На чтение 4 мин.
Борьба за повышение КПД (коэффициент полезного действия) идет с самого появления двигателя внутреннего сгорания как такового. И почти сразу же вслед за ДВС придумали и турбокомпрессоры и просто механические нагнетатели воздуха. Для лучшего понимания стоит знать, что принцип работы двигателя основывается на правильном соотношении топлива и воздуха, что попадает в цилиндры двигателя. Равняется это правильное соотношение 1:14,7. Именно в таком виде обеспечивается качественное распределение смеси по цилиндру и ее сгорание. Установка турбины, или даже двух турбин в виде twin turbo значительно увеличит количество воздуха и давление с которым он будет поступать в двигатель.
Основы
Если дословно перевести twin turbo английского языка, то выйдет или «двойное турбо» или «удвоение турбо». В принципе, правильными являются оба варианта. То есть, из названия можно понять, что имеют место быть не одна, а две турбины. Существует несколько разновидностей способов применения двух нагнетателей одновременно:
- Ступенчатая.
- Параллельное.
- Последовательное.
Любая из систем, так или иначе, управляется электронным блоком управления, без него создать эффективную работу твин турбо будет невозможно. ЭБУ управляет входными датчиками турбокомпрессоров, электрическими системами приводов клапанов управления воздуха, за счет чего происходит очень тонка настройка работы твин турбо.
Параллельный принцип работы
Параллельное твин турбо представляет собой одновременную работу двух турбокомпрессоров, который работают параллельно друг другу. Одинаковая работа двух турбин получается за счет того, что каждая турбина выхватывает одинаковую порцию выхлопных газов. Из каждого компрессора выходит также равное количество воздуха и под равным давлением. Сжатый воздух поступает в общий для них впускной коллектор, где потом уже происходит распределение по цилиндрам. Параллельное twin turbo характерно для V-образных двигателей, особенно для дизельных, где очень важна степень инерционности. Две небольших турбины обеспечивают более меньшую инерционность, нежели одна большая.
Последовательная работа
Смысл работы последовательного twin turbo заключается в том, что турбокомпрессоры работают не одновременно, а последовательно сменяют друг друга. То есть запустив двигатель работает один компрессор, а по степени увеличения количества оборотов коленчатого вала включается второй. Такое решение позволяет экономить топливо и не использовать постоянно одну из турбин. К слову, такая система твин турбо включает два одинаковых по характеристикам компрессора. Переход между турбинами также обеспечивает электронный блок управления. В такой системе основной его задачей является регулирование и распределение потока сгоревших газов между турбинами. Регулирование потока газов ко второму компрессору осуществляется за счет специального электромагнитного клапана. Также нередко в ЭБУ заносят такие характеристики для турбин, чтобы минимизировать побочный эффект турбозадержки. Применение twin turbo было замечено как на бензиновом, так и на дизельном двигателе.
Ступенчатая работа турбин
Рассматривая ступенчатую систему твин турбо важно отметить, что именно она является самой технически грамотной и совершенной, обуславливает самый большой подъем КПД. В такой системе присутствует электронное управление как сгоревшими газами, так и выходящим потоком сжатого воздуха. Здесь, в отличие от предыдущих вариантов, есть возможность применять два разных по размеру турбонаддува. Когда обороты двигателя низкие перепускной клапан сгоревших газов закрыт. Газы следуют по системе твин турбо сначала посещая малый компрессор, где получают максимальную отдачу на давление при минимальной инерции. Далее, они попадают в большую турбину. Когда обороты увеличиваются начинается совместная работа турбин. Перепускной клапан постепенно открывается, то начинает постепенно раскручивать вторую турбину, пуская газы прямо через нее. Когда обороты растут до максимальных, то клапан открывается полностью, и большая турбина начинает работать на полную свою мощность и воздух поступает из нее в двигатель.
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 …
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 , 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! .
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
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.
