Twincharger

This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these messages) This article includes a list of general references, but it lacks sufficient corresponding inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (September 2023) (Learn how and when to remove this message) This article relies largely or entirely on a single source. Relevant discussion may be found on the talk page. Please help improve this article by introducing citations to additional sources. Find sources: "Twincharger" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (September 2023) This article possibly contains original research. Please improve it by verifying the claims made and adding inline citations. Statements consisting only of original research should be removed. (September 2023) (Learn how and when to remove this message) This article is missing information about aeronautic twincharger systems. Please expand the article to include this information. Further details may exist on the talk page. (December 2022) (Learn how and when to remove this message)

Twincharger относится к сложной системе принудительной индукции , используемой в некоторых двигателях внутреннего сгорания . Это комбинация турбокомпрессора с приводом от выхлопных газов и нагнетателя с механическим приводом , каждый из которых смягчает недостатки другого.

Под двойным наддувом понимается не двухтурбинная компоновка, а установка, в которой используются два разных типа компрессоров (вместо только турбокомпрессоров или нагнетателей).

Механически управляемый нагнетатель обеспечивает исключительную реакцию и производительность на низких оборотах , поскольку он не полагается на наддув выпускного коллектора (предполагая, что это конструкция с положительным смещением , такая как тип Рутса или двухвинтовой , в отличие от центробежного нагнетателя, который не обеспечивает существенного наддува в нижнем диапазоне оборотов), но менее эффективен, чем турбонагнетатель из-за увеличенной паразитной нагрузки . Турбокомпрессор, рассчитанный на перемещение большого объема воздуха, имеет тенденцию медленно реагировать на нажатие педали газа, в то время как меньший, более отзывчивый турбонагнетатель может не обеспечивать достаточного давления наддува в верхнем диапазоне оборотов двигателя.

Неприемлемое время задержки, присущее большому турбокомпрессору, эффективно нейтрализуется при сочетании с нагнетателем, который имеет тенденцию создавать значительное давление наддува гораздо быстрее в ответ на нажатие педали газа, конечным результатом чего является диапазон мощности без задержек с высоким крутящим моментом на низких оборотах двигателя и повышенной мощностью на верхнем пределе. Поэтому двойной наддув желателен для двигателей с малым рабочим объемом (таких как 1.4TSI от VW ), особенно с большим рабочим диапазоном оборотов, поскольку они могут использовать преимущество искусственно широкого диапазона крутящего момента в большом диапазоне скоростей.

Система двойного нагнетания объединяет нагнетатель и турбонагнетатель в комплементарном расположении, с намерением, чтобы преимущество одного компрессора компенсировало недостаток другого. Существует два распространенных типа систем двойного нагнетания: последовательные и параллельные.

Последовательное расположение, более распространенное расположение двойных нагнетателей, настроено таким образом, что выход одного компрессора питает вход другого. Нагнетатель соединен с турбонагнетателем среднего или большого размера. Нагнетатель обеспечивает почти мгновенное давление в коллекторе (устраняя турбозадержку , которая в противном случае возникла бы, если бы турбонагнетатель не достиг своей рабочей скорости). После того, как турбонагнетатель достиг рабочей скорости, нагнетатель может либо продолжить подачу сжатого воздуха на вход турбонагнетателя (обеспечивая повышенное давление на впуске), либо его можно обойти и/или механически отсоединить от трансмиссии через электромагнитную муфту и перепускной клапан, что повышает эффективность индукции.

Существуют и другие конфигурации серии, в которых не используется система байпаса, а оба компрессора работают непрерывно. В результате всегда создается комбинированный наддув, поскольку отношения давлений двух компрессоров умножаются, а не складываются. Другими словами, если турбокомпрессор, который сам по себе производит 10 фунтов на квадратный дюйм (0,7 бар), подает воздух в нагнетатель, который сам по себе производит 10 фунтов на квадратный дюйм, то результирующее давление в коллекторе составит 27 фунтов на квадратный дюйм (1,9 бар), а не 20 фунтов на квадратный дюйм (1,4 бар). Такая форма последовательного двойного наддува позволяет производить давления наддува, которые в противном случае были бы неэффективны или недостижимы при других компоновках компрессоров.

Однако эффективность турбонагнетателя и нагнетателя не умножается. Например, если турбонагнетатель с эффективностью 70% подается в нагнетатель Рутса с эффективностью 60%, общая эффективность сжатия будет где-то посередине. Чтобы рассчитать эту эффективность, необходимо рассчитать эффективность двух ступеней, сначала рассчитав условия давления и температуры на выходе первой ступени и исходя из них рассчитать вторую ступень. Следуя предыдущему примеру, для первой ступени турбонагнетателя с эффективностью 70% температура достигнет 88,5 °C (191,3 °F) после первой ступени, затем войдет в нагнетатель с эффективностью 60% и выйдет при температуре 186,5 °C (367,7 °F), что даст общую эффективность 62%. Большой турбокомпрессор, который сам по себе производит 27 фунтов на квадратный дюйм (1,9 бар) с тепловым КПД около 70%, будет производить воздух температурой всего 166 °C (331 °F). Кроме того, стоимость энергии для сжатия воздуха с помощью нагнетателя выше, чем у турбокомпрессора; если нагнетатель не сжимает воздух, остаются только небольшие паразитные потери вращения рабочих частей нагнетателя. Эти оставшиеся потери можно устранить, отсоединив нагнетатель дополнительно с помощью электромагнитной муфты (например, той, которая используется в VW 1.4TSI или Toyota 4A-GZE для обхода нагнетателя в условиях низкой нагрузки).

При последовательном двойном наддуве турбокомпрессор может быть менее дорогим и более долговечным вариантом подшипника скольжения , а жертва в реакции наддува более чем компенсируется мгновенной природой нагнетателей с положительным смещением. Хотя вес и стоимость узла нагнетателя всегда являются фактором, неэффективность нагнетателя сводится к минимуму, как только турбокомпрессор достигает рабочей скорости, а нагнетатель эффективно отключается перепускным клапаном.

Параллельные компоновки обычно требуют использования перепускного или распределительного клапана, чтобы один или оба компрессора могли оптимально питать двигатель. Если бы клапан не использовался, а оба компрессора были бы просто направлены непосредственно на впускной коллектор, нагнетатель продувал бы воздух обратно через компрессор турбонагнетателя, а не создавал бы давление во впускном коллекторе, поскольку это был бы путь наименьшего сопротивления. Таким образом, распределительный клапан должен использоваться для выпуска воздуха из турбонагнетателя до тех пор, пока не будет достигнуто соответствующее давление во впускном коллекторе.

Главным недостатком двойного наддува является сложность и дороговизна компонентов. Обычно, чтобы обеспечить приемлемый отклик, плавность подачи мощности и адекватный прирост мощности по сравнению с однокомпрессорной системой, необходимо использовать дорогостоящие электронные и/или механические средства управления. В двигателе с искровым зажиганием также необходимо использовать низкую степень сжатия, если нагнетатель обеспечивает высокий уровень наддува, что сводит на нет некоторые преимущества эффективности двигателя с меньшим рабочим объемом.

Концепция двойного наддува была впервые использована Lancia в 1985 году в раллийном автомобиле Lancia Delta S4 Group B и его дорожном аналоге Delta S4 Stradale. Идея была также успешно адаптирована для серийных дорожных автомобилей Nissan с их March Super Turbo . ^[1] Кроме того, несколько компаний выпустили комплекты двойного наддува 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 во многих автомобилях VW Group , в котором используются как турбонагнетатель, так и нагнетатель, и который доступен в восьми вариантах мощности:

Volvo производит рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 1969 куб. см с двойным наддувом, который используется в моделях T6, T8 и Polestar. T8 дополняет T6 задним электродвигателем.

Jaguar Land Rover выпускает рядный шестицилиндровый двигатель объемом 3,0 л с двойным наддувом.

Датский суперкар Zenvo ST1 использует как турбонаддув, так и наддув в своем 7,0-литровом двигателе V8.

Системы антизадержки работают одним из двух способов: используя очень богатое соотношение воздуха и топлива и закачивая воздух в выхлопную систему для воспламенения несгоревшего топлива в выпускном коллекторе, или сильно замедляя момент зажигания, чтобы сгорание продолжалось и после открытия выпускного клапана. Оба метода включают сгорание в выпускном коллекторе для поддержания вращения турбокомпрессора, и выделяющееся при этом тепло значительно сократит срок службы турбины. Поэтому, несмотря на сложность двойного наддува, его самым большим преимуществом по сравнению с системами антизадержки в гоночных автомобилях является надежность.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией обеспечивает улучшенный отклик при различных оборотах двигателя. Благодаря электронно-управляемому изменяемому углу атаки турбина может быстро достигать хорошей рабочей скорости или на более низких оборотах двигателя без существенного снижения ее полезности на более высоких оборотах двигателя.

Конструкция турбокомпрессора с двойной прокруткой использует две отдельные камеры для лучшего использования энергии от чередующихся импульсов выхлопных газов. Сопла камер также могут быть разных размеров для лучшего баланса отклика на низких оборотах и ​​выходной мощности на высоких оборотах.

Системы последовательного турбонаддува используют турбонагнетатели разного размера для уменьшения турбоямы без ущерба для конечной мощности наддува и мощности двигателя.

Закись азота (N ₂ O) смешивается с поступающим воздухом, выступая в качестве окислителя для сжигания большего количества топлива для дополнительной мощности, когда турбокомпрессор не вращается быстро. Это также производит больше выхлопных газов, так что турбокомпрессор быстрее достигает рабочей скорости, обеспечивая больше кислорода для сгорания, и поток N ₂ O соответственно уменьшается. Расходы как самой системы, так и потребляемого N ₂ O могут быть значительными.

Для увеличения мощности двигателя и для расширения других преимуществ принудительной индукции к системе впуска как бензиновых, так и дизельных двигателей внутреннего сгорания может быть добавлена ​​система впрыска воды .

• http://www.greencarcongress.com/2005/08/inside_vws_new_.html Архивировано 17 декабря 2006 г. на Wayback Machine