Битурбо и твинтурбо, в чем разница

Твинтурбо и битурбо — системы, ориентированные на применение двух турбин для повышения мощности, устранения эффекта турбоямы и решения вопроса с конструктивными особенностями двигателя.

Ниже рассмотрим, для чего инженеры применяют такое решение, в чем особенности систем, и как они работают. Разберемся со схемами последовательного, параллельного и 2-ступенчатого турбированного наддува.

Для чего нужны две турбины в двигателе

Главный элемент турбированного наддува — компрессор, который сжимает воздух и направляет его к цилиндрам силового агрегата. Внешне он похож на вентилятор с крыльчаткой, которая вращается и втягивает поток. Вращение обеспечивается через ремни двигателя или от энергии выхлопных газов.

С раскручиванием крыльчатки начинает вращаться компрессор, обеспечивающий подачу воздушного потока в камеру сгорания и, соответственно, увеличение мощности.

Важно

Классическая турбина имеет недостатки, которые заставили инженеров искать альтернативный вариант.

Две турбины решают следующие проблемы:

• Конструктивны особенности. Один компрессор легко становится на рядном 4-х или 6-ти цилиндровом двигателе. В случае с V-образным силовым агрегатом приходится на каждую сторону ставить свою турбину.
• Устранение турбоямы. Главная проблема классическогоturbo — провал при нажатии на педаль газа. Это связано с тем, что отработавшему потоку нужно пройти через крыльчатку и раскрутить ее. На это уходит около 2-3 секунд. При необходимости резкого набора скорости такая проблема актуальна. Установка двух устройств решает проблему.
• Повышение мощности. Две турбины работают в паре, что увеличивает производительность. На некоторых спорткарах предусматривается квадротурбо, когда количество компрессоров увеличивается до четырех.

В зависимости от типа двигателя и технологии производители применяют разные виды turbo—bi или twin. Они похожи по конструкции, но имеют ряд характерных отличий. На них подробно остановимся ниже.

Разница между битурбо и твинтурбо

Biturbo—система турбированного наддува, предусматривающая последовательное подключение турбин. Одна из них имеет меньшие, а вторая — большие габариты. Первая быстро набирает обороты, но из-за быстрой раскрутки мотора не справляется с созданием требуемого давления. Для таких случаев предусмотрена турбина большего размера.

Система имеет сложную конструкцию и устанавливается на дорогих автомобилях. Она предусмотрена для моторов V6, где с каждой из сторон установлен свой компрессор, но впуск один. Второй вариант — установка на рядном двигателе с распределением по цилиндрам: по два на каждую турбину. К примеру, Субару В4 также установлено два турбированных компрессора разных размеров, которые подключены последовательно.

Twinturbo— альтернативная система, ориентированная на улучшение динамики и повышение мощности. Как и в моторах битурбо, здесь применяется две турбины, но с одинаковым размером. Такая конструкция позволяет свести к минимуму турбояму. Конструкция твинтурбо может использоваться на V-образных или рядных моторах. Принципы подключения меняются в зависимости от типа системы и конструкции.

Системы twinturbo предусматриваются на многих автомобилях. Примеру — Митсубиси 3000 VR4. Здесь установлен мотор V6, а каждая из турбин работает на три цилиндра. В машинах Тойота Супра также предусмотрена твинтурбо, работающая в определенной последовательности. 

С учетом сказанного выделим главные отличия biturbo от twinturbo.

Параллельный битурбо

Особенность подключения — разделение отработавших газов между двумя компрессорами с последующей подачей в общей коллектор впуска и распределением по камерам сгорания. Схема популярна в моторах V-образного типа, где каждая турбина крепится на индивидуальном коллекторе выпуска.

Эффективность параллельного подключения обусловлена повышением мощности, уменьшением проблемы турбоямы и эффективной работе на всех оборотах силового агрегата. Сфера применения такого битурбо — дизель. На бензиновых моторах схема почти не используется из-за сложности реализации.

Последовательный битурбо

Особенность системы в последовательном подключении и работе двух турбин: меньшего и большего размера. Первая быстро набирает обороты и гарантирует отличную тягу в начале движения. Вторая принимает на себя максимальную нагрузку и передает больший воздушный поток.

Применение последовательного битурбо устраняет проблему с турбоямой и обеспечивает равномерную динамику. Машина движется без рывков, что повышает комфорт движения и делает двигатель более приемистым. Но большая динамика может быть опасной в условиях города, где при резком нажатии газа можно врезаться во впереди идущий автомобиль.

Последовательный битурбо предусматриваются на бензиновых двигателях и дизелях. В первом случае имеется риск детонации из-за резкого роста оборотов и повышение температуры выхлопа. На дизельном моторе такие трудности не возникают из-за большей степени сжатия. По этой причине система более проста и надежна.

Двухступенчатый турбонаддув

В состав системы входит два турбированных компрессора с индивидуальными габаритами. Они монтируются последовательно на коллекторе впуска и выпуска. Для обеспечения работы системы применяется регулировка выходящего и нагнетаемого потока с помощью клапана. Рассмотрим алгоритм функционирования:

• При небольших оборотах выход закрыт, и газы идут через компрессор небольшого размера, а после этого поступают в более крупный. Из-за минимального давления турбина большего размера практически не крутится.В момент впуска на двигателе турбо клапан закрыт, поэтому поток идет через большую, а потом — малую турбину.
• С повышением оборотов компрессоры начинают работать одновременно, происходит постепенное открытие клапана. Часть сгоревших газов направляется в крупную турбину, которая развивает скорость. При впуске турбина большего размера сдавливает воздух под небольшим давлением. По этой причине поток идет в малый компрессор, обеспечивающий сдавливание до нужного параметра. Перепускной клапан находится в закрытой позиции и открывается при достижении максимальной мощности. 
• При наибольшей нагрузке клапан ОГ открывается. Газы идут через крупный компрессор и увеличивают частоту ее вращения. Отработавшие газы идут только в крупный компрессор, а меньший не работает.В момент впуска турбина большего размера гарантирует достаточное давление, а маленький компрессор создает преграду для воздуха. В конкретный момент происходит открытие клапана и воздушный поток направляется к мотору. 
• Получается, что система 2-ступенчатого наддува гарантирует эффективность работы компрессора во всех режимах. Применение системы решает проблему дизелей, связанную с несоответствием крутящего момента на минимальных оборотах и чрезмерной мощностью на больших. Применение такой схемы гарантирует быстрое достижение необходимых параметров и отличную динамику.

Система 2-ступенчатого наддува в автомобилях Опель и БВМ. В качестве отдельных производителей выступает завод Cummins и BorgWarnerTurboSystems. В последнем случае система состоит из охладителя, перепускных клапанов наддува и отработавших газов, 2-х турбин высокого и низкого давления.

На моторах TSIреализован немного иной подход. Здесь предусмотрено несколько режимов работы:

• до 1000 об/мин — без наддува;
• 1000-2400 об/мин — работает механический нагнетатель;
• 2400-3500 об/мин — взаимное выполнение функций нагнетателем и турбированным компрессором;
• более 3500 об/мин — запуск турбины.

Получается, что на «холостых» мотор работает без наддува, нагнетатель отключен, а заслонка закрыта. С повышением оборотов активируется наддув, и создается давление в 0.17 МПа.

Как только частота вращения превышает 2400 об/мин, активируется турбина, а нагнетатель срабатывает по необходимости. Давление поднимается до уровня 0.25 МПа. В дальнейшем работает только турбина, а заслонка закрывается. Во избежание детонации давление снижается до 0.18 МПа.

Заключение

Битурбо и твинтурбо— современные системы, предусматривающие использование двух турбин разного и идентичного размера соответственно.

Их применение позволило устранить конструктивные сложности, выровнять динамику мотора, добиться большей мощности и исключить проблему турбоямы. Каждый производитель использует свою схему, но принцип работы во всех случаях почти идентичный.