Система Twin Turbo; назначение, устройство, принцип работы

Система Twin Turbo — назначение, устройство, принцип работы

Twin Turbo — это коммерческое обозначение продвинутой системы турбонаддува двигателей внутреннего сгорания.

Используют так же наименование Biturbo, однако можно встретить и некорректное обозначение этим термином параллельной системы с двумя турбинами. Под этим термином понимают многозвенную систему нагнетания воздуха в цилиндры при помощи двух и более компрессоров с приводом от выхлопных газов, дающую прирост КПД, мощности и снижающую токсичность выбросов.

Система Twin Turbo

Twin Turbo проектировалась для разрешения ключевой проблемы наддувных двигателей — ликвидации турбоямы, проявляющейся как снижение эластичности и резкое падение мощности на низких оборотах двигателя, пока турбина еще не успела раскрутиться под давлением выхлопных газов до оптимальных оборотов. Связано это с тем, что крыльчатка нагнетателя изготавливается из особых жаропрочных материалов с немалым запасом прочности и потому имеет ощутимый вес и момент инерции.

Даже высокотехнологичные легкие керамические роторы раскручиваются до 200 тысяч оборотов в минуту за вполне заметное время. Турбояма, или turbo-lag, крайне отрицательно сказывается на динамических характеристиках двигателя, в конечном итоге влияя и на активную безопасность водителя и пассажиров.

Как оказалось впоследствии, сдвоенная турбина позволяет существенно расширить диапазон оборотов номинального крутящего момента, повысить максимальную мощность и сократить удельный расход топлива.

Как и любая другая система из более, чем одного элемента, Twin Turbo может быть параллельной, последовательной или ступенчатой. Каждая из этих схем отличается от другой геометрией, динамическими характеристиками и принципом работы. Управление наддувом берет на себя микроконтроллерный блок, получающий информацию от датчиков и управляющий клапанами и приводами на впускном и выпускном коллекторе.

Принцип работы и особенности

Параллельная система

Относительно простая система, включающая симметричную пару компрессоров, работающих одновременно, равномерно распределяя входящий воздух. Чаще всего такую схему применяют на V-образных дизельных двигателях, где каждый компрессор подает воздух во впускной коллектор своей группы цилиндров.

Уменьшение инертности достигается за счет снижения массы ротора турбины, как известно, два небольших компрессора обеспечивают чуть большее давление и раскручиваются быстрее, нежели один, но больший по габаритам и производительности. Тем самым ширина турбоямы существенно уменьшается, а двигатель обеспечивает несколько лучшие характеристики во всем диапазоне оборотов.

Последовательная система

При такой компоновке два соизмеримых компрессора (не обязательно одинаковых по характеристикам) работают в дополняющем режиме.

Схема последовательного Twin Turbo:
1 — перепускной клапан наддува (bypass); 2 — клапан управления подачей воздуха; 3 — датчик разности давлений; 4 — клапан управления подачей отработавших газов; 5 — вторичный турбокомпрессор; 6 — интеркулер; 7 — первичный турбокомпрессор; 8 — перепускной клапан отработавших газов (wastegate).

Один, обычно более легкий и быстрый, нагнетатель работает постоянно, ликвидируя глубокую и широкую турбояму, второй по сигналу электроники, следящей за оборотами двигателя, включается в работу на более тяжелых режимах, обеспечивая максимальную мощность и топливную эффективность. Такая последовательно-параллельная схема (в пиковых режимах обе турбины работают одновременно) применяется на двигателях любого топливного цикла.

В 2011 году немецкая BMW представила усовершенствованную систему последовательного наддува Triple Turbo.

Ступенчатая система

Самая сложная и прогрессивная система, обеспечивающая широчайший диапазон мощностей.

Схема регулируемого двухступенчатого турбонаддува:
1 — охладитель наддувочного воздуха; 2 — перепускной клапан наддува (bypass); 3 — турбокомпрессор ступени высокого давления; 4 — турбокомпрессор ступени низкого давления; 5 — перепускной клапан отработавших газов (wastegate).

Для создания такого наддува устанавливают два разновеликих компрессора, соединенных друг с другом системой патрубков и bypass-клапанов.

Ступенчатым этот вид турбонаддува называют из-за того, что в минимальных режимах выхлопные газы раскручивают малую турбину, а двигатель легко раскручивается. С ростом оборотов клапан открывается и начинает раскручиваться большая турбина, однако создаваемое ею давление требуется увеличить, что и делает расположенная следом за ней маленькая турбина.

При достижении максимальных оборотов большая турбина выдает настолько высокое давление, что малый нагнетатель становится аэродинамическим сопротивлением. В этот момент автоматика открывает перепускной клапан, и сжатый воздух идет в двигатель, минуя меньшую из турбин.

Рис — работы системы регулируемого двухступенчатого турбонаддува

Сложность такой системы с лихвой компенсируется гибкостью работы и высочайшими характеристиками двигателя.

Современные системы Twin Turbo наддува используют и другие технические трюки, чтобы обеспечить меньшую инертность и большую мощность. Электронная регулировка объема выхлопных газов на колесе турбины, изменяемая геометрия лопаток, стравливающий клапан, незабываемый свист которого свидетельствует о безопасном удалении излишка воздуха во впускном коллекторе при сбросе газа. Перепускной клапан способен не только включать и отключать неиспользуемую в данные момент турбину, но и обеспечивать сохранение давления при кратковременном закрытии дросселя, возвращая запас во впускной коллектор мгновенно, за время закрытия клапана.

Видео:

Такую важную систему, как интеркулер, Twin Turbo может использовать по-разному. Это может быть и один радиатор с общим коллектором, и отдельные охладители для каждого нагнетателя. Ступенчатая система, по очевидным причинам, всегда обходится одним радиатором.

Что кроется за названием TwinPower Turbo BMW N20?

Что кроется за названием TwinPower Turbo BMW N20?

С момента приобретения авто очень хотелось разобраться, что кроет столь пафосное маркетинговое название- Twin Power Turbo. Две турбины? Двойная мощность? А может скрытая возможность получить с одного мотора две модификации 520 и 528 (186 и 245 сил соответственно), или 320 и 328 в моделях третьей серии. Одно понятно сразу- данное название звучит круто, помогает продавать машины, и друзья с завистью смотрят на пластиковую крышку двигателя с данной надписью. Поиск в интернет дает много теории по турбо движкам и очень мало официальной информации по N20.

1. Определимся с терминами. Турбонаддув — вид наддува, при котором воздух в цилиндры двигателя подается под давлением за счет использования энергии отработавших газов. Итак мы «газуем», отработанные газы раскручивают крыльчатку турбины, давление воздуха увеличивается, едем быстрее. В старых турбо моторах отчётливо ощущалась турбояма, связанная с вынужденной задержкой на раскручивание турбины, так сказать, оборотами двигателя (упрощенно). Помимо того, что требовалось время на то, что бы «поехать», так и «поехать» было взрывным, как пинок под пятую точку. Факт мягко сказано не удобный, если вы не драг рейсер.
2. Основным элементом управления системы турбонаддува является регулятор давления наддува, который представляет собой перепускной клапан (вейстгейт, wastegate). Клапан ограничивает энергию отработавших газов, направляя их часть в обход турбинного колеса, тем самым обеспечивает оптимальное давление наддува.
3. Борьба с турбоямой осуществляется следующими основными методами: применение турбины с изменяемой геометрией; использование двух последовательных или параллельных турбокомпрессоров (twin-turdo или bi-turdo) и комбинированный наддув.

Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.
При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители идут еще дальше и устанавливают три последовательных турбокомпрессора — triple-turbo (BMW) и даже четыре турбокомпрессора.
Комбинированный наддув (twincharger) объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический нагнетатель. С ростом оборотов подхватывает турбокомпрессор, а механический нагнетатель отключается. Примером такой системы является двойной надув TSI от Volkswagen.

Что удалось найти на официальном сайте BMW цитирую весь текст:

Системы BMW с двумя турбокомпрессорами:
Технология Bi-turbo подразумевает параллельную установку двух одинаковых турбокомпрессоров. Каждый из них подает сжатый воздух в свою половину цилиндров. В сочетании с высокоточной системой впрыска эта технология обеспечивает высокую чувствительность двигателя и низкий расход топлива.

В отличие от описанной выше схемы, технология Variable Twin Turbo, применяемая в дизельных двигателях BMW, подразумевает использование большого и малого турбокомпрессоров, соединенных последовательно. При низких оборотах двигателя воздух свободно проходит сквозь неактивный большой турбокомпрессор и сжимается малым турбокомпрессором. В среднем диапазоне оборотов производится предварительное сжатие воздуха в большом турбокомпрессоре с последующим интенсивным сжатием в малом. При высоких оборотах двигателя сжатие воздуха осуществляется исключительно в большом турбокомпрессоре. Благодаря двухступенчатому наддуву дизельные двигатели BMW обладают одновременно высокой мощностью и сверхнизким расходом топлива, а также отличаются высокой стабильностью и предсказуемостью реакций.

Системы С ОДНИМ турбокомпрессором:
Технология BMW Twin Scroll подразумевает использование одного турбокомпрессора, приводимого в действие турбовентиляторами, расположенными в двух выхлопных трубах. Как и вариант с двумя меньшими по размеру раздельными турбокомпрессорами, такая схема двойного наддува обеспечивает ускоренное нагнетание давления и, как следствие, более высокую «отзывчивость» двигателя. Однако система на основе технологии Twin Scroll более компактна и имеет меньшую массу. В результате улучшаются динамические характеристики, увеличиваются мощности, снижается расход топлива.

Технология BMW TwinPower Turbo представляет собой сочетание специализированной технологии наддува с высокоточной системой впрыска BMW и системой VALVETRONIC (двигатели Otto). Технология BMW TwinPower Turbo обеспечивает уникальное сочетание экономичности и динамичности.

Из чего можно сделать вывод, что наш Твин Павер Турбо не состоит из двух турбин не параллельных, не последовательных. Идем дальше:

Смотрим, что за высокоточная система впрыска.
Опять с сайта BMW:

Высокоточная система впрыска топлива — это инновационная система прямого впрыска для бензиновых двигателей, созданная конструкторами BMW, которая позволяет повысить эффективность сжигания топлива. Двигатель развивает большую мощность, расходуя при этом меньше топлива.

Высокоточная система впрыска топлива является частью пакета технологий Twin Power Turbo и, таким образом, входит в состав пакета BMW EfficientDynamics, объединяющего в себе динамичность и экономичность.

Высокоточная система впрыска обеспечивает точную дозировку топлива, благодаря чему достигается беспрецедентная эффективность и экологичность его сгорания.

Благодаря пьезоинжекторам топливо впрыскивается всего за 0,27 миллисекунды, что позволяет производить впрыск несколько раз за один рабочий такт. Высокоэффективная гибкая электронная система управления корректирует фазу и дозировку впрыскиваемого топлива в соответствии с требуемой мощностью, рабочей температурой и давлением в цилиндре. Это позволяет полностью контролировать процесс сгорания, повысить его эффективность и уменьшить токсичность практически во всех режимах.

Кроме того, улучшенное внутреннее охлаждение камеры сгорания в процессе прямого впрыска топлива позволяет применять сверхвысокую степень сжатия, благодаря чему дополнительно увеличивается экономичность двигателей.

Зачем это все нужно:
Каким парадоксальным это ни покажется, но и поджечь топливно-воздушную смесь в цилиндре отнюдь не просто. Она может потухнуть. По этой причине в зоне свечи зажигания стараются уменьшить турбулентность смеси. Возможно и обратное — смесь самостоятельно детонирует, хлестнув по стенкам камеры сгорания, клапанам и поршню волной давления с разрушающей силой. На скорость сгорания влияет целый ряд параметров: температура, напряжение зажигания, качественный состав смеси и прочее. Конструкторы всегда мечтали приспособить двигатель к работе на обедненной смеси. В некоторых моторах весовое соотношение воздуха и бензина достигает 20:1 и даже 25:1. Это стало возможным с появлением системы впрыска, в которой форсунки распыляют порцию бензина непосредственно в камеру сгорания. Технология подсмотрена у дизельного двигателя. Запатентовавшая ее первой компания Mitsubishi (так называемый процесс GDI) предлагает пользоваться режимом сверхбедной (до 40:1) смеси для экономичной и экологичной езды в городском режиме. Впрыск топлива происходит после того, как поршень уже начал движение к верхней мертвой точке, попутно закручивая сжимаемый в полости цилиндра воздух. Благодаря особому гребню на рабочей поверхности (называемой днищем) поршня центр этого маленького смерча фокусируется возле свечи зажигания. Туда впрыскивается порция топлива и производится электрический разряд. Еще своеобразнее процесс протекает, когда в цилиндр на такте впуска распыляют предварительную, «пилотную» порцию топлива(у нас). Она смешивается с воздухом в ничтожной пропорции 60:1, попутно снижая температуру в цилиндре. Это уменьшает вероятность детонации. Затем происходят впрыскивание основной порции топлива и его воспламенение.
Принципы работы системы Valvetronic
Компания BMW разработала новую систему газораспределения, отказавшись от применения дроссельной заслонки, которая создает дополнительное сопротивление продвижению воздуха в цилиндры двигателя. Применение в конструкции дроссельной заслонки приводило к увеличению расхода топлива и увеличивало токсичность выхлопа. Но до появления системы Valvetronic альтернативы дроссельной заслонки не было. Повышение экономичности мотора без потери его мощности было достигнуто путём изменения высоты подъёма впускных клапанов. Это позволило дозировать рабочую смесь поступающую в цилиндры двигателя.

Турбонаддув N20 представлен системой twin-scroll — это одна турбина оснащенная двумя улитками (бытует иная интерпретация — что с двумя турбинами, но это не верно) разного диаметра за счет чего есть возможность получать максимальный крутящий момент как на больших, так и на малых оборотах двигателя.

По мере попадания ко мне интересной информации буду добавлять ее сюда.

Виды систем Tвин Tурбо, и их отличия

• Виды систем Tвин Tурбо, и их отличия
• Что такое Twin-Turbo (Tвин турбо)
• Виды систем турбонаддува и их принцип работы
• Параллельный
• Последовательный
• Ступенчатый
• Какие преимущества использования Twin-Turbo и есть ли недостатки

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)
• Виды систем турбонаддува и их принцип работы
  • Параллельный
  • Последовательный
  • Ступенчатый
• Какие преимущества использования Twin-Turbo и есть ли недостатки

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.

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

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.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Основные отличия Twin-Turbo от Bi-Turbo двигателей

Наверняка вы не раз слышали про “твинтурбо” двигатели и “битурбо” двигатели, но в чем же их основные отличия между собой?

К сожалению, большинство водителей думают, что на самом деле они ничем не отличаются между собой, но это совсем не так. Существенные отличия все-таки есть и прямо сейчас мы узнаем, какие именно.

Характеристика Bi-Turbo двигателя

Итак, начнём с того, что Битурбо – система турбонаддува, состоящая из двух турбин (маленькая и большая). Маленькая турбина раскручивается в несколько раз быстрее, запуская работу большой турбины. После того, как вторая турбина раскручивается, добавляется большой воздушный заряд. Без работы большой турбины, маленькая просто не смогла бы обеспечить автомобиль нужной производительностью, а совокупность двух турбин позволяет добиваться большой мощности, а соответственно и быстрого ускорения автомобиля.

Что это дает? Прежде всего то, что двигатель запускается плавно, без надрыва, то есть двигатель направлен на то, чтобы минимизировать вероятность лага. Такой двигатель отлично подходит не только для использования его в гоночных машинах на длинных дорожных трассах, но и для городской размеренной езды. Стоит отметить, что система Битурбо достаточно дорогостоящая, поэтому установка производится в основном в автомобилях высокого класса.

Характеристика Twin-Turbo двигателя

Теперь поговорим о Твин-турбо, в чем основные отличия данного двигателя. Система отличия состоит в том, что двигатель направлен не на снижение лага, а на увеличение производительности при прокачке воздуха. Это нужно в случае, когда мотор автомобиля работает, потребляя больший воздух, нежели способна дать турбина. Из-за такого диссонанса возникает не только сбой в системе, но и поломка в механизме наддува, а ведь на этом список не заканчивается, существует еще ряд поломок, с которыми вы можете ознакомится на https://turboday.com.ua/.

В отличие от Битурбо, система Твин-Турбо включает в себя две одинаковых турбины, что в несколько раз увеличивает производительность двигателя. При этом, если установить две маленькие турбины, которые будут наравне с производительностью одной большой турбины, то можно эффективно снизить лаг.

Таким образом, мы можем выделить несколько главных отличий двигателей Твин-Турбо и Битурбо:

• Разные способы достижения нужных уровней производительности
• Стоимость, так как Битурбо несколько дороже, чем Твин-Турбо
• Разные внутренние составляющие (разная величина турбины)
• Битурбо снижает возможность появления турбо-лага
• Твин-турбин увеличивает плавность динамики запуска двигателя

Мало кто знает, но помимо двух вышеперечисленных вариантов существует также третий, который предполагает установку трёх или более турбин.

Установка трех или более турбин преследует практически такую же цель, как и установка Twin-Turbo, так как улучшение производительности автомобиля играет большую роль для всех автомобилистов. Тем не менее, третий способ является менее популярным, он практически никогда не устанавливается на серийных автомобилях и является более распространенным в драг-рейсинге.