Очевидно, что турбокомпрессор (он же – турбина) устанавливают на двигатель автомобиля для увеличения его мощности. В настоящее время технический прогресс позволяет использовать для максимально полного достижения этой цели систему наддува BITURBO и ТWIN-TURBO. Часто возникает вопрос, есть ли между ними разница? Что это: две разных системы наддува или два названия одной системы?
“BI” или “TWIN”
Когда автомобили с двумя турбинами только начали появляться, почти все они назывались БИТУРБО. С течением времени и развитием прогресса появилась система последовательного наддува с двумя последовательно расположенными нагнетателями, а за ней – и еще более совершенная система двухступенчатого наддува. Во всех этих случаях в процессе участвуют две турбины. Какие из них как называть, решать вам – для этого дочитайте эту статью до конца.
Как уже говорилось, изначально все эти системы наддува назывались БИТУРБО. Отмечу, что ещё до появления последовательного наддува автомобили с параллельно установленными турбинами стали называть уже по-новому – ТВИН-ТУРБО, затем это название стали применять и к последовательному, и к двухступенчатому наддуву. Так же складывалась ситуация и у мировых производителей: кто-то при выпуске серийного а/м называл современный последовательный наддув БИТУРБО, а кто-то параллельный вид наддува – ТВИН-ТУРБО. Решение автопроизводителя было в некотором роде непредсказуемо. Например, Volvo S80/XC90 (B6284T/B6294T) R6 Twinturbo , BMW 335/535 N74 (V 12 TwinPower Turbo).
И это еще не самое интересное. Выражение «TwinPower Turbo» компания BMW использует и для двигателей с одним турбокомпрессором механизма Twin Scroll. Этот факт в очередной раз доказывает, что выбор одного из двух этих названий обусловлен исключительно прихотью автопроизводителя и не имеет прямого отношения к конструктивной схеме. Система BITURBO отличается от системы TWIN-TURBO только тем, что раньше говорили BITURBO , а теперь стало модно ТВИН. Конечно, чтобы быть абсолютно точным, надо помнить, что известные мировые автопроизводители называют свои, зачастую индивидуально заряженные, версии на заводах – и стало быть, как они пишут, так надо и называть.
В подтверждение этого простого-сложного вопроса, прочтём, какие названия давал производитель двигателям, оснащенным двумя турбокомпрессорами, работающими по параллельной схеме наддува:
- Audi 2.7 Biturbo (V6 Biturbo, A6/S4/RS4)
- Audi 4.2 Biturbo (V8 Biturbo, RS6)
- Audi 4.0 TFSI (V8 Twinturbo/Biturbo, S6/RS6/S7/RS7/A8/S8)
- BMW N54 (R6 TwinPower Turbo, 135i/335i/535i/740i/Z4/X6/1M Coupe)
- BMW N63/S63 (V8 TwinPower Turbo, 550i/650i/750i/X5/X5 M/X6/X6 M/M5/M6)
- BMW N74 (V12 TwinPower Turbo, 760i)
- Mercedes-Benz M278/M157/M158 (V8 Bi-turbo, S500/CL500/CLS500/E550/GL550/S63 AMG/CL53 AMG/CLS63 AMG/E63 AMG/SLK55 AMG)
- Mercedes-Benz M275/M285/M158 (V12 Bi-turbo, S65 AMG/CL65 AMG/SL 65 AMG/ Maybach/Pagani)
- Porsche 3.6/3.8 Turbo (H6 Twinturbo, 911 Turbo/Turbo S/GT2/GT2 RS)
- Porsche 4.5/4.8 Turbo (V8 Twinturbo, Cayenne Turbo/Panamera Turbo)
Разновидности BITURBO/TWIN-TURBO
Разобравшись с тем, что два эти названия взаимозаменяемы, можно поговорить о разных системах из двух турбин. Различают несколько видов системы BITURBO/TWIN-TURBO
:
- Параллельный;
- Последовательный;
- Ступенчатый.
Поговорим о них подробнее.
Параллельная система наддува – система двух турбин, относящихся к одному виду и размещенных параллельно. При этом турбины работают одновременно. Преимущества параллельной системы в том, что в ее случае две небольшие или средние турбины обладают меньшей инерционностью по сравнению с одной мощной, но большой турбиной.
Такая система соединения позволяет турбокомпрессорам равномерно распределять между собой потоки газов во время работы. Сначала сжатый воздух подается компрессорами в общий для них впускной коллектор. Затем этот воздух может распределяться по цилиндрам, или, реже, подаваться раздельно для каждого ряда цилиндров. Параллельная система наддува чаще всего используется в работе дизельных V-образных двигателях, где каждый турбонагнетатель зафиксирован на собственном выпускном коллекторе.
Таким образом, при параллельной системе турбонаддува турбины работают на всех оборотах двигателя, а так называемая «турбояма» становится существенно меньше.
Последовательная система турбонаддува представляет собой систему из двух полностью одинаковых турбин. При этом существенное отличие работы такой системы в том, что одна турбина функционирует постоянно, а вторая подключается к работе только при возрастании числа оборотов мотора. Чтобы второй турбокомпрессор запускался вовремя, в систему введена схема электронной регулировки его работы с помощью специального клапана, что и делает эту систему более сложной.
Ступенчатая система турбонаддува является самой сложной, эффективной и современной реализацией принципа BI/TWIN-TURBO . В двухступенчатую систему объединяются две турбины – малая и большая. Они установлены во впускном и выпускном тракте. При работе турбокомпрессоров происходит клапанная регулировка отработанных газов и сжатого воздуха. При увеличении оборотов двигателя начинается одновременная слаженная работа обеих турбин. При этом происходит раскрытие перепускного клапана отработанных газов, вследствие чего некоторая их часть проходит через большую турбину, и она раскручивается сильнее. По достижении некоторого определенного уровня давления на впуске турбонагнетатель большой турбины сжимает воздух (при этом давление еще не достаточное). Затем сжатый воздух поступает в компрессор малой турбины, и там давление продолжает расти. Пи этом перепускной клапан наддува остается все еще закрытым. Когда, наконец, двигатель достигает максимальной нагрузки, происходит полное открытие перепускного клапана. Отработанные газы проходят через большую турбину, из-за чего она раскручивается до самой высокой частоты, а вот малый турбокомпрессор в это время прекращает движение. На впуске большой компрессор создает наибольшее давление наддува, а малый, в свою очередь, напротив, обеспечивает сопротивление воздушным потокам. В результате в некоторый момент перепускной клапан наддува раскрывается, и происходит поступление сжатого воздуха непосредственно в двигатель.
Как видно из всего вышесказанного, двухступенчатая система BI/TWIN-TURBO создана специально для того, чтобы поддерживать максимально возможную эффективную работу турбонагнетателя при всех без исключения режимах работы двигателя автомобиля.
Твин-Турбо и Би-Турбо – это два различных производственных обозначения одной системы наддува с двумя турбинами. Би-Турбо – это такая система, которая состоит из двух турбин, включающихся в действие поочерёдно друг за другом. Они отличаются разными размерами: одна из них больше, а другая поменьше.
Маленькая турбина имеет свойство быстро раскручиваться и приводит в действие первую. А далее (при более мощных моторных оборотах) начинает работать вторая турбина, которая действует на больший заряд воздуха.
Таким образом, создаётся ровный разгон машины без рывка с минимальным запаздыванием, который присущ большим турбинам.
Создаётся возможность применять большие турбины на движках таких машин, которые созданы не только для скоростных поездок по гоночным трассам, но и для городской поездки по обыкновенным дорогам.
Системы Би-Турбо очень дорогие, поэтому их используют исключительно для автомобилей достаточно высокой стоимости.
Также данная система может быть использована для работы движка V6, где такие турбины будут свешиваться на своей головке возле выхлопа, так и для рядного двигателя.
Например, на такой двигатель турбины можно будет включать по выхлопу и одновременно, и последовательно друг за другом, т. е. первой включается большая турбина, а следом за ней маленькая.
Существуют случаи, когда к первой турбине применим выхлоп только двух цилиндров, а ко второй-два остальных. Твин-Турбо отличается от системы Би-Турбо тем, что здесь остаётся важным не уменьшать запаздывание, а создать гораздо больший эффект прокачивания воздуха и большего наддувного давления.
Прокачиваемый воздух нужен в том случае, если двигатель, действуя на высоких оборотах, имеет расход воздуха больше, чем турбина может дать.
То есть само давление наддува может упасть. В системе Твин-Турбо используются равнозначные турбины. Таким образом, производительность данной системы вдвое больше, чем системы с одной турбиной.
Если же, например, пользоваться двумя маленькими турбинами, то они иногда будут равносильны одной большой, так же возможно воспроизвести и понижение запаздывания.
В некоторых случаях, если эффективность больших турбин слишком маленькая, можно также применить сразу две турбины. Обе эти системы могут действовать на движках с В-образным развалом головок и на рядных моторах. Эти турбины включаются одинаково в двух данных системах. Существуют системы, которые состоят из нескольких равнозначных турбин.
Данные системы вовсе не распространены в массовом использовании, и в основном используются при создании двигателей для гоночных автомобилей . Это оправдано тем что гоночный автомобиль должен как можно быстрее разгоняться, соответственно от двигателя и требуется повышенная мощность изначально.
В современных движках с турбинами , такие турбины имеют крыльчатки с изменённой геометрией, которая позволяет увеличивать её мощность при заданной нагрузке, и повышает действие турбонаддува даже на незначительных оборотах двигателя, когда поток газов остаётся маленьким и раскручивает турбину недостаточно для резкого лада.
Иными словами, повышается эффективность работы самого двигателя, тем самым, обеспечивая весьма значительное снижение расхода топлива.
Би-турбо (biturbo) - система турбонаддува, состоящая из двух последовательно включаемых в работу турбин. В такой системе применяют 2 турбины, одну маленького размера другую большого, сделано это потому, что маленькая турбина раскручивается значительно быстрее, и вступает в работу первой, затем, при достижении более высоких оборотов мотора, раскручивается вторая, большая турбина, и добавляет значительно больший воздушный заряд. Таким образом прежде всего минимизируется лаг, образуется достаточно ровная разгонная характеристика автомобиля без рывка, свойственного большим турбинам, и достигается возможность использовать большие турбины на двигателях устанавлеваемых в автомобилях предназначенных не только для езды по гоночным трассам, но и по городским дорогам, где возможность крутить мотор постоянно есть не всегда, а получить больше мощности с мотора небольшого объема имеет смысл, по каким либо причинам, например связанным с законодательством по налогам данной страны на литраж мотора. Системы би-турбо весьма дороги, и по этому их установка, как правило в серийном производстве, производится на автомобили высокого класса, типа MASERATI или ASTON MARTIN (там компрессоры).
Такая система может быть установлена как на двигатель V6, каждая турбина будет висеть на своей головке по выхлопу, впуск общий, так и на рядном моторе например рядная 4-ка, в этом случае турбины можно включить по выхлопу как парралельно, 2 цилиндра на одну, 2 на другую, так и последовательно - сначала большая турбина, потом маленькая. Встречаются так же варианты, когда к маленькой турбине подходит выхлоп только с 2-х цилиндров, а к большой соответственно с 2-х оставшихся, и с выхода малой турбины.
Твин-турбо (twinturbo) - в данной системе в отличии от системы би-турбо, основной задачей является не снизить лаг, а добиться большей производительности по прокачиваемому воздуху либо большего давления наддува. Производительность по прокачиваемому воздуху необходима, в случаях когда мотор работая на высоких оборотах, потребляет воздух больше, чем турбина способна обеспечить, таким образом возможно падение давления наддува. В системах Twinturbo применяются две одинаковые турбины. Соответственно производительность такой системы в 2 раза больше чем системы состоящей из одной турбины, при этом если применить 2 небольших турбины которые по производительности будут равны одной большой, то можно достигнуть эффекта снижения лага, при идентичной производительности. Существуют так же ситуации, когда производительности имеющихся в наличии больших турбин, оказывается недостаточно, например при построении мотора дрэгстера, тогда так же используется комбинация из 2-х турбин. Данная схема как и вариант biturbo может работать как на двигателях с V образным развалом головок, так и на рядных двигателях. Варианты включения турбин такие же как и в битурбо.
Существуют так же системы состоящие из 3-х и более одинаковых турбин, результат преследуется тот же что и в twinturbo. Такие системы в гражданском применении как правило не имеют распостранения, и применяются как правило, для построения мощных спортивных моторова, для автомобилей участвующих в драгрэйсинге.
В современных турбированных двигателях (в частности RRS V8 дизель) турбины имеют изменяемую геометрию крыльчаток. Это минимизирует проблему турбоямы и даёт высокий потенциал турбонадувва уже на самых низких оборотах коленвала двигателя. Кроме того это добавляет экономию топлива.
В последние годы автомобильные компании все чаще начинают применять в своих моторах системы турбонаддува. Таким образом они компенсируют тенденцию к уменьшению рабочего объема и, как следствие, падения мощности. Но если раньше в двигателях использовали только одну турбину, то сейчас их может быть несколько. Давайте разберемся, что скрывается за загадочными терминами «bi-turbo» и «twin-turbo»?
Если «копнуть поглубже», оказывается, что разницы практически нет, а различия в «bi-turbo» и «twin-turbo» заключаются в различных подходах инженеров и маркетинговых уловках компаний. Некоторые автолюбители считают, что различие в системах битурбо и твинтурбо отображают схему работы системы турбонаддува в целом, например, последовательную или параллельную. И отчасти будут правы. Но для полного понимания вопроса давайте разберемся в самой сути системы турбонаддува.
Для повышения мощности двигателей используется три различных системы нагнетания воздуха:
- резонансный;
- механический;
- газодинамический.
К термину «турбонаддув» применяется именно последний вариант – газодинамический. В основе этой системы лежит принцип подачи в цилиндры двигателя воздуха специальным устройством, называемым нагнетателем. Такое устройство состоит из компрессорной части и воздушной турбины. Две этих независимых части расположены на одном приводном валу, воздушная турбина приводится в действие выхлопными газами, выводящимися из цилиндров двигателя. Приводной вал соответственно начинает раскручивать компрессорную часть и нагнетать воздух в цилиндры.
Главным преимуществом подобной системы является отсутствие потерь мощности, связанных с отниманием части энергии от двигателя. Главным же её недостатком можно считать так называемый эффект «турбоямы».
Именно с последним и призваны бороться системы двойного турбонаддува. Суть понятия «турбоямы» лежит на поверхности – давления выхлопных газов при разгоне с места недостаточно для быстрого нагнетания воздуха в цилиндры. Если резко нажать на педаль газа, автомобиль практически не среагирует на это действие и только спустя несколько секунд с ощутимым рывком начнет ускорение. Эта «болезнь» только агрегатов оснащенных газодинамической системой наддува, моторы оснащенные механическим нагнетателем, такой особенностью не страдают.
Использование систем «bi-turbo» и «twin-turbo» позволяет практически полностью забыть о понятии турбоямы. С теоретической частью надувных систем мы разобрались, теперь нам нужно понять, для чего в таких системах используется второй турбокомпрессор.
Итак, инженерам необходимо было поднять давление, нагнетаемое в цилиндры, а этого можно добиться двумя способами.
Способ первый заключается в использовании меньшего по размеру турбокомпрессора, для которого даже небольшого количества выхлопных газов будет достаточно для эффективного нагнетания воздуха для второй, большей по размеру турбины. После достижения максимального давления большая турбина начинает подавать необходимое количество воздуха в цилиндры. Такое строение системы наддува называется последовательным или битурбо. Наибольшая эффективность такой системы проявляется на двигателях рядной конструкции, имеющих небольшой рабочий объем и, как следствие, малое количество выхлопных газов. Одной из основных компаний, применяющих данный тип системы наддува, можно назвать немецкую Alpina, которая использует рядные двигатели от BMW. Компания особо подчеркивает это в названиях своих моделей.
Второй способ подразумевает использование в конструкции системы наддува двух одинаковых по размеру турбокомпрессоров. Причем установлены они не последовательно (как в первом случае), а параллельно. Другими словами работают независимо друг от друга. Такой вариант принято называть twin-turbo (твинтурбо). Суть подобной системы заключается в разделении «области ответственности», то есть каждая турбина получает необходимое количество выхлопных газов от своей части цилиндров.
Наиболее оправданно применение такой системы на V-образных двигателях, которые, как правило, имею большие рабочие объемы. На каждый блок такого мотора приходится по одному турбокомпрессору, и как следствие, каждая из турбин получает свой поток выхлопных газов. Параллельную установку турбин наиболее широко используют британские и немецкие производители автомобилей. Компания BMW, которая долгое время упорно отказывалась строить наддувные моторы, решила наверстать упущенное и устанавливает такую систему даже на свои рядные двигатели.
Можно сделать вывод, что обе системы призваны бороться с главным врагом всех наддувных двигателей – турбоямой. Системы битубро и твинтурбо основаны на едином принципе использования двух нагнетателей при наддуве воздуха в цилиндры. А главными отличиями между ними являются способ их установки на мотор и различия в конструкции турбокомпрессоров. Запомните, bi-turbo (битурбо) означает использование двух нагнетателей разных размеров, twin-turbo (твинтурбо) – двух одинаковых по размерам нагнетателей. С технической точки зрения оба термина можно назвать маркетинговыми, а какой из видов лучше использовать, решает сам производитель автомобиля.
- , 17 Июн 2015
Основной проблемой использования турбонаддува является инерционность системы или возникновение так называемой «турбоямы» (временная задержка между увеличением оборотов двигателя и фактическим увеличением мощности). Для ее устранения была разработана схема с использованием двух , получившая наименование TwinTurbo. У некоторых производителей эта технология также известна как BiTurbo, но отличия конструкций заключается только в коммерческом названии.
Особенности работы Твин Турбо
Система наддува TwinTurboСистемы с двумя компрессорами применяются и на дизельных, и на бензиновых двигателях. Однако для последних требуется использование более качественного топлива с высоким октановым числом, что позволяет снизить вероятность детонации (негативное явление возникающее в цилиндрах двигателя, разрушающее цилиндро-поршневую группу).
Помимо основной функции уменьшения времени турбозадержки, схема Твин Турбо позволяет получить более высокую , снижает расход топлива и сохраняет максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Это достигается использованием различных схем подключения компрессоров.
Виды схем наддува с двумя турбокомпрессорами
В зависимости от способа подключения пары турбокомпрессоров различают три основных схемы системы TwinTurbo:
- параллельная;
- последовательная;
- ступенчатая.
Параллельная схема подключения турбин
Предусматривает подключение двух одинаковых турбокомпрессоров, работающих параллельно (одновременно). Сущность применения конструкции заключается в том, что две меньших по объему турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая.
Перед подачей в цилиндры воздух, нагнетаемый обоими турбокомпрессорами, поступает в один впускной коллектор, где смешивается с топливом и распределяется в камеры сгорания. Эта схема чаще используется на дизельных двигателях.
Последовательное включение
Последовательная схема подключения Твин Турбо Последовательно-параллельная схема предполагает установку двух одинаковых турбин. Одна работает постоянно, а вторая подключается при повышении оборотов двигателя, увеличении нагрузки или других особых режимах. Переключение режимов работы осуществляется с помощью клапана, приводимого в действие ЭБУ двигателя автомобиля.
Эта система прежде всего ориентирована на устранение турбоямы и получение более плавной динамики разгона автомобиля. По аналогичной схеме работают системы с тройным турбонаддувом TripleTurbo.
Ступенчатая схема
Ступенчатая схема Битурбо Двухступенчатый турбонаддув представляет собой два турбокомпрессора разного размера, которые установлены последовательно и подключены к впускному и выпускному каналам. Последние оснащены перепускными клапанами, регулирующими потоки воздуха и отработавших газов. Ступенчатая схема имеет три режима работы:
- При малых оборотах двигателя клапаны находятся в закрытом положении. Отработавшие газы проходят через обе турбины. Поскольку давление газов низкое, крыльчатки большой турбины практически не вращаются. Воздух проходит через обе ступени компрессоров, получая минимальное избыточное давление.
- При увеличении оборотов двигателя клапан отработавших газов начинает открываться, что приводит в движение большую турбину. Больший компрессор сжимает воздух, после чего он направляется на малое колесо, где производится дополнительное сжатие.
- Когда двигатель работает на максимуме оборотов, оба клапана полностью открыты, что направляет поток отработавших газов напрямую на большую турбину, воздух проходит через больший компрессор и сразу отправляется к цилиндрам двигателя.
Ступенчатая схема наиболее часто применяется для автомобилей с дизельными двигателями.
Преимущества и недостатки двойного турбонаддува
В настоящее время TwinTurbo в основном устанавливается на мощных автомобилях. Применение этой системы позволяет добиться такого преимущества как обеспечение максимального крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя. Также благодаря двойному турбонаддуву достигается увеличение мощности при относительно небольших габаритах двигателя, что делает его более экономичным по сравнению с атмосферным двигателем.
К основным недостаткам БиТурбо можно отнести высокую стоимость, что обусловлено сложностью конструкции. Так же, как и с классической турбиной, системы с двумя турбокомпрессорами нуждаются в более бережном отношении, качественном топливе и своевременной замене масла.