...
Форум
GOUNELLE (1)
Каталог
                    English  Русский 

                    В этом материале разберем различия схем наддува с двумя турбокомпрессорами и ответим на самый простой и, как показывает практика, самый сложный вопрос: "В чём разница между Twinturbo и Biturbo?"
                    Начнем  именно с последнего вопроса, чтобы об этом узнали все, а не только те, у кого хватило терпения дочитать до конца.
                    Итак, в чём разница между Twinturbo и Biturbo? — А разницы как раз нет! Вернее она есть, но ровно такая же, как между европейским Football и американским Soccer — в названии. Именно эта простая истина вызывает у некоторых "всезнаек" волну негодования и становится началом очередного холивара. А между тем оба названия, что Twinturbo, что Biturbo — это общее название любой системы наддува с двумя турбокомпрессорами Garrett, вне зависимости от того, по какой схеме эти турбокомпрессоры работают. Просто разные автопроизводители склонны применять, либо одно, либо другое название — на японских машинах чаще встречается Twinturbo, тогда как на европейских — Biturbo. Мы же далее рассмотрим различные схемы работы двух турбокомпрессоров, их преимущества и недостатки.
                    Параллельное подключение (parallel twinturbo/biturbo)
                    При параллельной схеме работы используются две одинаковые турбины, работающие симметрично. На каждую из них подаётся половина выхлопных газов двигателя, как правило по индивидуальному выпускному коллектору и от определённых для каждой из турбин Garrett цилиндров. На V-образных двигателях каждый турбокомпрессор питается одним из рядов цилиндров. Нагнетаемый воздух поступает зачастую в общий впускной коллектор, откуда распределяется по всем цилиндрам двигателя, но в некоторых случаях каждый из компрессоров может питать только часть цилиндров — "свою" половину или "чужую".
                    На картинке изображена схема работы двух турбокомпрессоров на двигателе V66G72 автомобиля Mitsubishi 3000GT. Два одинаковых турбокомпрессора KKK, каждый работает от своего ряда из трёх цилиндров и нагнетает воздух в общий коллектор.

                    6G72 Twinturbo Mitsubishi 3000GT
                    Ниже на фото двигатель Renault Sport EF15 — полуторалитровый мотор V6 для Formula 1 с двумя параллельно работающими турбокомпрессорами и подачей нагнетаемого воздуха в раздельные впускные ресиверы на отдельный ряд цилиндров каждый.

                    Renault Sport EF15 Twinturbo
                    Первопроходцем среди производителей серийных автомобилей с двумя турбокомпрессорами Garrett, KKK, IHI оказалась Maserati, выпустившая в 1981 году модельMaserati Biturbo с 2-литровым V6, оснащённым двумя турбокомпрессорами, работающими параллельно. Именно такая схема работы и компоновка до сих пор остаётся наиболее распространённой среди всех двигателей с двумя турбокомпрессорами Garrett. В то время в Италии на двигатели свыше 2-х литров объёма накладывались большие налоги и Алехандро де Томасо, купивший Maserati в 1976 году, таким образом нашёл решение, как сделать достаточно мощный двигатель малого объёма для недорогого спортивного автомобиля. Первая 2-литровая версия мотора выдавала 180 л.с., а более поздние и экспортные модификации объёмом до 2.8 литров — до 280 л.с. Так решения, применяемые на моторах Formula 1, попали на обычные автомобили.

                    Maserati Biturbo
                    Основной причиной замены одного большого турбокомпрессора на два небольших является желание уменьшить турбояму (диапазон оборотов, в течении которого турбокомпрессор не создаёт достаточно высокого давления наддува) и турболаг (задержка отклика турбокомпрессора на откaрытие дросселя). Два небольших высокооборотистых турбокомпрессора Garrett обыкновенно быстрее реагируют реагируют на дроссель и раньше выходят на рабочее давление наддува, чем один большой аналогичной производительности — инерционность большой турбинной и компрессорной крыльчаток определяет эту разницу. Однако при параллельной работе турбин преимущество это не так сильно заметно, т.к. каждая из двух турбин Garrett раскручивается только половиной выхлопных газов двигателя, в отличии от одной большой турбины. Тем не менее параллельная схема работы турбокомпрессоров IHI получила наиболее широкое распространение по сравнению со всем остальными, и чаще всего она встречается на V-образных двигателях. Причина такого распространения — удачное компоновочное решение для двигателей, где размещение одного турбокомпрессора затруднительно. Взять те же самые V-образные двигатели, у которых конструктивно удобно размещать общий впускной коллектор в развале цилиндров, а выпускные коллектора раздельно, в противоположных сторонах двигателя. Связать при такой компоновке оба выпускных коллектора в условиях ограниченного подкапотного пространства довольно непросто. Вот, например, современный турбомотор Renault для Formula 1 2014 года: 1.6 литровый V6 с одним турбокомпрессором — как думаете, легко такую конструкцию будет вписать под капот обычного автомобиля?

                    Renault F1 1600 V6 Turbo
                    Схожая ситуация и на рядных 6-цилиндровых двигателях — большая длина блока и недостаток свободного пространства накладывает ограничения на размер и форму выпускного коллектора для одного турбокомпрессора. Слева, для примера, заводской чугунный выпускной коллектор двигателя Nissan RB25DET с одной турбиной. Комментарии, думаю, излишни. А справа два коллектора с Nissan RB26ETT (Twinturbo). Чугунина, конечно, ограничивает полёт инженерной мысли, но с точки зрения равнодлинности и пропускной способности они явно выигрывают у коллектора слева.

                    При этом схема работы цилиндров рядной шестёрки (1-5-3-6-2-4) при таких простых и компактных 3-цилиндровых коллекторах обеспечивает каждому из двух турбокомпрессоров равномерную подачу отработавших газов, т.к. временные промежутки между последовательной работой первых трёх цилиндров одинаковы, как и между работой последних трёх (см. последовательность работы цилиндров)
                    И если на двигателе Nissan RB26ETT стояла задача увеличения мощности при сохранении низов, то на двигателе BMW N54 приоритетом были хорошие низы при достаточной высокой литровой мощности — два небольших турбокомпрессора Garrett низкого давления позволяют 3-литровой рядной шестёрке создавать ощущение езды на атмосферном двигателе большего объёма за счёт ровной моментной характеристики без заметной турбоямы и подхватов:

                    BMW N54
                    Вопреки общей практике, встречаются V-образные моторы и с двумя турбокомпрессорами в развале цилиндров, а не раздельно по бокам. Например, V-образная восьмёрка BMW S63TU. Здесь инженеры пошли дальше многих и, закрыв глаза на компоновочные сложности, добились максимально эффективной работы имеющихся турбокомпрессоров KKK:

                    BMW S63TU
                    Сразу и не понятно, в чём выгода такого размещения, если не приглядеться к выпускному коллектору:

                    Видите, в отличии от подавляющего большинства других V-образных моторов, здесь каждый из двух твинскрольных турбокомпрессоров IHI питается не одним рядом цилиндров, а отдельными цилиндрами обоих рядов.
                    Интересно, что BMW свои двигатели с двумя турбокомпрессорами называет"TwinPower Turbo", а ALPINA свои заряженные версии на тех же моторах — "Bi-turbo". Но самое забавное в том, что термин "TwinPower Turbo" BMW применяет и к двигателям с одним турбокомпрессором конструкции TwinScroll. Это лишний раз наглядно показывает, что выбор названия обусловлен только прихотью автопроизводителя, а совсем не конструктивной схемой.
                    Среди распространённых двигателей с двумя турбокомпрессорами, работающих по параллельной схеме, можно перечислить:
                    Maserati AM 4xx серия (V6 Biturbo, Biturbo/Ghibli II/Barchetta Stradale/Spyder/Quattroporte IV)
                    Mitsubishi 6A12TT и 6A13TT (V6 Twinturbo, Galant/Legnum VR-4);
                    Mitsubishi 6G72 (V6 Tvinturbo, GTO/3000GT);
                    Nissan VG30DETT (V6 Twinturbo, Fairlady Z/300ZX);
                    Nissan VR38DETT (V6 Twinturbo, GTR);
                    Nissan RB26DETT (R6 Twinturbo, Skyline GTR)
                    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)
                    Volvo B6284T/B6294T (R6 Twinturbo, S80/XC90)
                    Ford 3.5 EcoBoost (V6 Twinturbo, Explorer Sport/F-150)
                    Одним из самых необычный двигателей с параллельной схемой работы турбокомпрессоров, на мой взгляд, является двигатель прототипа Lancia ECVдля ралли Group S. Посмотрите на фото и попробуйте определить, как устроен сам двигатель?

                    Двигатель Lancia ECV R4 1800 Twinturbo Triflux

                    Да, это рядный 4-цилиндровый двигатель объёмом 1.8 литра, у которого впускные каналы подходят к камере сгорания сверху, в развале между распредвалами. При этом впускные и впускные клапаны расположены в камере сгорания в шахматном порядке, что позволяет эффективнее использовать площадь поверхности КС для увеличения их размера (т.к. впускные клапаны должны быть крупнее выпускных, при стандартной схеме половина площади КС занята впускными клапанами полностью, а выпускными только частично). Кроме того, как видно на схеме ниже, каждый из четырёх цилиндров питает отработавшими газами оба турбокомпрессора — таким образом на каждый их них отработавшие газы поступают более равномерным потоком, с меньшей амплитудой пульсаций. Это положительно сказывается на времени отклика турбокомпрессора и его КПД. Кроме того, такое расположение впускных и выпускных каналов способствует равномерному распределению тепла по ГБЦ и более эффективному охлаждению. Инженеры Fiat запатентовали такую конструкцию ГБЦ и дали ей название "Triflux".
                    Двигатели с параллельным двойным турбонаддувом встречаются и на многих суперкарах, например Ferrari F40, Jaguar XJ220, McLaren MP4-12C, Saleen S7, SSC Ultimate Aero TT, Vector M12 и других.
                    Преимущества систем с "параллельной" работой турбокомпрессоров:
                    — некоторое снижение турболага;
                    — более ранний выход турбокомпрессоров на рабочее давление наддува;
                    — простота конструкции и системы управления наддувом;
                    — удобная компоновка для V-образных и оппозитных двигателей.
                    Недостатки систем с "параллельной" работой турбокомпрессоров:
                    — недостаточно высокий выигрыш снижения турболага и спула турбины, что особенно заметно на высокофорсированных двигателях.
                    Из обычной параллельной схемы родилась одна разновидной систем наддува с двумя турбокомпрессорами, которую часто ошибочно называют последовательной или последовательно-параллельной, хотя она не является ни той, ни другой. Речь идёт о системе, получившей наибольшую известность по двигателям 2JZ-GTE на Toyota Supra. Система тоже называется «Twinturbo», но от рассмотренных ранее систем имеет одно важное отличие, благодаря чему подобная схема в английском варианте правильно называется «Sequential Parallel Twinturbo". Путаница возникает в том, что с английского языка и слово«serial», и «sequential» переводятся на русский одинаково –«последовательная». Однако из них только «serial» означает«последовательная» в том же смысле, что и «parallel» — «параллельная», т.е. по аналогии с электрикой. Понятие «sequential» в описании схем наддува означает «поочерёдная», «поэтапная» и имеется ввиду, что турбокомпрессоры или отдельные их части могут работать не одновременно, а вводиться в работу или выводиться из неё поочерёдно, согласно определённому алгоритму. Именно из-за этой тонкости перевода 99% людей путает названия система наддува, называя откровенно «параллельные» системы «последовательными» и наоборот. В итоге, стоящая на двигателе 2JZ-GTE система по-русски наиболее правильно называется «поэтапная параллельная система». Как она работает, можно посмотреть на схеме ниже.

                    Toyota 2JZ-GTE Twinturbo, низкие обороты
                    На низких оборотах двигателя (на Toyota Supra это до 3500 об/мин), как видно на схеме, один из двух параллельно подключённых турбокомпрессоров (No.2 Turbocharger) бездействует, т.к. выход его горячей улитки перекрыт основным клапаном контроля выпускных газов (Exhaust Gas Control Valve) и вспомогательным перепускным клапаном выпуска (Exhaust Bypass Valve). Не имеющие прохода через второй турбокомпрессор, выпускные газы полностью направляются на первый турбокомпрессор по общему для них обоих коллектору. В итоге немаленький 3-литровый 6-цилиндровый двигатель достаточно легко раскручивает одну небольшую турбину — намного быстрее, чем две небольших турбины или, тем более, одну крупную. Чтобы воздух, нагнетаемый первым турбокомпрессором, не вышел обратно в атмосферу через бездействующий второй турбокомпрессор, компрессорная часть последнего отрезана от впускной системы специальным клапаном (Intake Air Control Valve).
                    При достижении некоторого контрольного значения давления наддува первым турбокомпрессором открывается Exhaust Bypass Valve, пропускающего часть отработавших газов через вторую турбину в выпускную систему первой турбины Garrett. Второй турбокомпрессор Garrett начинает раскручиваться. Происходит это довольно быстро, в диапазоне между 3500 и 3800 об/мин. Затем, между 3800 и 4000 об/мин система управления наддувом полностью открывает основной Exhaust Gas Control Valve, благодаря чему отработавшие газы могут свободно проходить через вторую турбину IHI— теперь на обе турбины поступает равное количество отработавших газов:

                    Toyota 2JZ-GTE Twinturbo, высокие обороты
                    К 4000 об/мин второй турбокомпрессор KKK успевает набрать обороты и сравнять давление на выходе из компрессорной части с первым турбокомпрессором — заслонка клапана Intake Air Control Valve полностью открывается и второй турбокомпрессор полноценно включается в работу наравне с первым. Теперь это обычная банальная параллельная схема работы двух турбокомпрессоров с общим выпускным и впускным коллектором. Последовательной эту схему даже на первом этапе работы называть ошибочно, т.к. ни турбины, ни компрессоры последовательно не работают (забегая немного вперёд, уточню, что последовательно — это когда выход одного соединён со входом другого). Такое, в принципе несложное, решение позволили инженерам Toyota ощутимо уменьшить турболаг и раньше выходить на заметное давление наддува по сравнению с классической параллельной схемой работы турбокомпрессоров, сохранив при этом мощностной потенциал системы. При этом, несмотря на кажущуюся сложность управления, получилась очень надёжная система. На приведённом ниже графике приведёт пример разницы скорости выхода на рабочее давление турбокомпрессоров Garrett при обычной параллельной схеме (TWIN TURBO) и параллельной схемой с поочерёдным включением турбокомпрессоров в работу (TWO WAY TWIN TURBO).
                     
                    сравнение выхода на буст обычной параллельной схемы и последовательно-параллельной
                    Очень похожая система используется на роторно-поршневых двигателях 13B-REW от Mazda RX-7:

                    13B-REW Twinturbo
                    Здесь так же общий выпускной коллектор, два симметричных параллельно подключенных турбокомпрессора, общий впускной коллектор. На низкий оборотах полноценно работает только один турбокомпрессор (слева на схеме), т.к. вход в улитку второго перекрыт основным Turbo Control Valve (у Toyota этот клапан стоит не на входе, а на выходе турбины). Через небольшой перепускной канал (Turbo Pre-control Valve) на турбину бездействующего турбоколлектора подаётся немного отработавших газов для поддерживания некоторой начальной скорости вращения. Кое-как нагнетаемый этим турбокомпрессорм воздух через байпасный клапан гоняется по кругу, отрезанный от основной впускной системы воздушным клапаном (Charge Control Valve). Таки образом работает один турбокомпрессор от практически всех отработавших газов двигателя, а на втором лишь немного поддерживаются обороты. С повышением оборотов двигателя основной выпускной клапан на входе второй турбины (Turbo Control Valve) открывается и второй турбокомпрессор полноценно включается в параллельную работу с первым. Перепускной клапана на его компрессорной части закрывается, а путь для нагнетаемого им воздуха открывается при помощи Charge Control Valve. За счёт поддержания начальной скорости второго турбокомпрессора обеспечивается его более быстрое включение в общую работу.
                    Почти под копирку сделана система Twinturbo на двигателях Subaru EJ20TT c Subaru Legacy B4. Всё те же два параллельно подключенных турбокомпрессора, один из которых системой клапанов изолируется на низких оборотах, давая другому быстро раскрутиться и выйти на буст, а потом теми же клапанами включается в работу параллельно с уже работающим. На схемах ниже всё видно, пояснять уже не буду, т.к. аналогично вышеописанным системам:

                    Subaru EJ20TT Twinturbo, низкие обороты

                    Subaru EJ20TT Twinturbo, высокие обороты
                    Преимущества систем с "поэтапной параллельной" работой турбокомпрессоров:
                    — заметное снижение турболага в сравнении с обычной "параллельной" схемой;
                    — более ранний выход турбокомпрессоров на рабочее давление наддува;
                    Недостатки систем с "поэтапной параллельной" работой турбокомпрессоров:
                    — некоторая сложность конструкции и системы управления наддувом.
                    Прошу запомнить, что описанные чуть выше системы называются «sequential parallel» или «поэтапная параллельная» система Twinturbo/Biturbo и никогда их не путать с «serial» (последовательная), «sequential serial" (поэтапная последовательная) или «serial-parallel» (последовательно-параллельная).
                    А более подробно об "последовательной" схеме работы турбокомпрессоров и её разновидностях мы поговорим в следующей части, т.к. тут и так букофф уже немало накопилось.
                     И напоследок немного видео-роликов:







                     

                    Maserati 224 v6 biturbo

                    Mitsubishi 6A12 V6 Single Turbo

                    Nissan 300ZX Z32 Twin Turbo VG30DETT

                    Audi S4 2.7 Biturbo

                    Audi RS6 Avant 4.2 quattro

                    BMW Twin Turbo Engine Technologie

                    BMW M6 ALPINA B6 BITURBO

                     

                    Яндекс.Метрика

                    караоке онлайн

                    Работает на основе WebAsyst Shop-Script