Добавление производительности двигателя с двухэтапными инновациями Cummins в турбонаддувом

Cummins Turbo Technologies (CTT) разрабатывает и тестировал технологии турбокомпрессоров с особым вниманием к двигателям среднего поезда. В прошлом несколько десятилетий компонентов и программного обеспечения Cummins предоставили прочные и надежные решения турбокомпрессоров с брендом Holset®.

Коммерческим двигателям нужны передовые технологии, чтобы быть эффективными и соответствовать строгим стандартам выбросов. Таким образом, Cummins Inc. предлагает различные турбо-технологии, такие как фиксированные, переменные и двухступенчатые турбины, которые предназначены для повышения эффективности и снижения затрат.

Поскольку мы продолжаем работать над последними достижениями для технологии двигателя следующего поколения, давайте более внимательно рассмотрим двухэтапную технологию турбокомпрессора, которая использует два турбокомпрессора в серии, чтобы повысить производительность и эффективность.

Что такое двухступенчатая система турбонаддува?

Турбокомпрессоры придают двигателям больше энергии, выдвигая дополнительный воздух в цилиндры, что делает топливо более эффективно. Они делают это, используя энергию из выхлопного газа двигателя, чтобы вращать турбину. Турбина подключена к компрессору валом, и, поскольку турбина вращается, она также вращается компрессор, который заставляет больше свежего воздуха в двигатель.

Одноступенчатый турбокомпрессор использует одну турбину и один компрессор. Если турбокомпрессор большой, он обеспечивает более высокий крутящий момент на высоких скоростях двигателя, обеспечивая хорошую пиковую производительность мощности. Тем не менее, это может не обеспечить столько энергии на низких скоростях. С другой стороны, меньший турбокомпрессор лучше обеспечивает мощность на низких скоростях, но может бороться с тем, чтобы дать достаточно повышения для пиковой мощности на высоких скоростях.

Двухступенчатый турбокомпрессор использует как небольшой, так и большой турбо. Меньшее турбо быстро растет, чтобы обеспечить мгновенное повышение, улучшая крутящий момент и отзывчивость на низких скоростях или в высотных условиях. Большой турбо затем начинается, чтобы обеспечить гладкую, последовательную мощность на более высоких скоростях. Эта настройка обеспечивает лучшую производительность в целом диапазон условий, а не только на низких или высоких скоростях.

В двухэтапной системе выхлопные газы управляются системами байпасов, называемых «отходами». Эти отходы регулируются в зависимости от скорости двигателя, чтобы оптимизировать производительность турбокомпрессора. С ростом цен на топливо и более строгими стандартами выбросов, двигатели должны быть более эффективными. Двухступенчатые турбокомпрессоры обеспечивают сильное решение, сбалансируя низкий крутящий момент и пиковую мощность, обеспечивая лучшую производительность на больших высотах и ​​повышая общую топливную эффективность.

Как работает двухэтапная система турбонаддува?

Двухступенчатая система турбокомпрессоров использует два турбокомпрессора, расположенных вдоль пути выхлопного выхлопа. Одним из них ближе к двигателю является турбо-турбо, а другой-турбо, а другой-турбо-турбо. Каждый турбокомпрессор имеет компрессор и турбину.

Эффективность и производительность системы исходят из баланса горячих выхлопных газов и свежего воздуха, движущегося как через турбокомпрессоры HP, так и LP.

Горячие выхлопные газы с двигателя сначала попадают в турбину HP, где извлекается энергия от высокотемпературного газа, в результате чего лезвия турбины вращаются. Спиннинг лопастей турбины поддерживает компрессор HP, который дополнительно сжимает воздух, который уже был под давлением компрессором LP. Этот сжатый воздух допускает более высокие коэффициенты давления и больше воздуха в камере сгорания двигателя. Оставшаяся энергия в выхлопных газах затем управляет турбиной LP, что, в свою очередь, приводит к тому, что компрессор LP оказывает больший воздух на стадию HP.

Обходные клапаны регулируют выхлопные газы. На низких скоростях клапаны остаются закрытыми, чтобы направить больше энергии на HP Turbo. По мере увеличения скорости некоторые выхлопные газы обходят турбину HP, перенаправляя больше энергии на турбо LP.

Двухступенчатые турбокомпрессоры предлагают лучшее сопоставление турбо, », что улучшает переходной отклик, пиковой крутящий момент и пиковую мощность, что делает их высокоэффективными для кривой крутящего момента двигателя. Это делает их идеальными для мощных двигателей, двигателей с высоким содержанием воздуха (например, двигателями внутреннего сгорания водорода) и применениями, которые работают на больших высотах.

Типы двухэтапных систем турбокомпрессоров

В Cummins наша Turbo Technology продвинулась наряду с инновациями в производительности двигателя. Например, фиксированные геометрические турбокомпрессоры, направляющие все выхлопные газы через камеру в корпусе турбины до колеса турбины, улучшая производительность на основе конструкции камеры и размера турбины. Со временем мы представили турбокомпрессоры с вариабельной геометрией и переменной геометрии.

Турбокомпрессоры с отходами включают клапан (дверцы отходов), который позволяет некоторым выхлопным газам обходить колесо турбины, снижать скорость и давление в выхлопном коллекторе и улучшение управления воздушным потоком. Турбокомпрессоры с переменной геометрией регулируют выпускной проход перед колесом турбины, чтобы оптимизировать давление и скорость газа для лучшей производительности.

Двухступенчатые турбокомпрессоры могут использоваться в различных конфигурациях, включая последовательные, составные, параллельные и переменную геометрию с двумя турбонаддувами.

• Последовательное турбонаддув: в последовательных конфигурациях турбокомпрессора меньший турбоневик обрабатывает более низкую скорость двигателя, чтобы уменьшить турбо -задержку, а более крупный - на более высоких скоростях, чтобы обеспечить дополнительное повышение.

• Составной турбонаддув: эта конфигурация, используемая в тяжелых дизельных двигателях, таких как грузовики, лодки и промышленность, имеет два турбины, расположенные в серии. Выхлопные газы проходят через высокое давление и более крупное турбо, что позволяет повысить давление и повысить эффективность.

• Параллельное турбонаддув: в двигателях V-8 или V-12, параллельному турбонаддуву, два идентичных турбокомпрессора получают выхлопные газы из отдельных наборов цилиндров, обеспечивая сжатый воздух в систему впуска, чтобы сбалансировать выходную мощность и улучшить время отклика.

• Турбокомпрессоры с переменной геометрией в двухэтапных системах: некоторые системы используют комбинацию фиксированного турбокомпрессора и турбокомпрессателя переменной геометрии, где способность турбогрессоров переменной геометрии изменяет отношение сторон и оптимизируется в широком диапазоне скоростей двигателя.

Преимущества двухэтапных систем турбокомпрессоров:

Двухступенчатая система турбокомпрессоров часто является лучшим выбором для оптимизации как стоимости, так и производительности. Например, когда одноступенчатая система не может эффективно достичь высокого коэффициента сжатия, двухэтапный турбокомпрессор может обеспечить необходимый повышение производительности.
Двухступенчатые турбокомпрессоры также идеально подходят для легких двигателей с широким диапазоном скорости или при более высоком крутящем моменте при более низких оборотах. Они преуспевают в обеспечении быстрого отклика во время низких циклов наращивания для крутящего момента.
Двухступенчатые конфигурации могут быть в сочетании с дневниками для отходов или VGT Turbo. Двухэтапная установка с VGT предлагает более широкий диапазон потоков, более высокую эффективность при низких потоках и низкую инерцию, что полезно для переходного отклика. В качестве альтернативы, электрический загрязнитель (EWG) может быть хорошим вариантом, где дневник поток контролируется в электронном виде, аналогично VGT.

Проблемы двухэтапных систем турбокомпрессоров:

Двухступенчатые турбокомпрессоры создают несколько инженерных проблем в современном дизайне двигателей. Одной из распространенных проблем является ограничения упаковки, которые могут затруднить интеграцию этих систем в различные конфигурации двигателя, ограничивая их использование на различных платформах транспортных средств. Другая ключевая задача-термомеханическая усталость (TMF). Двойная настройка турбокомпрессора требует прочных опорных структур и взаимосвязи для обработки значительных изменений температуры и механических напряжений. Чтобы решить эту проблему, Cummins использует обширную проверку TMF, как аналитически, так и эмпирически, опираясь на многолетний опыт для смягчения этих проблем.

Включение функциональности обхода отходов, добавляет дальнейшую сложность к двухэтапным системам турбокомпрессоров. Турбине высокого давления (HP) нуждается в более крупных портах для стойки стойки для управления повышенным потоком выхлопных выхлопных газов, что приводит к тому, что клапан трассы емкота работал чаще в открытом положении по сравнению с одноэтапными системами. Кроме того, последовательные системы турбонаддува требуют дополнительного механизма обхода компрессора, что увеличивает сложность и проблемы с контролем системы. Cummins решает эти проблемы, подтверждая конкретные циклы обязанностей клиентов и тщательно выбирая материалы на основе типа топлива - будь то дизельное топливо, природное газ или H2ICE.

Cummins Inc. уже давно возглавляла передовые технологии турбонаддува, используя наш инженерный опыт для преодоления проблем двухэтапных систем. Наша команда последовательно расширяет границы дизайна, устранение ограничений упаковки, уменьшение термомеханической усталости и оптимизацию функциональности отходов.

Благодаря строгим тестированию и уточнению, Cummins успешно внедрил двухступенчатые турбонаддувы на различных платформах двигателей, повышая производительность, топливную эффективность и соответствие выбросов. Наши передовые материалы, точное производство и сложные элементы управления гарантируют, что мы максимизируем преимущества этой технологии.