Sistem Twin Turbo

Jika mesin diesel dilengkapi dengan turbin secara default, maka mesin bensin dapat dengan mudah melakukannya tanpa turbocharger. Namun demikian, dalam industri otomotif modern, turbocharger untuk sebuah mobil tidak lagi dianggap eksotis (secara detail mekanismenya seperti apa dan cara kerjanya, dijelaskan secara rinci. di artikel lain).

Dalam uraian beberapa model mobil baru, seperti disebutkan biturbo atau twin turbo. Mari kita pertimbangkan sistem seperti apa itu, bagaimana cara kerjanya, bagaimana kompresor dapat dihubungkan di dalamnya. Di akhir review, kami akan membahas pro dan kontra dari turbo kembar.

Apa itu Twin Turbo?

Mari kita mulai dengan terminologi. Ungkapan biturbo akan selalu berarti bahwa, pertama, ini adalah jenis mesin turbocharged, dan kedua, skema injeksi udara paksa ke dalam silinder akan mencakup dua turbin. Perbedaan antara biturbo dan twin-turbo adalah bahwa dalam kasus pertama dua turbin yang berbeda digunakan, dan yang kedua adalah sama. Mengapa - kita akan mengetahuinya nanti.

Keinginan untuk mencapai keunggulan dalam balapan memaksa para pembuat mobil mencari cara untuk meningkatkan performa mesin pembakaran internal standar tanpa intervensi drastis pada desainnya. Dan solusi yang paling efektif adalah pengenalan blower udara tambahan, yang dengannya volume yang lebih besar memasuki silinder, dan efisiensi unit meningkat.

Mereka yang telah mengemudikan mobil dengan mesin turbin setidaknya sekali dalam hidupnya memperhatikan bahwa sampai mesin berputar hingga kecepatan tertentu, dinamika mobil seperti itu lamban, secara halus. Tetapi begitu turbo mulai bekerja, respons mesin meningkat, seolah-olah nitrous oxide telah memasuki silinder.

Kelambanan instalasi semacam itu mendorong para insinyur untuk berpikir tentang membuat modifikasi lain dari turbin. Awalnya, tujuan dari mekanisme ini justru untuk menghilangkan efek negatif yang mempengaruhi efisiensi sistem intake (baca lebih lanjut tentang itu). di review lain).

Seiring waktu, turbocharging mulai digunakan untuk mengurangi konsumsi bahan bakar, tetapi pada saat yang sama meningkatkan performa mesin pembakaran internal. Pemasangannya memungkinkan Anda untuk memperluas kisaran torsi. Turbin klasik meningkatkan kecepatan aliran udara. Karena itu, volume yang lebih besar memasuki silinder daripada volume yang disedot, dan jumlah bahan bakar tidak berubah.

Karena proses ini, kompresi meningkat, yang merupakan salah satu parameter utama yang mempengaruhi daya motor (untuk cara mengukurnya, baca di sini). Seiring berjalannya waktu, penyuka tuning mobil tidak lagi puas dengan peralatan pabrik, sehingga perusahaan modernisasi mobil sport mulai menggunakan mekanisme berbeda yang menyuntikkan udara ke dalam silinder. Berkat pengenalan sistem tekanan tambahan, para spesialis berhasil memperluas potensi motor.

Sebagai evolusi lebih lanjut dari turbo untuk motor, sistem Twin Turbo muncul. Dibandingkan dengan turbin klasik, unit ini memungkinkan Anda mengeluarkan lebih banyak tenaga dari mesin pembakaran internal, dan bagi penggemar auto-tuning, unit ini memberikan potensi tambahan untuk meningkatkan kendaraan mereka.

Bagaimana cara kerja Twin Turbo?

Mesin aspirasi alami konvensional bekerja berdasarkan prinsip menarik udara segar melalui ruang hampa yang dibuat oleh piston di saluran masuk. Saat aliran bergerak di sepanjang jalur, sejumlah kecil bensin masuk (untuk mesin bensin), jika itu adalah mobil karburator atau bahan bakar yang disuntikkan karena pengoperasian injektor (baca lebih lanjut tentang apa jenis pasokan bahan bakar paksa).

Kompresi pada motor semacam itu secara langsung tergantung pada parameter batang penghubung, volume silinder, dll. Sedangkan untuk turbin konvensional yang bekerja pada aliran gas buang, impelernya meningkatkan udara yang masuk ke dalam silinder. Ini meningkatkan efisiensi mesin, karena lebih banyak energi dilepaskan selama pembakaran campuran udara-bahan bakar dan torsi meningkat.

Twin turbo bekerja dengan cara yang sama. Hanya dalam sistem ini efek "perhatian" dari motor dihilangkan saat impeller turbin berputar. Ini dicapai dengan memasang mekanisme tambahan. Kompresor kecil mempercepat percepatan turbin. Saat pengemudi menekan pedal gas, mobil seperti itu berakselerasi lebih cepat, karena mesin hampir langsung bereaksi terhadap tindakan pengemudi.

Perlu disebutkan bahwa mekanisme kedua dalam sistem ini dapat memiliki desain dan prinsip operasi yang berbeda. Dalam versi yang lebih maju, turbin yang lebih kecil berputar dengan aliran gas buang yang kurang kuat, yang meningkatkan aliran masuk pada kecepatan yang lebih rendah, dan mesin pembakaran internal tidak perlu diputar hingga batasnya.

Sistem seperti itu akan bekerja sesuai dengan skema berikut. Saat mesin dihidupkan, saat mobil tidak bergerak, unit beroperasi pada kecepatan diam. Di saluran masuk, gerakan alami udara segar terbentuk karena kevakuman di dalam silinder. Proses ini difasilitasi oleh turbin kecil yang mulai berputar pada rpm rendah. Elemen ini memberikan sedikit peningkatan traksi.

Saat rpm poros engkol meningkat, knalpot menjadi lebih intens. Pada saat ini, supercharger yang lebih kecil berputar lebih banyak dan aliran gas buang yang berlebih mulai memengaruhi unit utama. Dengan peningkatan kecepatan impeler, peningkatan volume udara memasuki saluran masuk karena daya dorong yang lebih besar.

Peningkatan ganda menghilangkan peralihan tenaga yang keras yang ada pada mesin diesel klasik. Pada kecepatan sedang dari mesin pembakaran dalam, ketika turbin besar baru mulai berputar, supercharger kecil mencapai kecepatan maksimumnya. Ketika lebih banyak udara masuk ke dalam silinder, tekanan knalpot meningkat, mendorong supercharger utama. Mode ini menghilangkan perbedaan mencolok antara torsi kecepatan engine maksimum dan turbin dimasukkan.

Ketika mesin pembakaran dalam mencapai kecepatan maksimumnya, kompresor juga mencapai level batas. Desain penguat ganda dirancang sedemikian rupa sehingga penyertaan supercharger besar mencegah mitra yang lebih kecil dari kelebihan beban karena kelebihan beban.

Kompresor otomotif ganda memberikan tekanan dalam sistem intake yang tidak dapat dicapai dengan supercharging konvensional. Pada mesin dengan turbin klasik, selalu ada turbo lag (perbedaan mencolok dalam kekuatan unit daya antara mencapai kecepatan maksimum dan menyalakan turbin). Menghubungkan kompresor yang lebih kecil menghilangkan efek ini, memberikan dinamika motor yang mulus.

Pada twin turbocharging, torsi dan tenaga (baca tentang perbedaan antara konsep-konsep ini di artikel lain) dari unit daya berkembang dalam kisaran rpm yang lebih luas dibandingkan dengan motor serupa dengan satu supercharger.

Jenis skema supercharging dengan dua turbocharger

Jadi, teori pengoperasian turbocharger telah membuktikan kepraktisannya untuk meningkatkan daya unit daya dengan aman tanpa mengubah desain mesin itu sendiri. Untuk alasan ini, para insinyur dari berbagai perusahaan telah mengembangkan tiga jenis turbo kembar yang efektif. Setiap jenis sistem akan diatur dengan caranya sendiri, dan akan memiliki prinsip pengoperasian yang sedikit berbeda.

Saat ini, jenis sistem turbocharging ganda berikut dipasang di mobil:

• Paralel;
• Konsisten;
• Melangkah.

Setiap jenis berbeda dalam diagram koneksi blower, ukurannya, momen saat masing-masing blower akan dioperasikan, serta karakteristik proses bertekanan. Mari pertimbangkan setiap jenis sistem secara terpisah.

Diagram koneksi turbin paralel

Dalam kebanyakan kasus, jenis turbocharging paralel digunakan pada mesin dengan desain blok silinder berbentuk V. Perangkat dari sistem semacam itu adalah sebagai berikut. Satu turbin diperlukan untuk setiap bagian silinder. Mereka memiliki dimensi yang sama dan juga berjalan sejajar satu sama lain.

Gas buang didistribusikan secara merata di saluran pembuangan dan masuk ke setiap turbocharger dalam jumlah yang sama. Mekanisme ini bekerja dengan cara yang sama seperti dalam kasus mesin in-line dengan satu turbin. Satu-satunya perbedaan adalah jenis biturbo ini memiliki dua blower yang identik, tetapi udara dari masing-masing blower tidak didistribusikan ke seluruh bagian, tetapi secara konstan disuntikkan ke dalam saluran umum sistem intake.

Jika kita membandingkan skema seperti itu dengan sistem turbin tunggal dalam unit daya in-line, maka dalam hal ini desain turbo kembar terdiri dari dua turbin yang lebih kecil. Ini membutuhkan lebih sedikit energi untuk memutar impelernya. Untuk alasan ini, supercharger dihubungkan pada kecepatan yang lebih rendah dari satu turbin besar (lebih sedikit inersia).

Pengaturan ini menghilangkan pembentukan turbo lag yang tajam, yang terjadi pada mesin pembakaran internal konvensional dengan satu supercharger.

Inklusi berurutan

Tipe seri Biturbo juga menyediakan pemasangan dua blower identik. Hanya pekerjaan mereka yang berbeda. Mekanisme pertama dalam sistem seperti itu akan bekerja secara permanen. Perangkat kedua hanya terhubung dalam mode operasi mesin tertentu (ketika bebannya meningkat atau kecepatan poros engkol meningkat).

Kontrol dalam sistem seperti itu disediakan oleh elektronik atau katup yang bereaksi terhadap tekanan aliran yang lewat. ECU, sesuai dengan algoritma yang diprogram, menentukan pada saat apa untuk menghubungkan kompresor kedua. Penggeraknya disediakan tanpa menyalakan masing-masing mesin (mekanismenya masih beroperasi secara eksklusif pada tekanan aliran gas buang). Unit kontrol mengaktifkan aktuator sistem yang mengontrol pergerakan gas buang. Untuk ini, katup listrik digunakan (dalam sistem yang lebih sederhana, ini adalah katup biasa yang bereaksi terhadap gaya fisik aliran yang mengalir), yang membuka / menutup akses ke blower kedua.

Di sebelah kiri, prinsip pengoperasian pada kecepatan engine rendah dan sedang ditampilkan; Di sebelah kanan - skema dengan kecepatan di atas rata-rata.

Saat unit kontrol membuka sepenuhnya akses ke impeler gigi kedua, kedua perangkat bekerja secara paralel. Untuk alasan ini, modifikasi ini disebut juga serial-paralel. Pengoperasian kedua blower memungkinkan untuk mengatur tekanan yang lebih besar dari udara yang masuk, karena impeler suplai mereka terhubung ke satu saluran masuk.

Dalam hal ini, kompresor yang lebih kecil juga dipasang dibandingkan dengan sistem konvensional. Ini juga mengurangi efek turbo lag dan membuat torsi maksimum tersedia pada kecepatan engine yang lebih rendah.

Biturbo jenis ini dipasang pada unit tenaga diesel dan bensin. Desain sistem memungkinkan Anda untuk memasang tidak hanya dua, tetapi tiga kompresor yang terhubung secara seri satu sama lain. Contoh modifikasi seperti itu adalah pengembangan BMW (Triple Turbo), yang dihadirkan pada 2011.

Skema langkah

Sistem twin-scroll bertahap dianggap sebagai jenis turbocharging kembar yang paling canggih. Terlepas dari kenyataan bahwa itu telah ada sejak 2004, tipe supercharging dua tahap telah membuktikan efisiensinya secara teknis. Twin Turbo ini dipasang pada beberapa jenis mesin diesel yang dikembangkan oleh Opel. Rekan supercharger melangkah Borg Wagner Turbo Sistems dipasang ke beberapa mesin pembakaran internal BMW dan Cummins.

Skema turbocharger terdiri dari dua supercharger dengan ukuran berbeda. Mereka dipasang secara berurutan. Aliran gas buang dikendalikan oleh katup elektro, yang pengoperasiannya dikontrol secara elektronik (ada juga katup mekanis yang digerakkan oleh tekanan). Selain itu, sistem dilengkapi dengan katup yang mengubah arah aliran buangan. Ini akan memungkinkan untuk mengaktifkan turbin kedua, dan mematikan yang pertama, sehingga tidak gagal.

Sistem memiliki prinsip operasi berikut. Katup bypass dipasang di manifold buang, yang memotong aliran dari selang ke turbin utama. Saat mesin bekerja pada rpm rendah, cabang ini ditutup. Akibatnya, knalpot melewati turbin kecil. Karena kelembaman minimum, mekanisme ini memberikan volume udara tambahan bahkan pada beban ICE yang rendah.

1. pendinginan udara masuk; 2. Bypass (katup pintas tekanan); 3. Fase tekanan tinggi turbocharger; 4. Turbocharger fase tekanan rendah; 5. Bypass valve dari sistem pembuangan.

Kemudian aliran bergerak melalui impeler turbin utama. Karena bilahnya mulai berputar pada tekanan yang lebih tinggi hingga motor mencapai kecepatan sedang, mekanisme kedua tetap tidak bergerak.

Ada juga katup pintas di saluran masuk. Pada kecepatan rendah, itu ditutup, dan aliran udara berjalan tanpa injeksi. Saat pengemudi meningkatkan mesin, turbin kecil berputar lebih keras, meningkatkan tekanan di saluran masuk. Ini pada gilirannya meningkatkan tekanan gas buang. Saat tekanan pada saluran buang semakin kuat, wastegate dibuka sedikit, sehingga turbin kecil terus berputar, dan sebagian aliran diarahkan ke blower besar.

Secara bertahap, peniup besar mulai berputar. Saat kecepatan poros engkol meningkat, proses ini meningkat, yang membuat katup lebih terbuka dan kompresor berputar lebih tinggi.

Ketika mesin pembakaran dalam mencapai kecepatan sedang, turbin kecil sudah beroperasi maksimal, dan supercharger utama baru saja mulai berputar, tetapi belum mencapai maksimumnya. Selama pengoperasian tahap pertama, gas buang melewati impeler mekanisme kecil (sementara bilahnya berputar di sistem masukan), dan dipindahkan ke katalis melalui bilah kompresor utama. Pada tahap ini, udara disedot melalui impeler kompresor besar dan melewati roda gigi kecil yang berputar.

Pada akhir tahap pertama, wastegate terbuka penuh dan aliran knalpot sudah sepenuhnya diarahkan ke impeller boost utama. Mekanisme ini berputar lebih kuat. Sistem bypass diatur sedemikian rupa sehingga blower kecil benar-benar dinonaktifkan pada tahap ini. Alasannya adalah bahwa ketika kecepatan sedang dan maksimum dari sebuah turbin besar tercapai, ini akan menciptakan head yang kuat sehingga tahap pertama mencegahnya memasuki silinder dengan benar.

Pada tahap kedua tekanan, gas buang melewati impeler kecil, dan aliran masuk diarahkan ke sekitar mekanisme kecil - langsung ke silinder. Berkat sistem ini, pembuat mobil berhasil menghilangkan perbedaan besar antara torsi tinggi pada rpm minimum dan tenaga maksimum saat mencapai kecepatan poros engkol maksimum. Efek ini telah menjadi pendamping konstan mesin diesel supercharged konvensional.

Pro dan kontra dari turbocharging ganda

Biturbo jarang dipasang pada mesin berdaya rendah. Pada dasarnya, peralatan inilah yang diandalkan untuk mesin-mesin bertenaga. Hanya dalam kasus ini yang memungkinkan untuk mengambil indikator torsi optimal yang sudah ada pada putaran yang lebih rendah. Selain itu, dimensi kecil dari mesin pembakaran dalam tidak menjadi penghalang untuk meningkatkan tenaga dari unit tenaga tersebut. Berkat twin turbocharging, penghematan bahan bakar yang layak dicapai dibandingkan dengan mesin yang disedot secara alami, yang mengembangkan tenaga yang sama.

Di satu sisi, ada keuntungan dari peralatan yang menstabilkan proses utama atau meningkatkan efisiensinya. Namun di sisi lain, mekanisme tersebut bukannya tanpa kerugian tambahan. Dan turbocharging ganda tidak terkecuali. Sistem seperti itu tidak hanya memiliki aspek positif, tetapi juga beberapa kerugian serius, yang menyebabkan beberapa pengendara menolak untuk membeli mobil semacam itu.

Pertama, pertimbangkan keunggulan sistem:

1. Keuntungan utama dari sistem ini adalah menghilangkan turbo lag, yang umum terjadi pada semua mesin pembakaran internal yang dilengkapi dengan turbin konvensional;
2. Mesin beralih ke mode daya dengan lebih mudah;
3. Perbedaan antara torsi maksimum dan tenaga berkurang secara signifikan, karena dengan meningkatkan tekanan udara dalam sistem intake, sebagian besar newton tetap tersedia pada kisaran kecepatan engine yang lebih luas;
4.  Mengurangi konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan untuk mencapai daya maksimum;
5. Karena dinamika tambahan mobil tersedia pada kecepatan mesin yang lebih rendah, pengemudi tidak perlu terlalu sering memutarnya;
6. Dengan mengurangi beban pada mesin pembakaran internal, keausan pelumas berkurang, dan sistem pendingin tidak bekerja dalam mode yang ditingkatkan;
7. Gas buang tidak begitu saja dibuang ke atmosfer, tetapi energi dari proses ini digunakan dengan bermanfaat.

Sekarang mari kita perhatikan kelemahan utama dari twin turbo:

• Kerugian utama adalah kompleksitas desain sistem intake dan exhaust. Hal ini terutama berlaku untuk modifikasi sistem baru;
• Faktor yang sama mempengaruhi biaya dan pemeliharaan sistem - semakin kompleks mekanismenya, semakin mahal biaya perbaikan dan penyesuaiannya;
• Kerugian lain juga terkait dengan kompleksitas desain sistem. Karena mereka terdiri dari sejumlah besar bagian tambahan, ada juga lebih banyak node tempat kerusakan dapat terjadi.

Secara terpisah, perlu disebutkan tentang iklim area di mana mesin turbocharged dioperasikan. Karena impeller supercharger terkadang berputar di atas 10 ribu rpm, perlu pelumasan berkualitas tinggi. Saat mobil dibiarkan semalaman, pelumas masuk ke bah, sehingga sebagian besar bagian unit, termasuk turbin, menjadi kering.

Jika Anda menyalakan mesin di pagi hari dan mengoperasikannya dengan beban yang layak tanpa pemanasan awal, Anda dapat mematikan supercharger. Alasannya adalah gesekan kering mempercepat keausan bagian gosok. Untuk mengatasi masalah ini, sebelum menghidupkan mesin ke putaran tinggi, Anda perlu menunggu sebentar sementara oli dipompa ke seluruh sistem dan mencapai titik yang paling jauh.

Di musim panas Anda tidak perlu menghabiskan banyak waktu untuk ini. Dalam hal ini, oli di dalam bah memiliki fluiditas yang cukup sehingga pompa dapat dengan cepat memompanya. Tetapi di musim dingin, terutama di musim dingin yang parah, faktor ini tidak dapat diabaikan. Lebih baik menghabiskan beberapa menit untuk memanaskan sistem daripada, setelah beberapa saat, mengeluarkan jumlah yang layak untuk membeli turbin baru. Selain itu, harus disebutkan bahwa karena kontak konstan dengan gas buang, impeler blower dapat memanas hingga seribu derajat.

Jika mekanisme tidak menerima pelumasan yang tepat, yang secara paralel menjalankan fungsi mendinginkan perangkat, bagian-bagiannya akan saling bergesekan hingga kering. Tidak adanya lapisan minyak akan menyebabkan peningkatan tajam pada suhu bagian-bagian tersebut, memberikan mereka ekspansi termal, dan sebagai akibatnya, keausan yang dipercepat.

Untuk memastikan pengoperasian turbocharger ganda yang andal, ikuti prosedur yang sama seperti pada turbocharger konvensional. Pertama, perlu mengganti oli tepat waktu, yang digunakan tidak hanya untuk pelumasan, tetapi juga untuk mendinginkan turbin (tentang prosedur penggantian pelumas, situs web kami memiliki artikel terpisah).

Kedua, karena impeler blower bersentuhan langsung dengan gas buang, maka kualitas bahan bakar harus tinggi. Berkat ini, endapan karbon tidak akan terakumulasi pada bilah, yang mengganggu putaran bebas impeler.

Sebagai kesimpulan, kami menawarkan video singkat tentang berbagai modifikasi turbin dan perbedaannya:

Semyon akan memberitahumu! Kembar TURBO atau TUNGGAL besar? 4 turbin per motor? Musim teknis baru!

Pertanyaan dan Jawaban:

Mana yang lebih baik bi turbo atau twin turbo? Ini adalah sistem turbocharging mesin. Pada motor dengan biturbo, turbo lag dihaluskan dan dinamika akselerasi diratakan. Dalam sistem twin-turbo, faktor-faktor ini tidak berubah, tetapi kinerja mesin pembakaran internal meningkat.

Apa perbedaan antara bi-turbo dan twin-turbo? Biturbo adalah sistem turbin seri-terhubung. Berkat penyertaan berurutannya, lubang turbo dihilangkan selama akselerasi. Turbo kembar hanyalah dua turbin untuk meningkatkan daya.

Mengapa Anda membutuhkan turbo ganda? Dua turbin memberikan volume udara yang lebih besar ke dalam silinder. Karena ini, rekoil ditingkatkan selama pembakaran BTC - lebih banyak udara dikompresi dalam silinder yang sama.