Twin Turbo — это коммерческое обозначение продвинутой системы турбонаддува .

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 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 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 , 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.

Очевидно, что турбокомпрессор (он же – турбина) устанавливают на двигатель автомобиля для увеличения его мощности. В настоящее время технический прогресс позволяет использовать для максимально полного достижения этой цели систему наддува BITURBO и ТWIN-TURBO. Часто возникает вопрос, есть ли между ними разница? Что это: две разных системы наддува или два названия одной системы?

“BI” или “TWIN”

Когда автомобили с двумя турбинами только начали появляться, почти все они назывались БИТУРБО. С течением времени и развитием прогресса появилась система последовательного наддува с двумя последовательно расположенными нагнетателями, а за ней – и еще более совершенная система двухступенчатого наддува. Во всех этих случаях в процессе участвуют две турбины. Какие из них как называть, решать вам – для этого дочитайте эту статью до конца.

Как уже говорилось, изначально все эти системы наддува назывались БИТУРБО. Отмечу, что ещё до появления последовательного наддува автомобили с параллельно установленными турбинами стали называть уже по-новому – ТВИН-ТУРБО, затем это название стали применять и к последовательному, и к двухступенчатому наддуву. Так же складывалась ситуация и у мировых производителей: кто-то при выпуске серийного а/м называл современный последовательный наддув БИТУРБО, а кто-то параллельный вид наддува – ТВИН-ТУРБО. Решение автопроизводителя было в некотором роде непредсказуемо. Например, Volvo S80/XC90 (B6284T/B6294T) R6 Twinturbo , BMW 335/535 N74 (V 12 TwinPower Turbo).

И это еще не самое интересное. Выражение «TwinPower Turbo» компания BMW использует и для двигателей с одним турбокомпрессором механизма Twin Scroll. Этот факт в очередной раз доказывает, что выбор одного из двух этих названий обусловлен исключительно прихотью автопроизводителя и не имеет прямого отношения к конструктивной схеме. Система BITURBO отличается от системы TWIN-TURBO только тем, что раньше говорили BITURBO , а теперь стало модно ТВИН. Конечно, чтобы быть абсолютно точным, надо помнить, что известные мировые автопроизводители называют свои, зачастую индивидуально заряженные, версии на заводах – и стало быть, как они пишут, так надо и называть.

В подтверждение этого простого-сложного вопроса, прочтём, какие названия давал производитель двигателям, оснащенным двумя турбокомпрессорами, работающими по параллельной схеме наддува:

• Audi 2.7 Biturbo (V6 Biturbo, A6/S4/RS4)
• Audi 4.2 Biturbo (V8 Biturbo, RS6)
• Audi 4.0 TFSI (V8 Twinturbo/Biturbo, S6/RS6/S7/RS7/A8/S8)
• BMW N54 (R6 TwinPower Turbo, 135i/335i/535i/740i/Z4/X6/1M Coupe)
• BMW N63/S63 (V8 TwinPower Turbo, 550i/650i/750i/X5/X5 M/X6/X6 M/M5/M6)
• BMW N74 (V12 TwinPower Turbo, 760i)
• Mercedes-Benz M278/M157/M158 (V8 Bi-turbo, S500/CL500/CLS500/E550/GL550/S63 AMG/CL53 AMG/CLS63 AMG/E63 AMG/SLK55 AMG)
• Mercedes-Benz M275/M285/M158 (V12 Bi-turbo, S65 AMG/CL65 AMG/SL 65 AMG/ Maybach/Pagani)
• Porsche 3.6/3.8 Turbo (H6 Twinturbo, 911 Turbo/Turbo S/GT2/GT2 RS)
• Porsche 4.5/4.8 Turbo (V8 Twinturbo, Cayenne Turbo/Panamera Turbo)

Разновидности BITURBO/TWIN-TURBO

Разобравшись с тем, что два эти названия взаимозаменяемы, можно поговорить о разных системах из двух турбин. Различают несколько видов системы BITURBO/TWIN-TURBO :

• Параллельный;
• Последовательный;
• Ступенчатый.

Поговорим о них подробнее.

Параллельная система наддува – система двух турбин, относящихся к одному виду и размещенных параллельно. При этом турбины работают одновременно. Преимущества параллельной системы в том, что в ее случае две небольшие или средние турбины обладают меньшей инерционностью по сравнению с одной мощной, но большой турбиной.

Такая система соединения позволяет турбокомпрессорам равномерно распределять между собой потоки газов во время работы. Сначала сжатый воздух подается компрессорами в общий для них впускной коллектор. Затем этот воздух может распределяться по цилиндрам, или, реже, подаваться раздельно для каждого ряда цилиндров. Параллельная система наддува чаще всего используется в работе дизельных V-образных двигателях, где каждый турбонагнетатель зафиксирован на собственном выпускном коллекторе.

Таким образом, при параллельной системе турбонаддува турбины работают на всех оборотах двигателя, а так называемая «турбояма» становится существенно меньше.

Последовательная система турбонаддува представляет собой систему из двух полностью одинаковых турбин. При этом существенное отличие работы такой системы в том, что одна турбина функционирует постоянно, а вторая подключается к работе только при возрастании числа оборотов мотора. Чтобы второй турбокомпрессор запускался вовремя, в систему введена схема электронной регулировки его работы с помощью специального клапана, что и делает эту систему более сложной.

Ступенчатая система турбонаддува является самой сложной, эффективной и современной реализацией принципа BI/TWIN-TURBO . В двухступенчатую систему объединяются две турбины – малая и большая. Они установлены во впускном и выпускном тракте. При работе турбокомпрессоров происходит клапанная регулировка отработанных газов и сжатого воздуха. При увеличении оборотов двигателя начинается одновременная слаженная работа обеих турбин. При этом происходит раскрытие перепускного клапана отработанных газов, вследствие чего некоторая их часть проходит через большую турбину, и она раскручивается сильнее. По достижении некоторого определенного уровня давления на впуске турбонагнетатель большой турбины сжимает воздух (при этом давление еще не достаточное). Затем сжатый воздух поступает в компрессор малой турбины, и там давление продолжает расти. Пи этом перепускной клапан наддува остается все еще закрытым. Когда, наконец, двигатель достигает максимальной нагрузки, происходит полное открытие перепускного клапана. Отработанные газы проходят через большую турбину, из-за чего она раскручивается до самой высокой частоты, а вот малый турбокомпрессор в это время прекращает движение. На впуске большой компрессор создает наибольшее давление наддува, а малый, в свою очередь, напротив, обеспечивает сопротивление воздушным потокам. В результате в некоторый момент перепускной клапан наддува раскрывается, и происходит поступление сжатого воздуха непосредственно в двигатель.

Как видно из всего вышесказанного, двухступенчатая система BI/TWIN-TURBO создана специально для того, чтобы поддерживать максимально возможную эффективную работу турбонагнетателя при всех без исключения режимах работы двигателя автомобиля.

Би-турбо (biturbo) - система турбонаддува, состоящая из двух последовательно включаемых в работу турбин. В такой системе применяют 2 турбины, одну маленького размера другую большого, сделано это потому, что маленькая турбина раскручивается значительно быстрее, и вступает в работу первой, затем, при достижении более высоких оборотов мотора, раскручивается вторая, большая турбина, и добавляет значительно больший воздушный заряд. Таким образом прежде всего минимизируется лаг, образуется достаточно ровная разгонная характеристика автомобиля без рывка, свойственного большим турбинам, и достигается возможность использовать большие турбины на двигателях устанавлеваемых в автомобилях предназначенных не только для езды по гоночным трассам, но и по городским дорогам, где возможность крутить мотор постоянно есть не всегда, а получить больше мощности с мотора небольшого объема имеет смысл, по каким либо причинам, например связанным с законодательством по налогам данной страны на литраж мотора. Системы би-турбо весьма дороги, и по этому их установка, как правило в серийном производстве, производится на автомобили высокого класса, типа MASERATI или ASTON MARTIN (там компрессоры).

Такая система может быть установлена как на двигатель V6, каждая турбина будет висеть на своей головке по выхлопу, впуск общий, так и на рядном моторе например рядная 4-ка, в этом случае турбины можно включить по выхлопу как парралельно, 2 цилиндра на одну, 2 на другую, так и последовательно - сначала большая турбина, потом маленькая. Встречаются так же варианты, когда к маленькой турбине подходит выхлоп только с 2-х цилиндров, а к большой соответственно с 2-х оставшихся, и с выхода малой турбины.

Твин-турбо (twinturbo) - в данной системе в отличии от системы би-турбо, основной задачей является не снизить лаг, а добиться большей производительности по прокачиваемому воздуху либо большего давления наддува. Производительность по прокачиваемому воздуху необходима, в случаях когда мотор работая на высоких оборотах, потребляет воздух больше, чем турбина способна обеспечить, таким образом возможно падение давления наддува. В системах Twinturbo применяются две одинаковые турбины. Соответственно производительность такой системы в 2 раза больше чем системы состоящей из одной турбины, при этом если применить 2 небольших турбины которые по производительности будут равны одной большой, то можно достигнуть эффекта снижения лага, при идентичной производительности. Существуют так же ситуации, когда производительности имеющихся в наличии больших турбин, оказывается недостаточно, например при построении мотора дрэгстера, тогда так же используется комбинация из 2-х турбин. Данная схема как и вариант biturbo может работать как на двигателях с V образным развалом головок, так и на рядных двигателях. Варианты включения турбин такие же как и в битурбо.

Существуют так же системы состоящие из 3-х и более одинаковых турбин, результат преследуется тот же что и в twinturbo. Такие системы в гражданском применении как правило не имеют распостранения, и применяются как правило, для построения мощных спортивных моторова, для автомобилей участвующих в драгрэйсинге.

В современных турбированных двигателях (в частности RRS V8 дизель) турбины имеют изменяемую геометрию крыльчаток. Это минимизирует проблему турбоямы и даёт высокий потенциал турбонадувва уже на самых низких оборотах коленвала двигателя. Кроме того это добавляет экономию топлива.

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)

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.

Знаете ли Вы? Эксклюзивный суперкар Bugatti Veyron оснащен сразу четырьмя турбинами, а такая система турбонаддува получила соответствующее название - Quad-Turbo.

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

Это относительно простой тип турбосистемы, конструкция которого включает симметричную пару одновременно работающих компрессоров. Благодаря такой синхронизации достигается равномерное распределение входящего воздуха.

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.

Помните! Twin-Turbo – это сложная и весьма чувствительная система турбонаддува, которая нуждается в бережном отношении и качественных комплектующих. Соблюдение этих простых правил позволяет максимально насладиться скоростью и динамикой автомобиля.

Автомобиль-механизм, который значительно облегчает жизнь человеку, экономит время и дает определенный комфорт. Современные авто могут быть абсолютно разного назначения и модификации. Для любителей спорткаров и им подобных силовых установок, производители выпускают агрегаты с мощными моторами. К таки относят двигатели с типом турбонадува Twin-Turbo и Bi-Turbo.

Что такое система Twin-Turbo?

Работа турбины осуществляется определенным образом. Воздух снаружи автомобиля нагнетается и закачивается в цилиндры двигателя. Но, после того как рост оборотов двигателя увеличивается, работа турбины утрачивает свою эффективность. Для устранения подобной особенности функционирования турбины, разработчики спроектировали систему состоящую из двух турбин.

Работа турбин может осуществляться в режиме индивидуально подобранном владельцем автомобиля. Они могут работать как параллельно, так и последовательно. Во втором случае одна турбина подключается в момент запуска двигателя и набора оборотов, а вторая-подключается в момент падения эффективной работы первой. Обоюдная работа, в свою очередь, обеспечивает огромный прирост в производительности и работе двигателя.

Система Twin-Turbo может работать и устанавливаться на двигателях V-образного типа, также подойдут и рядные моторы, особого отличия в этом факте нет. Основной целью работы подобной установки-увеличение производительности автомобиля и быстрый набор скорости.

Система обладает определенным перечнем недостатков:

1. Длительная ответная реакция на педаль акселератора.
2. Усиленная эксплуатация второй,более мощной турбины и ее преждевременный износ.
3. Присутствие турбоямы, состояния в котором, турбины не имеют эффективности.

На модели автомобилей,которые участвуют в гонках или драг-рейсинге нередко устанавливается и 3-5 турбин согласно вышеуказанной схеме. На серийные автомобили таких»излишеств» автомобильная промышленность не предусматривает.

Система Bi-Turbo

Подобная система относится к методике по усовершенствованию турбины, путем установки еще одной. В системе Bi-Turbo одна турбина имеет значительно больший размер и мощность по отношению к другой. Подключать их можно только последовательно. На пониженных и слабых оборотах двигателя начинает работу первая турбина, а после увеличения давления на педаль акселератора включается вторая.

При низкой нагрузке работает та турбина,которая имеет слабую мощность,при усиленных оборотах в работу запускается мощная. За счет подобного алгоритма автомобиль работает без провалов и потери мощности во в время движения.

Bi-Turbo можно установить на двигатели типа V-образного типа и рядного типа. Кроме положительного эффекта от работы на двигателе, установка может нести и неприятные моменты. Первое, что немаловажно, позволить ее могут не многие в виду ее высокой стоимости. Второе- сложные пуско-наладочные и монтажные работы. Они являются достаточно специфическими и требуют наличия оборудования, инструмента и знающего мастера. Чаще всего установку можно встретить на дорогих суперкарах от известных мировых производителей.

Чем отличается Twin-Turbo от Bi-Turbo?

Обе установки разработаны для повышения эффективности и производительности двигателя автомобиля при наличии нагрузки. Кроме того,они обе состоят из двух турбин, которые устанавливаются непосредственно в подкапотном пространстве автомобиля.

Система Bi-Turbo считается лучше, чем ее аналог Twin-Turbo. В ее конструкцию входят две турбины, которые имеют разные параметры размера и мощности. Они предоставляют автомобилю преимущество в равномерном наборе скорости, без потери мощности и появления «провалов». Основная гиперфункция Bi-Turbo в ее плавной работе и отличном старте без рывков и задержек. Систему можно использовать на автомобилях предназначенных для езды по городу.

Установка Twin-Turbo представляет собой систему из двух турбин одинакового размера и мощности. Явное преимущество в том,что синхронная работа турбин обеспечивает взятие максимального потенциала и силы с мотора автомобиля.Отрицательным качеством,принято считать наличие турбоямы-так называемого провала, который возникает по причине провалов и задержек со стороны педали акселератора. Выражаются подобные нюансы в режиме скоростной езды. Водитель ощущает резкий толчок при старте, и при переключении передач.

Присадки