Відмінності систем наддуву Твинтурбо і Бітурбо

На сучасних автомобілях нерідко застосовується турбонаддув — він дозволяє підвищити потужність двигуна завдяки збільшенню кількості палива, уприскуваного в циліндр за один цикл. Ще із середини XX століття існують автомобілі, в яких використовуються відразу дві турбіни — таку компоновку називають Twinturbo, Biturbo, Double Turbo та іншими словами. Нерідко можна зустріти інформацію про принципові відмінності Твинтурбо і Бітурбо — в окремих статтях наводяться визначення і сутність унікальних конструктивних елементів. Спробуємо розібратися в компонуванні цих систем і ми.

Турбонаддув все частіше застосовують для підвищення потужності двигуна

Зміст

• Суть питання
• Класика жанру
• Сучасна інтерпретація
• Не зовсім Бітурбо
• Поєднати непоєднуване
• Підсумки

Суть питання

Найцікавіший момент у цієї проблеми полягає в тому, що принципових відмінностей не існує. Biturbo і його аналог Twinturbo є просто альтернативними назвами однакових систем наддуву з двома компресорами. Причому як Biturbo, так і Twinturbo передбачають використання різних варіацій технічної частини.

Різні назви були винайдені маркетологами відомих автомобільних виробників, щоб виділити свою продукцію серед безлічі аналогічних машин, побудованих із застосуванням тієї ж компонування. Цікаво, що японці віддавати перевагу свої здвоєні турбокомпресори Twinturbo, тоді як європейські компанії пишуть Biturbo — так склалося історично. В нашу країну надходять машини з обох частин світла, тому що назва Biturbo, що Twinturbo знайомі вітчизняному споживачеві. Тому суперечка про відмінності між назвами турбокомпресорів можна вважати неспроможною — а ось дізнатися про принципово різних системах, що використовуються в міжнародній практиці, буде цікаво.

Класика жанру

Якщо ви знаєте, що таке турбонаддув, то зрозумієте, що в установці двох турбокомпресорів є свої складності. Обидві турбіни системи Biturbo доводиться встановлювати на одну вихлопну магістраль, причому між ними повинна зберігатися певна відстань. Проблема полягає в тому, що далекий турбокомпресор буде отримувати менше енергії і працювати не так ефективно. У середині XX століття цю проблему вирішували досить просто — друга турбіна в компонуванні Twinturbo мала відмінні характеристики підшипників і форму крильчатки. За рахунок цього вдавалося синхронізувати роботу двох агрегатів і істотно підвищувати потужність двигуна за допомогою системи Biturbo.

Система Biturbo використовується все рідше

Однак практика показала, що послідовна компонування Twinturbo має кілька важливих недоліків:

• Наявність серйозної «турбоями», тобто діапазону оборотів, в якому турбіни просто не працюють;
• Достатньо великий час відгуку на подачу газу;
• Прискорений знос ближньої турбіни;
• Незручність установки на V-подібні двигуни.

Проблему намагалися вирішити різними способами. Однак найбільш елегантне і ефективне інженерне рішення запропонувала компанія Toyota, яка зробила включення турбокомпресорів свого варіанту Biturbo. На низьких обертах клапани закриті і вихлопні гази проходять тільки через невелику першу турбіну, легко розкручуючи її і забезпечуючи ранній вихід з «турбоями». Після досягнення 3500 об/хв, коли тиск газів вже стає надлишковим, електроніка відкриває спеціальну заслінку, і гарячий потік спрямовується до другого турбокомпресора більшого розміру, забезпечуючи істотний приріст потужності двигуна.

Сучасна інтерпретація

Однак з масовим поширенням V-образних двигунів послідовна система Biturbo стала застосовуватися все рідше, оскільки її було незручно з конструктивної точки зору. Приблизно на початку 80-х була запропонована альтернативна компонування Twinturbo, в якій кожна турбіна була закріплена за кількома циліндрами двигуна — як правило, мова йшла про ту чи іншу «половинці» блоку. Турбокомпресори могли розташовуватися набагато ближче до впускного і випускного колектора, що суттєво зменшило рівень механічних і аеродинамічних втрат, а також підвищило потужність двигуна. Крім того, паралельна система Biturbo, що використовує компактні турбіни, дозволила позбутися від «турбоями» і зробити мотор дуже чутливим до зміни подачі палива.

У більшості випадків паралельна схема Twin Turbo передбачає використання загального впускного колектора, що спрощує її і робить менш витратною в обслуговуванні, але обмежує динамічний потенціал автомобіля. Тому в якості альтернативи була запропонована компонування Biturbo з роздільними впускними трактами і колекторами. Крім іншого, це дозволило адаптувати систему для використання на компактних рядних двигунах, які раніше забезпечувалися виключно двома турбокомпресорами, розташованими послідовно.

Однак найбільш цікаву схему Twinturbo запропонувала компанія BMW — її відмінність полягала в розташуванні турбін в розвалі V8, а не по боках від блоку циліндрів. Причому кожен з турбокомпресорів був живиться від циліндрів, що знаходяться по обидві сторони двигуна! Незважаючи на величезні труднощі, які довелося подолати інженерам, результат перевершив всі очікування. Така оригінальна система Biturbo зменшила протяжність «турбоями» на 40% без зниження надійності вузла. Крім того, істотно підвищилася стабільність роботи двигуна і зменшилася інтенсивність його вібрацій.

Не зовсім Бітурбо

Іноді з компонуванням Twinturbo плутають турбіну Twinscroll. Остання передбачає використання однієї турбіни, що має два канали і дві ділянки крильчатки з різною формою лопатей. На низьких обертах відкривається клапан, що веде до меншої крильчатці — в результаті турбокомпресор розганяється досить швидко і забезпечує приріст потужності без «турбоями». Однак з підвищенням швидкості обертання коленвала тиск вихлопних газів стає надлишковою і відкривається другий клапан — тепер використовується тільки велика крильчатка. Як наслідок, автомобіль отримує додаткове зростання продуктивності.

Звичайно, така система має дещо меншу ефективність, ніж класична Biturbo. Однак у порівнянні з однією турбіною тягові можливості двигуна все ж зростають. Звичайно, компонування Twinscroll складна у виробництві і вважається досить ненадійною. Проте в даний час її дуже часто застосовують в потужних автомобілях — в тому числі і в складі системи Biturbo.

Поєднати непоєднуване

Якщо ви знаєте, чим відрізняється механічний компресор від турбіни, то зрозумієте, чому ці дві системи вважаються несумісними — перший приводиться від коленвала, тоді як турбокомпресор використовує енергію вихлопних газів і поєднати їх практично неможливо. Однак для інженерів Volkswagen немає нічого неможливого — в свій варіант системи Twinturbo вони включили обидва вузла. Турбіна працює постійно, тоді як компресор допомагає усунути «турбояму» на низьких оборотах. Згодом він відключається, але при різкому натисканні на педаль газу знову вступає в дію, покращуючи реакцію двигуна на подачу палива.

Результатом використання такого варіанту Biturbo стало значне підвищення потужності, досягнення межі обертального моменту на малих обертах, прискорення набору обертів, а також зменшення часу відгуку на натискання педалі газу. Різниця з простим Twinturbo для водія практично непомітна — він відчуває лише легко прогнозовану потужну динаміку і не відволікається на провали потужності або інші проблеми. Проте система, розроблена Volkswagen, виявилася дуже складною у виробництві і ненадійною. Тому в даний час на машинах брендів, що входять в групу компаній, що використовує тільки один з двох варіантів наддуву.

Підсумки

Резюмуючи вищесказане, можна зробити висновок про те, що відмінності Twinturbo від Biturbo полягають тільки в назві. Якщо ж вас дійсно цікавлять різні системи наддуву, вам варто звернути увагу на паралельні і послідовні компонування. Крім того, не зайвим буде більш докладно ознайомитися з відмінностями турбокомпресора від механічного наддуву і плюсами їх спільного застосування.

Поради автолюбителям