Типы турбокомпрессоров: turbo, twin turbo, twin-scroll, вы их всех знаете?

Типы турбокомпрессоров:

Одиночный турбокомпрессор (самый простой тип турбокомпрессора)


Источник : wikimedia.org

Этот простой турбокомпрессор использовался в то время, когда нагнетание было, так сказать, в его подгузниках. Однако простой турбокомпрессор имеет определенные ограничения в плане настройки двигателя. Как я уже говорил, турбокомпрессор работает от выхлопных газов. Небольшой турбонагнетатель имеет низкую инерцию, поэтому для запуска турбины требуется лишь небольшое количество энергии отработавших газов.

Двигатель с таким турбонагнетателем обеспечивает высокий крутящий момент на очень низких оборотах, поэтому он превосходен на низких оборотах. Тем не менее, он не имеет мощности на высоких скоростях, потому что турбина хотела бы вращаться быстрее, но достигает максимальной проектной скорости. Таким образом, маленький турбонагнетатель достигает максимальной скорости на более низкой частоте вращения двигателя, чем турбонагнетатель большего размера.

И наоборот, большой турбокомпрессор работает на высоких оборотах двигателя. Это означает, что чем выше частота вращения двигателя, тем выше его мощность. Таким образом, двигатель с этим типом турбонагнетателя работает с определенной скоростью, как незаряженный двигатель. Однако, когда он превышает определенный диапазон скоростей, он проявляет очень быстрое и энергичное начало и движение.

преимущества:

— цена

— надежность

— Простая конструкция

недостатки:

— значительный турболаг

— Компромисс между мощностью двигателя и гибкостью

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.

В чем отличия битурбо от твинтурбо

Не только в названии. Кстати, из названия появляются первые различия. Они в конструкции этих систем. Приставка «Би» на английском означает «двойной», набор из двух элементов. В нашем случае – турбокомпрессоров.

Twin – близнец, перевод с английского языка. В нашем случае используются абсолютно одинаковые турбины. Их геометрические размеры, производительность идентичны. Что в первом случае, что во втором это двойной турбонаддув.

По принципу работу

Только двигатели битурбо используют две разные по производительности и размерам турбины. Одна предназначена для работы на низких оборотах мотора, а вторая на средних и высоких. При малых нагрузках силового агрегата, скорость отработанных газов низкая. Её будет достаточно, чтобы раскрутить крыльчатку маленького турбонагнетателя. Он выходит на номинальную производительность, нагнетая воздух в цилиндры. Силовой агрегат получает динамику и «не тупит» при разгоне.


С повышением оборотов двигателя, скорость выхлопных газов увеличивается. Маленькая турбинка не может обеспечить достаточным количеством воздуха цилиндры. В работу включается вторая. Через систему перепускных клапанов, отработанные газы начинают раскручивать большой турбонагнетатель, маленький отключается. Его производительности достаточно, чтобы дать необходимую мощность мотору в таком режиме.

Система твин-турбо использует две одинаковые турбины. Их применяют как для увеличения мощности, так и разделения потоков сжатого воздуха в разные цилиндры. Часто можно ее встретить в V-образных двигателях, на каждую головку свой турбонагнетатель.

Кроме этого, применяют для сглаживания турбоямы два турбонагнетателя меньшего размера. Их меньшая инерционность позволяет «раскручиваться» с самых «низов» ДВС. Их холодные части соединены в единый коллектор. По отдельности они имеют небольшую производительность, а параллельно – удвоенную. Такие твин-турбо системы называются параллельные.

Следующая разновидность – последовательный twin turbo. Это когда два одинаковых турбоагрегаты соединены последовательно, как по ходу движения выхлопных газов, так и по холодному воздуху. Этот вариант еще называют секвентальной турбосистемой.

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.

Это интересно: Как устроена трансмиссия автомобиля?

“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).

Твин-турбо

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)

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


ГОЛОСОВАНИЕ

Читайте наш АВТОБЛОГ, подписывайтесь на обновления.

(8 голосов, средний: 4,88 из 5)

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.

Это интересно: Видеорегистратор, плюсы установки видеорегистратора

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.

Турбонагнетатель с двойной спиралью

Источник : wikimedia.org

Этот тип турбокомпрессора имеет два выхлопных канала в секции турбины. Выпускные коллекторы из цилиндров ведут к одному и другим двухконтурным турбо каналам, так что вакуум не уменьшает энергию выхлопа одного цилиндра, пока выпускной клапан другого цилиндра еще не закрыт, но его впускной клапан уже начал открываться.

Если зажигание в цилиндрах имеет порядок 1-3-4-2, выводы из цилиндров 1 и 4 приведут к одному каналу, а выводы из цилиндров 2 и 3 — к другому каналу. В этом случае не будет потери энергии выхлопа, поскольку цилиндр 3, который будет получать энергию от выхлопного газа из цилиндра 1, не подключен к той же трубе.

Недостатком турбонагнетателя с двойной спиралью является его требовательная конструкция выпускных коллекторов, а также необходимость иметь четное количество цилиндров для подачи выхлопных газов из одинакового количества цилиндров в каждый канал.

преимущества:

— цена аналогична одному турбокомпрессору

— КПД похож на турбонагнетатель


— надежность

недостатки:

— Требовательная конструкция выпускного коллектора

— Сложный дизайн для двигателей с большим количеством цилиндров

Что такое система Twin-Turbo?

Работа турбины осуществляется определенным образом. Воздух снаружи автомобиля нагнетается и закачивается в цилиндры двигателя. Но, после того как рост оборотов двигателя увеличивается, работа турбины утрачивает свою эффективность. Для устранения подобной особенности функционирования турбины, разработчики спроектировали систему состоящую из двух турбин.

Twin-Turbo

Работа турбин может осуществляться в режиме индивидуально подобранном владельцем автомобиля. Они могут работать как параллельно, так и последовательно. Во втором случае одна турбина подключается в момент запуска двигателя и набора оборотов, а вторая-подключается в момент падения эффективной работы первой. Обоюдная работа, в свою очередь, обеспечивает огромный прирост в производительности и работе двигателя.

Система Twin-Turbo может работать и устанавливаться на двигателях V-образного типа, также подойдут и рядные моторы, особого отличия в этом факте нет. Основной целью работы подобной установки-увеличение производительности автомобиля и быстрый набор скорости.

Система обладает определенным перечнем недостатков:

  1. Длительная ответная реакция на педаль акселератора.
  2. Усиленная эксплуатация второй,более мощной турбины и ее преждевременный износ.
  3. Присутствие турбоямы, состояния в котором, турбины не имеют эффективности.

На модели автомобилей,которые участвуют в гонках или драг-рейсинге нередко устанавливается и 3-5 турбин согласно вышеуказанной схеме. На серийные автомобили таких»излишеств» автомобильная промышленность не предусматривает.

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.

Вывод

В сети часто встречается подмена этих понятий. На многих сайтах, даже профильных, эти два типа двойного турбонаддува путают. Либо по незнанию, либо они просто так перемешались в современном мире, что их перестали отличать.

Чтобы прервать этот порочный круг, вы должны запомнить основное различие между двигателями битурбо и twin турбо:

Схемы присоединения могут совпадать, по этому признаку их делить нельзя, различий нет. Битурбированные системы могут быть как параллельного включения, так и последовательного. Это же касается твин-турбо.

Но последний тип двойного турбонаддува считается более простым, значит дешевым в конструкции, обслуживании и более надежным, чем битурбо двигатели. В турбомоторах могут применяться твин-скролл турбины, но это тема отдельного разбора. Если вам это будет интересно, я подробно разберу в другом обзоре.

Всем удачи на дорогах.


С этим читают