Двойной нагнетатель относится к составной системе принудительной индукции , используемой в некоторых двигателях внутреннего сгорания . Это комбинация турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов и нагнетателя с механическим приводом , каждый из которых смягчает недостатки другого.
Твинчардинг относится не к схеме с двойным турбонаддувом , а к установке, в которой используются два разных типа компрессоров (вместо только турбокомпрессоров).
Нагнетатель с механическим приводом обеспечивает исключительный отклик и производительность на низких оборотах , поскольку он не зависит от создания давления в выпускном коллекторе (при условии, что это конструкция с объемным рабочим объемом , например , типа Рутса или двухвинтовой компрессор , в отличие от нагнетателя с механическим приводом). центробежный нагнетатель, не обеспечивающий существенного наддува в нижнем диапазоне оборотов), но менее эффективен, чем турбонагнетатель из-за повышенной паразитной нагрузки . Турбокомпрессор, рассчитанный на перемещение большого объема воздуха, имеет тенденцию медленно реагировать на нажатие дроссельной заслонки, в то время как меньший, более отзывчивый турбокомпрессор может не обеспечить достаточное давление наддува в верхнем диапазоне оборотов двигателя.
Неприемлемое время задержки, характерное для большого турбокомпрессора, эффективно нейтрализуется в сочетании с нагнетателем, который имеет тенденцию генерировать существенное давление наддува гораздо быстрее в ответ на нажатие дроссельной заслонки, конечным результатом является диапазон мощности без задержек с высоким крутящим моментом на более низких оборотах двигателя. и увеличенная мощность на верхнем конце. Поэтому двойной наддув желателен для двигателей малого объема (таких как VW 1.4TSI ), особенно с большим диапазоном рабочих оборотов, поскольку они могут использовать преимущества искусственно широкого диапазона крутящего момента в большом диапазоне скоростей.
Система двойного наддува объединяет нагнетатель и турбонагнетатель во взаимодополняющую конструкцию, при этом преимущество одного компрессора компенсирует недостатки другого. Существует два распространенных типа систем сдвоенных зарядных устройств: последовательные и параллельные.
Последовательная компоновка, более распространенная схема сдвоенных нагнетателей, устроена таким образом, что выходная мощность одного компрессора подается на вход другого. Нагнетатель соединен с турбонагнетателем среднего и большого размера. Нагнетатель обеспечивает почти мгновенное давление в коллекторе (устраняя турбо-задержку , которая в противном случае могла бы возникнуть, если турбонагнетатель не достигает своей рабочей скорости). Как только турбокомпрессор достигнет рабочей скорости, нагнетатель может либо продолжать подавать сжатый воздух на вход турбокомпрессора (что приводит к повышенному давлению на впуске), либо его можно обойти и/или механически отсоединить от трансмиссии через электромагнитную муфту и перепускной клапан, увеличивая эффективность индукции.
Существуют и другие серийные конфигурации, в которых байпасная система не используется и оба компрессора используются непрерывно. В результате всегда создается смешанный наддув, поскольку степени сжатия двух компрессоров умножаются, а не складываются. Другими словами, если турбокомпрессор, который сам по себе производит 10 фунтов на квадратный дюйм (0,7 бар), подается на нагнетатель, который сам по себе производит 10 фунтов на квадратный дюйм, результирующее давление в коллекторе будет 27 фунтов на квадратный дюйм (1,9 бар), а не 20 фунтов на квадратный дюйм (1,4 бар). . Эта форма последовательного сдвоенного наддува позволяет создавать давления наддува, которые в противном случае были бы неэффективны или недостижимы при использовании других компрессоров.
Однако эффективность турбонаддува и нагнетателя не увеличивается. Например, если турбонагнетатель с КПД 70 % подключается к нагнетателю Рутса с КПД 60 %, общий КПД сжатия будет где-то посередине. Для расчета этого КПД необходимо рассчитать КПД 2-х ступеней, рассчитав сначала условия давления и температуры на выходе первой ступени и исходя из них произвести расчет для второй ступени. Следуя предыдущему примеру, для первой ступени турбокомпрессора с КПД 70 % температура достигнет 88,5 °C (191,3 °F) после первой ступени, чтобы затем войти в нагнетатель с КПД 60 % и выйти на температура 186,5 ° C (367,7 ° F), что дает общий КПД 62%. Большой турбокомпрессор, который сам по себе производит давление 27 фунтов на квадратный дюйм (1,9 бар), с тепловым КПД около 70%, будет производить воздух температурой всего 166 °C (331 °F). Кроме того, затраты энергии на сжатие воздуха с помощью нагнетателя выше, чем у турбокомпрессора; если нагнетатель не сжимает воздух, остаются лишь небольшие паразитные потери на вращение рабочих органов нагнетателя. Эту оставшуюся потерю можно устранить, отключив нагнетатель дополнительно с помощью электромагнитной муфты (например, тех, что используются в VW 1.4TSI или Toyota 4A-GZE для обхода нагнетателя в условиях малой нагрузки).
При последовательном двойном наддуве турбокомпрессор может быть менее дорогим и более долговечным с опорным подшипником , а жертва в реакции наддува более чем компенсируется мгновенным включением нагнетателей с принудительным рабочим объемом. Хотя вес и стоимость узла нагнетателя всегда являются важными факторами, неэффективность нагнетателя сводится к минимуму, как только турбокомпрессор достигает рабочей скорости и нагнетатель эффективно отключается перепускным клапаном.
Параллельные схемы обычно требуют использования перепускного или переключающего клапана, чтобы один или оба компрессора могли оптимально питать двигатель. Если бы клапан не использовался и оба компрессора были просто подведены непосредственно к впускному коллектору, нагнетатель дул бы назад через компрессор турбокомпрессора, а не создавал бы давление во впускном коллекторе, поскольку это был бы путь наименьшего сопротивления. Таким образом, необходимо использовать распределительный клапан для выпуска воздуха из турбонагнетателя до тех пор, пока не будет достигнуто соответствующее давление во впускном коллекторе.
Основным недостатком сдвоенной зарядки является сложность и дороговизна комплектующих. Обычно для обеспечения приемлемого отклика, плавности подачи мощности и адекватного усиления мощности по сравнению с системой с одним компрессором необходимо использовать дорогостоящее электронное и/или механическое управление. 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 двойной зарядки 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 производства дорожных автомобилей компанией Nissan с их March Super Turbo . [1] Кроме того, несколько компаний производят комплекты сдвоенных зарядных устройств 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 во многих автомобилях VW Group , в котором используются как турбонагнетатель, так и нагнетатель, и 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 производит 3,0-литровый рядный шестицилиндровый двигатель с двойным наддувом.
Датский суперкар Zenvo ST1 использует как турбонаддув, так и наддув в своем 7,0-литровом двигателе V8.
Системы Anti-Lag работают одним из двух способов: используя очень богатое соотношение воздух-топливо и нагнетая воздух в выхлопные газы для воспламенения несгоревшего топлива в выпускном коллекторе, или сильно замедляя момент зажигания, чтобы сгорание продолжалось еще долго после выхлопа. клапан открылся. Оба метода включают сжигание в выпускном коллекторе, чтобы поддерживать вращение турбокомпрессора, а выделяемое при этом тепло значительно сокращает срок службы турбины. Таким образом, несмотря на сложность двойной зарядки, ее самым большим преимуществом перед системами предотвращения задержек в гоночных автомобилях является надежность.
Турбокомпрессор с изменяемой геометрией обеспечивает улучшенную реакцию при различных оборотах двигателя. Благодаря регулируемому углу падения с электронным управлением турбина может быстро достичь хорошей рабочей скорости или на более низких оборотах двигателя без серьезного снижения ее полезности на более высоких оборотах двигателя.
В конструкции турбонагнетателя с двойной спиралью используются две отдельные камеры для лучшего использования энергии переменных импульсов выхлопных газов. Сопла камер также могут быть разных размеров, чтобы лучше сбалансировать реакцию на низких оборотах и выходную мощность на высоких оборотах.
В системах с последовательным турбокомпрессором используются турбокомпрессоры разного размера для уменьшения турбо-задержки без ущерба для максимальной мощности наддува и мощности двигателя.
Закись азота (N 2 O) смешивается с поступающим воздухом, выступая в качестве окислителя для сжигания большего количества топлива для получения 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 снижается. Расход как самой системы, так и расходного материала N 2 O может быть значительным.
Для увеличения мощности двигателя и для усиления других преимуществ принудительной индукции к системе впуска как бензиновых, так и дизельных двигателей внутреннего сгорания можно добавить систему впрыска вторичной воды.