Турбины: Twin-Turbo, Bi-Turbo и Twin-Scroll — в чем разница и что лучше?
В мире турбированных двигателей существует множество технических решений, которые помогают инженерам решить ключевые противоречия: между мощностью и комфортом плавного хода, между откликом и эффективностью. Давайте разберем три самых известных схемы турбированных моторов: Twin-Turbo, Bi-Turbo и Twin-Scroll.
Twin-Turbo — для максимальной мощности
Что это? Система, использующая две одинаковые турбины, работающие параллельно. Чаще всего встречается на V-образных двигателях (V6, V8, V12), где каждая турбина обслуживает свой ряд цилиндров.
Как работает?
- Обе турбины получают выхлопные газы одновременно от своей группы цилиндров.
- Они нагнетают воздух в общий впускной коллектор или интеркулер.
- Каждая турбина имеет меньшую инерцию, чем одна большая, что немного улучшает скорость разгона ротора турбины и как следствие отклик автомобиля.
Преимущества:
- Высокая максимальная мощность: две турбины могут пропустить больше воздуха, чем одна.
- Хорошее охлаждение: выхлопные тракты короче, что снижает тепловую нагрузку.
- Модульность конструкции на V-образных моторах.
Недостатки:
- Стоимость и сложность: две турбины, больше патрубков, различных магистралей и сопутствующих устройств.
- Вес и габариты.
- "Турбояма" все еще может быть ощутимой, особенно на низких оборотах.
Где применяется? Чаще на мощных спортивных автомобилях и тюнинге (Nissan GT-R, Toyota Supra 2JZ-GTE в модификациях, многие американские V8).
Bi-Turbo (или Sequential Turbo) — для плавности разгона.
Что это? Система с двумя и более, турбинами разного размера, работающими последовательно или в разных режимах. Это более сложная и умная схема.
Как работает?
- На низких оборотах работает только маленькая турбина. Она быстро раскручивается и устраняет турбояму, обеспечивая тягу "с низов".
- При повышении нагрузки и оборотов подключается большая турбина. Она обеспечивает максимальный приток воздуха на высоких оборотах для пиковой мощности.
- Переключение между режимами управляется осуществляется посредством электроники через сложную систему клапанов (вейстгейтов).
Преимущества:
- Широкая полка крутящего момента: мощность доступна практически на всех оборотах.
- Минимизация турбоямы благодаря маленькой турбине, которая начинает работать на низах.
- Высокая пиковая мощность благодаря большой турбине.
Недостатки:
- Очень высокая сложность и стоимость: требуется сложная система переключения и управления.
- Потенциально низкая надежность из-за множества механических и электронных компонентов.
- Сложность ремонта и настройки.
Где применяется? Раньше часто использовалась на престижных спортивных автомобилях (Mazda RX-7, Toyota Supra, некоторые BMW). Сейчас чаще встречается на сложных бензиновых двигателях.
Twin-Scroll — на первый взгляд не сразу понятное инженерное решение
Что это? Одна турбина, но с особым design — двойным раздельным каналом на входе в корпус турбины (в горячей улитке).
Как работает?
- Выпускной коллектор конструктивно разделяет потоки выхлопных газов от разных цилиндров.
- Цилиндры, такты выпуска в которых не мешают друг другу (например, 1-4 и 2-3 у 4-цилиндрового двигателя), объединяются в свои каналы.
- Эти два раздельных канала ("свитка") направляются на разные секции крыльчатки турбины.
- Это предотвращает воздействие потока выхлопных газов из одних цилиндров, на поток газов из других, т.е. когда выхлопные газы одного цилиндра мешают продувке другого.
Преимущества:
- Лучший отклик на низких оборотах: энергия выхлопных газов используется эффективнее.
- Широкая полка крутящего момента.
- Проще и дешевле, чем Bi-Turbo: по сути, это одна турбина, но более совершенная.
- Улучшенная продувка цилиндров на перекрытии клапанов, что повышает КПД и снижает температуру.
Недостатки:
- Сложный и дорогой выпускной коллектор, который является частью конструкции и склонен к появлению трещин, которые со временем имеют свойство увеличиваться и в конечном итоге выводить из строя турбокомпрессор.
- Максимальная мощность может быть ниже, чем у системы с двумя большими турбинами (Twin-Turbo).
Где применяется? Очень широко на современных бензиновых и дизельных моторах (большинство турбомоторов Volkswagen Group TSI/TFSI, BMW B48/B58, многие Subaru, Toyota и т.д.).
Сравнительная таблица. Критерий
Twin-Turbo (параллельный)
Bi-Turbo (последовательный)
Twin-Scroll
Основная цель
Twin-Turbo (параллельный)- максимальная мощность
Bi-Turbo (последовательный)- широкая полка крутящего момента, плавность
Twin-Scroll- улучшение отклика и эффективности
Сложность
Twin-Turbo (параллельный)- средняя
Bi-Turbo (последовательный)- очень высокая
Twin-Scroll- средняя (выше, чем у single-scroll)
Стоимость
Twin-Turbo (параллельный)- высокая
Bi-Turbo (последовательный)- очень высокая
Twin-Scroll- умеренная (дороже обычной)
Вес
Twin-Turbo (параллельный)- большой
Bi-Turbo (последовательный)- очень высокий
Twin-Scroll- низкий (одна турбина)
Турбояма
Twin-Turbo (параллельный)- присутствует
Bi-Turbo (последовательный)- минимизирована
Twin-Scroll- существенно уменьшена
Типичное применение
Twin-Turbo (параллельный)- мощные V-образные моторы, тюнинг
Bi-Turbo (последовательный)- спорткары прошлых лет, сложные моторы
Twin-Scroll- современные серийные автомобили
Что же лучше?
Однозначного ответа нет — у каждой схемы своя ниша:
- Twin-Scroll — это самый популярный и сбалансированный выбор для большинства современных серийных автомобилей. Он предлагает отличный баланс между стоимостью, сложностью, откликом и мощностью.
- Bi-Turbo — это сложное инженерное решение достаточно часто встречается в современных автомобилях. Но из-за совей технической сложности и как следствие не высокой надежности, пока применяется не повсеместно. По моим наблюдениям, количество автомобилей с подобной конструкцией- только растет и я думаю, будет продолжать расти, в угоду всем плюсам, которые дает данная система наддува.
- Классический Twin-Turbo — это выбор для максимальной мощности, особенно когда физические размеры одной огромной турбины становятся проблемой. Актуально для драг-рейсинга, серьезного тюнинга и некоторых гиперкаров. Все чаще встречается в конструкции современных, серийных и высокопроизводительных ДВС.
Тренд последних лет: Производители всё чаще комбинируют Twin-Scroll турбину с электромотором-компрессором (например, Mercedes) или с турбиной с электрическим приводом (например, Porsche 992 Turbo S, Audi RS 6 C8). Это позволяет полностью избавиться от турбоямы, сохранив все преимущества турбонаддува на высоких оборотах, и является логическим развитием идей, заложенных в схеме Bi-Turbo.
С развитием технологий, вариантов комбинированных схем наддува и как следствие увеличение производительности двигателей, становится все больше. И пока границы не нащупаны, классические двигатели внутреннего сгорания будут развиваться!
МастерТурбо Москва.
Роман Дмитриев.
г. Москва ул. Автомоторная 1/3