Что такое твин турбированный двигатель

Что такое твин турбированный двигатель

You are using an outdated browser. Please upgrade your browser or activate Google Chrome Frame to improve your experience.

• Главная
• Новости
• Тест-драйвы
• Обзоры
• Купить-Продать
  • Автосалоны
  • Отзывы
  • Поиск
  • Новости компаний
  • Продать
• Рубрики
• Фото
• Видео
• Автоблог

Три-турбо и квад-турбомоторы: единственные машины, на которых они есть

Время от времени автопроизводители выпускают машины с твин-турбо или би-турбо, однако три-турбо и квад-турбо по-прежнему редкость

Когда-то давно турбированный автомобиль подразумевал, что его водитель и пассажиры испытают на себе высокий уровень мощности, крутящего момента и всех сопутствующих характеристик.

По прошествии лет турбированные автомобили начали обеспечивать еще больше мощности, но ее развертывание стало более линейным. Время от времени автопроизводители выпускают машины с твин-турбо или би-турбо. Такие машины были признаны выдающимся достижением, когда люди впервые о них услышали.

Некоторые клиенты имеют возможность купить автомобиль, где сочетается турбина и приводной нагнетатель для оптимальной отдачи и производительности. В конце концов машины с двойным наддувом стали чем-то обыденным, а одиночные турбины сегодня можно найти практически под каждым капотом.

Даже самые доступные модели в линейках можно заказать с турбомотором, однако это скорее следствие принципа даунсайзинга, а не желание добыть огромные массивы мощности.

На некоторое время воцарился статус-кво, а затем Bugatti запустил новый квад-турбо мотор на Veyron. После запуска Veyron всех удивил BMW, который умудрился адаптировать философию тройного турбо к дизельному мотору.

В связи с этим обозреватели портала Autoevolution решили вспомнить все серийные автомобили с тремя турбинами и более. Логично было бы оформить «Топ-5», но, к сожалению, в мире не нашлось столько много мультитурбированных моделей, так что рассмотрим то, что есть.

Audi SQ7: три-турбо V8. Первая мультитурбинная установка в сегодняшнем обзоре прячется под капотом Audi SQ7. Она мгновенно стала самым мощным дизельным двигателем на серийном автомобиле, и это решение оказалось достаточно интересным, чтобы перекочевать на Bentley.

Мы знаем, что у дизельных моторов V8 не бывает трех традиционных турбин, так что технологическая реализация здесь довольно внушительна. Итак, мотор оснащен двумя традиционными последовательными турбинами, которым ассистирует электрический компрессор, функционирующий благодаря отдельной 48-вольтовой электрической системой.

Таким образом Audi почти полностью устранил турболаг. Мотор выдает впечатляющие 435 л. с. и 900 Нм крутящего момента.

Bugatti Chiron: квад-турбо W16. Долгое время Bugatti располагал единственным в мире квад-турбо. Однако у него появился неочевидный конкурент, о котором мы расскажем ниже. А пока важно описать инженерный шедевр, расположенный за спинами пассажиров Chiron.

Chiron имеет конфигурацию W16, которая уникальна в мире серийных автомобилей. Некоторые компании тестировали мотор V16, но никто, кроме Bugatti, не выпускал W16.

Из-за экологических норм и невообразимых издержек на производство этого чуда вряд ли кто-то еще из брендов VW Group адаптирует эту технологию.

Как вы уже знаете, Chiron оснащен установкой квад-турбо, то есть две пары турбин работают с двумя группами по 8 цилиндров.

Это решение называется двухступенчатым турбонаддувом и встречается на многих автомобилях гораздо доступнее Chiron, но ни один из них даже не приближается к уровню перфоманса этого силового агрегата.

Пиковая мощность достигает 1500 л. с., а крутящий момент – 1600 Нм (обеспечивается при 2000-6000 об/мин). Это впечатляет само по себе, но как раз таких показателей мы и ожидаем от гиперкара Bugatti.

Три-турбо 3-литровый рядный 6-цилиндровый мотор BMW. BMW удивил весь мир в 2012 году, продемонстрировав мотор с тройным турбонаддувом. Шок серьезно усилился, когда этот мотор оказался дизельным, а не бензиновым. Более того, BMW подставил букву M перед обозначениями соответствующих моделей.

BMW предлагает три-турбодизель для 5-й серии, X5 и X6. Последние две модели получили обозначение M50d. Предыдущее поколение 5-й серии было доступно с этим двигателем под именем M550d. Во всех случаях мотор стыкуется с 8-ступенчатым автоматом ZF и полным приводом xDrive.

Три-турбо является последовательной системой. Небольшая турбина обеспечивает прирост при низких оборотах, чтобы мотор мог взвинтить крутящий момент буквально с холостых. Это происходит благодаря переменной геометрии. Вскоре после этого в действие вступает большая турбина, обеспечивающая высокий момент в среднем диапазоне оборотов.

Третья турбина, как вы догадались, предназначена для верхней планки оборотов двигателя. Вопреки ожиданиям, это небольшая вторичная турбина, а вовсе не еще более крупная секция. Она позволяет вам уверенно ускоряться с 2500 оборотов до красной линии.

Все три турбины работают одновременно. Результат – 381 л. с. между 4000 и 4400 об/мин, а пиковый момент равен 740 Нм между 2000 и 3000 об/мин.

Квад-турбо 3-литровый рядный 6-цилиндровый мотор BMW. BMW – единственный автопроизводитель помимо Bugatti, предлагающий серийный автомобиль с четырьмя турбинами. В отличие от Audi SQ7, квад-турбомотор от BMW использует только традиционные турбины без каких-либо дополнительных компрессоров. Bugatti применяет аналогичную стратегию, но в большем масштабе и в три раза большей мощностью.

Вместо конфигурации V8, BMW реализовал квад-турбоустановку на своем фирменном рядном шестицилиндровике. Благодаря этому отряду турбин и непосредственному впрыску под высоким давлением, мотор выдает 400 л. с. между 4000 и 4400 об/мин. Не такое уж драматическое увеличение на фоне вышеописанного три-турбо, но все же.

Пиковый момент доступен с 2000 до 3000 об/мин и равен 760 Нм. Интересный момент состоит в том, что BMW интегрировал две небольшие турбины в один корпус, в то время как две других установлены отдельно. Момент при 1000 об/мин равен 450 Нм, то есть половину от момента Audi SQ7, но без 48-вольтовой электрической системы и компрессора и на моторе с объемом на литр меньше.

Мы не думаем, что квад-турбо станет мейнстримом, как это сделали сингл-турбо. Что касается три-турбо, то BMW может его упразднить ради развития квад-турбо, а более компактным силовым агрегатам придется довольствоваться твин-турбо.

Описание и принцип работы турбонаддува двигателя

Среди всех возможных вариантов наддува двигателя внутреннего сгорания наибольшее распространение получил турбонаддув, в котором воздух подается в цилиндры при помощи специального устройства – турбокомпрессора (турбины). Вращение турбины осуществляют отработавшие газы, что позволяет существенно увеличить мощность двигателя без увеличения частоты оборотов последнего. Помимо этого, турбонаддув позволяет получать большие значения крутящего момента при небольшом расходе топлива. В сравнении с классическими конструкциями при аналогичной мощности турбированный двигатель имеет более компактные габаритные размеры.

1. Устройство системы турбонаддува
2. Принцип работы турбонаддува
3. Особенности эксплуатации турбированных двигателей
4. Виды систем турбонаддува
5. Что такое турботаймер и для чего он необходим
6. Достоинства и недостатки системы турбонаддува

Устройство системы турбонаддува

На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Принцип работы турбины

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

• Воздухозаборник;
• Воздушный фильтр;
• Перепускной клапан – регулирует подачу отработавших газов;
• Дроссельная заслонка – регулирует подачу воздуха на впуске;
• Турбокомпрессор – повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
• Интеркулер – охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
• Датчики давления – фиксирует давление наддува в системе;
• Впускной коллектор – распределяет воздух по цилиндрам;
• Соединительные патрубки – необходимы для крепления элементов системы между собой.

Принцип работы турбонаддува

Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

• Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо.
• Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу.
• Компрессор сжимает воздух, поступающий из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер.
• В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя.

В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе. Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом. В свою очередь, управление приводом осуществляется электронным блоком управления, который считывает информацию с датчика давления.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название “турбояма”. Сущность явления заключается в следующем:

• Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
• Турбина вращается в соответствующем режиме.
• При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
• После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка – “турбояма”. Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от “турбоямы”:

• Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
• Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
• Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
• Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

Что такое турботаймер и для чего он необходим

Другой стороной инерционности системы с турбокомпрессором является необходимость снижать обороты постепенно. Нельзя резко выключать зажигание после того, как двигатель работал на высоких оборотах. Это обусловлено тем, что подшипники будут продолжать вращение, а поскольку масло не будет подаваться в систему – возникнет повышенное трение. Оно, в свою очередь, спровоцирует быстрый износ вала турбины.

Для решения этой проблемы применяется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается в цепь зажигания. После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который глушит двигатель спустя некоторое время, давая возможность турбине снизить обороты до приемлемых значений.

Достоинства и недостатки системы турбонаддува

Подводя итоги, можно выделить плюсы и минусы использования на моторе турбонаддува. В числе достоинств:

• увеличение мощности двигателя;
• повышение КПД двигателя;
• снижение расхода топлива.

К минусам можно отнести:

• низкий крутящий момент на малых оборотах двигателя;
• более высокая стоимость;
• более сложное обслуживание и эксплуатация.

Twin Turbo

Понятие и принцип работы системы турбонаддува под названием Твин Турбо. Фотографии нового турбированного двигателя Biturbo, видео и схемы.Понятие и принцип работы системы турбонаддува под названием Твин Турбо. Фотографии нового турбированного двигателя Biturbo, видео и схемы.

Что это такое и как оно работает?

Twin Turbo в переводе с английского означает двойное турбо и в этой системе турбонаддува стоит два турбокомпрессора. Сначала турбокомпрессоры использовались для преодоления и инерционности системы. Сейчас же использование и применение этих турбокомпрессоров значительно выросло, так как он снижает расход горючего. Выходная мощность возрастает и способствует поддерживать номинальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов двигателя.

Виды Твин Турбо и их отличия

Есть три разновидности схемы системы Twin Turbo: последовательная, параллельная, и ступенчатая. Эти три схемы отличаются друг от друга расположением, характеристиками и последовательностью работы турбокомпрессоров. Электронная система управления очень точно настраивает работу турбокомпрессоров. Система включает входные датчики, приводы клапанов управления потоком воздуха и переработанным горючем.

Торговый лейбл системы турбонаддува это Twin Turbo, но и есть другое название этой системы — «Biturbo». Не совсем правильно в разных информационных источниках Biturbo воспринимают, как систему с параллельной схемой работы турбокомпрессора.

Видео: как работает турбина:

1. Параллельный Twin Turbo или Biturbo

Параллельная система Твин Турбо работает одновременно и параллельно друг другу, и включает в себя два одинаковых турбокомпрессора. Параллельная работа происходит из-за ровного деления потока сгоревших газов между турбокомпрессорами. Из каждого компрессора выходит сжатый воздух и поступает в общий впускной коллектор, и потом распределяется по цилиндрам. Параллельный Twin Turbo используется, как правило, на дизельных V-образных двигателях. Из-за параллельной схемы турбонаддува эффективность системы основывается на том, что две маленькие турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая турбина. Турбокомпрессоры работают на всех оборотах двигателях обеспечивая быстрое повышение наддува. И каждая турбина установлена на своём выпускном коллекторе.

2. Последовательный Twin Turbo

В системе последовательного Twin Turbo постоянно работает первый турбокомпрессор, а второй начинает работать в определённом порядке работы двигателя (повышенная частота оборотов, нагрузка). Последовательный турбокомпрессор включает два одинаковых по характеристикам турбокомпрессора.

Схема системы работы Твин Турбо на Subaru

Электронная система управления обеспечивает переход между режимами и регулирует поток сгоревших газов ко второму турбокомпрессору за счёт специального клапана. Правильно такую систему называть последовательно — параллельная, потому что при полном открытии клапана управления подачей сгоревших газов оба турбокомпрессора работают параллельно. Сжатый воздух подаётся в общий впускной коллектор от двух турбокомпрессоров и распределяется по цилиндрам.Чтобы достичь максимально высокого выхода мощности, система последовательности Twin Turbo минимизирует последствия турбозадержки. Применяются, как на дизельные двигатели, так и на бензиновые. В 2011 году была представлена система с тремя последовательными турбокомпрессорами компанией BMW и называется она Triple Turbo.

3. Двухступенчатый Twin Turbo

В техническом плане система двухступенчатого турбонаддува является самой совершенной. Компания BorgWarner Turbo Systems ставит эту систему на дизельные двигатели Cummins и BMW, а с 2004 года начали применять систему двухступенчатого турбонаддува на некоторых дизельных двигателях от Opel.

Схема двухступенчатого турбонаддува

Принцип работы системы регулируемого двухступенчатого турбонаддува

В системе двухступенчатого турбонаддува используется клапанное регулирование потока сгоревших газов и нагнетаемого воздуха. Эта система состоит из двух турбокомпрессоров разного размера. В последствии установленных в впускном и выпускном трактах.

Перепускной клапан сгоревших газов закрыт при низких оборотах двигателя. Сгоревшие газы через малый турбокомпрессор, имея максимальную отдачу и минимальную инерцию проходят дальше через большой турбокомпрессор. И так как давление отработавших газов не сильное, то следовательно и большая турбина практически не вращается. Перепускной клапан наддува закрыт на впуске и воздух поступает последовательно через большой и малый компрессоры.

Общая работа турбокомпрессоров начинает осуществляться при росте оборотов. И постепенно начинает открываться перепускной клапан сгоревших газов. Большая турбина начинает все больше и интенсивно раскручиваться, так как часть отработавших газов идёт прямо через неё.

Большой компрессор на впуске с определённым давлением начинает сжимать воздух, но давление не слишком большое и сжатый воздух дальше поступает в малый компрессор, где продолжает повышается давление. При этом перепускной клапан остаётся закрыт. Перепускной клапан сгоревших газов открывается полностью при полной нагрузки. Останавливается малая турбина, а большая начинает раскручиваться до максимальной частоты, так как через неё практически полностью проходят сгоревшие газы. Давление наддува достигает своего максимального значения на впуске большого компрессора при этом малый компрессор создаёт помеху для воздуха. И в определённый момент перепускной клапан наддува открывается и сжатый воздух непосредственно напрямую поступает к двигателю.

Благодаря системе двухступенчатых турбокомпрессоров системы Twin Turbo мгновенно достигается номинальный крутящий момент и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя. При этом достигается максимальное увеличение мощности. Таким образом, система поддерживает блестящую работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Так же система объясняет известное противостояние дизельных двигателей между предельной мощностью на высоких оборотах и высоким крутящим моментом на низких оборотах.

Видео про Твин Турбо: как работает

2. Biturbo на Opel

3. Triple-Turbo на BMW

Фотографии двигателя Twin Turbo BMW 760i V12:

Система Twin Turbo

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.

1. Основы
2. Параллельный принцип работы
3. Последовательная работа
4. Ступенчатая работа турбин

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.

Двойная турбина

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.