В мире автомобильных технологий есть термины, которые звучат как заклинания из мира автоспорта. «Твин-скролл» (Twin-Scroll) — одно из них. Многие знают, что это «круто» и «уменьшает турбояму», но что на самом деле скрывается за этим названием и почему эта конструкция вытесняет обычные турбины?
Анатомия корпуса турбины (горячей улитки), в чем суть?
В основе любого турбокомпрессора лежит принцип использования энергии выхлопных газов. Горячий газ вращает колесо турбины, которое через вал раскручивает колесо компрессора, нагнетающий воздух в цилиндры.
Одно из слабых место классического турбокомпрессора — интерференция (пересечение) импульсов. В обычном двигателе цилиндры выпускают отработавшие газы по очереди. Эти выбросы идут волнами. В стандартном корпусе турбины (горячей улитке) все каналы от разных цилиндров сходятся в один общий канал перед крыльчаткой. Здесь начинается хаос: очередная порция выхлопа под высоким давлением врезается в уже движущийся поток от другого цилиндра, создавая турбулентность, подпор и теряя кинетическую энергию.
Twin-Scroll (с англ. «двойная улитка» или «двойной завиток») решает эту проблему на корню. Корпус горячей части турбины разделен внутри перегородкой на два независимых канала.
Принцип работы.
Секрет эффективности Twin-Scroll кроется в том, как эти каналы подключены к двигателю. Цилиндры не делятся абы как. Они группируются так, чтобы гасить конфликт тактов.
Рассмотрим рядный 4-цилиндровый двигатель с порядком работы 1-3-4-2:
- В первый канал «улитки» направляются выхлопные газы от 1-го и 4-го цилиндров.
- Во второй канал — от 2-го и 3-го цилиндров.
Почему именно так? Потому что в этих парах рабочие такты (и, соответственно, выпуск) максимально разнесены по углу поворота коленвала (на 360 градусов). Когда цилиндр 1 заканчивает такт выпуска, цилиндр 4 к нему только готовится. Потоки не сталкиваются, а идут аккуратно друг за другом.
Магия разделения. 4 главных эффекта.
Разделение потока на два канала создает каскад положительных эффектов, ради которых инженеры усложняют литье корпусов:
1. Эффект пульсации
Это самое важное. Разделенный компактный канал работает как пневматический усилитель. Импульс давления от одного цилиндра не размазывается об общий объем, а прицельно бьет прямо по лопаткам крыльчатки, эффективно ее раскручивая. Представьте себе разницу, когда вы дуете на вертушку через широкую трубу (получается слабо) и через тонкую трубочку (получается сильный направленный поток).
2. Устранение паразитного подпора
В двигателях существует явление, когда при открытии выпускного клапана одного цилиндра он попадает под высокое давление из выпускного коллектора от другого цилиндра, который еще не закончил выхлоп. Это мешает продувке цилиндра. Twin-scroll изолирует эти пики давления друг от друга, улучшая вентиляцию камеры сгорания и оставляя меньше горячих остаточных газов.
3. Борьба с турбоямой
Благодаря тому, что энергия импульса сохраняется и доставляется точно на крыльчатку, турбина начинает раскручиваться намного раньше — часто уже с 1200–1300 об/мин. Там, где обычная турбина еще только начинает подхват, twin-scroll уже выходит на плато крутящего момента.
4. Утилизация энергии на низких оборотах
На малых оборотах двигателя скорость потока выхлопа мала. В широком канале обычной турбины он лениво течет. В узком разделенном канале скорость потока сохраняется высокой, что позволяет эффективно передавать даже скромную энергию выхлопа турбинному колесу.
Цена вопроса и компромиссы
Почему же тогда все турбины до сих пор не twin-scroll?
Во-первых, это сложность и стоимость изготовления. Отлить корпус с внутренней перегородкой и двумя аккуратными подводящими каналами технологически сложнее. Во-вторых, турбину нужно оснащать специальным выпускным коллектором, строго соблюдающим парность цилиндров — объединять трубы до турбины нельзя.
Во-вторых, есть ограничения по верхам. Очень узкие каналы, великолепно работающие на низах, на высоких оборотах могут создавать избыточное сопротивление потоку (насосные потери). Поэтому спорткары, живущие в зоне 6000–8000 об/мин, часто отдают предпочтение классическим большим турбинам с одной каналом в корпусе турбины или системам с изменяемой геометрией.
Twin-Scroll vs. Twin-Turbo
Важно не путать:
- Twin-Scroll — это одна турбина с хитрым двухканальным корпусом.
- Twin-Turbo (Biturbo) — это две отдельные турбины на одном двигателе (часто используются параллельно на V-образных моторах, либо последовательно).
Современный контекст
Сегодня технология twin-scroll переживает ренессанс. С повальным переходом на малолитражные моторы с наддувом (даунсайзинг), инженерам кровь из носу нужно было получить «дизельные» низы с бензиновой мощностью на верхах. BMW, Volvo, Hyundai, GM — почти все массово применяют twin-scroll на своих 2.0-литровых моторах.
Более того, развитие технологий привело к появлению Twin-Scroll с изменяемой геометрией (как на новейших моторах Porsche 911 Turbo), где соединяются две передовые идеи, дающие невероятную эффективность и мощь двигателю.
Твин-скролл — это не «чип-тюнинг» и не магия, а холодный физический расчет газодинамики. Это способ заставить бензиновый двигатель работать так же эффективно на низах, как дизель, без ущерба для максимальной мощности. И пока автопроизводители борются за каждый грамм выбросов CO₂, улучшая топливную экономичность, эта технология остается одним из главных инструментов в арсенале турбо инженеров.
МастерТурбо Москва.
Роман Дмитриев.
+7 (916) 933-24-24.
г. Москва ул. Автомоторная 1/3