Turbosprężarki to niezwykle istotny element nowoczesnych silników, pozwalający na uzyskanie większej mocy i momentu obrotowego przy zachowaniu relatywnie niewielkiej pojemności skokowej. W świecie motoryzacji często spotykamy się z określeniami „bi-turbo” oraz „twin-turbo”, które dla wielu kierowców brzmią podobnie i wydają się oznaczać to samo. W rzeczywistości są to dwa różne systemy doładowania o odmiennych zasadach działania i charakterystykach. W tym artykule wyjaśnimy różnice między tymi systemami, ich działanie oraz zalety i wady każdego z rozwiązań.
Podstawy działania turbosprężarki
Zanim przejdziemy do różnic między systemami bi-turbo i twin-turbo, warto zrozumieć podstawową zasadę działania turbosprężarki. Jest to urządzenie, które wykorzystuje energię spalin wylotowych do napędzania sprężarki doładowującej silnik dodatkowym powietrzem.
Turbosprężarka składa się z dwóch głównych elementów:
- Turbiny – napędzanej przez gazy wylotowe z silnika
- Sprężarki – tłoczącej powietrze do komory spalania
Dzięki takiemu rozwiązaniu do cylindrów dostaje się więcej powietrza, co umożliwia spalenie większej ilości paliwa i uzyskanie wyższej mocy. Turbosprężarka jest połączona z silnikiem, ale nie jest napędzana mechanicznie – wykorzystuje energię gazów spalinowych, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana.
Turbosprężarka może zwiększyć moc silnika nawet o 40-50% w porównaniu do wolnossącego odpowiednika o tej samej pojemności.
Twin-turbo – czym jest i jak działa?
System twin-turbo (z ang. „podwójna turbosprężarka”) to układ, w którym silnik jest doładowany przez dwie identyczne turbosprężarki pracujące równolegle. W najpopularniejszym wariancie każda z turbosprężarek obsługuje połowę cylindrów silnika. Na przykład w silniku V8 jedna turbosprężarka może być podłączona do lewego rzędu cylindrów, a druga do prawego.
Główne cechy systemu twin-turbo:
- Dwie turbosprężarki tej samej wielkości
- Pracują równocześnie, z tą samą intensywnością
- Każda obsługuje określoną grupę cylindrów
- Obie turbosprężarki działają w pełnym zakresie obrotów silnika
Takie rozwiązanie pozwala na szybszą reakcję na wciśnięcie pedału gazu w porównaniu do pojedynczej, dużej turbosprężarki, ponieważ mniejsze turbosprężarki szybciej osiągają optymalną prędkość obrotową. Dzięki temu zjawisko tzw. „turbodziury” (opóźnienia w reakcji na dodanie gazu) jest mniej odczuwalne.
Bi-turbo – definicja i sposób działania
Termin bi-turbo często mylnie używany jest zamiennie z twin-turbo, jednak w praktyce inżynieryjnej oznacza on zupełnie inne rozwiązanie. System bi-turbo to układ dwóch turbosprężarek o różnej wielkości, pracujących sekwencyjnie lub w układzie szeregowym.
Wyróżniamy dwa główne rodzaje systemów bi-turbo:
Bi-turbo sekwencyjne
W układzie sekwencyjnym mniejsza turbosprężarka pracuje przy niskich obrotach silnika, zapewniając szybką reakcję i doładowanie już od niskiego zakresu obrotów. Przy wyższych obrotach włącza się druga, większa turbosprężarka, która jest w stanie dostarczyć więcej powietrza potrzebnego do uzyskania maksymalnej mocy. Przełączanie między turbosprężarkami odbywa się zazwyczaj za pomocą elektronicznie sterowanych zaworów.
Bi-turbo szeregowe
W układzie szeregowym (znanym również jako compound turbo) obie turbosprężarki są połączone szeregowo – mniejsza turbosprężarka wstępnie spręża powietrze, które następnie trafia do większej turbosprężarki dla dalszego sprężania. Takie rozwiązanie pozwala na uzyskanie bardzo wysokiego ciśnienia doładowania i wyjątkowej efektywności, szczególnie w silnikach wysokoprężnych.
Układ bi-turbo został zaprojektowany, aby zminimalizować efekt „turbodziury” przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej mocy maksymalnej silnika.
Różnice między twin-turbo a bi-turbo
Główne różnice między systemami twin-turbo i bi-turbo można podsumować następująco:
1. Rozmiar turbosprężarek:
– Twin-turbo: dwie identyczne turbosprężarki
– Bi-turbo: zazwyczaj dwie różnej wielkości turbosprężarki
2. Sposób pracy:
– Twin-turbo: równoległa praca obu turbosprężarek
– Bi-turbo: sekwencyjna lub szeregowa praca turbosprężarek
3. Zakres działania:
– Twin-turbo: obie turbosprężarki pracują w całym zakresie obrotów
– Bi-turbo sekwencyjne: mała turbosprężarka pracuje przy niskich obrotach, duża przy wysokich
– Bi-turbo szeregowe: obie pracują jednocześnie, ale powietrze przechodzi kolejno przez obie
4. Charakterystyka mocy:
– Twin-turbo: bardziej liniowy przyrost mocy
– Bi-turbo: często większy moment obrotowy przy niskich obrotach i wyraźny „skok” mocy przy wyższych
Zalety i wady obu systemów
Każdy z systemów ma swoje mocne i słabe strony, które determinują ich zastosowanie w różnych typach pojazdów.
Zalety twin-turbo:
- Równomierny przyrost mocy w całym zakresie obrotów
- Dobra responsywność dzięki mniejszym turbosprężarkom
- Sprawdzone i relatywnie proste rozwiązanie
- Łatwiejsze chłodzenie (mniejsze turbosprężarki generują mniej ciepła)
Wady twin-turbo:
- Bardziej skomplikowana konstrukcja układu wydechowego
- Wyższe koszty produkcji i serwisowania
- Większa przestrzeń potrzebna do instalacji
- Potencjalnie większe zużycie paliwa przy częściowym obciążeniu
Zalety bi-turbo:
- Doskonała responsywność przy niskich obrotach
- Wysoka moc maksymalna
- Szeroki zakres użytecznego momentu obrotowego
- Mniejsze zużycie paliwa przy niskich obrotach
Wady bi-turbo:
- Bardziej skomplikowany układ sterowania
- Wyższe koszty produkcji i większa złożoność
- W układach sekwencyjnych możliwe „schodki” w charakterystyce mocy podczas przełączania turbosprężarek
- Trudniejsza diagnostyka i naprawy
Popularne modele samochodów z systemami twin-turbo i bi-turbo
Wiele prestiżowych marek wykorzystuje systemy podwójnego doładowania w swoich flagowych modelach.
Przykłady samochodów z systemem twin-turbo:
- BMW M5 (silniki S63)
- Nissan GT-R
- Ford F-150 Raptor (silnik EcoBoost)
- Porsche 911 Turbo
Przykłady samochodów z systemem bi-turbo:
- Audi RS6 (silniki z układem bi-turbo)
- BMW 750d (z potrójnym doładowaniem sekwencyjnym)
- Mercedes-AMG E63
- Volkswagen Touareg z silnikiem V8 TDI
Warto zauważyć, że producenci nie zawsze precyzyjnie używają terminologii, czasem określając systemy twin-turbo jako bi-turbo i odwrotnie, co dodatkowo może wprowadzać konsumentów w błąd. W marketingu motoryzacyjnym określenie „bi-turbo” często używane jest jako ogólny termin dla każdego systemu z dwoma turbosprężarkami, niezależnie od ich faktycznej konfiguracji.
Systemy podwójnego doładowania stanowią doskonały przykład inżynieryjnego kompromisu między mocą, responsywnością i ekonomią. Wybór między twin-turbo a bi-turbo zależy od priorytetów konstruktora – czy ważniejsza jest liniowa charakterystyka mocy, czy może maksymalna wydajność w całym zakresie obrotów.
Niezależnie od zastosowanego rozwiązania, oba systemy znacząco poprawiają osiągi silników w porównaniu do pojedynczej turbosprężarki, szczególnie w silnikach o większej pojemności. Dzięki zaawansowanej elektronice sterującej, nowoczesne układy podwójnego doładowania oferują imponujące połączenie mocy, elastyczności i ekonomii, spełniając wymagania nawet najbardziej wymagających kierowców.