Понятие и принцип работы системы турбонаддува под названием Твин Турбо. Фотографии нового турбированного двигателя Biturbo, видео и схемы.
Что это такое и как оно работает?
Twin Turbo в переводе с английского означает двойное турбо и в этой системе турбонаддува стоит два турбокомпрессора. Сначала турбокомпрессоры использовались для преодоления и инерционности системы. Сейчас же использование и применение этих турбокомпрессоров значительно выросло, так как он снижает расход горючего. Выходная мощность возрастает и способствует поддерживать номинальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов двигателя.
Виды Твин Турбо и их отличия
Есть три разновидности схемы системы Twin Turbo: последовательная, параллельная, и ступенчатая. Эти три схемы отличаются друг от друга расположением, характеристиками и последовательностью работы турбокомпрессоров. Электронная система управления очень точно настраивает работу турбокомпрессоров. Система включает входные датчики, приводы клапанов управления потоком воздуха и переработанным горючем.
Торговый лейбл системы турбонаддува это Twin Turbo, но и есть другое название этой системы - «Biturbo». Не совсем правильно в разных информационных источниках Biturbo воспринимают, как систему с параллельной схемой работы турбокомпрессора.
Видео: как работает турбина:
1. Параллельный Twin Turbo или Biturbo
Параллельная система Твин Турбо работает одновременно и параллельно друг другу, и включает в себя два одинаковых турбокомпрессора. Параллельная работа происходит из-за ровного деления потока сгоревших газов между турбокомпрессорами. Из каждого компрессора выходит сжатый воздух и поступает в общий впускной коллектор, и потом распределяется по цилиндрам. Параллельный Twin Turbo используется, как правило, на дизельных V-образных двигателях. Из-за параллельной схемы турбонаддува эффективность системы основывается на том, что две маленькие турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая турбина. Турбокомпрессоры работают на всех оборотах двигателях обеспечивая быстрое повышение наддува. И каждая турбина установлена на своём выпускном коллекторе.
В системе последовательного Twin Turbo постоянно работает первый турбокомпрессор, а второй начинает работать в определённом порядке работы двигателя (повышенная частота оборотов, нагрузка). Последовательный турбокомпрессор включает два одинаковых по характеристикам турбокомпрессора.
Электронная система управления обеспечивает переход между режимами и регулирует поток сгоревших газов ко второму турбокомпрессору за счёт специального клапана. Правильно такую систему называть последовательно - параллельная, потому что при полном открытии клапана управления подачей сгоревших газов оба турбокомпрессора работают параллельно. Сжатый воздух подаётся в общий впускной коллектор от двух турбокомпрессоров и распределяется по цилиндрам.
Чтобы достичь максимально высокого выхода мощности, система последовательности Twin Turbo минимизирует последствия турбозадержки. Применяются, как на дизельные двигатели, так и на бензиновые. В 2011 году была представлена система с тремя последовательными турбокомпрессорами компанией BMW и называется она Triple Turbo.
В техническом плане система двухступенчатого турбонаддува является самой совершенной. Компания BorgWarner Turbo Systems ставит эту систему на дизельные двигатели Cummins и BMW, а с 2004 года начали применять систему двухступенчатого турбонаддува на некоторых дизельных двигателях от Opel.
В системе двухступенчатого турбонаддува используется клапанное регулирование потока сгоревших газов и нагнетаемого воздуха. Эта система состоит из двух турбокомпрессоров разного размера. В последствии установленных в впускном и выпускном трактах.
Перепускной клапан сгоревших газов закрыт при низких оборотах двигателя. Сгоревшие газы через малый турбокомпрессор, имея максимальную отдачу и минимальную инерцию проходят дальше через большой турбокомпрессор. И так как давление отработавших газов не сильное, то следовательно и большая турбина практически не вращается. Перепускной клапан наддува закрыт на впуске и воздух поступает последовательно через большой и малый компрессоры.
Общая работа турбокомпрессоров начинает осуществляться при росте оборотов. И постепенно начинает открываться перепускной клапан сгоревших газов. Большая турбина начинает все больше и интенсивно раскручиваться, так как часть отработавших газов идёт прямо через неё.
Большой компрессор на впуске с определённым давлением начинает сжимать воздух, но давление не слишком большое и сжатый воздух дальше поступает в малый компрессор, где продолжает повышается давление. При этом перепускной клапан остаётся закрыт. Перепускной клапан сгоревших газов открывается полностью при полной нагрузки. Останавливается малая турбина, а большая начинает раскручиваться до максимальной частоты, так как через неё практически полностью проходят сгоревшие газы. Давление наддува достигает своего максимального значения на впуске большого компрессора при этом малый компрессор создаёт помеху для воздуха. И в определённый момент перепускной клапан наддува открывается и сжатый воздух непосредственно напрямую поступает к двигателю.
Благодаря системе двухступенчатых турбокомпрессоров системы Twin Turbo мгновенно достигается номинальный крутящий момент и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя. При этом достигается максимальное увеличение мощности. Таким образом, система поддерживает блестящую работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Так же система объясняет известное противостояние дизельных двигателей между предельной мощностью на высоких оборотах и высоким крутящим моментом на низких оборотах.
Видео про Твин Турбо: как работает
В дословном переводе с английского языка словосочетание twin-turbo обозначает "двойное турбо" или "удвоенное турбо". Правильными являются оба варианта перевода. Теперь давайте оставим лингвистический аспект и изучим подробно техническую сторону данного вида турбонаддува.
Что такое Twin-Turbo (Tвин турбо)
Для того, чтобы добиться заметного увеличения мощности двигателя в его конструкцию устанавливают турбину. Twin-Turbo является одним из видов турбосистемы автомобиля и именно на нем мы и остановим наше внимание. Твин турбо подразумевает установку сразу двух одинаковых турбин , которые многократно увеличивают производительность всей системы турбонаддува. Подобная компоновка намного эффективней турбосистемы, в работе которой используется только одна турбина.
Изначально битурбо было спроектировано для решения главной проблемы всех надувных двигателей – устранение так называемой "турбоямы". Это явление проявляется в снижении эластичности и резком падении мощности двигателя на низких оборотах. Все это происходит в момент, когда турбина двигателя под давлением выхлопных газов не успевает раскрутиться до оптимальных оборотов.
Впоследствии было замечено, что сдвоенные турбины позволяют существенным образом расширить диапазон оборотов номинального крутящего момента, повысив тем самым максимальную мощность, одновременно сократив общий расход топлива.
Знаете ли Вы? Эксклюзивный суперкар Bugatti Veyron оснащен сразу четырьмя турбинами, а такая система турбонаддува получила соответствующее название - Quad-Turbo.
Виды систем турбонаддува и их принцип работы
Существует несколько основных видов системы Twin-Turbo: параллельная, последовательная и ступенчатая . Каждый вид турбонаддува характеризуется собственной геометрией, принципом работы и выдаваемыми динамическими характеристиками.
Параллельный
Это относительно простой тип турбосистемы, конструкция которого включает симметричную пару одновременно работающих компрессоров. Благодаря такой синхронизации достигается равномерное распределение входящего воздуха.
Зачастую данная схема применяется в дизельных V-образных двигателях, где каждый компрессор отвечает за подачу воздуха во впускной коллектор своей группы цилиндров.
Уменьшение инертности достигается путем снижения массы ротора турбины, поскольку 2 небольших компрессора создают большее давление, раскручиваясь при этом значительно быстрее, чем один большой и более производительный компрессор. В итоге значительно уменьшается та турбояма, о которой говорилось выше, а двигатель выдает лучшие характеристики во всем диапазоне оборотов.
Последовательный
Данный тип подразумевает компоновку, состоящую из двух соизмеримых компрессоров, которые при этом могут иметь разные характеристики и работать в дополняющем режиме.
Более легкий и быстрый нагнетатель работает в непрерывном режиме, устраняя тем самым глубокую и широкую турбояму. Второй нагнетатель по специальным сигналам электроники контролирует обороты двигателя и включается при более тяжелых режимах работы двигателя, обеспечивая таким образом максимальный показатель мощности и топливной эффективности.
На пиковых режимах работы двигателя включаются сразу 2 турбины, работая в паре. Подобная схема может применяться на двигателях с любым топливным циклом.
Ступенчатый
Самый сложный и прогрессивный тип турбонаддува, обеспечивающий самый широкий диапазон мощности. Создание необходимого наддува становится возможным благодаря установке двух разновеликих компрессоров, соединенных между собой особой системой bypass-клапанов и патрубков.
Данный тип турбонаддува называется ступенчатым из-за того, что выхлопные газы в минимальных режимах раскручивают малую турбину, а это позволяет двигателю легко набирать обороты и работать с большей эффективностью. При увеличении оборотов происходит открытие клапана, что в свою очередь приводит в движение большую турбину. Но давление, которое она создает необходимо увеличить, что и делает малая турбина.
После достижения максимальных оборотов большая турбина выдает огромное давление, которое превращает малый нагнетатель в аэродинамическое сопротивление. В этот самый момент автоматика открывает перепускной клапан, и сжатый воздух поступает в двигатель, минуя на своем пути малую турбину.
Но вся сложность данной системы в полной мере компенсируется гибкостью работы двигателя и его высочайшими характеристиками.
Какие преимущества использования Twin-Turbo и есть ли недостатки
Несомненным преимуществом системы Twin Turbo является большая мощность при сравнительно небольшом рабочем объеме двигателя.
Сюда же относится высокий крутящий момент и отличная динамика автомобиля, оснащенным Twin-Turbo. Двигатель с двумя турбинами намного экологичнее,
чем обычный, поскольку турбонаддув позволяет топливу намного эффективнее сгорать в системе цилиндров.
Из недостатков битурбо можно выделить сложность эксплуатации такой системы. Силовая установка становится более чувствительной к качеству топлива и моторного масла. Турбированные двигатели нуждаются в специальном масле, так как без него заметно уменьшается срок службы масляного фильтра. Высокие температуры, в которых работают турбины негативно сказываются на всем двигателе автомобиля.
Главный недостаток системы Twin-Turbo – это большой расход топлива. Для создания топливовоздушной смеси в цилиндрах необходим большой объем воздуха, что влечет увеличение подачи горючего.
Турбины довольно быстро изнашиваются, если при остановке авто сразу же глушить двигатель. Чтобы продлить срок эксплуатации Twin-Turbo следует давать двигателю поработать некоторое время на холостых оборотах, охладив таким образом турбины, а только после этого можно смело доставать ключ зажигания.
Помните! Twin-Turbo – это сложная и весьма чувствительная система турбонаддува, которая нуждается в бережном отношении и качественных комплектующих. Соблюдение этих простых правил позволяет максимально насладиться скоростью и динамикой автомобиля.
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.
Вероятно, вы неоднократно слышали, что есть турбированные двигатели, причем турбины имеются и у бензиновых ДВС. Но в моторах бывает и две турбины. Однако, высокого распространения такие автомобили не получают, будучи довольно дорогостоящими. Но получить информацию можно бесплатно.
Итак, существуют турбированные двигатели под названиями Би-турбо и Твин-турбо. Многие полагают, что разница в названиях зависит от компаний-производителей автомобилей. Однако, кроме компаний, причина различий кроется в самом турбонаддуве.
Система наддува Twin-Turbo. Вообразите, как функционирует турбина. Она призвана создавать давление воздуха, закачиваемого затем в цилиндры. С возрастанием оборотов ДВС турбина теряет эффективность, а с ней обязательно снижается понижается мощность. С целью предотвращения этого, для ее прироста при высоких оборотах автомобильный движок просто оснастили второй турбиной.
Но функционировать совместно турбины могут разным образом - смотря, как система будет настроена. Например, возможна параллельная работа, а также последовательная – сперва давление нагнетает одна турбина, а потом ее сменяет вторая. Иногда дополнительная турбина подключается при недостатке мощности, компенсируя потери. Добавим, что устанавливается система Twin-Turbo успешно на рядные и V-образные агрегаты.
Bi-Turbo – в таких агрегатах также пара турбин, но если в варианте "Twin" они одинаковы, то здесь к обыкновенной турбине прибавлена более мощная, которая и размером больше. Способ включения турбин тут всегда последовательный: на средних оборотах еще работает обыкновенная турбина, а когда они растут, и ее перестает хватать – запускается увеличенная турбина. Данная конфигурация обеспечивает всегда ровные разгонные характеристики. Монтаж двух турбин такого рода также возможен на оба вышеупомянутых типа ДВС.
Но машина с разными системами наддува все равно ведет в поездке себя неодинаково. В Twin-Turbo присутствует слабо заметный эффект турбоямы, когда нажатие акселератора и срабатывание турбины разделяет время, равное нескольким долям секунды. За этот момент турбина раскручивается и дает нужный прирост. У двигателей Bi-Turbo из-за разных турбин «ямы» нет, отчего при разгоне отсутствуют толчки.
Заметим, что битурбированные автомобили участвуют в гонках и автосоревнованиях, Twin-Turbo же не позволяет такого, ибо конструкция, сами понимаете, к гонкам не располагает.
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.