Sistem Twin Turbo

Dacă un motor diesel este echipat în mod implicit cu o turbină, atunci un motor pe benzină se poate descurca cu ușurință fără un turbocompresor. Cu toate acestea, în industria automobilelor moderne, un turbocompresor pentru o mașină nu mai este considerat exotic (în detaliu despre ce tip de mecanism este și cum funcționează, este descris într-un alt articol).

În descrierea unor modele de mașini noi, este menționat un concept precum biturbo sau twin turbo. Să luăm în considerare ce fel de sistem este, cum funcționează, cum pot fi conectate compresoarele în el. La sfârșitul recenziei, vom discuta despre avantajele și dezavantajele unui twin turbo.

Ce este Twin Turbo?

Să începem cu terminologia. Expresia biturbo va însemna întotdeauna că, în primul rând, acesta este un tip de motor turbo, iar în al doilea rând, schema de injecție forțată a aerului în cilindri va include două turbine. Diferența dintre biturbo și twin-turbo este că în primul caz se folosesc două turbine diferite, iar în al doilea sunt aceleași. De ce - ne vom da seama puțin mai târziu.

Dorința de a obține superioritate în curse ia determinat pe producătorii de automobile să caute modalități de a îmbunătăți performanțele unui motor standard cu ardere internă fără intervenții drastice în proiectarea acestuia. Și cea mai eficientă soluție a fost introducerea unei suflante de aer suplimentare, datorită căreia un volum mai mare pătrunde în cilindri, iar eficiența unității crește.

Cei care au condus o mașină cu motor cu turbină cel puțin o dată în viață au observat că până când motorul se învârte la o anumită viteză, dinamica unei astfel de mașini este lentă, ca să spunem ușor. Dar de îndată ce turbo-ul începe să funcționeze, reacția motorului crește, ca și cum ar fi pătruns oxidul de azot în cilindri.

Inerția acestor instalații i-a determinat pe ingineri să se gândească la crearea unei alte modificări a turbinelor. Inițial, scopul acestor mecanisme a fost tocmai eliminarea acestui efect negativ, care a afectat eficiența sistemului de admisie (citiți mai multe despre acesta într-o altă recenzie).

În timp, turboalimentarea a început să fie utilizată pentru a reduce consumul de combustibil, dar în același timp pentru a crește performanța motorului cu ardere internă. Instalarea vă permite să extindeți cuplul. Turbina clasică crește viteza fluxului de aer. Datorită acestui fapt, un cilindru intră în cilindru mai mare decât cel aspirat, iar cantitatea de combustibil nu se schimbă în același timp.

Datorită acestui proces, compresia crește, care este unul dintre parametrii cheie care afectează puterea motorului (pentru modul de măsurare, citiți aici). De-a lungul timpului, pasionații de tuning auto nu au mai fost mulțumiți de echipamentul din fabrică, astfel încât companiile de modernizare a automobilelor sportive au început să folosească diferite mecanisme care injectează aer în cilindri. Datorită introducerii unui sistem suplimentar de presurizare, specialiștii au reușit să extindă potențialul motoarelor.

Ca o evoluție suplimentară a turbo-ului pentru motoare, a apărut sistemul Twin Turbo. Comparativ cu o turbină clasică, această unitate vă permite să eliminați și mai multă putere din motorul cu ardere internă, iar pentru pasionații de reglare automată oferă un potențial suplimentar pentru modernizarea vehiculului lor.

Cum funcționează twin turbo?

Un motor convențional aspirat natural funcționează pe principiul aspirării aerului proaspăt prin intermediul unui vid creat de pistoane în tractul de admisie. Pe măsură ce debitul se mișcă de-a lungul traseului, o cantitate mică de benzină pătrunde în el (în cazul unui motor cu combustie internă pe benzină), dacă este un automobil cu carburator sau dacă este injectat combustibil datorită funcționării unui injector (citiți mai multe despre ce tipuri de aprovizionare forțată cu combustibil).

Compresia într-un astfel de motor depinde direct de parametrii bielelor, volumului cilindrului etc. În ceea ce privește o turbină convențională, care lucrează la fluxul de gaze de eșapament, rotorul său mărește aerul care intră în cilindri. Acest lucru crește eficiența motorului, deoarece se eliberează mai multă energie în timpul arderii amestecului aer-combustibil și cuplul este crescut.

Twin turbo funcționează în mod similar. Numai în acest sistem este eliminat efectul „gândirii” motorului în timp ce rotorul turbinei se rotește. Acest lucru se realizează prin instalarea unui mecanism suplimentar. Un compresor mic accelerează accelerarea turbinei. Când șoferul apasă pedala de gaz, o astfel de mașină accelerează mai repede, deoarece motorul reacționează aproape instantaneu la acțiunea șoferului.

Merită menționat faptul că al doilea mecanism al acestui sistem poate avea un principiu de proiectare și de funcționare diferit. Într-o versiune mai avansată, o turbină mai mică este învârtită cu un debit de gaz de eșapament mai mic, crescând astfel fluxul de intrare la turații mai mici, iar motorul cu ardere internă nu trebuie rotit la limită.

Un astfel de sistem va funcționa conform următoarei scheme. La pornirea motorului, în timp ce mașina este staționară, unitatea funcționează la ralanti. În tractul de admisie se formează o mișcare naturală de aer proaspăt datorită vidului din cilindri. Acest proces este facilitat de o turbină mică, care începe să se rotească la viteze mici. Acest element oferă o ușoară creștere a tracțiunii.

Pe măsură ce rpm-ul arborelui cotit crește, evacuarea devine mai intensă. În acest moment, supraîncărcătorul mai mic se rotește mai mult și excesul de debit de gaze de eșapament începe să afecteze unitatea principală. Odată cu creșterea vitezei rotorului, un volum crescut de aer pătrunde în tractul de admisie din cauza împingerii mai mari.

Dual boost elimină schimbarea dură a puterii care este prezentă în dieselurile clasice. La turația medie a motorului cu ardere internă, când turbina mare abia începe să se rotească, supraalimentatorul mic atinge viteza maximă. Când mai mult aer intră în cilindru, presiunea de evacuare se acumulează, acționând supraalimentatorul principal. Acest mod elimină diferența vizibilă dintre cuplul turației maxime a motorului și includerea turbinei.

Când motorul cu ardere internă atinge turația maximă, compresorul atinge și nivelul limită. Designul dual boost este conceput astfel încât includerea unui supraîncărcător mare să împiedice supraîncărcarea omologului mai mic din supraîncărcare.

Compresorul dual auto oferă o presiune în sistemul de admisie care nu poate fi realizată cu supraalimentarea convențională. La motoarele cu turbine clasice, există întotdeauna un turbo lag (o diferență notabilă în puterea unității de putere între atingerea vitezei maxime și pornirea turbinei). Conectarea unui compresor mai mic elimină acest efect, oferind o dinamică lină a motorului.

În turboalimentare dublă, cuplu și putere (citiți despre diferența dintre aceste concepte într-un alt articol) a unității de putere se dezvoltă într-un interval mai mare de rpm decât cel al unui motor similar cu un singur supraîncărcător.

Tipuri de scheme de supraalimentare cu două turbocompresoare

Deci, teoria funcționării turbocompresoarelor și-a dovedit caracterul practic pentru creșterea în siguranță a puterii unității de putere, fără a schimba designul motorului în sine. Din acest motiv, inginerii din diferite companii au dezvoltat trei tipuri eficiente de twin turbo. Fiecare tip de sistem va fi aranjat în felul său și va avea un principiu de funcționare ușor diferit.

Astăzi, următoarele tipuri de sisteme de supraalimentare dublă sunt instalate în mașini:

• Paralel;
• Consistent;
• În trepte.

Fiecare tip diferă în schema de conectare a suflantelor, dimensiunile acestora, momentul în care fiecare dintre ele va fi pus în funcțiune, precum și caracteristicile procesului de presurizare. Să luăm în considerare fiecare tip de sistem separat.

Diagrama de conectare a turbinei paralele

În majoritatea cazurilor, un tip paralel de turbocompresor este utilizat la motoarele cu un design de bloc cilindric în formă de V. Dispozitivul unui astfel de sistem este după cum urmează. Este necesară o turbină pentru fiecare secțiune a cilindrului. Au aceleași dimensiuni și, de asemenea, rulează paralel între ele.

Gazele de eșapament sunt distribuite uniform în tractul de eșapament și merg la fiecare turbocompresor în cantități egale. Aceste mecanisme funcționează în același mod ca și în cazul unui motor în linie cu o turbină. Singura diferență este că acest tip de biturbo are două supraîncărcătoare identice, dar aerul din fiecare dintre ele nu este distribuit pe secțiuni, ci este injectat în mod constant în tractul comun al sistemului de admisie.

Dacă comparăm o astfel de schemă cu un singur sistem de turbină într-o unitate de putere în linie, atunci în acest caz designul turbo dublu constă din două turbine mai mici. Acest lucru necesită mai puțină energie pentru a roti rotorele lor. Din acest motiv, supraîncărcătoarele sunt conectate la o viteză mai mică decât o turbină mare (mai puțină inerție).

Acest aranjament elimină formarea unui turbo lag atât de ascuțit, care are loc pe motoarele convenționale cu ardere internă cu un singur supraîncărcător.

Includere secvențială

Seria tip Biturbo prevede și instalarea a două suflante identice. Numai munca lor este diferită. Primul mecanism într-un astfel de sistem va funcționa permanent. Al doilea dispozitiv este conectat numai într-un anumit mod de funcționare a motorului (atunci când sarcina acestuia crește sau viteza arborelui cotit crește).

Controlul într-un astfel de sistem este asigurat de electronice sau supape care reacționează la presiunea fluxului de trecere. ECU, în conformitate cu algoritmii programați, determină în ce moment să conectați al doilea compresor. Acționarea sa este asigurată fără a porni motorul individual (mecanismul funcționează în continuare exclusiv la presiunea fluxului de gaze de eșapament). Unitatea de control activează dispozitivele de acționare ale sistemului care controlează mișcarea gazelor de eșapament. Pentru aceasta, se utilizează supape electrice (în sistemele mai simple, acestea sunt supape obișnuite care reacționează la forța fizică a fluxului care curge), care deschid / închid accesul la a doua suflantă.

În stânga este prezentat principiul de funcționare la turații mici și medii ale motorului; În dreapta - schema la viteze peste medie.

Când unitatea de comandă deschide complet accesul la rotorul celei de-a doua viteze, ambele dispozitive funcționează în paralel. Din acest motiv, această modificare este numită și serial-paralel. Funcționarea celor două suflante face posibilă aranjarea unei presiuni mai mari a aerului de intrare, deoarece rotorele de alimentare ale acestora sunt conectate la o singură cale de intrare.

În acest caz, sunt instalate și compresoare mai mici decât într-un sistem convențional. Acest lucru reduce, de asemenea, efectul turbo lag și face cuplul maxim disponibil la turații mai mici ale motorului.

Acest tip de biturbo este instalat atât pe motoarele diesel, cât și pe cele pe benzină. Proiectarea sistemului vă permite să instalați nu chiar două, ci trei compresoare conectate în serie între ele. Un exemplu al unei astfel de modificări este dezvoltarea BMW (Triple Turbo), care a fost prezentată în 2011.

Schema de trepte

Sistemul twin-scroll etapizat este considerat cel mai avansat tip de supraalimentare dublă. În ciuda faptului că există din 2004, tipul de supraalimentare în două etape și-a dovedit eficiența cel mai tehnic. Acest Twin Turbo este instalat pe unele tipuri de motoare diesel dezvoltate de Opel. Omologul de supraalimentare în trepte al lui Borg Wagner Turbo Sistems este montat pe unele motoare cu ardere internă BMW și Cummins.

Schema turbocompresorului constă din două supraalimentatoare de dimensiuni diferite. Acestea sunt instalate secvențial. Debitul gazelor de eșapament este controlat de electro-supape, a căror funcționare este controlată electronic (există și supape mecanice care sunt acționate de presiune). În plus, sistemul este echipat cu supape care schimbă direcția debitului de refulare. Acest lucru va face posibilă activarea celei de-a doua turbine și oprirea primei, astfel încât să nu cedeze.

Sistemul are următorul principiu de funcționare. În colectorul de evacuare este instalată o supapă de bypass, care întrerupe debitul din furtunul care merge la turbina principală. Când motorul funcționează la turații reduse, această ramură este închisă. Ca urmare, evacuarea trece printr-o mică turbină. Datorită inerției minime, acest mecanism oferă un volum suplimentar de aer chiar și la sarcini ICE reduse.

1. Răcirea aerului de intrare; 2. Bypass (supapă de by-pass de presiune); 3. Faza de presiune înaltă a turbocompresorului; 4. Turbocompresor cu fază de joasă presiune; 5. Supapă de bypass a sistemului de evacuare.

Apoi fluxul se deplasează prin rotorul principal al turbinei. Deoarece lamele sale încep să se rotească la o presiune mai mare până când motorul atinge viteza medie, al doilea mecanism rămâne nemișcat.

Există, de asemenea, o supapă de bypass în tractul de admisie. La viteze mici, este închis, iar fluxul de aer merge practic fără injecție. Pe măsură ce șoferul accelerează motorul, turbina mică se rotește mai tare, crescând presiunea în tractul de admisie. La rândul său, aceasta crește presiunea gazelor de eșapament. Pe măsură ce presiunea din conducta de eșapament devine mai puternică, hașa uzată este ușor deschisă, astfel încât turbina mică continuă să se rotească, iar o parte din flux este direcționată către suflanta mare.

Treptat, suflanta mare începe să se rotească. Pe măsură ce viteza arborelui cotit crește, acest proces se intensifică, ceea ce face ca supapa să se deschidă mai mult și compresorul să se rotească într-o măsură mai mare.

Când motorul cu ardere internă atinge turația medie, turbina mică funcționează deja la maxim, iar supraalimentatorul principal tocmai a început să se rotească, dar nu a atins maximul. În timpul funcționării primei etape, gazele de eșapament trec prin rotorul mecanismului mic (în timp ce palele sale se rotesc în sistemul de admisie) și sunt îndepărtate către catalizator prin palele compresorului principal. În această etapă, aerul este aspirat prin rotorul compresorului mare și trecut prin angrenajul rotativ mai mic.

La sfârșitul primei etape, hașul de gunoi este complet deschis, iar debitul de evacuare este deja complet direcționat către rotorul principal. Acest mecanism se învârte mai puternic. Sistemul de bypass este reglat astfel încât suflanta mică să fie complet dezactivată în această etapă. Motivul este că, atunci când viteza medie și maximă a unei turbine mari este atinsă, aceasta creează un cap atât de puternic încât prima etapă pur și simplu îl împiedică să pătrundă corect în cilindri.

În cea de-a doua etapă a presurizării, gazele de eșapament trec prin rotorul mic, iar fluxul de intrare este direcționat în jurul mecanismului mic - direct în cilindri. Datorită acestui sistem, producătorii de automobile au reușit să elimine diferența mare dintre cuplul ridicat la rotații minime și puterea maximă atunci când au atins viteza maximă a arborelui cotit. Acest efect a fost un însoțitor constant al oricărui motor diesel convențional supraalimentat.

Pro și dezavantaje ale turboalimentării duale

Biturbo este rar instalat pe motoare cu putere redusă. Practic, acesta este echipamentul pe care se bazează mașinile puternice. Doar în acest caz este posibil să luați indicatorul cuplului optim deja la turații mai mici. De asemenea, dimensiunile reduse ale motorului cu ardere internă nu sunt un obstacol în calea creșterii puterii unității de putere. Datorită supraalimentării duble, se obține o economie decentă de combustibil în comparație cu omologul său aspirat natural, care dezvoltă o putere identică.

Pe de o parte, există un beneficiu al echipamentelor care stabilizează procesele principale sau le mărește eficiența. Dar, pe de altă parte, astfel de mecanisme nu sunt lipsite de dezavantaje suplimentare. Și turboalimentarea dublă nu face excepție. Un astfel de sistem nu are doar aspecte pozitive, ci și unele dezavantaje grave, din cauza cărora unii șoferi refuză să cumpere astfel de mașini.

În primul rând, luați în considerare avantajele sistemului:

1. Principalul avantaj al sistemului este eliminarea turbo-lagului, care este tipic pentru toate motoarele cu ardere internă echipate cu o turbină convențională;
2. Motorul trece mai ușor în modul de alimentare;
3. Diferența dintre cuplul maxim și putere este semnificativ redusă, deoarece, prin creșterea presiunii aerului în sistemul de admisie, cele mai multe dintre newtoni rămân disponibile într-o gamă mai mare de turații a motorului;
4.  Reduce consumul de combustibil necesar pentru a atinge puterea maximă;
5. Din moment ce dinamica suplimentară a mașinii este disponibilă la turații mai mici ale motorului, șoferul nu trebuie să o rotească atât de mult;
6. Prin reducerea sarcinii pe motorul cu ardere internă, uzura lubrifianților este redusă, iar sistemul de răcire nu funcționează într-un mod crescut;
7. Gazele de eșapament nu sunt pur și simplu evacuate în atmosferă, dar energia acestui proces este utilizată cu beneficii.

Acum să fim atenți la dezavantajele cheie ale twin turbo:

• Principalul dezavantaj este complexitatea proiectării sistemelor de admisie și evacuare. Acest lucru este valabil mai ales pentru modificările de sistem noi;
• Același factor afectează costul și întreținerea sistemului - cu cât mecanismul este mai complex, cu atât este mai scump repararea și ajustarea acestuia;
• Un alt dezavantaj este, de asemenea, asociat cu complexitatea proiectării sistemului. Deoarece constau dintr-un număr mare de piese suplimentare, există și mai multe noduri în care se poate produce ruperea.

În mod separat, trebuie menționată climatul zonei în care este operată mașina cu turbocompresor. Deoarece rotorul supraîncărcătorului se rotește uneori peste 10 mii rpm, are nevoie de ungere de înaltă calitate. Când mașina este lăsată peste noapte, grăsimea intră în rezervor, astfel încât majoritatea părților unității, inclusiv turbina, devin uscate.

Dacă porniți motorul dimineața și îl operați cu sarcini decente fără încălzire preliminară, puteți ucide supraîncărcătorul. Motivul este că fricțiunea uscată accelerează uzura pieselor de frecare. Pentru a elimina această problemă, înainte de a aduce motorul la turații mari, trebuie să așteptați puțin până când uleiul este pompat prin întregul sistem și ajunge la cele mai îndepărtate noduri.

Vara nu trebuie să petreci mult timp în asta. În acest caz, uleiul din bazin are o fluiditate suficientă, astfel încât pompa să o poată pompa rapid. Dar iarna, mai ales în cazul înghețurilor severe, acest factor nu poate fi ignorat. Este mai bine să petreceți câteva minute încălzind sistemul decât, după o scurtă perioadă de timp, să aruncați o sumă decentă pentru a cumpăra o turbină nouă. În plus, trebuie menționat că, datorită contactului constant cu gazele de eșapament, rotorul suflantelor se poate încălzi până la o mie de grade.

Dacă mecanismul nu primește o lubrifiere adecvată, care în paralel îndeplinește funcția de răcire a dispozitivului, părțile sale se vor freca una împotriva celeilalte uscate. Absența unei pelicule de ulei va provoca o creștere bruscă a temperaturii pieselor, oferindu-le expansiune termică și, ca urmare, uzura accelerată a acestora.

Pentru a asigura funcționarea fiabilă a turbocompresorului dublu, urmați aceleași proceduri ca și pentru turbocompresoarele convenționale. În primul rând, este necesar să schimbați uleiul la timp, care este utilizat nu numai pentru lubrifiere, ci și pentru răcirea turbinelor (despre procedura de înlocuire a lubrifiantului, site-ul nostru web are articol separat).

În al doilea rând, deoarece rotorele suflantelor sunt în contact direct cu gazele de eșapament, calitatea combustibilului trebuie să fie ridicată. Datorită acestui fapt, depunerile de carbon nu se vor acumula pe palete, care interferează cu rotația liberă a rotorului.

În concluzie, oferim un scurt videoclip despre diferite modificări ale turbinei și diferențele lor:

Semyon îți va spune! Twin TURBO sau mare SINGLE? 4 turbine pe motor? Noul sezon tehnic!

Întrebări și răspunsuri:

Ce este mai bun bi-turbo sau twin-turbo? Acestea sunt sisteme de turboalimentare a motorului. La motoarele cu biturbo, întârzierea turbo este netezită, iar dinamica accelerației este nivelată. Într-un sistem twin-turbo, acești factori nu se modifică, dar performanța motorului cu ardere internă crește.

Care este diferența dintre bi-turbo și twin-turbo? Biturbo este un sistem de turbină conectat în serie. Datorită includerii lor secvențiale, gaura turbo este eliminată în timpul accelerației. Un twin turbo este doar două turbine pentru creșterea puterii.

De ce ai nevoie de un twin turbo? Două turbine furnizează un volum mai mare de aer în cilindru. Datorită acestui fapt, recul este îmbunătățit în timpul arderii BTC - mai mult aer este comprimat în același cilindru.