Wie funktioniert ein 4-Zylinder-Twin-Scroll-Einzelturbolader?

Der 4-Zylinder Twin-Scroll Single Turbolader ist ein Turboladersystem, das Twin-Scroll-Technologie mit einem Single-Turbinen-Design kombiniert, um 

das Ansprechverhalten und die Effizienz des Motors. Hier ist eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Erklärung der Funktionsweise: 1. Grundstruktur: Turboladerkomponenten

• Turbine: Angetrieben durch die Motorabgase.

• Kompressor: Angetrieben von der Turbine wird Druckluft in den Zylinder geleitet.

• Twin-Scroll: Der Turbineneinlass ist in zwei unabhängige Spiralen unterteilt, die mit unterschiedlichen Zylinderauspuffkrümmern verbunden sind.

2. Abgasverhalten von Vierzylindermotoren

• Zündreihenfolge: Vierzylindermotoren werden normalerweise in der Reihenfolge 1-3-4-2 gezündet, wobei die Auspuffe benachbarter Zylinder um 180° voneinander entfernt sind.

• Abgasimpulsstörung: Wenn alle Zylinderabgase in dasselbe Rohr gelangen, stören sich die Abgasdruckwellen benachbarter Zylinder gegenseitig. 

Dies führt zu einer verringerten Turbineneffizienz (sogenannte Abgasimpulsinterferenz).

3. Strömungsaufteilungsdesign des Twin-Scroll

• Gruppierte Zylinderverbindung: Zwei Spiralen verbinden jeweils zwei Zylindergruppen (Beispiel: Zylinder 1+4 ist eine Gruppe, Zylinder 2+3 ist eine andere Gruppe).

• Isolieren Sie Abgasimpulse: Der Auspuff jeder Zylindergruppe gelangt in eine unabhängige Spirale, um zu vermeiden, dass sich die Abgasdruckwellen gegenseitig aufheben. 

Dadurch wird sichergestellt, dass die Abgasenergie effizient auf die Turbine übertragen wird.

4. Effiziente Nutzung der Abgasenergie • Impuls-Turboaufladungseffekt:

◦ Der Twin-Scroll trennt die Auspuffimpulse mit großen Intervallen (beispielsweise beträgt das Auspuffintervall eines Vierzylindermotors 180°), 

Dadurch kann die Turbine kontinuierlich Abgase mit hoher kinetischer Energie aufnehmen.

◦ Im Vergleich zu einem Einzelspiralverdichter kann ein Doppelspiralverdichter auch bei niedrigen Drehzahlen eine höhere Auspuffgeschwindigkeit aufrechterhalten und so das Turboloch verringern.

5. Vorteile einer Einzelturbine

• Vereinfachte Struktur: Eine einzelne Turbine ist leichter und weniger teuer als ein Twin-Turbo-System.

• Große Drehzahlabdeckung: Durch die Twin-Scroll-Optimierung kann eine einzelne Turbine bei niedrigen Drehzahlen eine schnelle Reaktion erzielen und gleichzeitig bei hohen Drehzahlen eine große Durchflusssteigerung aufrechterhalten.

6. Workflow-Beispiel (am Beispiel eines Vierzylindermotors)

1. Abgasstufe:

◦ Zylinder 1 beendet seine Arbeit und das Abgas mit hoher Temperatur strömt durch die erste Spirale zur Turbine.

◦ Nach einer Kurbelwellendrehung von 180° stößt Zylinder 4 das Gas aus und treibt die Turbine durch dieselbe Spirale an.

◦ Der Auspuff der Zylinder 2 und 3 treibt abwechselnd die andere Seite der Turbine durch die zweite Spirale an.

2. Turbinenantrieb:

◦ Zwei Sätze abwechselnder Abgasimpulse beschleunigen den Anstieg der Turbinendrehzahl, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, und verringern die Hysterese erheblich.

3. Ansaugverstärkung:

◦ Die Turbine treibt den Kompressor an, um Druckluft in den Ladeluftkühler zu leiten und sie dann nach dem Abkühlen in den Zylinder einzuführen, wodurch die Verbrennungseffizienz verbessert wird.

7. Leistungsvorteile

• Verbesserung des Drehmoments bei niedriger Drehzahl: Das Dual-Scroll-Design ermöglicht der Turbine, bei 1500–3000 U/min des Motors effizient zu arbeiten, wodurch das niedrige Drehmoment verbessert wird.

• Reduziertes Turboloch: Durch die Abgasimpulsisolierung kommt die Reaktionsgeschwindigkeit des Turbos der eines Kompressors nahe.

• Kraftstoffeinsparung: Verbessern Sie die Verbrennungseffizienz und halten Sie gleichzeitig die Emissionsvorschriften ein (z. B. durch Reduzierung der fetten Verbrennung vor dem Turboeingriff).

8. Typische Anwendungsszenarien

• Leistungsstarke Autos für den Mittelstand: wie z. B. BMW N20-Motor, Volkswagen EA888 Gen3 usw., bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Leistung und Kosten.

• Ausgewogene Balance zwischen Wirtschaftlichkeit und Sportlichkeit: geeignet für Modelle, die eine lineare Leistungsabgabe erfordern und Wert auf Kraftstoffeffizienz legen.

Zusammenfassung Der Vierzylinder-Twin-Scroll-Einzelturbolader erreicht eine Reaktionsgeschwindigkeit, die der eines Twin-Turbos in einer Einzelturbostruktur nahe kommt 

durch die Umleitung von Abgasimpulsen und die Optimierung der Abgasenergienutzung unter Berücksichtigung von Leichtbau und niedrigen Kosten. 

Dieses Design ist eine klassische Lösung für die Balance zwischen Leistung und Funktionalität in der modernen Turboladetechnologie.