TwinPower Turbo w silnikach BMW, czym się różnią i jakie są ich zalety. Biturbo i podwójne turbo

Koncepcja i zasada działania układu turbodoładowania o nazwie Twin Turbo. Zdjęcia nowego turbodoładowanego silnika Biturbo, filmy i schematy.

Co to jest i jak działa?

Twin Turbo po angielsku oznacza podwójne turbo, a w tym układzie turbodoładowania znajdują się dwie turbosprężarki. Początkowo do pokonania bezwładności układu stosowano turbosprężarki. Obecnie zastosowanie i zastosowanie tych turbosprężarek znacznie wzrosło, ponieważ zmniejszają one zużycie paliwa. Moc wyjściowa jest zwiększona i pomaga utrzymać znamionowy moment obrotowy w szerokim zakresie prędkości obrotowych silnika.

Rodzaje Twin Turbo i ich różnice

Istnieją trzy rodzaje obwodów Twin Turbo: sekwencyjne, równoległe i schodkowe. Te trzy schematy różnią się od siebie lokalizacją, charakterystyką i kolejnością działania turbosprężarek. Elektroniczny system sterowania dostraja pracę turbosprężarek. System obejmuje czujniki wejściowe, siłowniki zaworów sterujących przepływem powietrza i paliwo z recyklingu.

Znakiem towarowym systemu turbodoładowania jest Twin Turbo, ale istnieje inna nazwa tego systemu - „Biturbo”. W różnych źródłach informacji nie jest do końca poprawne postrzeganie Biturbo jako systemu z równoległą pracą turbosprężarki.

Wideo: jak działa turbina:

1. Równoległe Twin Turbo lub Biturbo

Aby osiągnąć najwyższą możliwą moc wyjściową, system sekwencjonowania Twin Turbo minimalizuje efekty opóźnienia turbodoładowania. Stosowane są zarówno w silnikach wysokoprężnych, jak i benzynowych. W 2011 roku BMW wprowadziło system z trzema sekwencyjnymi turbosprężarkami i nazywa go Triple Turbo.

Zawór obejściowy spalin jest zamknięty przy niskich obrotach silnika. Spalone gazy przechodzą przez małą turbosprężarkę z maksymalną mocą i minimalną bezwładnością, a dalej przechodzą przez dużą turbosprężarkę. A ponieważ ciśnienie spalin nie jest silne, duża turbina praktycznie się nie obraca. Zawór obejściowy doładowania jest zamknięty na wlocie, a powietrze przepływa szeregowo przez dużą i małą sprężarkę.

Ogólna praca turbosprężarek zaczyna się odbywać wraz ze wzrostem prędkości. I stopniowo zawór obejściowy spalonych gazów zaczyna się otwierać. Duża turbina zaczyna się coraz intensywniej kręcić, ponieważ część spalin przechodzi przez nią bezpośrednio.

Duża sprężarka na wlocie z pewnym ciśnieniem zaczyna sprężać powietrze, ale ciśnienie nie jest zbyt wysokie i sprężone powietrze trafia następnie do małej sprężarki, gdzie ciśnienie nadal rośnie. W takim przypadku zawór obejściowy pozostaje zamknięty. Zawór obejściowy spalin otwiera się całkowicie przy pełnym obciążeniu. Mała turbina zatrzymuje się, a duża zaczyna wirować z maksymalną częstotliwością, ponieważ spalone gazy przechodzą przez nią prawie całkowicie. Ciśnienie doładowania osiąga maksymalną wartość na wlocie dużej sprężarki, podczas gdy mała sprężarka ingeruje w powietrze. I w pewnym momencie otwiera się zawór obejściowy doładowania i sprężone powietrze trafia bezpośrednio do silnika.

Dzięki systemowi podwójnej turbosprężarki moment obrotowy jest natychmiast osiągany i utrzymywany w szerokim zakresie prędkości obrotowych silnika. Osiąga to maksymalny wzrost mocy. W ten sposób system utrzymuje doskonałe osiągi turbosprężarek w każdych warunkach pracy silnika. System wyjaśnia również dobrze znaną opozycję silników wysokoprężnych między maksymalną mocą przy wysokich obrotach a wysokim momentem obrotowym przy niskich obrotach.

Film o Twin Turbo: jak to działa

08.06.2013

Technologia BMW TwinPower Turbo nowego czterocylindrowego silnika.
Ten nowy silnik jest najmocniejszą jednostką w nowej generacji czterocylindrowych silników benzynowych. Układy napędowe są oparte na zoptymalizowanym pod względem tarcia silniku podstawowym, na którego osiągi wpływają przede wszystkim technologie wtrysku i doładowania. Pod względem stylistyki silnik bazuje na nowoczesnym, wielokrotnie nagradzanym, rzędowym silniku sześciocylindrowym z technologią BMW TwinPower Turbo, który ustanowił standard dynamicznego dostarczania mocy i imponującej wydajności w swojej klasie.
Komponenty tej niezrównanej technologii obejmują wtrysk High Precision Injection, napełnianie Twin Scroll, bezstopniową regulację faz rozrządu Double VANOS i sterowanie skokiem zaworu VALVETRONIC.
Uzbrojony w ten sposób układ napędowy nowego BMW 328i osiąga zakresy mocy, które tradycyjne silniki wolnossące osiągają tylko przy dużej liczbie cylindrów i pojemności skokowej. Jednak konstrukcja silnika z całkowicie aluminiowym blokiem cylindrów jest lżejsza i bardziej kompaktowa niż sześciocylindrowy silnik o podobnej mocy. Korzyści z dynamiki są oczywiste: dzięki zmniejszonemu naciskowi na oś przednią BMW Sports Sedan jeszcze bardziej zwiększa zwinność i oferuje zoptymalizowane prowadzenie i kierowanie.

Ciśnienie Twin Scroll.
Nowy czterocylindrowy silnik jest sprężony zgodnie z zasadą Twin Scroll (turbosprężarka z dwoma „przewijaczami”): strumienie spalin z cylindrów 1 i 4 oraz cylindrów 2 i 3 są oddzielnie kierowane spiralnie do koło turbiny. W ten sposób przy niskich prędkościach obrotowych silnika występuje tylko niewielkie przeciwciśnienie spalin i efekty pulsacji ciśnienia w przepływach gazów można wykorzystać najefektywniej. W rezultacie silnik reaguje z wyczuciem na każde naciśnięcie pedału przyspieszenia i szybko przyspiesza, co klient BMW uświadamia sobie bezpośrednio w przyjemności z jazdy.

VALVETRONIC, Double VANOS i wtrysk bezpośredni.
Wysoką moc i obniżoną emisję osiągnięto dzięki zastosowaniu bezstopniowego układu sterowania skokiem zaworów VALVETRONIC oraz bezstopniowego układu zmiennych faz rozrządu Double VANOS. System VALVETRONIC najnowszej generacji jest wyposażony w zoptymalizowany silnik serwo ze zintegrowanym czujnikiem i działa przy wyższych prędkościach sterowania.
Ponieważ regulacja skoku zaworu po stronie wlotowej jest płynna, można zrezygnować z konwencjonalnego zaworu dławiącego. Ponieważ masa powietrza jest kontrolowana wewnątrz silnika, udało się zoptymalizować reakcje zespołu napędowego, a straty dławiące podczas wymiany gazowej zostały zminimalizowane.
Ponadto wysoką sprawność silnika zapewnia bezpośredni, precyzyjny wtrysk benzyny High Precision Injection. Paliwo wtryskiwane jest przez dysze elektrozaworów umieszczone centralnie pomiędzy zaworami. Ponieważ wtrysk odbywa się w bezpośrednim sąsiedztwie świecy zapłonowej i przy maksymalnym ciśnieniu 200 bar, zapewnione jest równomierne i czyste spalanie. Ponadto efekt chłodzenia bezpośrednio wtryskiwanego paliwa przyczynia się do wyższego stopnia sprężania niż w silnikach z wtryskiem kolektora dolotowego, co dodatkowo poprawia wydajność.

Podwójna turbina oraz biturbo jaka jest różnica i jakie są różnice

Wbrew przekonaniom niektórych „ekspertów”, nazwa systemu biturbo lub podwójna turbina nie wyświetlaj schematu pracy turbiny - równoległej lub sekwencyjnej (sekwencyjnej).

Na przykład Mitsubishi 3000 VR-4 ma system turbodoładowania zwany Podwójna turbina (podwójna turbina). Samochód ma silnik V6 i dwie turbiny, z których każda wykorzystuje energię spalin z trzech cylindrów, ale są one wdmuchiwane do jednego wspólnego kolektora dolotowego. Na przykład niemieckie samochody mają systemy podobne w zasadzie działania, ale nie nazywają się one twinturbo, ale BiTurbo.
Toyota Supra inline-six ma dwie turbiny, system turbodoładowania nazywa się TwinTurbo (twin-turbo), ale działają one w specjalnej kolejności, włączając i wyłączając za pomocą specjalnych zaworów wastegate.
W aucie Subaru B4 są też dwie turbiny, ale działają one po kolei: przy niskich obrotach dmucha mała turbina, a przy dużych obrotach, gdy zawiedzie, podłączona jest druga większa turbina.

Przeanalizujmy teraz oba systemy w kolejności. bi-turbo (biturbo) oraz podwójna turbina (podwójna turbina), a raczej co o nich napisano w „te twój internet”:

Bi-turbo (biturbo) to układ turbodoładowania składający się z dwóch turbin połączonych szeregowo. W systemie biturbo użyj dwóch turbin, jednej małej i drugiej większej. Mała turbina obraca się szybciej, ale przy dużych prędkościach obrotowych silnika mała turbina nie radzi sobie ze sprężaniem powietrza i wytworzeniem wymaganego ciśnienia. Następnie podłącza się dużą turbinę, dodając potężny ładunek sprężonego powietrza. W konsekwencji opóźnienie (lub turbo lag) jest zminimalizowane i powstaje równomierna dynamika przyspieszenia. Systemy biturbo nie jest to bardzo tania przyjemność i jest zwykle montowany w samochodach wysokiej klasy.
System biturbo (bitrubo) można montować jak na silniku V6, gdzie każda turbina będzie montowana z boku, ale ze wspólnym dolotem. Albo w silniku rzędowym, w którym turbina jest instalowana wzdłuż cylindrów (na przykład 2 dla małej i 2 dla dużej turbiny), albo sekwencyjnie, gdy najpierw montowana jest duża rura na kolektorze wydechowym, a następnie mały.

Podwójna turbina (podwójna turbina) - ten system jest inny od bi-turbo, ponieważ nie ma na celu zmniejszenia opóźnienia turbodoładowania lub wyrównania dynamiki przyspieszenia, ale zwiększenie osiągów. W systemach podwójna turbina (podwójna turbina), zastosowano dwie identyczne turbiny, dzięki czemu osiągi takiego układu turbodoładowania są wydajniejsze niż układów z jedną turbiną. Ponadto, jeśli użyjesz 2 małych turbin, które są podobne w wydajności do jednej dużej turbiny, możesz zredukować niechciane turboopóźnienie. Ale to nie znaczy, że nikt nie używa dwóch dużych turbin. Na przykład w poważnej pogłębiarce dwie duże turbiny mogą być wykorzystane do jeszcze większej wydajności. System podwójna turbina może pracować zarówno na silnikach w kształcie litery V, jak i na rzędowych. Kolejność włączania turbin może być różna, a także włączania biturbo systemy.

Ogólnie rzecz biorąc, dla jeszcze większej zabawy nikt nie przeszkadza ci podłączać 3 (!) Turbin lub więcej na raz. Cel jest taki sam jak dla podwójna turbina... Muszę powiedzieć, że jest to często używane w wyścigach drag, a nigdy w samochodach produkcyjnych.

BWM był kiedyś największym wrogiem turbodoładowania (i napędu na przednie koła), ale dziś naprawdę nie ma silnika bawarskiego wartego naszego czasu, który nie byłby wyposażony w co najmniej jedną turbosprężarkę, chociaż otworzyły one również drogę dla diesle o wysokich osiągach z ich konfiguracjami „M” tri-turbo i quad-turbo.

TwinPower odgrywa ważną rolę, jeśli chodzi o wydajne i dynamiczne silniki benzynowe i wysokoprężne BMW. Ale czym w rzeczywistości jest TwinPower Turbo i co ma do zaoferowania światu motoryzacji?

Jeśli chodzi o silniki benzynowe, TwinPower Turbo składa się z trzech elementów, które mają zastosowanie do wszystkich silników od trzy do dwunastocylindrowych: Valvetronic, bezpośredni wtrysk paliwa i turbodoładowanie. Tymczasem turbodiesle wykorzystują wtrysk Common Rail.

Valvetronic, co oznacza zmienny zawór i elektronikę, to opracowana przez BMW technologia, która pozwala zoptymalizować zużycie poprzez regulację skoku zaworu. Producent twierdzi, że ta technologia samodzielnie zmniejszy zużycie paliwa o 10 procent, zapewniając jednocześnie lepszą reakcję.

Ta popularna nazwa, którą ludzie kojarzą z BMW, w rzeczywistości kryje za sobą potężną technologię. Komputery silnika zapewniają ciągłą i precyzyjną kontrolę nad zmiennym skokiem zaworu dolotowego. Ten kluczowy system oznacza, że ​​gdy naciśniesz pedał gazu, system oprogramowania kontroluje otwarcie zaworów zamiast zwykłej płytki przepustnicy układu dolotowego.

System wykorzystuje inny zestaw wahaczy, które są sterowane przez elektronicznie sterowany wałek rozrządu. Ponieważ ten system może regulować zawory od całkowicie otwartych do prawie zamkniętych, silnik nie musi tak bardzo obracać, aby zwiększyć obciążenie.

Valvetronic został po raz pierwszy wprowadzony w 2001 roku w modelu 316ti 3 Series i był używany głównie na rynku masowym w silnikach wolnossących, takich jak N42 straight-4 i N52 straight-6. Jednak nie był on używany w N54 straight-6 z podwójnym turbodoładowaniem. Zamiast tego, pojedynczy turbodoładowany N55 straight-6, który zastąpił go w 2009 r., oferując taką samą moc, oraz V12 z podwójnym turbodoładowaniem N74 w topowej serii 7, zostały przeniesione na Valvetronic. Później technologia była oczywiście stosowana nie tylko w dużych samochodach BMW, ale także w mniejszych silnikach turbo oferowanych w Serii 1.

BMW używa nazwy High Precision Injection dla swojego systemu bezpośredniego wtrysku z centralnymi wtryskiwaczami wielootworowymi, które stopniowo zastępowały portowe systemy wtryskowe w 2000 roku. Zarówno wolnossące, jak i turbodoładowane silniki BMW wykorzystywały wtryskiwacze piezoelektryczne. Jednak nowy sześciocylindrowy silnik BMW N55 z turbodoładowaniem, który jest używany od 2010 roku w modelach takich jak 335i, 535i, X3, X5 i X5, wykorzystuje system wtrysku elektromagnetycznego opracowany przez firmę Bosch. Ten system został najprawdopodobniej wybrany w celu utrzymania konkurencyjnych cen (tanie) samochodów w USA.

Nazwa „TwinPower Turbo” zmyliła wielu ludzi, co kryje się pod maską ich BMW. To dlatego, że nazwa opisuje zarówno silniki jedno-, jak i dwu-turbo, wbrew temu, co może sugerować nazwa.

Był nawet pozew zbiorowy przeciwko BMW za zmieszanie tak wielu ludzi. Nazywając TwinPower Turbo „fałszywym bliźniakiem”, w pozwie BMW stwierdzono, że Bawarczycy są winni fałszywej reklamy, próbując użyć słowa „bliźniak” w nazwie, gdy silniki wykorzystują tylko jedną turbosprężarkę.

TwinPower Turbo pierwotnie pojawił się w silnikach typu twin-scroll, single turbo (wprowadzony w serii 5 Gran Turismo w 2009 r., a następnie w E90 335i, 135i, X3 i X5 w 2010 r.), począwszy od N55 (sześciocylindrowy pojedynczy turbo zamiennik dla podwójnego turbo N54) i N74 (6-litrowy V12 twin-turbo w 760i i 750Li) w 2009 roku. Turbodoładowanie typu Twin-scroll to w zasadzie podstawowa technologia BMW TwinPower Turbo, ale nie wszystkie mają ją obecnie.

Konstrukcja typu twin-scroll zaczyna się od kolektora wydechowego, który oddziela gazy wydechowe, które mogą się wzajemnie zakłócać, ponieważ gazy przepływają dwiema różnymi spiralami zwanymi „scrollami”. Turbosprężarka ma dwie dysze z różnymi dyszami, jedną mniejszą i ostrzejszą dla lepszej reakcji na dole, a drugą większą i mniej nachyloną, która jest dostępna przy wysokich wymaganiach dotyczących mocy. BMW nazywa swój specjalny kolektor wydechowy Cylinder-bank Comprehensive Manifold lub CCM w skrócie.

Jak wspomnieliśmy powyżej, nowoczesne silniki BMW TwinPower „niekoniecznie wykorzystują turbosprężarki typu twin-scroll, ale mają wyraźny kolektor wydechowy, który przechwytuje więcej impulsów wydechowych, aby zasilać turbosprężarkę, a tym samym wytwarzać więcej mocy przy mniejszym opóźnieniu.

Trzycylindrowa rewolucja: B37 i B38 TwinPower Turbo benzyna i olej napędowy

W BMW nadchodzi rewolucja: trzycylindrowe silniki benzynowe i wysokoprężne mogą konkurować z dużo większymi. Są one budowane w ramach strategii modułowej silników, wszystkie przy użyciu tych samych cylindrów o pojemności 500 cm3 i oferują technologię TwinPower Turbo o mocy od 120 do 220 koni mechanicznych.

W tej chwili wiemy, że diesel miał nazwę kodową B37, a benzyna B38, choć nie wiemy jeszcze, jakie są ich warianty i konkretne moce. Ich pierwsze zastosowania dotyczą hybrydowego samochodu sportowego, a co ważniejsze, serii FWD 1 i rodziny. Są już używane przez RWD i w dolnej części zakresu.

Najlepsze turbosprężarki z czterema hukami na świecie

Zacznijmy od rzeczy małych, dobrze? W 2004 roku rozpoczęto produkcję silnika rzędowego 4, opracowanego wspólnie z PSA Peugeot Citroen. Jako MINI znamy ten silnik z turbodoładowaniem z Coopera S i JCW, ale w 2011 roku BMW potrzebowało jego możliwości i wymyśliło projekt N13, który miał inną obudowę filtra oleju, co pozwalało na jego wzdłużny montaż w Seria RWD 1. Silnik był montowany w modelach takich jak 101 KM 114i, 134 KM 116i czy 170 KM 118i.

Być może najważniejszym obecnie silnikiem BMW jest tak zwany N20, dwucylindrowy, turbodoładowany rzędowy czterocylindrowy silnik o pojemności 2,0 litra, który ma również napis „TwinPower Turbo” na pokrywie silnika. Silnik ten zastąpił wolnossący rzędowy 6 w BMW „20i” i „28i” i jest realną i bardzo wydajną alternatywą.

N20 ma pojemność 1997 cm3 i ma dwa stopnie wydajności, w zależności od zakupionego modelu. Wersja 184 PS jest najmniej wydajna i jest dostępna w obecnych X1 i xDrive20i, F30 320i, 520i i podstawowym Z4 sDrive20i. Tymczasem najwyższa wersja tego 2,0-litrowego silnika TwinPower wytwarza 245 KM i jest używana przez modele F30 328i, 528i, a także modele X1, X3 i Z4 o podobnych brzmiących nazwach.

Prosto-6 TwinPower Turbo: N55

Po dodaniu technologii TwinPower Turbo do sześciocylindrowego silnika rzędowego korzyści stają się naprawdę oczywiste. Silnik N55 twin-scroll zastąpił droższą konfigurację twin-turbo z N54 w 2009 roku. Ale oba silniki oferują te same zalety. Osiągnięto porównywalną moc do 4,0-litrowego silnika V8 BMW, z lżejszym blokiem i wyższym momentem obrotowym dolnego końca, jeszcze bardziej opalonym niż w mocnym S65 V8 E92 M3.

Podstawowy N55 ma moc 302 KM (305 KM) i 300 Nm (400 Nm) momentu obrotowego. Jest dostępny w samochodach takich jak 335i, 135i i we wszystkich modelach SUV-ów. Dostępna jest wersja o jeszcze większej mocy o nazwie N55HP, która zapewnia 315 KM (320 KM) i moment obrotowy 330 Nm (450 Nm), wykorzystywana przez modele z wyższej półki, takie jak 640i, 740i, a nawet sportowy hiper hatchback M140i.

Silnik zadebiutował w serii 5 GT w 2009 roku. Wyposażony w tę ulepszoną wersję sześciocylindrowego silnika, BMW 535i Gran Turismo może przyspieszyć od 0 do 100 km/h (62 mh) w 6,3 sekund, z maksymalną prędkością ograniczoną do 250 km/h (155 mph). Pod względem oszczędności paliwa / autonomii BMW 535i GT ma 8,9 litra / 100 kilometrów lub 31,7 mpg, podczas gdy wskaźniki CO2 rosną do 209 gramów na kilometr.

Innowacyjny 3-cylindrowy silnik benzynowy o wyjątkowej płynności pracy, 4-cylindrowy silnik benzynowy i wielokrotny zdobywca międzynarodowej corocznej nagrody Silnika Roku, 6-cylindrowy rzędowy silnik benzynowy BMW TwinPower Turbo wyznaczają nowe standardy. Te silniki nowej generacji są jeszcze bardziej oszczędne, czystsze i mocniejsze niż ich poprzednicy. Innowacyjne technologie, które są podstawą strategii BMW EfficientDynamics, łączą najnowsze systemy wtrysku paliwa, systemy Valvetronic, w tym Double VANOS, oraz innowacyjne technologie turbodoładowania. Rezultatem jest szczególnie wydajny układ napędowy, który wyraźnie pokazuje doświadczenie BMW w technologii silników.