Імпульсне взаємодія циліндрів
Одне із значних переваг твинскрольных турбокомпресорів, що визначають їх переваги перед синглскрольными, полягає в істотному скороченні або усуненні взаємного впливу циліндрів імпульсами відпрацьованих газів.
Відомо, що для проходження кожним циліндром всіх чотирьох тактів колінчастий вал повинен провернутися на 720°. Це справедливо і для 4 – і для 12-циліндрових двигунів. Однак якщо при повороті коленвала на 720° на перших циліндри завершать один такт, то на 12-циліндрових – всі такти. Таким чином, зі збільшенням кількості циліндрів скорочується величина обертання коленвала між однаковими тактами для кожного циліндра. Так, на 4-циліндрових моторах робочий хід відбувається кожні 180° у різних циліндрах. Це актуально і для тактів впуску, стиску і випуску. На 6-циліндрових двигунах за 2 оберти колінчастого відбувається більше подій, тому однакові такти між циліндрами рознесені на 120°. Для 8-циліндрових моторів інтервал становить 90°, для 12-циліндрових – 60°.
Відомо, що распредвали можуть мати фазу від 256 до 312° і більше. Для прикладу можна взяти двигун з фазами 280° на впуску і випуску. При випуску відпрацьованих газів на такому 4-циліндровому моторі кожні 180° випускні клапани циліндра будуть відкриті протягом 100°. Це потрібно для підйому поршня з нижньої у верхню мертву точку під час випуску для даного циліндра. При порядку роботи 1-3-2-4 для третього циліндра випускні клапани почнуть відкриватися при завершенні робочого ходу поршня. В цей час в першому циліндрі почнеться такт впуску, і почнуть закриватися випускні клапани. Протягом перших 50° відкриття випускних клапанів третього циліндра будуть відкриті випускні клапани першого, а також почнуть відкриватися його впускні клапани. Таким чином, відбувається перекриття клапанів між циліндрами.
Після видалення вихлопних газів з першого циліндра випускні клапани закриваються, і починають відкриватися впускні. У той же час відкриваються випускні клапани третього циліндра, звільняючи високоенергетичні вихлопні гази. Значна частка їх тиску і енергії використовується для приводу турбіни, а менша частина шукає шлях найменшого опору. Зважаючи меншого тиску закриваються випускних клапанів першого циліндра в порівнянні з цілісним входом турбіни частину відпрацьованих газів третього циліндра направляється в перший.
Зважаючи на те, що в першому циліндрі починається впускний такт, впускний заряд розбавляється вихлопними газами, втрачаючи потужність. На завершення клапани першого циліндра закриваються, а поршень третього піднімається. Для останнього здійснюється випуск, і повторюється розглянута для циліндра 1 ситуація, коли відкриваються випускні клапани другого циліндра. Таким чином, спостерігається змішання. Дана проблема ще більше проявляється на 6 – і 8-циліндрових моторах при інтервалах такту випуску між циліндрами в 120 і 90° відповідно. В даних випадках спостерігається ще більш тривале перекриття випускних клапанів двох циліндрів.
Зважаючи на неможливість зміни кількості циліндрів дану проблему можна вирішити, збільшивши інтервал між аналогічними тактами шляхом застосування турбокомпресора. У разі використання двох турбін на 6 – і 8-циліндрових моторах можна поєднати циліндри для приводу кожної з них. В такому випадку інтервали між аналогічними подіями випускних клапанів подвояться. Наприклад, для RB26 можна поєднати циліндри 1-3 для передньої турбіни і 4-6 для задньої. Таким чином виключається послідовне спрацьовування циліндрів для однієї турбіни. Отже, інтервал між подіями випускних клапанів для циліндрів одного турбокомпресора зростає зі 120 до 240°.
Зважаючи на те, що твинскрольная турбіна має роздільний випускний колектор, в цьому сенсі вона аналогічна системі з двома турбокомпресорами. Так, 4-циліндрові двигуни з двома турбінами або твинскрольным турбокомпресором мають інтервал в 360° між подіями. 8-циліндрові двигуни з аналогічними системами наддуву мають той же інтервал. Дуже тривалий період, що перевищує тривалість підйому клапанів, виключає їх перекриття для циліндрів однієї турбіни.
Таким чином, двигун втягує більше повітря і витягує залишки вихлопних газів з малим тиском, заповнюючи циліндри більш щільною і чистою зарядом, що забезпечує більш інтенсивне згоряння, що підвищує продуктивність. До того ж велика об’ємна ефективність і краща очищення дозволяють використовувати більш високу затримку займання, підтримуючу пікову температуру в циліндрах. Завдяки цьому ефективність твинскрольных турбін вище на 7-8% в порівнянні з синглскрольными при кращою на 5% ефективності використання палива.
За даними Full-Race, твинскрольные турбокомпресори порівняно з синглскрольными характеризуються великими середніми тиском в циліндрі і ефективністю, але меншими піковим тиском в циліндрі і протитиском на виході. Твинскрольные системи мають більшу протитиск на низьких оборотах (сприяє наддуву) і менше на високих (підвищує продуктивність). Нарешті, двигун з такою системою наддуву менш чутливий до негативних ефектів широкофазных розподільних валів.
