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.

параллельная система twin turbo

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.

twin turbo

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.

ступенчатая система

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.

принцип работы

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.

Добавить комментарий