Camgora.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Система Twin Turbo

Система Twin Turbo

Система турбонаддува, в которой используется два турбокомпрессора, носит название Twin Turbo. Изначально два турбокомпрессора применялись для преодоления инерционности системы, т.н. турбозадержки (турбоямы). В дальнейшем область применения спаренных турбокомпрессоров расширилась и в настоящее время позволяет значительно повышать выходную мощность, поддерживать номинальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов двигателя, снижать удельный расход топлива.

Различают три конструктивные схемы системы Twin Turbo: параллельную, последовательную и ступенчатую. Схемы различаются характеристиками, расположением и порядком работы турбокомпрессоров. Работу турбокомпрессоров регулирует электронная система управления, включающая входные датчики, блок управления и приводы клапанов управления потоком воздуха и отработавших газов.

Twin Turbo – торговое название системы турбонаддува, другое используемое название (синоним) Biturbo. В некоторых истониках информации под названием Biturbo понимается система с параллельной схемой работы турбокомпрессоров, что не совсем верно.

Параллельный Twin Turbo

Система параллельного Twin Turbo включает два одинаковых турбокомпрессора, работающих одновременно и параллельно друг другу. Параллельная работа реализуется путем равномерного разделения потока отработавших газов между турбокомпрессорами. Сжатый воздух от каждого компрессора поступает в общий впускной коллектор и далее распределяется по цилиндрам.

Параллельный Twin Turbo применяется в основном на V-образных дизельных двигателях. Каждый турбокомпрессор закреплен на своем выпускном коллекторе. Эффективность параллельной схемы турбонаддува базируется на том, что две небольшие турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая. За счет этого сокращается «турбояма», турбокомпрессоры работают на всех оборотах двигателя, обеспечивая быстрое повышение давления наддува.

Последовательный Twin Turbo

Система последовательного Twin Turbo включает два соизмеримых по характеристикам турбокомпрессора. Первый турбокомпрессор работает постоянно, второй включается в работу при определенных режимах работы двигателя (частота оборотов, нагрузка).

Переход между режимами обеспечивает электронная система управления, которая регулирует поток отработавших газов ко второму турокомпрессору с помощью специального клапана. При полном открытии клапана управления подачей отработавших газов оба турбокомпрессора работают параллельно, поэтому правильно систему называть последовательно-параллельная. Сжатый воздух от двух турбокомпрессоров подается в общий впускной коллектор и распределяется по цилиндрам.

Система последовательного Twin Turbo минимизирует последствия турбозадержки и позволяет достичь максимальной выходной мощности. Применяется на бензиновых и дизельных двигателях. В 2011 году компания BMW представила систему с тремя последовательными турбокомпрессорами – Triple Turbo.

Двухступенчатый турбонаддув

Самой совершенной в техническом плане является система двухступенчатого турбонаддува. С 2004 года система двухступенчатого турбонаддува применяется на ряде дизельных двигателей от Opel. Другой производитель — компания BorgWarner Turbo Systems внедряет систему на дизельные двигатели BMW и Cummins.

Система двухступенчатого турбонаддува состоит из двух турбокомпрессоров разного размера, установленных последовательно в выпускном и впускном (воздушном) трактах. В системе используется клапанное регулирование потока отработавших газов и нагнетаемого воздуха.

При низких оборотах двигателя перепускной клапан отработавших газов закрыт. Отработавшие газы проходят через малый турбокомпрессор (имеет минимальную инерцию и максимальную отдачу) и далее через большой турбокомпрессор. Давление отработавших газов невелико. Поэтому большая турбина почти не вращается. На впуске перепускной клапан наддува закрыт. Воздух проходит последовательно через большой (первая ступень) и малый (вторая ступень) компрессоры.

С ростом оборотов осуществляется совместная работа турбокомпрессоров. Перепускной клапан отработавших газов постепенно открывается. Часть отработавших газов идет непосредственно через большую турбину, которая раскручивается все более интенсивно. На впуске большой компрессор сжимает воздух с определенным давлением, но оно недостаточно большое. Поэтому далее сжатый воздух поступает в малый компрессор, где происходит дальнейшее повышение давления. Перепускной клапан наддува при этом по прежнему закрыт.

При полной нагрузке перепускной клапан отработавших газов открыт полностью. Газы практически полностью проходят через большую турбину, раскручивая ее до максимальной частоты. Малая турбина останавливается. На впуске большой компрессор обеспечивает максимальное давление наддува. Малый компрессор, наоборот, создает препятствие для воздуха, поэтому в определенный момент открывается перепускной клапан наддува и сжатый воздух поступает напрямую к двигателю.

Таким образом, система двухступенчатого турбонаддува обеспечивает эффективную работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Система разрешает известное противоречие дизельных двигателей между высоким крутящим моментом на низких оборотах и максимальной мощностью на высоких оборотах. С помощью двухступенчатых турбокомпрессоров номинальный крутящий момент достигается быстро и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя, обеспечивается максимальное повышение мощности.

Турбонаддув

Турбонаддув — один из методов агрегатного наддува, основанный на использовании энергии отработавших газов. Основной элемент системы — турбина.

Содержание

  • 1 История изобретения
  • 2 Принцип работы
  • 3 Состав системы
  • 4 Задержка турбокомпрессора
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

История изобретения [ править | править код ]

Принцип турбонаддува был запатентован Альфредом Бюхи в 1911 году в патентном ведомстве США [1] .

История развития турбокомпрессоров началась примерно в то же время, что и постройка первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885—1896 г. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путём сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. В 1905 г. швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности до 120 %. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению в жизнь турботехнологий.

Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В авиации с некоторым успехом турбокомпрессоры использовались на истребителях с двигателями Рено ещё во время Первой Мировой войны. Ко второй половине 1930-х развитие технологий позволило создавать действительно удачные авиационные турбонагнетатели, которые у значительно форсированных двигателей использовались в основном для повышения высотности. Наибольших успехов в этом достигли американцы, установив турбонагнетатели на истребители P-38 и бомбардировщики B-17 в 1938 году. В 1941 году США был создан истребитель P-47 с турбонагнетателем, обеспечившим ему выдающиеся летные характеристики на больших высотах.

В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г. на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля. Первыми массовыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962—1963 г. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.

Начало использования турбодвигателей на спортивных автомобилях, в частности, на Formula 1, в 70-х годах привело к значительному увеличению популярности турбокомпрессоров. Приставка «турбо» стала входить в моду. В то время почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Однако, по прошествии нескольких лет мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. На первых порах задержка в реакции турбокомпрессора была достаточно большой, что также являлось серьёзным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошёл с установкой в 1977 г. турбокомпрессора на серийный автомобиль Saab 99 Turbo и затем в 1978 г. выпуском Mercedes-Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за Mercedes-Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel, сохранив при этом значительно более низкий уровень расхода топлива. Вообще, дизельные двигатели имеют повышенную степень сжатия и, вследствие адиабатного расширения на рабочем ходу, их выхлопные газы имеют более низкую температуру. Это снижает требования к жаропрочности турбины и позволяет делать более дешёвые или более изощрённые конструкции. Именно поэтому турбины на дизельных двигателях встречаются гораздо чаще, чем на бензиновых, а большая часть новинок (например, турбины с изменяемой геометрией) сначала появляется именно на дизельных двигателях.

Принцип работы [ править | править код ]

Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большее количество смеси воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ находится под большим давлением и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень. [ стиль ]

Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)) и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.

Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. [ стиль ] Турбонаддув особенно эффективен в дизельных двигателях тяжёлых грузовых автомобилей. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. [ источник не указан 991 день ] Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины в зависимости от режима работы двигателя.

Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например, на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с. [ источник не указан 991 день ]

Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W). [ источник не указан 991 день ]

Состав системы [ править | править код ]

Кроме турбокомпрессора и интеркулера в систему входят: регулировочный клапан (wastegate) (для поддержания заданного давления в системе и сброса давления в приёмную трубу), перепускной клапан (bypass valve — для отвода наддувочного воздуха обратно во впускные патрубки до турбины в случае закрытия дроссельной заслонки) и/или «стравливающий» клапан (blow-off valve — для сброса наддувочного воздуха в атмосферу с характерным звуком, в случае закрытия дроссельной заслонки, при условии отсутствия датчика массового расхода воздуха), выпускной коллектор, совместимый с турбокомпрессором, или кастомный даунпайп, а также герметичные патрубки: воздушные для подачи воздуха во впуск, масляные для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Задержка турбокомпрессора [ править | править код ]

Задержка турбокомпрессора («турбояма») — это время, необходимое для изменения выходной мощности после изменения состояния дроссельной заслонки, проявляющееся в виде замедленной реакции на открытие дроссельной заслонки по сравнению с поведением безнаддувного двигателя. Это связано с тем, что выхлопной системе и турбонагнетателю требуется время для раскрутки, чтобы обеспечить требуемый поток нагнетаемого воздуха. Инерция, трение и нагрузка на компрессор являются основными причинами задержки турбокомпрессора.

Система турбонаддува — принцип работы турбины

Турбонаддув – способ увеличения мощности двигателя автомобиля за счет увеличения подачи воздуха в цилиндры, не изменяя при этом его (двигателя) объема.

Основной элемент системы – турбокомпрессор, состоящий из турбины и компрессора (нагнетателя). Причем турбина начинает работать как только происходит запуск двигателя, а компрессор только с определенного числа оборотов.

Читать еще:  Заднее сидение с подлокотником альмера классик

Роль обогащения топливо-воздушной смеси кислородом отведена компрессору (нагнетателю). Происходит этот процесс за счет использования энергии отработавших газов. Колеса («крыльчатки») турбины и компрессора закреплены на одном валу.

Выхлопные газы через выпускной коллектор попадают в корпус турбины, раскручивая ее колесо, которое в свою очередь раскручивает колесо компрессора, вследствие чего осуществляется всасывание воздуха из атмосферы в компрессор, и уже в нем его сжатие и нагнетение во впускное отверстие.

Так как сжатие воздуха сопровождается его нагревом, что приводит к уменьшению плотности, а как следствие к снижению и эффективности наддува в системах турбоннадува применяется интеркулер – своеобразный «промежуточный радиатор» (между компрессором и цилиндрами) для охлаждения воздуха, подаваемого в цилиндры.

Интеркулеры бывают двух видов: воздухо-воздушный и водо-воздушный.

В автомобилях преимущественно используются воздухо-воздушные интеркулеры, располагающиеся, как правило, либо фронтально (перепендикулярно продольной оси автомобиля) – обычно пространство перед/под радиатором двигателя, либо горизонтально над двигателем.

Твин-турбо (би-турбо) – система «сдвоенного» наддува, в которой применяется два турбокомпрессора, то есть две турбины и два компрессора.

Параллельная система «сдвоенного турбонаддува» (Parallel twin-turbo). Представляет собой конфигурацию турбонаддува, в которой два идентичных турбокомпрессора в равной степени разделяют между собой работу по нагнетанию воздуха в цилиндры.

Каждый из них действует на свой ряд цилиндров и функционирует за счет половины отработавших газов двигателя.

Секвентальная система «сдвоенного турбонаддува» (Sequential twin-turbo). В такой конфигурации также два турбокомпрессора – один меньшего размера, другой большего.

Работают они последовательно: на низких оборотах двигателя, когда энергии выхлопных газов не хватает для раскрутки колеса большой турбины, работает маленький, на высоких подключается большой.

Турбина с изменяемой геометрией

В настоящее время наряду с системами «сдвоенного турбонаддува» все большее распространение получают системы наддува с изменяемой геометрией, то есть с изменением сечения на входе колеса турбины. Происходит это за счет поворота небольших лопастей вокруг «крыльчатки».

Движение воздуха при закрытых лопастях.

Движение воздуха при открытых лопастях.

Уменьшение сечения на низких оборотах (при недостаточном для раскрутки колеса турбины количестве выхлопных газов) способствует увеличению мощности потока отработавших газов.

Когда же двигатель работает на высоких оборотах, и мощность потока газов возрастает, сечение увеличивается так, чтобы обеспечить достаточный двигателю «наддув», избежав при этом перегрузки турбокомпрессора.

По сравнению с «традиционными» турбокомпрессорами, имеющими в своей конструкции перепускной клапан, регулирующий обороты турбины, а следовательно и производительность компрессора, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией более экономичны (естественно, относительно расхода топлива) и экологичны при более высокой мощности.

Разработка подобных систем наддува, помимо снижения затрат на топливо и выброса вредных веществ в атмосферу, направлена еще и на повышение производительности двигателей – исключения такого явления, как турбо-яма (турбо-лаг), когда на низких оборотах двигателя давления выхлопных газов недостаточно для раскрутки турбины, и только на высоких оборотах двигатель раскрывает свою истинную сущность, обозначенную «шильдиком» «turbo».

«На пальцах». чтобы понять, что такое турбо-яма нужно сесть за руль автомобиля, оснащенным простым турбо-двигателем, проехать какое-то растояние на низкой скорости, а потом «утопить» педаль акселератора (газа) в пол. после небольшой паузы автомобиль довольно резким рывком устремится вперед!

Упомянутая выше «небольшая пауза» и есть турбо-яма.

Twin Turbo

Twin Turbo – это система турбонаддува которая состоит из двух турбокомпрессоров. Первоначально данную систему разрабатывали для решения проблемы инерционного действия (турбоямы) приспущенного всем турбокомпрессорам. Впоследствии область применения сильно расширилась. Инженеры и автолюбители обратили внимание на плюсы этой системы:

Повышается выходная мощность.
Снижается расход топлива.
Поддерживаться номинальный крутящий момент в довольно широком диапазоне.
На данный момент в мире существуют три схемы подключения Twin Turbo. Они отличаются не только расположением турбокомпрессоров, но и порядком их работы. За регулировку их работы отвечает электронная система управления, состоящая из входных датчиков, приводов клапанов и конечно самого блока управления.

Twin Turbo – также является торговым названием для системы, из-за чего в ряде случаев применяют его синоним biturbo. Хотя некоторые источники трактуют это название совсем по-другому.

Параллельное подключение Twin Turbo

Для параллельного подключения турбокомпрессоров используют два одинаковых турбокомпрессора с разными разворотами работающих одновременно на одной и той же мощности. Данный принцип реализуется за счет равномерной подачи отработанных газов в каждую из турбин и объединения сжатого воздуха в впускном коллекторе, для последующего распределения по цилиндрам.

Наиболее часто систему параллельного подключения Twin Turbo устанавливают на дизельных V-образных двигателях. При этом турбины закреплены на отдельных выпускных клапанах. Их функциональное преимущество заключается в том, что две небольшие турбины имеют гораздо меньшую инерционность по сравнению с одной большой равной по мощности их сумме. При данном подключение сокращается время турбоямы и обеспечивается работа на любых оборотах двигателя тем самым обеспечивая более быстрое повышение силы наддува.

Последовательное подключение Twin Turbo

В систему последовательного подключения Twin Turbo в ходят два турбокомпрессора с соизмеримыми характеристиками. Принцип работы последовательного Twin Turbo заключается в том, что: первый турбокомпрессор работает постоянно, в то время как второй включается лишь в тех случаях, если достигнута определенная частота оборотов или же нагрузка.

Как и в случае с параллельным подключением, в последовательном Twin Turbo использует электронная система регулировки давления, которая изменяет силу потока выхлопных газов только уже исключительно на втором турбокомпрессоре при помощи специального клапана. Во время полного открытия клапана турбины работаю параллельно, из-за чего технически правильно называть данную систему последовательно-параллельной.

Система последовательного подключения Twin Turbo помогает минимизировать последствие турбозадержки и увеличить выходную мощность. Данную систему устанавливают вне зависимости от типа топлива поглощаемую двигателем, будь то бензин или дизель. В начале 2011 года небезызвестная компания BMW выпустила на рынок новую систему с последовательным подключением трех турбокомпрессоров –Triple turbo.

Двухступенчатый компрессор (наддув)

Система двухступенчатого наддува образуется парой турбокомпрессоров разной мощности, установленных последовательно на впускном и выпускном трактах. Регулировка потока выхлопных газов осуществляется посредствам клапанов.

На сегодняшний день данный вид Twin Turbo считается наиболее совершенным. Его дебют на автомобилях массового производства состоялся в 2004 году с дизельного двигателя компании Opel. Чуть позже BorgWaener Turbo Systems подхватили эту инициативу и начали поставлять свою версию Twin Turbo на Cummins и BMW.

На низких оборотах перепускной клапан выхлопных газов наглухо закрыт. Они проходят через меньший турбокомпрессор, имеющий максимальную отдачу при минимальной инерции, а далее поступают в большой турбокомпрессор. При этом давление выхлопных газов совсем не велико, из-за чего большая турбина почти не двигается и на выпуске из нее закрыт перепускной клапан. Воздуху приходится двигаться через большую и малую турбины.

Пропорционально росту давление выхлопных газов растет КПД большой турбины и их эффективность с малой практически выравнивается. Та часть выхлопных газов, которая проходит через большую турбину сжимается, но не до достаточного давление из-за чего перенаправляется в малую, где происходит более сильное сжатие. В данном случае перепускной клапан как и ранее закрыт.

При выходе не высокие обороты нагрузка на перепускной клапан открывает его. Давление газов циркулирует только в большой турбине и непосредственно подается в цилиндры. В то время как малый турбокомпрессор играет роль заглушки, создавая препятствие для движения воздуха.

Благодаря выше сказанному двухступенчатый компрессор позволяет производить эффективную работу на всех режимах двигателя. При этом решая извечную проблему всех дизельных двигателей противодействие мощности на высоких оборотах и крутящие момента на низких.

Различия Twin-Turbo и Bi-Turbo

Большинство из нас знают о существовании моторов, которые усилены двумя турбинами. Конечно, такие двигатели доступны далеко не каждому ввиду их высокой стоимости, однако, даже если нет возможности их приобрести, всегда стоит просто ознакомиться с данной информацией. На первый взгляд, твин-турбо и би-турбо двигатели ничем друг от друга не отличаются и представляют собой моторы, оснащенные двумя турбинами.Некоторые склоняются в ошибочному мнению о том, что Twin-Turbo и Bi-Turbo – просто разные коммерческие названия одной системы. Однако разница не только в названии, но и в способе наддува.

Схемы работы Twin-turbo и Bi-turbo

Тем не менее, для обеих типов систем важна качественная система выхлопа отработанных газов. Грамотно отремонтировать или усовершенствовать систему выхлопа могут тут: http://замена-гофры-глушителя.москва/

Двигатели с системой Twin-Turbo
Принцип действия турбины заключается в процессе создания определенного давления воздуха, который закачивается в цилиндры двигателя. По мере роста оборотов падает эффективность турбины, соответственно, снижается и мощность мотора. Для того, чтобы исключить падение мощности и обеспечить ее прирост даже на высоких оборотах, устанавливается вторая турбина. Стоит отметить тот факт, что в работу турбины могут вступать по-разному. Например, можно настраивать турбины таким образом, чтобы они включались в работу параллельно, или же настроить их таким образом, чтобы давление нагнеталось сначала одной турбиной, а после того, как ее мощности будет не хватать, включалась в работу вторая, компенсируя таким образом потери.Система наддува Twin-Turbo может устанавливаться как на обычные, так и на V-образные двигатели.

Двигатели с системой Bi-Turbo
В системе Би-турбо также подразумевается наличие двух турбин, однако, если в первой системе турбины одинаковые, то в Bi-Turbo устанавливается обычная турбина и более мощная турбина. Включаются они в работу последовательно, то есть сперва на маленьких и средних оборотах работает первая турбина, а на больших включается вторая, более мощная. Благодаря такой особенности обеспечивается ровная динамика разгона автомобиля. Как и первая система, так и вторая может устанавливаться на любые виды двигателей.Разница в работе между Twin-Turbo и Bi-TurboВ зависимости от конструктивных особенностей каждой из систем влияют на характер поведения автомобиля. В случае с системой Bi-Turbo автомобилю обеспечивается равномерный разгон благодаря использованию разных по мощности турбин, а вот система Twin-Turbo специализируется на снятии максимальной мощности с двигателя.

Twin-turbo

Twin-turbo, also known as biturbo, refers to an engine in which two turbochargers compress the intake fuel/air mixture (or intake air, in the case of a direct-injection engine). The most common layout features two identical turbochargers in parallel. The two turbochargers can either be identical or different sizes (i.e. one large and one small). Twincharger is a combination of supercharger and turbocharger.

Contents

  • 1 Types and Combinations
  • 2 Parallel
  • 3 Sequential
  • 4 Series
  • 5 Quad-turbo
  • 6 See also
  • 7 References
  • 8 External links

Types and Combinations [ edit ]

There are three types of turbine setups used for twin turbo setups:

  • Parallel
  • Sequential
  • Series

These can be applied to any of the five types of compressor setups(which theoretically could have 15 different setups):

  • Compound Compressors
  • Staged Compound Compressors
  • Staged Sequential Compressors
  • Parallel Sequential Compressors
  • Parallel Compressors [1]

Parallel [ edit ]

A parallel configuration refers to using two equally-sized turbochargers which each receive half of the exhaust gases. [2] Some designs combine the intake charge from each turbocharger into a single intake manifold, while others use a separate intake manifold for each turbocharger.

Читать еще:  Аккумулятор плохо крутит стартер на холодную

Parallel configurations are well suited to V6 and V8 engines since each turbocharger can be assigned to one cylinder bank, reducing the amount of exhaust piping needed. In this case, each turbocharger is fed exhaust gases by a separate exhaust manifold. For four-cylinder engines and straight-six engines, both turbochargers can be mounted to a single exhaust manifold.

The aim of using parallel twin-turbos is to reduce turbo lag by being able to use smaller turbochargers than if a single turbocharger was used for the engine. On engines with multiple cylinder banks (e.g. V engines and flat engines) use of parallel twin-turbos can also simplify the exhaust system.

The 1981-1994 Maserati Biturbo was the first production car to use twin-turbochargers. [3] The Biturbo used a 90-degree SOHC V6 engine with one turbocharger per cylinder bank.

Parallel configurations have also been used on engines with more than two turbochargers. One example is the 1991-1995 Bugatti EB110, which uses four turbochargers on its V12 engine. The 2005-2015 Bugatti Veyron uses four turbochargers on its W16 engine.

In diesel powered applications, notable examples are Volkswagen’s V10 TDI which uses two BorgWarner turbochargers in a parallel layout and BMW’s inline 6 B57 engine (B57D30O0, B57D30T0, B57D30S0), which is available in configurations of up to 4 turbochargers that operate in a double-series layout.

Sequential [ edit ]

Sequential turbocharging refer to a set-up in which the engine uses one turbocharger for lower engine speeds, and a second or both turbochargers at higher engine speeds. This system is intended to overcome the limitation of large turbochargers providing insufficient boost at low RPM. On the other hand, smaller turbos are effective at low RPM (when there is less kinetic energy present in the exhaust gases) but are unable to provide the quantity of compressed intake gases required at higher RPM. Therefore, sequential turbocharger systems provide a way to decrease turbo lag without compromising power output at high RPM. [4]

The system is arranged so that a small («primary») turbocharger is active while the engine is operating at low RPM, which reduces the boost threshold (RPM at which effective boost is provided) and turbo lag. As RPM increases, a small amount of exhaust gas is fed to the larger («secondary») turbocharger, to bring it up to operating speed. Then at high RPM, all of the exhaust gases are directed to the secondary turbocharger, so that it can provide the boost required by the engine at high RPM. [5]

The first production car to use sequential turbocharging was the 1986-1988 Porsche 959, which used sequential twin-turbos on its flat-six engine. [6] [7] Sequential turbocharging can also be used with more than two turbochargers, such as in the 2012-2017 BMW N57S straight-six diesel engine, which uses three sequential turbos. [8]

Twin-turbo, Bi-turbo, Wastegate и Twinscroll

Технологии для максимальной отдачи мотора

В современном мире к автомобилям предъявляют жесткие требования. При смене поколений они должны стать мощнее, быстрее и при этом экономичнее. Поэтому инженеры вовсю «шаманят» с системой турбонаддува. Благодаря их стараниям из условного ДВС объемом в 1 литр удалось «выжать» порядка 150 вполне реальных «лошадок». Постараемся разобраться, как такое возможно.

«Двойная турбина» и «турбины-близнецы»

Кто хотя бы немного знаком с устройством силового агрегата, знает, что габаритному и мощному мотору необходимо большое количество воздуха в цилиндрах. Справиться с этой задачей способна турбина, причем увеличенная в размерах и максимально шустрая.

Вес крыльчатки напрямую зависит от величины турбины. Чем больше последняя, тем тяжелее первая. Когда водитель нажимает на газ, дроссельная заслонка открывается и в цилиндры отправляется необходимое количество «горючки». Это приводит к появлению в больших количествах выхлопных газов, что способствует сильному раскручиванию турбины. Чтобы сэкономить время на ее «раскачку» и минимизировать ущерб от традиционной «турбоямы», в современном моторостроении используют две технологии — twin-turbo («турбины-близнецы») и bi-turbo («двойная турбина»).

На деле, это непохожие друг на друга технологии. Но из-за неточных формулировок маркетологов произошла путаница. Запуталась даже «элита» — Maserati и Mercedes AMG имеют модели с пометкой «Biturbo». На деле, в этих автомобилях используется система твин-турбо.

Первоначально под twin-turbo подразумевалась конструкция, разделяющая выхлопные газы на два одинаковых «отряда». И каждый из них направлялся «нести службу» на свою, небольшую турбину. Благодаря такому распределению уменьшался вес крыльчаток, сокращалось время «раскачки», а также упрощался сам силовой агрегат (можно было задействовать более простые турбокомпрессоры).

Конструкция bi-turbo отличается тем, что к впуску последовательно присоединены две разные по размеру турбины — одна меньше, другая, соответственно, побольше. Первая обеспечивает эффективную тягу «на низах», при небольшой нагрузке, и хорошо раскручивается. Как только нагрузка возрастает, в дело вступает большая турбина, а дроссельные заслонки в это время отключают ее маленькую «сестру». Главная проблема «двойной турбины» — усложнение всего узла. Ведь там «налеплено» множество трубок, плюс дроссельные заслонки. Эти технологии сильно влияют на цену силового агрегата. Но для форсированных двигателей пока альтернативы не придумали.

Wastegate

Изначально от wastegate (перепускной клапан) не требовалось ничего фантастического. Он срабатывал после того, как давление справлялось с натяжением рабочей пружины. Благодаря открывшемуся клапану газы отводились и давление падало.

Затем для wastegate задачку усложнили. Он стал подчиняться не только давлению, но и электронике, которая следила за происходящим (температура, режим движения, детонация и так далее). Но управлялся перепускной клапан по старинке — пневматикой. Когда появлялась необходимость снизить давление, он открывался.

Необходимые изменения характеристик достигаются за счет точной регулировки работы клапана. Благодаря этому турбина даже на небольших оборотах способна работать максимально эффективно. Главная проблема этой технологии — это ее сложность и невысокие показатели надежности. Ведь электронике приходится трудиться в неблагоприятных условиях: тут и температура зашкаливает, и вибрация сильная.

Twinscroll

Мысль об улучшении работоспособности одной турбины долго время не давала конструкторам покоя. И решение, как увеличить ее эффективность при различных нагрузках, все-таки было найдено.

Турбинное колесо взяли, да и разделили на две части. Собственно, twinscroll переводится как «двойная улитка». Это решение привело к тому, что один «кусок» турбины эффективнее всего при малой нагрузке, а другой — при высокой. В результате, конструкция получается не слишком сложной, а КПД системы увеличивается. Однако из-за «жесткого» разделения турбины агрегат все-таки не способен реализовать максимум возможностей.

Механика турбин

Как известно, подшипники качения имеют определенное преимущество перед «коллегами» — подшипниками скольжения. Заключается оно в уменьшенном трении. Поэтому подшипникам с шариками под силу сделать раскручивание турбины еще более быстрым и легким, снизить вес вала и уменьшить роль давления.

Именно турбины, оснащенные керамическими подшипниками качения, отличаются надежностью и долговечностью. Они не слишком чувствительны к изменению давления наддува, и не слишком восприимчивы к перегреву и сильной вибрации (в отличие от турбин традиционной конструкции).

Понятно, что турбины с такими «наворотами» получаются существенно дороже. Тем не менее, ими постепенно стали оснащать и серийные авто. А всю прелесть керамических турбин по полной программе оценили в автомобильном спорте.

Итог

Новые технологии через короткий промежуток времени перестают быть эксклюзивными. А значит, теряют в цене и становятся более доступными для массового производства.

Например, большинство современных двигателей оснащено электронным контролем турбины. Twinscroll постепенно уходит «в народ». А без twin-turbo не обходится практически не один серьезный V-образный силовой агрегат. Проблемы, конечно, остаются. Главная из них — невысокий запас прочности турбин, дороговизна их ремонта и обслуживания. Но ведь приходится чем-то жертвовать ради технического прогресса!

BMW 328i: триумф TwinPower Turbo

Параллельно с дебютом спортивного седана 3 серии, баварский концерн представил новинку: четырехцилиндровый турбодвигатель, который из-за своей приемистости, максимальной частоты вращения мотора и высокой мощности может обеспечивать энергичную тягу. А при своей сравнительно не высокой массе, полностью удовлетворяет требования к динамике нового спортивного седана BMW.

Помимо этого, представление данного агрегата означает, то, что именно он, готов прийти на смену 2,0-литровым бензиновым двигателям. И это даже несмотря на то, что по плану руководства концерна, в 2012 году такие устройства еще будут предлагаться для автомобилей третьей серии. Обновленный четырехцилиндровый двигатель это настоящее удовольствие для пользователей. Ведь помимо уникальной возможности быстрого набора мощности он гораздо экологичнее и экономичнее своих более старших «товарищей».

Фактически, скоростные 2,0-литровые двигатели были представлены еще в 1975 году. Уже тогда это было одним из самых перспективных направлений в работе BMW. Кстати, эти четырехцилиндровые двигатели были установлены на тройках, которые были выставлены на суд ценителей в 1975 году. А вот шестицилиндровые двигатели и сегодня являются одними из самых мощных и непревзойденных разработок концерна, хотя их представление состоялось тоже относительно давно, а именно в 1977 году на выставке IAA.

Так что же такого необыкновенного в этих моделях двигателей? Благодаря технологии TwinPower Turbo значительно увеличилась мощность, а также оптимально заработала система КПД двигателя. Эта технология подразумевает применение абсолютно новых, инновационных решений: высокоточного впрыска High Precision Injection, систему бесступенчатого газораспределения Double VANOS, наддув Twin Scroll, а так же систему регулирования клапанов VALVETRONIC.

На сегодняшний день, те технологии, которые применяет компания BMW, в мире не имеют аналогов. Инженеры разработчики поколения таких двигателей, делают акцент на его эффективной работе и на повышение мощности, при этом, не увеличивают его объем, не повышают расход топлива и массу двигателя, а так же не повышают процент количества вредоносных выбросов в атмосферу.

Максимальная мощность нового четырехцилиндрового бензинового двигателя BMW TwinPower Turbo – 180 кВт245л.с. при частоте вращения 5000 обмин. Объем двигателя 1997 см3. Максимальный крутящий момент 350 Нм стал возможен благодаря турботехнологии TwinScroll, которая уже при 1250 обмин. может удерживать значение до 4800 обмин. Применение данных технологий позволило сделать автомобиль настолько динамичным и мощным, что при разгоне с места новый BMW 328i дает 100 кмч всего за 5.9 секунды, развивая скорость ограниченную только электронной отметкой в 250 кмч.

При этом все команды педали акселератора для двигателя являются приоритетными и при частоте превышающей частоту вращения холостого хода, двигатель набирает предельную мощность диапазона частоты вращения.

Во время испытаний цикле ЕС, средний расход топлива для нового BMW 328i был всего 6, 4 литра на 100 километров пути. По сравнению с BMW 325i (предшественником этой модели) экономия расхода топлива составила 11%. То же самое можно сказать и вредоносных выбросах СО2. Их показатель составил допустимые 149 грамм на километр, что является оптимальным, не превышающим существующие требования. Более меньшие показатели вредоносных выбросов возможно достичь за счет установки восьмиступенчатой автоматической коробки передач. Тогда расход топлива будет еще более символичен – 6, 3 литра на 100 километров а выбросы СО2 составят – 147 грамм на километр, и это будет еще на 15% эффективней.

Читать еще:  Почему не горит подсветка панели приборов

Теперь подробнее о технологии TwinPower Turbo нового четырехцилиндрового двигателя

Благодаря оптимизации внутреннего трения, на мощность которого, прежде всего, влияет технология впрыска и наддува, этот двигатель на сегодняшний день самый мощный среди своих бензиновых коллег. Рядная шестицилиндровая конструкция двигателя, которая явилась основой этой новинки, была неоднократно отмечена призами на различных выставках. Применение в работе технологии TwinPower Turbo стало прорывом, а получившаяся модель двигателя оказалась настолько впечатляющей, что ее можно брать за образец всем инженерам разработчикам занимающимся вопросами динамики, повышения мощности и эффективности работы двигателей.

Применение не имеющих аналогов технологий (высокочастотного впрыска High Precision Injection, наддува по принципу Twin Scroll, системы бесступенчатого регулирования фаз газораспределения Double VANOS, системы регулирования хода клапанов VALVETRONIC) позволило достигнуть недостижимых диапазонов мощности. Для традиционных атмосферных двигателей такие диапазоны могут стать реальными, только если будут увеличено число цилиндров. Помимо этого, конструкция двигателя, с блоком из цельного алюминия, гораздо компактнее и имеет более легкий вес, недели конструкция шестицилиндрового двигателя такой же мощности. Из этой особенности снижается нагрузка на переднюю ось седана, и повышается маневренность. ВМW демонстрирует неповторимую и непревзойденную управляемость на дороге.

Наддув работает по принципу Twin Scroll, когда потоки ОГ 1 и 4 цилиндров, а также 2 и 3 по спирали отправляются на турбинное колесо. Из-за этой особенности на низких оборотах возникает только незначительное противодавление ОГ, а также эффекты пульсации из-за чего давление газа может использоваться максимально эффективно. Так при нажатии педали акселератора, двигатель моментально отзывается на команду и очень быстро начинает набирать обороты. Необходимая владельцу скорость, достигается за считанные секунды, и он получает ни с чем, ни сравнимое удовольствие от мощности и скорости BMW 3 серии.

Система регулирования клапанов VALVETRONIC (оснащена серводвигателем со встроенным датчиком, и умеет работать с высокими скоростями) и система бесступенчатого регулирования фаз газораспределения Double VANOS снижают % вредных выбросов в атмосферу, а так же увеличивают мощность автомобиля.

Помимо этого в двигателе нет дроссельной заслонки, т.к. регулировка хода клапанов выполняется плавно, а масса воздуха управляется внутри двигателя. Благодаря этому удалось оптимизировать реакции силового агрегата и сделать минимальными потери при процессе газообмена.

Топливо впрыскивается при работе электромагнитных форсунок, которые находятся между клапанами по центру. Эта технология High Precision Injection обеспечивает эффективную работу двигателя. Давление впрыска 200 бар происходит практически рядом со свечами зажигания, что обеспечивает равномерное сгорание топлива. КПД повышается, благодаря охлаждающему воздействию на топливо. Это способствует более высокой степени сжатия, нежели в двигателях имеющих впрыск в впускной коллектор.

Все мыслимые инновационные технологии, применяемые в базовом двигателе, делают этот агрегат непревзойденным по эффективности и мощности. Балансировочные валы, расположенные на разной высоте, компенсируют вибрации, а маятниковый демпфер, в двухмассовом маховике, сокращает крутильные колебания в низком диапазоне оборотов. Из-за этого действующий крутящий момент, не ущемляет комфорт в процессе езды.

Таким образом, 2,0-литровый шестицилиндровый двигатель по своим характеристикам остается непревзойденным среди себе подобных. Это недостижимый уровень, который подвластен только BMW.

Би-турбо (Bi-Turbo) и Твин-турбо (Twin-Turbo), двойной наддув – различия. Так отличаются или нет?

Турбированные двигатели не так просты, как кажется, рядом с этой темой витает много непоняток и неопределенностей. Одна из таких – про два строения «би-турбо» и «твин-турбо». Не так давно сам лично был свидетелем разговора двух автовладельцев, один заверял — что разница есть, а вот другой – что отличий нет! Так в чем же правда? Действительно, чем отличаются эти два строения ТУРБО моторов, давайте разбираться …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

  • Две турбины на двигатель – как и зачем?
  • Про строение
  • БИ-ТУРБО (BI-TURBO)
  • ТВИН-ТУРБО (TWIN-TURBO)
  • Турбина + компрессор
  • ГОЛОСОВАНИЕ + ВИДЕО

Если честно, то разница, конечно — будет, но она не будет носить категорический характер! Лишь потому что названия взяты у разных производителей, которые устанавливают свои агрегаты с различной компоновкой и строением.

Однако и система «Би-турбо» и «Тви-нтурбо» — по сути одно и тоже. Если взять английский язык и посмотреть на обозначение, Bi-Turbo и Twin-Turbo, можно увидеть две приставки «Bi» и «Twin» — если грубо перевести то получается – «ДВА» или «ДВЕ». Не что иное — как обозначение наличия двух турбин на двигателе, причем и одно и другое название можно применять к одному и тому же двигателю, то есть они абсолютно — взаимозаменяемые. Эти названия не несут в себе какие-то технические различия, так что это «голый маркетинг».

Две турбины на двигатель – как и зачем?

Сейчас может возникнуть вопрос, а вообще зачем? Все просто есть всего два вопроса, которые они призваны решать:

  • Устранение турбоямы, можно сказать, что это первоочередная проблема.
  • Увеличение мощности.
  • Строение двигателя.

Начну, пожалуй, с самого простого пункта – это строение двигателя. Конечно, легко ставить одну турбину, когда у вас есть рядный двигатель на 4 или 6 цилиндров. Глушитель то один. Но вот что делать, когда у вас скажем V образный мотор? И по три – четыре цилиндра на каждую строну, тогда и глушителя два! Вот и ставят на каждый по турбине, средней или малой мощности.

Устранение турбоямы – как я уже писал сверху, это задача номер «1». Все дело в том что у турбированного мотора, есть провал — когда вы нажимаете на газ, отработанным газам нужно пройти и раскрутить крыльчатку турбины, именно это время и «проседает» мощность, это может быть от 2 до 3 секунд! А если вам на скорости нужно сделать обгонный маневр – это не безопасно! Вот и устанавливают различные турбины, а зачастую компрессор + турбина. Один работает на низких оборотах, то есть на старте, чтобы избежать «турбоямы», вторая – на скорости когда нужно оставить тягу.

Увеличение мощности – это самый банальный случай. То есть для увеличения мощности мотора, к маломощной турбине устанавливают еще одну мощную, таким образом — дуют они две, что значительно повышает производительность. Кстати на некоторых гоночных машинах, есть и три и даже четыре турбины, но это очень сложно и в серию, как правило не идет!

Вот собственно и решения, для которых применяют «ТВИНТУРБО» или «БИТУРБО» и знаете это реально выход, от избавления от турбоямы и увеличения мощности.

Про строение

Сейчас на многих авто применяются всего два основных строения — расположения двух турбин. Это параллельное и последовательное (известное еще как секвентальное).

Например, некоторые Мицубиши имеют именно «ТВИНТУРБО», но параллельную работу, как я уже отмечал сверху, это две турбины на агрегате V6, по одной на каждую сторону. Дуют они в общий коллектор. А вот например на некоторых АУДИ, также есть параллельная работа на двигателе V6, но название «БИТУРБО».

На автомобилях Тойота в частности на «СУПРА», стоит рядная шестерка, однако тут также есть два наддува – работают они в хитром порядке, могут работать сразу два, могут один работает, другой нет, могут включаться попеременно. Все зависит от вашей манеры езды – добиваются такой работы «хитрыми» перепускными клапанами. Вот вам последовательно-параллельная работа.

Как и на некоторых автомобилях СУБАРУ – первая (малая) нагнетает воздух на низких оборотах, вторая (большая) подключается только тогда, когда обороты значительно выросли, вот вам и параллельное включение.

Так разница все же есть или отличий вообще нет? Знаете негласно, производители все же отличают эти два строения, давайте подробнее.

БИ-ТУРБО (BI-TURBO)

Как правило, это два последовательно включаемых турбины в работу. На ярком примере СУБАРУ – одна малая и затем другая большая.

Малая раскручивается намного быстрее, потому как не обладает большой инерционной энергией – логично она включается в работу на низах, то есть первой. Для малых скоростей и до невысоких оборотов этого вполне достаточно. Но при больших скоростях и оборотах этот «малыш» практически бесполезен, тут нужна подача, куда большего объема сжатого воздуха – включается вторая более тяжелая и мощная турбина. Которая дает нужную мощность и производительность. Что дает такое последовательное размещение в BI-TURBO? Это почти исключение турбоямы (комфортное ускорение) и высокая производительность на высоких скоростях, когда тяга остается даже на скоростях за 200 км/ч.

Нужно отметить, что могут быть установлены как на V6 агрегат (с каждой стороны по своей турбине), так и на рядную версию (здесь могут разделить выпускной коллектор, например с двух цилиндров дует одна, с других двух другая).

Минусами можно назвать высокую стоимость и работы по настройки такой системы. Ведь здесь применяются тонкие настройки перепускных клапанов. Поэтому установка обусловлена на дорогих спортивных машинах, таких как ТОЙОТА СУПРА, либо на авто элитного класса – МАЗЕРАТТИ, АСТОН МАРТИН и т.д.

ТВИН-ТУРБО (TWIN-TURBO)

Здесь в основном стоит задача не избавиться от «турбоямы», а максимально повысить производительность (нагнетание сжатого воздуха). Как правило работает такая система на высоких оборотах, когда один нагнетатель не может справиться с возросшей на него нагрузкой, поэтому устанавливается (параллельно) еще один такой же. Вместе они нагнетают воздуха в два раза больше, что даете почти такой же прирост производительности!

Но как же «турбояма», что она здесь свирепствует? А вот и нет, ее тоже эффективно побеждают только немного другим способом. Как я уже говорил, малые турбины гораздо быстрее раскручиваются, так вот представьте – меняют 1 большую, на 2 малых – производительность практически не падает (работают параллельно), а вот «ЯМА» уходит потому как реакция быстрее. Поэтому, получается, создать нормальную тягу, с самого низа.

Установка может быть как на рядные модели силовых агрегатов, так и на V-образные.

Производство и настройка намного дешевле, поэтому это строение применяется у многих производителей.

Турбина + компрессор

Это тоже можно назвать «БИ-ТУРБО» или «ТВИН-ТУРБО» — как хотите. По сути, и компрессор и турбо вариант, делают одну работу, только один (механический) намного эффективнее в низах, другой (от отработанных газов) — в верхах! Про различия наддувов читаем здесь.

Как правило, компрессор устанавливается на ременную передачу от коленчатого вала двигателя, поэтому максимально быстро раскручивается с ним. Тем самым позволяя избегать «ЯМЫ», а вот на высоких оборотах он бесполезен – тут уже вступает турбо вариант.

Этот симбиоз применяется на некоторых немецких машинах, большой плюс компрессора, что у него намного выше ресурс, чем у оппонента!

Сейчас небольшое видео, смотрим

Читайте наш АВТОБЛОГ, подписывайтесь на обновления.

(9 голосов, средний: 4,89 из 5)

Похожие новости

Стук (шум) в двигателе. На холодную или горячую, а также при хол.

Как и чем промыть систему охлаждения двигателя. От ржавчины и ма.

Отверстие в свече зажигания. Зачем сверлят?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector