Как работи 4-цилиндров двигател с единичен турбокомпресор с двойно превъртане?

4-цилиндровият Близнак-Превъртане Единичен Турбо е система за турбокомпресор, която комбинира технологията близнак-свитък с дизайн с една турбина за подобряване 

бързината на реакция и ефективността на двигателя. Ето подробно обяснение стъпка по стъпка как работи: 1. Основна структура: Компоненти на турбокомпресора

• Турбина: Задвижвана от отработените газове на двигателя.

• Компресор: Задвижван от турбината, сгъстеният въздух се подава към цилиндъра.

• Близнак-Превъртане: Входът на турбината е разделен на два независими спираловидни отвора, които са свързани с изпускателни колектори на различни цилиндри.

2. Характеристики на изпускателната система на четирицилиндрови двигатели

• Ред на запалване: Четирицилиндровите двигатели обикновено се запалват в ред 1-3-4-2, като изпускателната тръба на съседните цилиндри е разположена на 180° един от друг.

• Интерференция на импулсите на отработените газове: Ако всички отработени газове на цилиндрите попаднат в една и съща тръба, вълните от налягането на отработените газове на съседните цилиндри ще се интерферират взаимно, 

което води до намалена ефективност на турбината (наричана дддхххх смущения от импулса на изпускателната системадддххх).

3. Дизайн на разделяне на потока при двойно спиралиране

• Групово свързване на цилиндри: две спирали свързват съответно две групи цилиндри (например: цилиндър 1+4 е една група, цилиндър 2+3 е друга група).

• Изолиране на импулсите от отработените газове: отработените газове от всяка група цилиндри влизат в независима спирала, за да се избегне взаимното неутрализиране на вълните от налягането на отработените газове, 

осигурявайки ефективно прехвърляне на енергията на отработените газове към турбината.

4. Ефективно използване на енергията на отработените газове • Ефект на импулсно турбокомпресорно пълнене:

◦ Двойният спирален вентил разделя изпускателните импулси с големи интервали (например, интервалът на изпускане на четирицилиндров двигател е 180°), 

позволявайки на турбината непрекъснато да получава отработени газове с висока кинетична енергия.

◦ В сравнение с единичния спирален компресор, двойният спирален компресор може да поддържа по-висока скорост на изпускателната система при ниски скорости, намалявайки турбо забавянето.

5. Предимства на единична турбина

• Опростена структура: единичната турбина е по-лека и по-евтина от системата с две турбини.

• Широко покритие на скоростта: чрез оптимизация с двойно превъртане, една турбина може да постигне бърза реакция при ниски скорости, като същевременно поддържа голямо увеличение на дебита при високи скорости.

6. Пример за работен процес (на пример с четирицилиндров двигател)

1. Етап на изпускане на отработените газове:

◦ Цилиндър 1 завършва работа и високотемпературните отработени газове се втурват към турбината през първия спирален вал.

◦ След завъртане на коляновия вал на 180°, цилиндър 4 изпуска газове и задвижва турбината през същата спирала.

◦ Изпускателната система на цилиндри 2 и 3 задвижва последователно другата страна на турбината през втората спирала.

2. Задвижване на турбината:

◦ Два комплекта редуващи се изпускателни импулси карат скоростта на турбината да се увеличава по-бързо, особено при ниски скорости, което значително намалява хистерезиса.

3. Увеличаване на всмукателния поток:

◦ Турбината задвижва компресора, който подава сгъстен въздух в интеркулера, а след това го подава в цилиндъра след охлаждане, подобрявайки ефективността на горенето.

7. Предимства в производителността

• Подобряване на въртящия момент при ниски обороти: Дизайнът с двойно спиране позволява на турбината да работи ефективно при 1500-3000 об/мин на двигателя, подобрявайки ниския въртящ момент.

• Намалено турбо закъснение: Изолирането на импулсите на изгорелите газове прави скоростта на реакция на турбокомпресора близка до тази на компресор.

• Икономия на гориво: подобряване на ефективността на горенето, като същевременно се спазват разпоредбите за емисиите (като например намаляване на богатото горене преди намеса на турбокомпресора).

8. Типични сценарии на приложение

• Мощни автомобили за домакински нужди: като например БМВ с двигател N20, Фолксваген EA888 Поколение 3 и др., балансират мощността и цената.

• Баланс между икономичност и спортен дух: подходящ за модели, които изискват линейна мощност и ценят горивната ефективност.

Резюме Четирицилиндровият двигател с единичен турбокомпресор с двоен спирален механизъм постига скорост на реакция, близка до тази на двойно турбо в структура с единичен турбокомпресор 

чрез отклоняване на импулсите от отработените газове и оптимизиране на използването на енергията на отработените газове, като същевременно се вземат предвид лекото тегло и ниската цена. 

Този дизайн е класическо решение за балансиране на производителност и практичност в съвременната технология за турбокомпресор.