Устройство турбо двигателя схема

Что такое BiTurbo и TwinTurbo. Устройство и принцип работы.

Система турбонаддува, в которой используется два турбокомпрессора, носит название Twin Turbo. Изначально два турбокомпрессора применялись для преодоления инерционности системы, т.н. турбозадержки (турбоямы). В дальнейшем область применения спаренных турбокомпрессоров расширилась и в настоящее время позволяет значительно повышать выходную мощность, поддерживать номинальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов двигателя, снижать удельный расход топлива.

Различают три конструктивные схемы системы Twin Turbo: параллельную, последовательную и ступенчатую. Схемы различаются характеристиками, расположением и порядком работы турбокомпрессоров. Работу турбокомпрессоров регулирует электронная система управления, включающая входные датчики, блок управления и приводы клапанов управления потоком воздуха и отработавших газов.

Twin Turbo – торговое название системы турбонаддува, другое используемое название (синоним) Biturbo. В некоторых истониках информации под названием Biturbo понимается система с параллельной схемой работы турбокомпрессоров, что не совсем верно.

🔎 Параллельный Twin Turbo

Система параллельного Twin Turbo включает два одинаковых турбокомпрессора, работающих одновременно и параллельно друг другу. Параллельная работа реализуется путем равномерного разделения потока отработавших газов между турбокомпрессорами. Сжатый воздух от каждого компрессора поступает в общий впускной коллектор и далее распределяется по цилиндрам.

Параллельный Twin Turbo применяется в основном на V-образных дизельных двигателях. Каждый турбокомпрессор закреплен на своем выпускном коллекторе. Эффективность параллельной схемы турбонаддува базируется на том, что две небольшие турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая. За счет этого сокращается «турбояма», турбокомпрессоры работают на всех оборотах двигателя, обеспечивая быстрое повышение давления наддува.

🔎 Последовательный Twin Turbo

Система последовательного Twin Turbo включает два соизмеримых по характеристикам турбокомпрессора. Первый турбокомпрессор работает постоянно, второй включается в работу при определенных режимах работы двигателя (частота оборотов, нагрузка).

Схема системы 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)

Переход между режимами обеспечивает электронная система управления, которая регулирует поток отработавших газов ко второму турокомпрессору с помощью специального клапана. При полном открытии клапана управления подачей отработавших газов оба турбокомпрессора работают параллельно, поэтому правильно систему называть последовательно-параллельная. Сжатый воздух от двух турбокомпрессоров подается в общий впускной коллектор и распределяется по цилиндрам.

Система последовательного Twin Turbo минимизирует последствия турбозадержки и позволяет достичь максимальной выходной мощности. Применяется на бензиновых и дизельных двигателях. В 2011 году компания BMW представила систему с тремя последовательными турбокомпрессорами – Triple Turbo.

Самой совершенной в техническом плане является система двухступенчатого турбонаддува. С 2004 года система двухступенчатого турбонаддува применяется на ряде дизельных двигателей от Opel. Другой производитель — компания BorgWarner Turbo Systems внедряет систему на дизельные двигатели BMW и Cummins.

Схема 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)

Система двухступенчатого турбонаддува состоит из двух турбокомпрессоров разного размера, установленных последовательно в выпускном и впускном (воздушном) трактах. В системе используется клапанное регулирование потока отработавших газов и нагнетаемого воздуха.

При низких оборотах двигателя перепускной клапан отработавших газов закрыт. Отработавшие газы проходят через малый турбокомпрессор (имеет минимальную инерцию и максимальную отдачу) и далее через большой турбокомпрессор. Давление отработавших газов невелико. Поэтому большая турбина почти не вращается. На впуске перепускной клапан наддува закрыт. Воздух проходит последовательно через большой (первая ступень) и малый (вторая ступень) компрессоры.

С ростом оборотов осуществляется совместная работа турбокомпрессоров. Перепускной клапан отработавших газов постепенно открывается. Часть отработавших газов идет непосредственно через большую турбину, которая раскручивается все более интенсивно. На впуске большой компрессор сжимает воздух с определенным давлением, но оно недостаточно большое. Поэтому далее сжатый воздух поступает в малый компрессор, где происходит дальнейшее повышение давления. Перепускной клапан наддува при этом по прежнему закрыт.

При полной нагрузке перепускной клапан отработавших газов открыт полностью. Газы практически полностью проходят через большую турбину, раскручивая ее до максимальной частоты. Малая турбина останавливается. На впуске большой компрессор обеспечивает максимальное давление наддува. Малый компрессор, наоборот, создает препятствие для воздуха, поэтому в определенный момент открывается перепускной клапан наддува и сжатый воздух поступает напрямую к двигателю.

Таким образом, система двухступенчатого турбонаддува обеспечивает эффективную работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Система разрешает известное противоречие дизельных двигателей между высоким крутящим моментом на низких оборотах и максимальной мощностью на высоких оборотах. С помощью двухступенчатых турбокомпрессоров номинальный крутящий момент достигается быстро и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя, обеспечивается максимальное повышение мощности.
Спасибо за внимание ставьте лайки и подписывайтесь у меня много интересного!Надеюсь вам будет полезно!

Читать еще: Что такое витковое замыкание в двигателе

Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы

Из чего состоит

Особенностью двигателя с турбонаддувом является наличие: турбокомпрессора, интеркулера, регулятора давления наддува, предохранительного клапана и других элементов. Турбокомпрессор — основной элемент турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе.

Интеркулер предназначен для охлаждения сжатого воздуха. За счет охлаждения воздуха повышается его плотность и увеличивается давление. Интеркулер это радиатор воздушного или жидкостного типа.

Основным элементом управления системы турбонаддува является регулятор давления наддува — перепускной клапан. Он ограничивает энергию отработавших газов, направляя часть в обход турбинного колеса, обеспечивая оптимальное давление наддува. Клапан имеет пневматический или электрический привод. Срабатывание перепускного клапана производится на основании сигналов датчика давления наддува.

Турбонаддув двигателя не имеет жесткой связи с коленвалом и эффективность работы системы зависит от числа оборотов. Чем выше обороты мотора, тем больше отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя.

Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется на мощных V-образных двигателях. Принцип работы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая. При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители устанавливают три последовательных турбокомпрессора — triple-turbo и даже четыре — quad-turbo.

Что такое турбокомпаунд двигателя

Турбокомпаундный двигатель — классический пример рециркуляции. Вместо того, чтобы выбрасывать «отработанную энергию» в атмосферу, вторая турбина, установленная за турбокомпрессором, приводимая в действие выпускными газами, отбирает из них дополнительное тепло.
Турбина турбокомпаунда вращается со скоростью 55000 об/мин. Это движение передается через турбинные шестерни и гидравлическую муфту, а затем через шестерни газораспределительного механизма на коленчатый вал. Передача вращения на них создает полезную прибавку крутящего момента, что отражается и на изменении крутящего момента на маховике. Такая дополнительная тяга возникает без увеличения расхода топлива.

Схема работы

Выхлопные газы поступают из выпускного коллектора двигателя при температуре, близкой к 700° С.
Выхлоп используются для привода традиционного турбокомпрессора, в котором энергия используется для повышения эффективности сгорания топлива, мощности и крутящего момента двигателя. Затем газы из выхлопа, вместо того, чтобы впустую уйти в атмосферу, направляются в блок турбокомпаунда.
На входе в блок турбокомпаунда выхлопные газы сохраняют высокую температуру (около 600°С); их энергия используется для разгона второй турбины до 55000 об/мин. На выходе из этой турбины температура газов снижается до 500°С, после чего они отводятся через обычную систему выпуска и глушитель.
Вращательное движение турбины передается через несколько понижающих передаточных устройств — механические передачи и гидравлическую муфту.
К моменту передачи вращательного движения на маховик, частота вращения снижается примерно до 1900 об/мин.
Вращательный момент на маховике увеличивается, и вращение маховика становится более устойчивым и плавным.

Плюсы и минусы турбонаддува

В отличие от механических нагнетателей, приводимых от коленчатого вала и отнимающих мощность непосредственно у двигателя, турбонагнетатели используют дармовую энергию , которая в моторе выбрасывается из выхлопной трубы. Это делает турбонагнетатели более эффективными, чем механические.

Одновременно турбонаддув позволяет получить высокие мощности – свыше 250 л. с. с одного литра объема. Двигатель с турбонагнетателем имеет мощность на 40% выше, чем без него. Как ни странно, но они и более экономичны. Низкое КПД двигателя обусловливается потерями на трение и низкой тепловой эффективностью. С увеличением размеров мотора эти потери резко увеличиваются. Небольшие турбированные моторы более эффективны.

Турбонагнетатели обладают рядом проблемных мест. Самое заметное – эффект «турбоямы». Отсутствие механической связи между компрессором и двигателем приводит к несоответствию между требуемой мощностью, задаваемой водителем педалью «газа» и производительностью компрессора.

Турбокомпрессоры имеют те же недостатки, что и центробежные нагнетатели. Для эффективной работы они должны вращаться с очень высокой скоростью. Плюс высокий нагрев (порядка 1000 °С), сложности в смазке, отводе тепла. Повышенные температуры сказываются не только на смазке деталей турбонагнетателя, но и на нагнетаемом воздухе: его охлаждение оказывается острым вопросом. Для эффективного охлаждения интеркулер рассчитывается и подбирается с особой тщательностью.

Как и в любом нагнетательном устройстве, в турбонагнетателе необходим клапан, спускающий излишнее давление. С турбиной еще сложнее. Здесь нужно не только следить за давлением наддува, но и перепускать выхлопные газы, чтобы снизить избыток давления в выпускном коллекторе, и исключить чрезмерно высокую скорость вращения на высоких оборотах.

Читать еще: Ваз 21099i как завести двигатель

Как работает система турбонаддува TwinTurbo

Основной проблемой использования турбонаддува является инерционность системы или возникновение так называемой “турбоямы” (временная задержка между увеличением оборотов двигателя и фактическим увеличением мощности). Для ее устранения была разработана схема с использованием двух турбокомпрессоров, получившая наименование TwinTurbo. У некоторых производителей эта технология также известна как BiTurbo, но отличия конструкций заключается только в коммерческом названии.

Особенности работы Твин Турбо
Виды схем наддува с двумя турбокомпрессорами
Параллельная схема подключения турбин
Последовательное включение
Ступенчатая схема
Преимущества и недостатки двойного турбонаддува

Особенности работы Твин Турбо

Системы с двумя компрессорами применяются и на дизельных, и на бензиновых двигателях. Однако для последних требуется использование более качественного топлива с высоким октановым числом, что позволяет снизить вероятность детонации (негативное явление возникающее в цилиндрах двигателя, разрушающее цилиндро-поршневую группу).

Помимо основной функции уменьшения времени турбозадержки, схема Твин Турбо позволяет получить более высокую мощность двигателя автомобиля, снижает расход топлива и сохраняет максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Это достигается использованием различных схем подключения компрессоров.

Виды схем наддува с двумя турбокомпрессорами

В зависимости от способа подключения пары турбокомпрессоров различают три основных схемы системы TwinTurbo:

параллельная;
последовательная;
ступенчатая.

Параллельная схема подключения турбин

Предусматривает подключение двух одинаковых турбокомпрессоров, работающих параллельно (одновременно). Сущность применения конструкции заключается в том, что две меньших по объему турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая.

Перед подачей в цилиндры воздух, нагнетаемый обоими турбокомпрессорами, поступает в один впускной коллектор, где смешивается с топливом и распределяется в камеры сгорания. Эта схема чаще используется на дизельных двигателях.

Последовательное включение

Последовательно-параллельная схема предполагает установку двух одинаковых турбин. Одна работает постоянно, а вторая подключается при повышении оборотов двигателя, увеличении нагрузки или других особых режимах. Переключение режимов работы осуществляется с помощью клапана, приводимого в действие ЭБУ двигателя автомобиля.

Эта система прежде всего ориентирована на устранение турбоямы и получение более плавной динамики разгона автомобиля. По аналогичной схеме работают системы с тройным турбонаддувом TripleTurbo.

Ступенчатая схема

Двухступенчатый турбонаддув представляет собой два турбокомпрессора разного размера, которые установлены последовательно и подключены к впускному и выпускному каналам. Последние оснащены перепускными клапанами, регулирующими потоки воздуха и отработавших газов. Ступенчатая схема имеет три режима работы:

При малых оборотах двигателя клапаны находятся в закрытом положении. Отработавшие газы проходят через обе турбины. Поскольку давление газов низкое, крыльчатки большой турбины практически не вращаются. Воздух проходит через обе ступени компрессоров, получая минимальное избыточное давление.
При увеличении оборотов двигателя клапан отработавших газов начинает открываться, что приводит в движение большую турбину. Больший компрессор сжимает воздух, после чего он направляется на малое колесо, где производится дополнительное сжатие.
Когда двигатель работает на максимуме оборотов, оба клапана полностью открыты, что направляет поток отработавших газов напрямую на большую турбину, воздух проходит через больший компрессор и сразу отправляется к цилиндрам двигателя.

Ступенчатая схема наиболее часто применяется для автомобилей с дизельными двигателями.

Преимущества и недостатки двойного турбонаддува

В настоящее время TwinTurbo в основном устанавливается на мощных автомобилях. Применение этой системы позволяет добиться такого преимущества как обеспечение максимального крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя. Также благодаря двойному турбонаддуву достигается увеличение мощности при относительно небольших габаритах двигателя, что делает его более экономичным по сравнению с атмосферным двигателем.

К основным недостаткам БиТурбо можно отнести высокую стоимость, что обусловлено сложностью конструкции. Так же, как и с классической турбиной, системы с двумя турбокомпрессорами нуждаются в более бережном отношении, качественном топливе и своевременной замене масла.

Twin Turbo

Понятие и принцип работы системы турбонаддува под названием Твин Турбо. Фотографии нового турбированного двигателя Biturbo, видео и схемы.Понятие и принцип работы системы турбонаддува под названием Твин Турбо. Фотографии нового турбированного двигателя Biturbo, видео и схемы.

Что это такое и как оно работает?

Twin Turbo в переводе с английского означает двойное турбо и в этой системе турбонаддува стоит два турбокомпрессора. Сначала турбокомпрессоры использовались для преодоления и инерционности системы. Сейчас же использование и применение этих турбокомпрессоров значительно выросло, так как он снижает расход горючего. Выходная мощность возрастает и способствует поддерживать номинальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов двигателя.

Виды Твин Турбо и их отличия

Есть три разновидности схемы системы Twin Turbo: последовательная, параллельная, и ступенчатая. Эти три схемы отличаются друг от друга расположением, характеристиками и последовательностью работы турбокомпрессоров. Электронная система управления очень точно настраивает работу турбокомпрессоров. Система включает входные датчики, приводы клапанов управления потоком воздуха и переработанным горючем.

Читать еще: Двигатель ix35 как заглушить двигатель

Торговый лейбл системы турбонаддува это Twin Turbo, но и есть другое название этой системы — «Biturbo». Не совсем правильно в разных информационных источниках Biturbo воспринимают, как систему с параллельной схемой работы турбокомпрессора.

Видео: как работает турбина:

1. Параллельный Twin Turbo или Biturbo

Параллельная система Твин Турбо работает одновременно и параллельно друг другу, и включает в себя два одинаковых турбокомпрессора. Параллельная работа происходит из-за ровного деления потока сгоревших газов между турбокомпрессорами. Из каждого компрессора выходит сжатый воздух и поступает в общий впускной коллектор, и потом распределяется по цилиндрам. Параллельный Twin Turbo используется, как правило, на дизельных V-образных двигателях. Из-за параллельной схемы турбонаддува эффективность системы основывается на том, что две маленькие турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая турбина. Турбокомпрессоры работают на всех оборотах двигателях обеспечивая быстрое повышение наддува. И каждая турбина установлена на своём выпускном коллекторе.

2. Последовательный Twin Turbo

В системе последовательного Twin Turbo постоянно работает первый турбокомпрессор, а второй начинает работать в определённом порядке работы двигателя (повышенная частота оборотов, нагрузка). Последовательный турбокомпрессор включает два одинаковых по характеристикам турбокомпрессора.

Схема системы работы Твин Турбо на Subaru

Электронная система управления обеспечивает переход между режимами и регулирует поток сгоревших газов ко второму турбокомпрессору за счёт специального клапана. Правильно такую систему называть последовательно — параллельная, потому что при полном открытии клапана управления подачей сгоревших газов оба турбокомпрессора работают параллельно. Сжатый воздух подаётся в общий впускной коллектор от двух турбокомпрессоров и распределяется по цилиндрам.Чтобы достичь максимально высокого выхода мощности, система последовательности Twin Turbo минимизирует последствия турбозадержки. Применяются, как на дизельные двигатели, так и на бензиновые. В 2011 году была представлена система с тремя последовательными турбокомпрессорами компанией BMW и называется она Triple Turbo.

3. Двухступенчатый Twin Turbo

В техническом плане система двухступенчатого турбонаддува является самой совершенной. Компания BorgWarner Turbo Systems ставит эту систему на дизельные двигатели Cummins и BMW, а с 2004 года начали применять систему двухступенчатого турбонаддува на некоторых дизельных двигателях от Opel.

Схема двухступенчатого турбонаддува

Принцип работы системы регулируемого двухступенчатого турбонаддува

В системе двухступенчатого турбонаддува используется клапанное регулирование потока сгоревших газов и нагнетаемого воздуха. Эта система состоит из двух турбокомпрессоров разного размера. В последствии установленных в впускном и выпускном трактах.

Перепускной клапан сгоревших газов закрыт при низких оборотах двигателя. Сгоревшие газы через малый турбокомпрессор, имея максимальную отдачу и минимальную инерцию проходят дальше через большой турбокомпрессор. И так как давление отработавших газов не сильное, то следовательно и большая турбина практически не вращается. Перепускной клапан наддува закрыт на впуске и воздух поступает последовательно через большой и малый компрессоры.

Общая работа турбокомпрессоров начинает осуществляться при росте оборотов. И постепенно начинает открываться перепускной клапан сгоревших газов. Большая турбина начинает все больше и интенсивно раскручиваться, так как часть отработавших газов идёт прямо через неё.

Большой компрессор на впуске с определённым давлением начинает сжимать воздух, но давление не слишком большое и сжатый воздух дальше поступает в малый компрессор, где продолжает повышается давление. При этом перепускной клапан остаётся закрыт. Перепускной клапан сгоревших газов открывается полностью при полной нагрузки. Останавливается малая турбина, а большая начинает раскручиваться до максимальной частоты, так как через неё практически полностью проходят сгоревшие газы. Давление наддува достигает своего максимального значения на впуске большого компрессора при этом малый компрессор создаёт помеху для воздуха. И в определённый момент перепускной клапан наддува открывается и сжатый воздух непосредственно напрямую поступает к двигателю.

Благодаря системе двухступенчатых турбокомпрессоров системы Twin Turbo мгновенно достигается номинальный крутящий момент и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя. При этом достигается максимальное увеличение мощности. Таким образом, система поддерживает блестящую работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Так же система объясняет известное противостояние дизельных двигателей между предельной мощностью на высоких оборотах и высоким крутящим моментом на низких оборотах.

Видео про Твин Турбо: как работает