TwinPower Turbo на моторах BMW, чем они отличаются и в чем их преимущества. Битурбо и твинтурбо

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.

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

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.

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

· 06.08.2013

Технология BMW TwinPower Turbo нового четырехцилиндрового двигателя.
Этот новый двигатель является самым мощным агрегатом нового поколения четырехцилиндровых бензиновых двигателей. Силовые агрегаты основываются на базовом двигателе с оптимизированным внутренним трением, на мощность которого в первую очередь влияет технология впрыска и наддува. С точки зрения конструкции двигатель ориентируется на современный, многократно отмеченный призами рядный шестицилиндровый двигатель с технологией BMW TwinPower Turbo, который в своем классе стал эталоном динамичного набора мощности и впечатляющей эффективности.
К компонентам этой не имеющей мировых аналогов технологии относятся непосредственный высокоточный впрыск High Precision Injection, наддув по принципу Twin Scroll, система бесступенчатого регулирования фаз газораспределения Double VANOS и система регулирования хода клапанов VALVETRONIC.
Вооруженный таким образом силовой агрегат нового BMW 328i достигает диапазонов мощности, которые традиционные атмосферные двигатели реализуют только с большим числом цилиндров и рабочим объемом. Вместе с тем конструкция двигателя с цельноалюминиевым блоком цилиндров легче и компактнее, чем конструкция шестицилиндрового двигателя аналогичной мощности. Преимущества в динамичности очевидны: благодаря сниженной нагрузке на передней оси спортивный седан BMW дополнительно повысил маневренность и демонстрирует оптимизированную управляемость и поворачиваемость.

Наддув по принципу Twin Scroll .
Наддув нового четырехцилиндрового двигателя осуществляется по принципу Twin Scroll (турбонагнетатель с двумя «улитками»): потоки ОГ цилиндров 1 и 4, а также цилиндров 2 и 3 отдельно по спирали направляются на турбинное колесо. Таким образом при низких оборотах возникает лишь незначительное противодавление ОГ и эффекты пульсации давления потоков газа могут использоваться наиболее эффективно. В результате двигатель чутко реагирует на каждую команду педали акселератора и быстро набирает обороты, которые клиент BMW реализует непосредственно в удовольствии от управления.

VALVETRONIC, Double VANOS и непосредственный впрыск.
Высокая мощность при сниженных вредных выбросах достигается благодаря использованию системы бесступенчатого регулирования хода клапанов VALVETRONIC и системы бесступенчатого регулирования фаз газораспределения Double VANOS. Система VALVETRONIC новейшего поколения оснащается оптимизированным серводвигателем со встроенным датчиком и работает с более высокими скоростями регулирующего воздействия.
Поскольку регулировка хода клапанов на стороне впуска осуществляется плавно, можно отказаться от общепринятой дроссельной заслонки. Так как управление массой воздуха происходит внутри двигателя, удалось оптимизировать реакции силового агрегата, а потери на дросселирование при газообмене свести к минимуму.
Кроме того, высокая эффективность двигателя обеспечивается благодаря непосредственному высокоточному впрыску бензина High Precision Injection. Топливо впрыскивается электромагнитными форсунками, расположенными по центру между клапанами. Поскольку впрыск осуществляется в непосредственной близости от свечи зажигания и с максимальным давлением 200 бар, обеспечивается равномерное и чистое сгорание. Кроме того, охлаждающее воздействие топлива, впрыскиваемого непосредственно, способствует более высокой степени сжатия, чем в двигателях с впрыском во впускной коллектор, что дополнительно повышает КПД.

Твинтурбо и битурбо в чем разница и какие отличия

Вопреки убеждениям некоторых «экспертов» название системы битурбо или твинтурбо не отображают схему работы турбины - параллельную или последовательную (секвентальную).

Например, у автомобиля Mitsubishi 3000 VR-4 система турбонаддува носит название TwinTurbo (твинтурбо ). В автомобиле стоит двигатель V6 и у него две турбины, каждая из которых использует энергию выхлопных газов из своих трех цилиндров, но задувают они в один общий впускной коллектор. У, например, немецких автомобилей есть схожие по рабочему принципу системы, но называются они не твинтурбо (twinturbo), а БиТурбо (BiTurbo).
На автомобиле Toyota Supra с рядной шестеркой установлены две турбины, система турбонаддува называется TwinTurbo (твинтурбо), но работают они в особой последовательности, включаясь и выключаясь с помощью специальных перепускных клапанов.
На автомобиле Subaru B4 тоже стоят две турбины, но работают они последовательно: на низких оборотах дует маленькая турбина, а на высоких, когда та не справляется, подключается вторая турбина большего размера.

Давайте теперь по порядку разберем обе системы би-турбо (biturbo ) и твинтурбо (twinturbo ), а точнее, что о них пишут в «этих ваших интернетах»:

Би-турбо (biturbo ) - система турбонаддува, представляющая собой две последовательно включаемых в работу турбин. В системе битурбо используют две турбины, одну малого размера, а вторую большего размера. Маленькая турбина раскручивается быстрее, но на высоких оборотах двигателя маленькая турбина не может справиться с компрессией воздуха и созданием нужного давления. Тогда подключается большая турбина, добавляющая мощный заряд сжатого воздуха. Следовательно, минимизируется задержка (или турболаг), образуется ровная разгонная динамика. Системы битурбо весьма не дешевое удовольствие и обычно устанавливаются на автомобили высокого класса.
Система битурбо (bitrubo ) может быть установлена как на двигатель V6, где каждая турбина будет установлена со своей стороны, но с общим впуском. Либо на рядном моторе, где установка турбины осуществляется по цилиндрам (напр, 2 для малой и 2 для больщой турбины), так и секвентально, когда на выпускном коллекторе сначала устанавливается большая трубина, а потом маленькая.

Твин-турбо (twinturbo ) - данная система отличается от би-турбо тем, что нацелена не на снижения турбо-лага или выравнивание разгонной динамики, а на увеличение производительности. В системах твинтурбо (twinturbo ) применяются две одинаковые турбины, соответственно производительность такой системы турбонаддува эффективней, чем системы с одной турбиной. К тому же, если применить 2 небольших турбины, схожих по производительности с одной большой, то можно снизить нежелаемый турболаг. Но это не значит, что никто не использует две больших турбины. Например, в серьезном драге могут использоваться две больших турбины для еще большей производительности. Система твин-турбо может работать как на V-образных моторах, так и на рядных. Последовательность включения турбин может варьироваться, как и на битурбо системах.

А вообще для еще большего веселья никто вам не мешает воткнуть сразу 3 (!) турбины или более. Цель преследуется такая же, как и для твинтурбо . Должен заметить, что такое зачастую применяется в драг рейсинге и никогда на серийных автомобилях.

BWM used to be the archenemy of turbocharging (and front-wheel-drive) but today, there really isn’t a Bavarian-engineered motor worth our time that doesn’t come with at least one turbo, though they also opened the way for performance diesels with their “M” tri-turbo and quad-turbo setups.

TwinPower plays an important role when it comes to efficient and dynamic BMW gasoline and diesel engines. But what is TwinPower Turbo in reality and what does it have to offer to the automotive world?

When it comes to gasoline engines, TwinPower Turbo has three components that apply to anything from three- to twelve-cylinder engines: valvetronic, direct fuel injection and turbocharging. Meanwhile, turbodiesels use common rail injection.

Valvetronic, which stands for variable valve and electronic, is a BMW developed technology that allows to optimize consumption by adjusting the valve lift. The automaker says this technology will singlehandedly reduce fuel consumption by 10 percent while also offering better response.

This mainstream name that people associate with BMWs actually hides behind it a potent technology. The engine’s computers offer continuous and precise control over variable intake valve lift. This key system means that when you press the gas pedal, the software system control how much the valves open instead of a regular intake system’s throttle plate.

The system uses another set of rockers that are controlled by an electronically operated camshaft. Because this system can adjust the valves from fully opened to almost closed, the engine doesn’t need to rev as much to increase the load.

Valvetronic was first introduced in 2001 on the 316ti 3 Series model and was primarily used on mass market naturally aspirated motors, like the N42 straight-4 and N52 straight-6. However, it was not used on the twin-turbo N54 straight-6. Instead, the single turbo N55 straight-6 that replaced it it in 2009 offering the same output and the N74 twin-turbo V12 in the top 7-Series were made the switch to Valvetronic. After that, the technology was of course not only in BMW’s big cars, but also in the smaller turbo engines offered on the 1 Series.

BMW uses the name High Precision Injection for its direct injection system with central multi-hole injectors, which gradually replaced port injection systems in the 2000s. Both naturally aspirated and turbocharged BMW engines used piezo injectors. However, BMW’s new N55 six-cylinder turbo engine that has been in use since 2010 in models like the 335i, 535i, X3, X5 and X5 use a solenoid-type injection system developed by Bosch. This system was most likely chosen in order to keep the cars competitively priced (cheap) in the U.S.

The name “TwinPower Turbo” has confused many people as to what lies under the hoods of their BMWs. That’s because the name describes both single and twin-turbo engines, despite of what the name might suggest.

There was even a class-action lawsuit against BMW for confusing so many people. Calling the TwinPower Turbo a "false twin," the BMW lawsuit said that the Bavarians are guilty of false advertising in attempting to use the word "twin" in the name when the engines only use a single turbo.

TwinPower Turbo originally appeared on twin-scroll, single turbo (launched on the 5 Series Gran Turismo in 2009, followed by E90 335i, 135i, X3 and X5 in 2010) engines starting with the N55 (six-cylinder single turbo replacement for twin-turbo N54) and N74 (6-liter V12 twin-turbo in the 760i and 750Li) in 2009. Twin-scroll turbocharging is basically the core technology for TwinPower Turbo BMWs, but not all them have it nowadays.

The twin-scroll design starts with an exhaust manifold that separates the exhaust gasses that can interfere with one another, as the gasses flow two through different spirals called “scrolls”. The turbo has two nozzles with different nozzles, one smaller and sharper for better low-end response and another larger and less angled one that comes in at high output requirements. BMW calls its special exhaust manifold Cylinder-bank Comprehensive Manifold or CCM for short.

As we mentioned above, modern BMW TwinPower engines don"t necessarily use twin-scroll turbochargers, but they do have a distinct exhaust manifold that catches more exhaust pulses to feed the turbo and thus create more power with less lag.

Three-Cylinder Revolution: B37 and B38 TwinPower Turbo Gasoline and Diesel

A revolution is coming our way from BMW: three-cylinder engines, both gasoline and diesel that can rival much bigger ones. These are built under the modular engine strategy all using the same 500cc cylinders and offer TwinPower Turbo technology in outputs from 120 to 220 horsepower.

Right now, we know that the diesel was codenamed B37 and the gasoline B38, though what their variants and specific outputs are we don’t really know yet. Their first applications are in the hybrid sportscar and more importantly the FWD 1 Series and the family. They are already used by the RWD and in the lower part of the range.

The Best Four-Banger Turbos in the World

Let’s start things off small, shall we? In 2004, production started for the a straight-4 engine, co-developed with PSA Peugeot Citroen. As a MINI, we know this turbo motor from the Cooper S and JCW, but in 2011, BMW had need of its abilities and came up with the N13 design, which had a different oil filter housing that allowed it to be fitted longitudinally in the RWD 1 Series. The engine was fitted to models like the 101 hp 114i, the 134 hp 116i or the 170 hp 118i model.

Perhaps the most important engine for BMW right now is the so-called N20, a 2.0-liter turbocharged straight-four that also has “TwinPower Turbo” written on its engine cover. This motor has replaced the naturally aspirated straight-6 in “20i” and “28i” BMWs, and is a viable and very efficient alternative.

The N20 displaces 1,997cc and has two stages of output, depending on the model you buy. The 184 PS version is the least powerful and is available on the current X1 and xDrive20i, the F30 320i, 520i and base Z4 sDrive20i. Meanwhile, the top version of this 2.0-liter TwinPower engine makes 245 PS and is used by the F30 328i, 528i as well as the X1, X3 and Z4 models with similar sounding names.

Straight-6 TwinPower Turbo: N55

When you add TwinPower Turbo technology to a straight-six engine, the advantages really become obvious. The N55 twin-scroll engine replaced the more expensive twin-turbo setup of the N54 back in 2009. But both engines pretty much offer the same sort of advantages. Comparable output to BMW’s own 4.0-liter V8 is achieved, with a lighter block and more low-end torque, even more tan that found in the E92 M3’s high-powered S65 V8.

The basic N55 makes 302 hp (305 PS) and 300 lb-ft (400 Nm) of torque. It’s available in cars like the 335i, 135i and all the SUV models. There’s an even more power version called the N55HP, which makes 315 hp (320 PS) and 330 lb-ft (450 Nm) of torque, used by high-end models like the 640i, 740i and even the sporty M140i hyper hatchback.

The engine made its debut with the 5 Series GT in 2009. Equipped with this upgraded version of the six-cylinder, the BMW 535i Gran Turismo is said to be able to accelerate from a standstill to 100 km/h (62 mh) in 6.3 seconds, with a top speed limited to 250 km/h (155 mph). In terms of fuel economy/autonomy, BMW"s 535i GT sits at 8.9 liters/100 kilometers or 31.7 mpg, while CO2 ratings climb at 209 grams per kilometer.

Инновационный 3-цилиндровый бензиновый двигатель с его исключительной плавностью работы, 4-цилиндровый бензиновый двигатель и неоднократный победитель ежегодной международной премии "Двигатель года" рядный бензиновый 6-цилиндровый двигатель BMW TwinPower Turbo устанавливают новые стандарты. Эти двигатели нового поколения стали ещё более экономичными, экологичными и мощными, чем их предшественники. Инновационные технологии, являющиеся краеугольными камнями стратегии BMW EfficientDynamics, сочетают в себе новейшие системы впрыска топлива, систему Valvetronic, включая Double-VANOS, а также инновационные технологии турбонаддува. Результатом стало создание особенно эффективных силовых агрегатов, которые ярко демонстрируют опыт BMW в области моторостроения.