Содержание
Автомобиль ценится не только за качество сборки и дизайн, но и за скорость. Мощность двигателя позволяет добиться новых возможностей от транспортного средства, поэтому водители часто задумываются об увеличении скорости в своей машине. Популярным методом является использовать твин-турбо и битурбо, но есть ли между ними разница?
Суть вопроса
Многие современные автомобили используют такие технологии двигателей для увеличения используемого топлива. За счёт большего количества впрыскиваемого горючего, повышается общая скорость движения. Настоящая технология была известна ещё в ХХ веке — компоновку из двух труб называли Double Turbo, Twin-turbo и так далее. Сегодня они представлены как технологии твин-турбо и битурбо.
Что это значит
Biturbo представляет собой конструкцию турбонаддува, которая имеет вид двух турбин. Первая из них большого размера, а вторая уменьшенного. В то время как первая добавляет к двигателю мощный поток воздуха, меньшая турбина служит основным элементом для работы в среднем диапазоне скоростей. Такая система нацелена на более плавную работу ускоренного движения.
Конструкция twin-turbo больше ориентируется на прирост мощности, чем на стабильную работу автомобиля. По этой причине в ней используются две одинаковые турбины, которые воздействуют непосредственно на скорость движения.
Отличия компоновки
По словам производителей, между этими системами ощущается большая разница. На самом деле значительных отличий в технологии не наблюдается. Это успешный маркетинговый ход, который положительно влияет на продажи изделий. Biturbo и twin-turbo способны использовать разные технологические вариации в виде разного размера турбин, поэтому являются универсальными системами.
Например, турбонаддув во многих автомобилях носит название Twin-turbo (Mitsubishi 3000 VR-4). При этом в машине установлен двигатель V6, обладающий двумя турбинами для трёх цилиндров, использующих поток выхлопных газов. В немецком производстве также есть подобные системы, но они имеют название Biturbo.
Как показывает практика, японцы в большей степени используют twin-turbo, когда в Европе более популярным является biturbo. В нашей стране можно приобрести обе вариации с различными технологическими особенностями.
Классический вариант
Технология двойного турбонаддува значит, что используются два компрессора. Возникает достаточно большая сложность с установкой двух выхлопных труб на одну магистраль, так как между ними должно находиться пространство. Частой проблемой является неодинаковое распределение энергии между двумя компрессорами. Этот недостаток был решён оригинальной формой турбины twin-turbo в виде крыльчатки, что синхронизировало работу всего устройства.
Особенностями компоновки системы twin-turbo являются некоторые недостатки:
- присутствие так называемой «турбоямы», при которой турбины не работают;
- ближняя турбина получает ускоренный износ;
- подача газа происходит с замедлением;
- сложная установка для моторов V-типа.
Компания Toyota предложила своё решение этих проблем — она сделала собственный вариант для турбокомпрессоров biturbo. При малых оборотах клапаны изделия закрыты, поэтому выхлопные газы выходят через первую турбину. Она, в свою очередь, быстро раскручивается и позволяет обойти «турбояму» на раннем этапе. Когда движение достигает 3500 оборотов в минуту, двигатель открывает специальные клапаны для излишков газа, отчего весь горячий воздух перенаправляется к турбокомпрессору, существенно увеличивая мощность мотора.
Современный взгляд
Система biturbo стала применяться меньше, ведь V-моторы получили большое распространение. Она оказалась неудобной из-за своих конструктивных особенностей. В 80-х годах была внедрена система с креплением турбины за цилиндрами. Это позволило установить турбокомпрессоры ближе до коллекторов, чтобы снизить аэродинамические потери и повысить общую скорость. Это также улучшило общую устойчивость системы.
Особенности сборки
Чаще всего система twin-turbo позволяет использовать единый впускной коллектор, отчего затраты на обслуживание несколько снижаются, хотя и мощность двигателя уменьшается. Чтобы это компенсировать, были использованы раздельные коллекторы и впускные тракты. Это позволило использовать систему для небольших моторов, на которых турбокомпрессоры всегда размещались последовательно.
Компания BMW имеет своё видение для технологии twin-turbo — расположение турбин находилось в развале V8, а не по сторонам, как обычно. Главной особенностью было то, что компрессоры были запитаны цилиндрами, которые располагались в обеих сторонах. Благодаря такому решению, «турбояма» была уменьшена на 40% без существенных потерь мощности. К тому же это уменьшило вибрации от работы оборудования.
Для обычного пользователя автомобиля необязательно знать разницу, что такое твин-турбо и битурбо, потому что эти системы являются максимально похожими. Особенность в вариациях размера турбин и последовательности их подключения делает эти конструкции универсальными. Twin-turbo больше нацелена на удобство и комфортную поездку, в то время как biturbo представлена в виде более мощной системы. Их сборка может изменяться, исходя из требований, поэтому выбирать можно любую из этих систем.
Если вы наслышаны о технологиях biturbo и twin-turbo, но не знаете, какую из них лучше выбрать, стоит обратить внимание на техническую часть автомобиля. Чаще всего все различия между системами представлены лишь в названии.
Турбонаддув — один из методов агрегатного наддува, основанный на использовании энергии отработавших газов. Основной элемент системы — турбокомпрессор.
Содержание
История изобретения [ править | править код ]
Принцип турбонаддува был запатентован Альфредом Бюхи в 1911 году в патентном ведомстве США [1] .
История развития турбокомпрессоров началась примерно в то же время, что и постройка первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885—1896 г. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путём сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. В 1905 г. швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности до 120 %. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению в жизнь турботехнологий.
Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В авиации с некоторым успехом турбокомпрессоры использовались на истребителях с двигателями Рено ещё во время Первой Мировой войны. Ко второй половине 1930-х развитие технологий позволило создавать действительно удачные авиационные турбонагнетатели, которые у значительно форсированных двигателей использовались в основном для повышения высотности. Наибольших успехов в этом достигли американцы, установив турбонагнетатели на истребители P-38 и бомбардировщики B-17 в 1938 году. В 1941 году США был создан истребитель P-47 с турбонагнетателем, обеспечившим ему выдающиеся летные характеристики на больших высотах.
В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г. на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля. Первыми массовыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962—1963 г. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.
Начало использования турбодвигателей на спортивных автомобилях, в частности, на Formula 1, в 70-х годах привело к значительному увеличению популярности турбокомпрессоров. Приставка «турбо» стала входить в моду. В то время почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Однако, по прошествии нескольких лет мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. На первых порах задержка в реакции турбокомпрессора была достаточно большой, что также являлось серьёзным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.
Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошёл с установкой в 1977 г. турбокомпрессора на серийный автомобиль Saab 99 Turbo и затем в 1978 г. выпуском Mercedes-Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за Mercedes-Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel, сохранив при этом значительно более низкий уровень расхода топлива. Вообще, дизельные двигатели имеют повышенную степень сжатия и, вследствие адиабатного расширения на рабочем ходу, их выхлопные газы имеют более низкую температуру. Это снижает требования к жаропрочности турбины и позволяет делать более дешёвые или более изощрённые конструкции. Именно поэтому турбины на дизельных двигателях встречаются гораздо чаще, чем на бензиновых, а большая часть новинок (например, турбины с изменяемой геометрией) сначала появляется именно на дизельных двигателях.
Принцип работы [ править | править код ]
Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большее количество смеси воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ находится под большим давлением и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень. [ стиль ]
Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)) и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.
Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. [ стиль ] Турбонаддув особенно эффективен в дизельных двигателях тяжёлых грузовых автомобилей. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. [ источник не указан 238 дней ] Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины в зависимости от режима работы двигателя.
Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например, на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с. [ источник не указан 238 дней ]
Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W). [ источник не указан 238 дней ]
Состав системы [ править | править код ]
Кроме турбокомпрессора и интеркулера в систему входят: регулировочный клапан (wastegate) (для поддержания заданного давления в системе и сброса давления в приёмную трубу), перепускной клапан (bypass valve — для отвода наддувочного воздуха обратно во впускные патрубки до турбины в случае закрытия дроссельной заслонки) и/или «стравливающий» клапан (blow-off valve — для сброса наддувочного воздуха в атмосферу с характерным звуком, в случае закрытия дроссельной заслонки, при условии отсутствия датчика массового расхода воздуха), выпускной коллектор, совместимый с турбокомпрессором, а также герметичные патрубки: воздушные для подачи воздуха во впуск, масляные для охлаждения и смазки турбокомпрессора.
Задержка турбокомпрессора [ править | править код ]
Задержка турбокомпрессора — это время, необходимое для изменения выходной мощности после изменения состояния дроссельной заслонки, проявляющееся в виде замедленной реакции на открытие дроссельной заслонки по сравнению с поведением безнаддувного двигателя. Это связано с тем, что выхлопной системе и турбонагнетателю требуется время для раскрутки, чтоб обеспечить требуемый поток нагнетаемого воздуха. Инерция, трение и нагрузка на компрессор являются основными причинами задержки турбокомпрессора.
- Виды систем Tвин Tурбо, и их отличия
- Что такое Twin-Turbo (Tвин турбо)
- Виды систем турбонаддува и их принцип работы
- Параллельный
- Последовательный
- Ступенчатый
- Какие преимущества использования Twin-Turbo и есть ли недостатки
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.
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
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.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
