntawm cov voj voog zoo sib xws los ntawm kev siv lub turbocharger. Nyob rau hauv rooj plaub uas siv ob lub turbines ntawm 6- thiab 8-lub tog raj kheej xyaw, lub tog raj kheej tuaj yeem ua ke los tsav txhua tus ntawm lawv. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, lub ncua sij hawm ntawm zoo xws li cov pa valve xwm txheej yuav ob npaug. Piv txwv li, rau RB26, koj tuaj yeem ua ke lub tog raj kheej 1-3 rau pem hauv ntej turbine thiab 4-6 rau sab nraub qaum. Qhov no tshem tawm cov haujlwm ua tiav ntawm lub tog raj kheej rau ib lub turbine. Yog li ntawd, lub caij nyoog nruab nrab ntawm cov pa tawm valve xwm txheej rauLub tog raj kheej ntawm ib lub turbocharger nce ntawm 120 txog 240 °.

Vim qhov tseeb tias qhov ntxaib scroll turbine muaj qhov sib cais cais tawm, hauv qhov kev nkag siab no nws zoo ib yam li lub kaw lus nrog ob lub turbochargers. Yog li, 4-lub tog raj kheej cav nrog ob lub turbines lossis ntxaib-scroll turbocharger muaj qhov sib txawv ntawm 360 ° ntawm cov xwm txheej. 8-lub tog raj kheej xyaw nrog cov tshuab zoo sib xws muaj qhov sib txawv. Lub sijhawm ntev heev, dhau lub sijhawm ntawm lub valve nqa, tsis suav nrog lawv sib tshooj rau lub tog raj kheej ntawm ib lub turbine.

Txoj kev no, lub cav rub tawm hauv huab cua ntau dua thiab rub tawm cov pa roj uas tseem tshuav ntawm qhov tsis tshua muaj siab, sau cov thooj voos kheej kheej nrog cov denser thiab ntxuav kom huv, ua rau muaj kev sib tsoo ntau dua, uas txhim kho kev ua haujlwm. Tsis tas li ntawd, kev ua haujlwm zoo dua qub thiab kev tu kom zoo dua tso cai rau kev siv lub tshuab hluav taws xob ntau dua kom tswj tau qhov kub ntawm lub tog raj kheej. Ua tsaug rau qhov no, kev ua haujlwm ntawm ntxaib-scroll turbines yog 7-8% siab dua piv rau ib leeg-scroll turbines nrog 5% zoo dua roj efficiency.

Twin-scroll turbochargers muaj qhov nruab nrab lub tog raj kheej siab thiab kev ua haujlwm siab dua, tab sis qis dua lub tog raj kheej siab thiab lub qhov hluav taws xob rov qab siab, piv rau ib leeg-scroll turbochargers, raws li Full-Race. Twin-scroll systems muaj ntau backpressure ntawm qis rpm (txhawb txhawb nqa) thiab tsawg dua ntawm siab rpm (kev txhim kho kev ua haujlwm). Thaum kawg, lub cav nrog xws li lub zog txhawb nqa tsis tshua muaj kev cuam tshuam rau qhov tsis zoo ntawm cov theem davcamshafts.

Kev ua haujlwm

Saum toj no yog txoj haujlwm theoretical ntawm kev ua haujlwm ntawm ntxaib-scroll turbines. Qhov no muab rau hauv kev xyaum yog tsim los ntawm kev ntsuas. Xws li kev sim los ntawm kev sib piv nrog cov ntawv sau ib zaug tau ua los ntawm DSPORT magazine ntawm Project KA 240SX. Nws KA24DET txhim kho txog li 700 hp. Nrog. ntawm lub log ntawm E85. Lub cev muaj zog tau nruab nrog kev cai Wisecraft Fabrication tso tawm manifold thiab Garrett GTX turbocharger. Thaum lub sij hawm kev ntsuam xyuas, tsuas yog lub turbine vaj tse tau hloov ntawm tib tus nqi A / R. Ntxiv nrog rau lub zog thiab lub zog hloov pauv, cov neeg ntsuas ntsuas tau ntsuas lub sijhawm kom ncav cuag qee qhov RPM thiab txhawb nqa lub zog thib peb hauv cov xwm txheej zoo sib xws.

Cov txiaj ntsig tau pom qhov ua tau zoo tshaj plaws ntawm cov twin-scroll turbine thoob plaws txhua qhov rpm. Nws tau pom qhov zoo tshaj plaws hauv lub zog hauv thaj tsam ntawm 3500 txog 6000 rpm. Cov txiaj ntsig zoo tshaj plaws yog vim muaj kev txhawb zog siab dua ntawm tib rpm. Tsis tas li ntawd, ntau lub siab muab ib qho kev nce hauv torque, piv rau cov nyhuv ntawm kev nce lub ntim ntawm lub cav. Nws kuj yog feem ntau pronounced ntawm nruab nrab speeds. Nyob rau hauv acceleration los ntawm 45 mus rau 80 m / h (3100-5600 rpm), twin-scroll turbine outperformed ib tug scroll ib tug los ntawm 0.49 s (2.93 vs. 3.42), uas yuav muab ib tug sib txawv ntawm peb lub cev. Ntawd yog, thaum lub tsheb nrog lub teeb liab-scroll turbocharger nce mus txog 80 mph, qhov sib txawv ntawm ob-scroll yuav mus 3 lub tsheb ntev ua ntej ntawm 95 mph. Nyob rau hauv qhov ceev ntawm 60-100 m / h (4200-7000 rpm), lub superiority ntawm twin-scroll turbinehloov mus rau qhov tsis tshua muaj txiaj ntsig thiab muaj nuj nqis rau 0.23 s (1.75 piv rau 1.98 s) thiab 5 m / h (105 piv rau 100 m / h). Nyob rau hauv cov nqe lus ntawm qhov ceev ntawm ncav cuag ib tug tej yam siab, ib tug ntxaib-scroll turbocharger yog ua ntej ntawm ib tug scroll turbocharger los ntawm txog 0.6 s. Yog li ntawm 30 psi qhov txawv yog 400 rpm (5500 vs 5100 rpm).

Lwm qhov kev sib piv tau tsim los ntawm Full Race Motorsports ntawm 2.3L Ford EcoBoost lub cav nrog BorgWarner EFR turbo. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, lub tso pa tawm tus nqi nyob rau hauv txhua channel yog muab piv los ntawm lub computer simulation. Rau ib tug ntxaib-scroll turbine, qhov kev sib kis ntawm tus nqi no yog mus txog 4%, thaum rau ib tug scroll turbine nws yog 15%. Zoo dua tus nqi sib piv txhais tau tias tsawg sib tov poob thiab ntau zog impulse rau twin-scroll turbochargers.

pros and cons

Twin scroll turbines muaj ntau yam zoo dua ib zaug scroll turbines. Cov no suav nrog:

• nce kev ua tau zoo thoob plaws hauv qhov kev hloov pauv;
• kev teb zoo dua;
• tsawg mix poob;
• nce zog impulse rau lub turbine log;
• boost efficiency;
• ntau hauv qab kawg torque zoo ib yam li ntxaib-turbo system;
• txo qis kom tsawg ntawm cov nqi attenuation thaum valves sib tshooj ntawm lub tog raj kheej;
• txo qis pa cua kub;
• txo qis impulse poob ntawm lub cev muaj zog;
• txo qis kev siv roj.

Qhov tsis zoo tseem ceeb yog qhov nyuaj ntawm kev tsim, ua rau muaj zog ntxivnqe. Tsis tas li ntawd, ntawm kev kub siab ntawm kev kub ceev, kev sib cais ntawm cov roj ntws yuav tsis tso cai rau koj kom tau txais tib lub ncov kev ua tau zoo ib yam li ntawm ib leeg-scroll turbine.

Tus qauv tsim, twin-scroll turbines yog qhov sib piv rau cov tshuab nrog ob lub turbochargers (bi-turbo thiab twin-turbo). Hauv kev sib piv nrog lawv, xws li turbines, ntawm qhov tsis sib xws, muaj qhov zoo ntawm tus nqi thiab kev yooj yim ntawm kev tsim. Qee lub tuam txhab tau txais txiaj ntsig ntawm qhov no, xws li BMW, uas tau hloov lub tshuab ntxaib-turbo ntawm N54B30 1-Series M Coupe nrog twin-scroll turbocharger ntawm N55B30 M2.

Nws yuav tsum tau muab sau tseg tias muaj ntau yam kev tshaj lij kev xaiv rau turbines, sawv cev rau theem siab tshaj plaws ntawm lawv txoj kev loj hlob - turbochargers nrog geometry sib txawv. Feem ntau, lawv muaj qhov zoo ib yam ntawm cov pa turbines li ntxaib-scroll, tab sis mus rau ntau dua. Txawm li cas los xij, xws li turbochargers muaj ntau txoj kev tsim. Tsis tas li ntawd, lawv nyuaj rau kev teeb tsa ntawm cov motors tsis yog tsim los rau cov tshuab zoo li no vim tias lawv raug tswj los ntawm lub cav tswj lub cav. Thaum kawg, qhov tseem ceeb ua rau kev siv tsis zoo ntawm cov turbines ntawm cov roj av xyaw yog tus nqi siab heev ntawm cov qauv rau cov cav no. Yog li ntawd, ob qho tib si hauv kev tsim khoom loj thiab hauv kev sib tw, lawv tsis tshua muaj heev, tab sis lawv tau siv dav hauv cov cav diesel ntawm kev lag luam tsheb.

Ntawm SEMA 2015, BorgWarner tau nthuav tawm tus qauv tsim uas sib txuas cov tshuab ntxaib scroll nrog cov qauv tsim qauv sib txawv, Twin Scroll Variable Geometry Turbine. Hauv nwslub damper yog ntsia rau hauv ob chav inlet, uas, nyob ntawm seb lub load, faib cov ndlwg ntawm cov impellers. Ntawm qhov ceev ceev, tag nrho cov pa pa tawm mus rau ib feem me me ntawm lub rotor, thiab qhov loj yog thaiv, uas muab kev nrawm nrawm dua li qhov sib tw twin-scroll turbine. Raws li kev thauj khoom nce, lub damper maj mam txav mus rau qhov chaw nruab nrab thiab sib npaug faib cov dej ntws ntawm kev kub ceev, xws li hauv tus qauv ntxaib-scroll tsim. Yog li, qhov kev siv tshuab no, xws li kev siv tshuab geometry sib txawv, muab kev hloov pauv ntawm A / R piv nyob ntawm qhov thauj khoom, kho lub turbine rau lub cav ua haujlwm hom, uas nthuav dav kev ua haujlwm ntau. Nyob rau tib lub sijhawm, kev xav txog kev tsim qauv yog qhov yooj yim dua thiab pheej yig dua, vim tsuas yog ib qho kev txav mus los tsuas yog siv ntawm no, ua haujlwm raws li qhov yooj yim algorithm, thiab kev siv cov khoom siv hluav taws xob tsis tas yuav tsum muaj. Nws yuav tsum tau muab sau tseg tias cov kev daws teeb meem zoo sib xws tau ntsib ua ntej (piv txwv li, ceev spool valve), tab sis rau qee yam vim li cas cov cuab yeej no tsis tau txais koob meej.

Daim ntawv thov

Raws li tau sau tseg saum toj no, ntxaib-scroll turbines feem ntau siv rau cov tsheb ua kis las loj. Txawm li cas los xij, thaum kho, lawv siv ntau lub cev muaj zog nrog ib leeg-scroll systems yog hampered los ntawm qhov chaw txwv. Qhov no feem ntau yog vim qhov tsim ntawm lub taub hau: ntawm qhov sib npaug ntawm qhov ntev, qhov kev lees txais radial khoov thiab cov yam ntxwv ntws yuav tsum tau khaws cia. Tsis tas li ntawd, muaj lus nug txog qhov zoo tshaj plaws ntev thiab khoov, nrog rau cov khoom thiab phab ntsa thickness. Raws li Full-Race, vim muaj kev ua haujlwm zoo duantxaib-scroll turbines, nws yog ib qho ua tau los siv cov kab ntawm ib txoj kab me me. Txawm li cas los xij, vim lawv cov duab nyuaj thiab ob chav inlet, xws li cov khoom siv yog nyob rau hauv txhua rooj plaub loj, hnyav dua thiab nyuaj dua li niaj zaus vim muaj ntau qhov chaw. Yog li ntawd, nws yuav tsis haum nyob rau hauv ib tug qauv qhov chaw, vim hais tias nws yuav tsum tau hloov lub crankcase. Tsis tas li ntawd, ntxaib-scroll turbines lawv tus kheej yog loj dua li ib leeg-scroll sawv daws yuav. Tsis tas li ntawd, lwm yam appipe thiab roj twj yuav xav tau. Tsis tas li ntawd, ob qhov khib nyiab (ib qho rau ib lub impeller) yog siv los hloov Y-pipe rau kev ua tau zoo dua nrog cov khib nyiab sab nraud rau ntxaib scroll systems.

Txawm li cas los xij, nws muaj peev xwm los nruab ib lub cav ntxaib-scroll rau ntawm VAZ, thiab hloov nws nrog Porsche ib leeg-scroll turbocharger. Qhov sib txawv nyob ntawm tus nqi thiab kev ua haujlwm ntawm kev npaj lub cav: yog tias nyob rau hauv serial turbo xyaw, yog tias muaj qhov chaw, nws yog feem ntau txaus los hloov cov pa manifold thiab qee qhov chaw thiab hloov kho, tom qab ntawd lub tshuab nqus tsev xav tau ntau ntxiv. kev cuam tshuam loj rau turbocharging. Txawm li cas los xij, nyob rau hauv rooj plaub thib ob, qhov sib txawv ntawm kev teeb tsa tsis yooj yim (tab sis tsis yog tus nqi) ntawm ntxaib-scroll thiab ib-scroll systems yog qhov tsis tseem ceeb.

Cov Lus Qhia

Twin-scroll turbines muab kev ua haujlwm zoo dua, kev ua haujlwm thiab kev ua haujlwm zoo dua li ib qho kev sib tw turbines los ntawm kev faib cov pa roj rau ob lub turbine log thiab tshem tawm kev cuam tshuam lub tog raj kheej. Txawm li cas loslub tsev xws li ib tug system yuav kim heev. Tag nrho hauv tag nrho, qhov no yog qhov kev daws teeb meem zoo tshaj plaws los ua kom muaj kev ua haujlwm yam tsis muaj kev ua haujlwm siab tshaj plaws rau turbo xyaw.