트윈 터보 시스템
디젤 엔진에 기본적으로 터빈이 장착되어 있다면 가솔린 엔진은 터보 차저없이 쉽게 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 현대 자동차 산업에서 자동차 용 터보 차저는 더 이상 이국적인 것으로 간주되지 않습니다 (어떤 종류의 메커니즘이고 작동 방식에 대해 자세히 설명합니다. 다른 기사에서).
일부 신차 모델에 대한 설명에서 비 터보 또는 트윈 터보와 같은 것이 언급됩니다. 어떤 종류의 시스템인지, 어떻게 작동하는지, 압축기를 어떻게 연결할 수 있는지 생각해 봅시다. 리뷰가 끝나면 트윈 터보의 장단점에 대해 논의 할 것입니다.
트윈 터보 란?
용어부터 시작하겠습니다. 바이 터보라는 문구는 항상 첫 번째로 이것이 터보 차저 유형의 엔진이고 두 번째로 실린더에 강제 공기 분사 방식이 두 개의 터빈을 포함한다는 것을 의미합니다. 바이터보와 트윈 터보의 차이점은 첫 번째 경우에는 두 개의 다른 터빈이 사용되고 두 번째 경우에는 동일하다는 것입니다. 왜 - 우리는 그것을 조금 나중에 알아낼 것입니다.
경주에서 우위를 차지하려는 열망으로 인해 자동차 제조업체는 설계에 과감한 개입없이 표준 내연 기관의 성능을 개선 할 방법을 모색했습니다. 그리고 가장 효과적인 해결책은 더 많은 양이 실린더에 들어가고 장치의 효율성이 증가하는 추가 공기 송풍기를 도입하는 것입니다.
일생에 적어도 한 번은 터빈 엔진으로 자동차를 운전 한 사람들은 엔진이 특정 속도까지 회전 할 때까지 그러한 자동차의 역학이 느리다는 것을 알아 차 렸습니다. 그러나 터보가 작동하기 시작하면 아산화 질소가 실린더에 들어간 것처럼 엔진의 응답 성이 증가합니다.
이러한 설치의 관성으로 인해 엔지니어는 터빈의 또 다른 수정을 생각하게되었습니다. 처음에 이러한 메커니즘의 목적은 흡입 시스템의 효율성에 영향을 미치는 부정적인 영향을 정확하게 제거하는 것이 었습니다 (자세히 알아보기 다른 리뷰에서).
시간이 지남에 따라 내연 기관의 성능을 높이는 동시에 연료 소비를 줄이기 위해 터보 차징이 사용되기 시작했습니다. 설치를 통해 토크 범위를 확장 할 수 있습니다. 클래식 터빈은 공기 흐름의 속도를 높입니다. 이로 인해 흡입 된 것보다 더 많은 양이 실린더에 들어가고 연료의 양은 변하지 않습니다.
이 프로세스로 인해 압축이 증가하며 이는 모터 전력에 영향을 미치는 주요 매개 변수 중 하나입니다 (측정 방법은 여기에). 시간이 지남에 따라 자동차 튜닝 애호가들은 더 이상 공장 장비에 만족하지 않았기 때문에 스포츠카 현대화 회사는 실린더에 공기를 주입하는 다른 메커니즘을 사용하기 시작했습니다. 추가 가압 시스템의 도입 덕분에 전문가들은 모터의 잠재력을 확장 할 수있었습니다.
모터 용 터보의 추가 진화로 트윈 터보 시스템이 등장했습니다. 클래식 터빈에 비해이 설치를 통해 내연 기관에서 더 많은 전력을 제거 할 수 있으며 자동 튜닝 애호가에게는 차량 업그레이드를위한 추가 잠재력을 제공합니다.
트윈 터보는 어떻게 작동합니까?
기존의 자연 흡기 엔진은 흡입관의 피스톤에 의해 생성 된 진공을 통해 신선한 공기를 흡입하는 원리로 작동합니다. 흐름이 경로를 따라 이동함에 따라 소량의 가솔린이 유입되고 (가솔린 내연 기관의 경우) 기화기 자동차이거나 인젝터 작동으로 인해 연료가 분사되는 경우 (자세히 알아보기 강제 연료 공급 유형).
이러한 모터의 압축은 커넥팅로드, 실린더 볼륨 등의 매개 변수에 직접적으로 의존합니다. 기존 터빈의 경우 배기 가스의 흐름에 따라 임펠러가 실린더로 들어가는 공기를 증가시킵니다. 이것은 공기-연료 혼합물의 연소 중에 더 많은 에너지가 방출되고 토크가 증가하기 때문에 엔진의 효율성을 증가시킵니다.
트윈 터보는 비슷한 방식으로 작동합니다. 이 시스템에서만 터빈 임펠러가 회전하는 동안 모터의 "고려함"이 제거됩니다. 이는 추가 메커니즘을 설치하여 수행됩니다. 소형 압축기는 터빈의 가속을 가속화합니다. 운전자가 가속 페달을 밟으면 엔진이 운전자의 행동에 거의 즉각적으로 반응하기 때문에 그러한 자동차는 더 빨리 가속됩니다.
이 시스템의 두 번째 메커니즘은 다른 설계 및 작동 원리를 가질 수 있습니다. 더 발전된 버전에서는 더 작은 터빈이 더 낮은 배기 가스 흐름으로 회전되어 저속에서 유입 흐름이 증가하고 내연 기관을 한계까지 회전 할 필요가 없습니다.
이러한 시스템은 다음 구성표에 따라 작동합니다. 엔진이 시동되면 차량이 정지되어있는 동안 장치는 공회전 속도로 작동합니다. 흡입관에서는 실린더의 진공으로 인해 신선한 공기의 자연스러운 움직임이 형성됩니다. 이 프로세스는 낮은 rpm에서 회전을 시작하는 소형 터빈에 의해 촉진됩니다. 이 요소는 견인력을 약간 증가시킵니다.
크랭크 샤프트 rpm이 상승하면 배기 가스가 더 강해집니다. 이때 더 작은 과급기가 더 많이 회전하고 과도한 배기 가스 흐름이 본체에 영향을 미치기 시작합니다. 임펠러의 속도가 증가하면 더 큰 추력으로 인해 증가 된 공기량이 흡입관으로 들어갑니다.
듀얼 부스트는 클래식 디젤에 존재하는 가혹한 동력 변화를 제거합니다. 내연 기관의 중간 속도에서 대형 터빈이 방금 회전하기 시작하면 소형 과급기가 최대 속도에 도달합니다. 더 많은 공기가 실린더에 들어가면 배기 압력이 증가하여 메인 과급기를 구동합니다. 이 모드는 최대 엔진 속도의 토크와 터빈 포함 사이의 눈에 띄는 차이를 제거합니다.
내연 기관이 최대 속도에 도달하면 압축기도 한계 수준에 도달합니다. 듀얼 부스트 설계는 대형 과급기를 포함하여 작은 부품이 과부하로 인한 과부하를 방지하도록 설계되었습니다.
이중 자동차 압축기는 기존의 과급으로 달성 할 수없는 흡기 시스템에 압력을 전달합니다. 클래식 터빈이 장착 된 엔진에는 항상 터보 지연이 있습니다 (최대 속도에 도달하고 터빈을 켤 때 전원 장치의 출력에 눈에 띄는 차이). 더 작은 압축기를 연결하면이 효과가 제거되어 부드러운 모터 역학을 제공합니다.
트윈 터보 차징에서 토크와 파워 (이 개념의 차이점에 대해 읽어보십시오. 다른 기사에서)의 파워 유닛은 하나의 과급기가있는 유사한 모터보다 더 넓은 rpm 범위에서 발전합니다.
두 개의 터보 차저가있는 과급 방식의 유형
따라서 터보 차저의 작동 이론은 엔진 자체의 설계를 변경하지 않고 동력 장치의 출력을 안전하게 증가시키는 실용성을 입증했습니다. 이러한 이유로 여러 회사의 엔지니어가 세 가지 효과적인 트윈 터보 유형을 개발했습니다. 각 유형의 시스템은 고유 한 방식으로 배열되며 작동 원리가 약간 다릅니다.
오늘날 다음과 같은 유형의 이중 터보 차징 시스템이 자동차에 설치됩니다.
- 평행;
- 일관된;
- 밟았다.
각 유형은 송풍기의 연결 다이어그램, 크기, 각각이 작동하는 순간 및 가압 프로세스의 특성이 다릅니다. 각 유형의 시스템을 개별적으로 고려해 봅시다.
병렬 터빈 연결 다이어그램
대부분의 경우 병렬 유형의 터보 차징은 V 자형 실린더 블록 디자인의 엔진에 사용됩니다. 이러한 시스템의 장치는 다음과 같습니다. 각 실린더 섹션에 하나의 터빈이 필요합니다. 치수가 같고 서로 평행합니다.
배기 가스는 배기로에 고르게 분포되어 각 터보 차저로 동일한 양으로 이동합니다. 이러한 메커니즘은 하나의 터빈이있는 인라인 엔진의 경우와 동일한 방식으로 작동합니다. 유일한 차이점은 이러한 유형의 비 터보에는 두 개의 동일한 송풍기가 있지만 각 송풍기의 공기는 섹션에 분산되지 않고 지속적으로 흡입 시스템의 공통 관로로 주입된다는 것입니다.
이러한 계획을 인라인 전원 장치의 단일 터빈 시스템과 비교하면이 경우 트윈 터보 설계는 두 개의 작은 터빈으로 구성됩니다. 이것은 임펠러를 회전시키는 데 적은 에너지를 필요로합니다. 이러한 이유로 과급기는 하나의 대형 터빈보다 낮은 속도로 연결됩니다 (관성이 적음).
이 배열은 하나의 과급기가있는 기존의 내연 기관에서 발생하는 이러한 급격한 터보 지연의 형성을 제거합니다.
순차적 포함
시리즈 Biturbo 유형은 또한 두 개의 동일한 송풍기 설치를 제공합니다. 그들의 일만 다릅니다. 이러한 시스템의 첫 번째 메커니즘은 영구적으로 작동합니다. 두 번째 장치는 특정 엔진 작동 모드에서만 연결됩니다 (부하가 증가하거나 크랭크 샤프트 속도가 상승하는 경우).
이러한 시스템의 제어는 통과하는 흐름의 압력에 반응하는 전자 장치 또는 밸브에 의해 제공됩니다. 프로그램 된 알고리즘에 따라 ECU는 두 번째 압축기를 연결할 순간을 결정합니다. 구동 장치는 개별 엔진을 켜지 않고 제공됩니다 (메커니즘은 여전히 배기 가스 흐름의 압력에서만 작동합니다). 제어 장치는 배기 가스의 이동을 제어하는 시스템의 액추에이터를 활성화합니다. 이를 위해 전기 밸브가 사용되며 (더 간단한 시스템에서는 흐르는 흐름의 물리적 힘에 반응하는 일반 밸브), 두 번째 송풍기에 대한 개폐 액세스가 가능합니다.
제어 장치가 두 번째 기어의 임펠러에 대한 액세스를 완전히 열면 두 장치가 병렬로 작동합니다. 이러한 이유로 이러한 수정을 직렬 병렬이라고도합니다. 두 송풍기의 작동은 공급 임펠러가 하나의 입구 경로에 연결되어 있기 때문에 들어오는 공기의 더 큰 압력을 배열 할 수 있습니다.
이 경우 기존 시스템보다 더 작은 압축기도 설치됩니다. 이것은 또한 터보 지연 효과를 줄이고 낮은 엔진 속도에서 최대 토크를 사용할 수있게합니다.
이러한 종류의 바이 터보는 디젤 및 가솔린 동력 장치에 모두 설치됩니다. 시스템 설계를 통해 서로 직렬로 연결된 2011개가 아니라 XNUMX개의 압축기를 설치할 수 있습니다. 이러한 수정의 예는 XNUMX년에 발표된 BMW(트리플 터보)의 개발입니다.
단계 계획
단계적 트윈 스크롤 시스템은 가장 발전된 유형의 트윈 터보차저로 간주됩니다. 2004년부터 존재했음에도 불구하고 XNUMX단계 과급 방식은 기술적으로 가장 효율성이 입증되었습니다. 이 트윈 터보는 오펠에서 개발한 일부 유형의 디젤 엔진에 설치됩니다. Borg Wagner Turbo Sistems의 계단식 과급기는 일부 BMW 및 Cummins 내연 기관에 장착됩니다.
터보 차저 구성은 두 개의 서로 다른 크기의 수퍼 차저로 구성됩니다. 순차적으로 설치됩니다. 배기 가스의 흐름은 전기 밸브에 의해 제어되며 작동은 전자적으로 제어됩니다 (압력에 의해 구동되는 기계식 밸브도 있습니다). 또한 시스템에는 배출 흐름의 방향을 변경하는 밸브가 장착되어 있습니다. 이렇게하면 두 번째 터빈을 활성화하고 첫 번째 터빈을 끌 수 있으므로 실패하지 않습니다.
이 시스템에는 다음과 같은 작동 원리가 있습니다. 바이 패스 밸브가 배기 매니 폴드에 설치되어 메인 터빈으로가는 호스에서 흐름을 차단합니다. 엔진이 낮은 rpm에서 작동하면이 분기가 닫힙니다. 결과적으로 배기 가스는 작은 터빈을 통과합니다. 최소 관성으로 인해이 메커니즘은 낮은 ICE 부하에서도 추가 공기량을 제공합니다.
그런 다음 흐름은 주 터빈 임펠러를 통해 이동합니다. 모터가 중간 속도에 도달 할 때까지 블레이드가 더 높은 압력에서 회전하기 시작하므로 두 번째 메커니즘은 움직이지 않습니다.
흡입관에는 바이 패스 밸브도 있습니다. 저속에서는 닫히고 공기 흐름은 사실상 주입없이 진행됩니다. 운전자가 엔진을 올리면 소형 터빈이 더 세게 회전하여 흡입관의 압력이 증가합니다. 이것은 차례로 배기 가스의 압력을 증가시킵니다. 배기 라인의 압력이 강해짐에 따라 웨이스트 게이트가 약간 열리므로 소형 터빈이 계속 회전하고 일부 흐름은 대형 송풍기로 향합니다.
점차적으로 대형 송풍기가 회전하기 시작합니다. 크랭크 샤프트 속도가 증가함에 따라이 프로세스가 강화되어 밸브가 더 많이 열리고 압축기가 더 많이 회전합니다.
내연 기관이 중속에 도달하면 소형 터빈이 이미 최대로 작동하고 있으며 주 과급기가 방금 회전을 시작했지만 최대에 도달하지 않았습니다. 첫 번째 단계의 작동 중에 배기 가스는 작은 메커니즘의 임펠러를 통과하고 (날개가 흡기 시스템에서 회전하는 동안) 메인 압축기의 블레이드를 통해 촉매로 제거됩니다. 이 단계에서 공기는 대형 압축기의 임펠러를 통해 흡입되어 회전하는 소형 기어를 통과합니다.
첫 번째 단계가 끝나면 웨이스트 게이트가 완전히 열리고 배기 흐름이 이미 메인 부스트 임펠러로 완전히 향합니다. 이 메커니즘은 더 강하게 회전합니다. 바이 패스 시스템은이 단계에서 소형 송풍기가 완전히 비활성화되도록 설정됩니다. 그 이유는 대형 터빈의 중간 및 최대 속도에 도달하면 첫 번째 단계에서 단순히 실린더에 제대로 들어가는 것을 방해하는 강력한 헤드를 생성하기 때문입니다.
가압의 두 번째 단계에서 배기 가스는 작은 임펠러를 통과하고 들어오는 흐름은 작은 메커니즘을 중심으로 실린더로 직접 전달됩니다. 이 시스템 덕분에 자동차 제조업체는 최대 크랭크 샤프트 속도에 도달 할 때 최소 rpm에서 높은 토크와 최대 출력 사이의 큰 차이를 제거 할 수있었습니다. 이 효과는 기존의 슈퍼 차저 디젤 엔진의 지속적인 동반자였습니다.
듀얼 터보 차징의 장단점
Biturbo는 저전력 엔진에 거의 설치되지 않습니다. 기본적으로 이것은 강력한 기계에 의존하는 장비입니다. 이 경우에만 이미 더 낮은 회전 수에서 최적의 토크 표시기를 사용할 수 있습니다. 또한 내연 기관의 작은 치수는 동력 장치의 출력을 높이는 데 장애물이 아닙니다. 트윈 터보 차징 덕분에 동일한 출력을 생성하는 자연 흡기 대응 제품에 비해 적절한 연비가 달성됩니다.
한편으로 주요 프로세스를 안정화하거나 효율성을 높이는 장비의 이점이 있습니다. 그러나 반면에 이러한 메커니즘에는 추가적인 단점이 없습니다. 트윈 터보 차징도 예외는 아닙니다. 이러한 시스템에는 긍정적 인 측면뿐만 아니라 일부 운전자가 그러한 자동차를 구입하는 것을 거부하는 심각한 단점도 있습니다.
먼저 시스템의 장점을 고려하십시오.
- 이 시스템의 가장 큰 장점은 기존 터빈이 장착 된 모든 내연 기관에서 일반적으로 나타나는 터보 지연이 제거된다는 것입니다.
- 엔진은 더 쉽게 파워 모드로 전환됩니다.
- 흡기 시스템의 기압을 높이면 대부분의 뉴턴이 더 넓은 엔진 속도 범위에서 사용 가능하기 때문에 최대 토크와 출력 사이의 차이가 크게 감소합니다.
- 최대 출력을 달성하는 데 필요한 연료 소비를 줄입니다.
- 더 낮은 엔진 속도에서 자동차의 추가 역학을 사용할 수 있기 때문에 운전자가 너무 많이 회전 할 필요가 없습니다.
- 내연 기관의 부하를 줄임으로써 윤활유의 마모가 감소하고 냉각 시스템이 증가 모드에서 작동하지 않습니다.
- 배기 가스는 단순히 대기로 배출되는 것이 아니라이 공정의 에너지가 유익하게 사용됩니다.
이제 트윈 터보의 주요 단점에 주목 해 보겠습니다.
- 가장 큰 단점은 흡기 및 배기 시스템 설계의 복잡성입니다. 이것은 특히 새로운 시스템 수정에 해당됩니다.
- 동일한 요소가 시스템의 비용 및 유지 관리에 영향을 미칩니다. 메커니즘이 복잡할수록 수리 및 조정 비용이 더 많이 듭니다.
- 또 다른 단점은 시스템 설계의 복잡성과 관련이 있습니다. 많은 수의 추가 부품으로 구성되어 있기 때문에 파손이 발생할 수있는 노드도 더 많습니다.
별도로 터보 차저 기계가 작동되는 지역의 기후에 대해 언급해야합니다. 과급기의 임펠러는 때때로 10rpm 이상 회전하므로 고품질 윤활이 필요합니다. 자동차를 밤새 방치하면 그리스가 기름 통으로 들어가기 때문에 터빈을 포함한 장치의 대부분의 부품이 건조 해집니다.
아침에 엔진을 시동하고 예비 예열없이 적절한 부하로 작동하면 과급기를 죽일 수 있습니다. 그 이유는 건식 마찰이 마찰 부품의 마모를 가속화하기 때문입니다. 이 문제를 해결하려면 엔진을 높은 회전 수로 만들기 전에 오일이 전체 시스템을 통해 펌핑되어 가장 먼 노드에 도달하는 동안 잠시 기다려야합니다.
여름에는 이것에 많은 시간을 할애 할 필요가 없습니다. 이 경우, 섬프의 오일은 펌프가 신속하게 펌핑 할 수 있도록 충분한 유동성을 갖습니다. 그러나 겨울, 특히 심한 서리에서는이 요소를 무시할 수 없습니다. 짧은 시간 후에 새 터빈을 구입하기 위해 적절한 양을 버리는 것보다 시스템을 예열하는 데 몇 분을 보내는 것이 좋습니다. 또한 배기 가스와의 지속적인 접촉으로 인해 송풍기의 임펠러가 최대 천도까지 가열 될 수 있음을 언급해야합니다.
메커니즘이 장치 냉각 기능을 병렬로 수행하는 적절한 윤활을받지 못하면 부품이 서로 마찰됩니다. 유막이 없으면 부품의 온도가 급격히 상승하여 열팽창이 발생하여 마모가 가속화됩니다.
트윈 터보 차저의 안정적인 작동을 보장하려면 기존 터보 차저와 동일한 절차를 따르십시오. 첫째, 윤활유뿐만 아니라 터빈 냉각에도 사용되는 정시에 오일을 교환해야합니다 (윤활유 교체 절차에 대해서는 당사 웹 사이트에서 별도의 기사).
둘째, 송풍기의 임펠러가 배기 가스와 직접 접촉하기 때문에 연료의 품질이 높아야합니다. 이로 인해 탄소 침전물이 블레이드에 축적되지 않아 임펠러의 자유 회전을 방해합니다.
결론적으로 우리는 다양한 터빈 수정 및 차이점에 대한 짧은 비디오를 제공합니다.
질의 응답 :
더 나은 바이 터보 또는 트윈 터보는 무엇입니까? 이들은 엔진 터보 차저 시스템입니다. 바이터보가 장착된 모터에서는 터보 지연이 완화되고 가속 역학이 균일해집니다. 트윈 터보 시스템에서는 이러한 요소가 변경되지 않지만 내연 기관의 성능이 향상됩니다.
바이 터보와 트윈 터보의 차이점은 무엇입니까? Biturbo는 직렬 연결 터빈 시스템입니다. 순차적 포함 덕분에 가속 중에 터보 구멍이 제거됩니다. 트윈 터보는 출력을 높이기 위한 두 개의 터빈일 뿐입니다.
트윈 터보가 필요한 이유는 무엇입니까? 두 개의 터빈은 실린더에 더 많은 양의 공기를 공급합니다. 이로 인해 BTC 연소 중에 반동이 향상됩니다. 동일한 실린더에서 더 많은 공기가 압축됩니다.
