Turbodoładowanie to technologia, która zrewolucjonizowała motoryzację, pozwalając na uzyskanie większej mocy z silników o mniejszej pojemności. Wśród różnych systemów doładowania szczególne miejsce zajmują rozwiązania wykorzystujące dwie turbosprężarki. Często spotykamy określenia „bi turbo” i „twin turbo”, które dla wielu kierowców brzmią podobnie, a nawet są używane zamiennie. Czy słusznie? Przyjrzyjmy się bliżej tym technologiom, ich różnicom, zaletom i zastosowaniom w nowoczesnych silnikach.
Podstawy turbodoładowania – jak działa turbosprężarka
Zanim przejdziemy do systemów dwóch turbosprężarek, warto przypomnieć podstawową zasadę działania pojedynczej turbosprężarki. Jest to urządzenie składające się z dwóch głównych elementów: turbiny i sprężarki, połączonych wspólnym wałem.
Turbina napędzana jest przez gazy spalinowe opuszczające silnik. Gdy silnik pracuje, energia gazów spalinowych obraca turbinę, która z kolei napędza sprężarkę. Sprężarka zasysa powietrze z zewnątrz, kompresuje je i wtłacza do silnika pod zwiększonym ciśnieniem. Dzięki temu do komór spalania trafia więcej tlenu, co pozwala na spalenie większej ilości paliwa i uzyskanie wyższej mocy bez zwiększania pojemności silnika.
Turbodoładowanie pozwala na zwiększenie mocy silnika o około 30-40% w porównaniu do jego wolnossącego odpowiednika o tej samej pojemności.
Pojedyncza turbosprężarka ma jednak swoje ograniczenia. Mniejsze turbo szybko się „rozkręca” (ma mniejszą bezwładność), zapewniając dobre przyspieszenie przy niskich obrotach, ale może nie dostarczać wystarczającej ilości powietrza przy wysokich obrotach. Z kolei duża turbosprężarka może zapewnić wysoką moc przy wysokich obrotach, ale cierpi na tzw. „turbodziurę” – zauważalne opóźnienie w reakcji silnika przy niskich obrotach, gdy kierowca nagle wciska pedał gazu.
Twin turbo – definicja i zasada działania
Twin turbo (dosłownie: „bliźniacze turbo”) to system, w którym dwie identyczne turbosprężarki pracują równolegle, każda obsługując określoną grupę cylindrów silnika. Jest to klasyczne rozwiązanie stosowane głównie w silnikach o układzie V6, V8 czy V12, gdzie jedna turbosprężarka obsługuje lewą stronę silnika (jeden rząd cylindrów), a druga prawą.
Główną zaletą systemu twin turbo jest możliwość zastosowania mniejszych turbosprężarek, które charakteryzują się szybszą reakcją na wciśnięcie pedału gazu. Ponieważ każda turbosprężarka obsługuje mniejszą liczbę cylindrów, może być mniejsza i lżejsza, co zmniejsza jej bezwładność i przyspiesza reakcję.
Przykładem samochodu z systemem twin turbo jest BMW M5 (F90) z silnikiem 4.4 V8, gdzie każda turbosprężarka obsługuje jeden bank cylindrów. Podobne rozwiązania stosuje również Audi w swoich modelach RS z silnikami V8 oraz Nissan w legendarnym modelu GT-R.
Bi turbo – charakterystyka i sposób funkcjonowania
Bi turbo (lub bi-turbo) to system wykorzystujący dwie turbosprężarki o różnych rozmiarach, pracujące w układzie sekwencyjnym. W tym rozwiązaniu turbosprężarki nie działają równolegle, lecz włączają się w zależności od warunków pracy silnika:
- Przy niskich obrotach silnika pracuje tylko mniejsza turbosprężarka, która szybko się rozkręca i zapewnia dobre przyspieszenie.
- Przy średnich obrotach obie turbosprężarki pracują jednocześnie.
- Przy wysokich obrotach większa turbosprężarka przejmuje całą pracę, zapewniając maksymalną moc.
Przełączanie między turbosprężarkami lub ich wspólna praca sterowana jest elektronicznie za pomocą zaworów i przepustnic. System bi turbo jest często spotykany w silnikach rzędowych, szczególnie w dieslach, gdzie zapewnia imponujący moment obrotowy już od najniższych obrotów.
System bi turbo eliminuje „turbodziurę” – opóźnienie w reakcji silnika charakterystyczne dla pojedynczych dużych turbosprężarek, jednocześnie zapewniając wysoką moc maksymalną.
Przykładem samochodu z systemem bi turbo jest Volkswagen Passat z silnikiem 2.0 BiTDI czy Mercedes-Benz z silnikami oznaczonymi jako „BlueTEC Biturbo”.
Kluczowe 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: dwie różnej wielkości turbosprężarki
2. Sposób pracy:
– Twin turbo: równoległa praca, każda turbosprężarka obsługuje swoją grupę cylindrów
– Bi turbo: sekwencyjna praca, turbosprężarki włączają się w zależności od obrotów silnika
3. Zastosowanie:
– Twin turbo: głównie w silnikach w układzie V (V6, V8, V12)
– Bi turbo: często w silnikach rzędowych (R4, R6), szczególnie w dieslach
4. Charakterystyka mocy:
– Twin turbo: bardziej liniowy przyrost mocy
– Bi turbo: doskonała elastyczność w całym zakresie obrotów, szczególnie wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach
Zalety i wady obu systemów
Twin Turbo
Zalety:
- Równomierne rozłożenie obciążenia między dwie turbosprężarki
- Lepsza chłodnia i mniejsze obciążenie termiczne pojedynczej turbosprężarki
- Prostszy układ wydechowy
- Dobra charakterystyka mocy w całym zakresie obrotów
Wady:
- Bardziej skomplikowana konstrukcja
- Wyższy koszt produkcji i serwisowania
- Większa przestrzeń potrzebna do zabudowy
- Większa waga całego układu
Bi Turbo
Zalety:
- Wyeliminowanie „turbodziury”
- Doskonała elastyczność silnika
- Wysoki moment obrotowy już od niskich obrotów
- Mniejsze zużycie paliwa przy częściowym obciążeniu
Wady:
- Skomplikowany układ sterowania
- Złożony system zaworów i przepustnic
- Potencjalne problemy z niezawodnością elementów przełączających
- Wyższe koszty serwisowania związane z większą liczbą elementów sterujących
Zastosowanie w różnych typach silników
Wybór między systemem twin turbo a bi turbo zależy głównie od konstrukcji silnika i oczekiwanych parametrów:
1. Silniki benzynowe o wysokiej mocy (sportowe i luksusowe) często wykorzystują system twin turbo, szczególnie w układach V6 i V8. Przykłady: BMW M5, Audi RS6, Nissan GT-R, gdzie liczy się zarówno wysoka moc maksymalna, jak i natychmiastowa reakcja na gaz.
2. Nowoczesne silniki diesla częściej korzystają z systemu bi turbo, co pozwala uzyskać wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach i dobrą elastyczność. Przykłady: Volkswagen 2.0 BiTDI, Mercedes-Benz 3.0 BlueTEC Biturbo, Ford 2.0 EcoBlue Bi-turbo.
3. Silniki hybrydowe coraz częściej wykorzystują zaawansowane systemy doładowania, w tym rozwiązania twin turbo i bi turbo, aby maksymalnie zwiększyć efektywność jednostki spalinowej i współpracę z silnikiem elektrycznym.
Warto zauważyć, że producenci samochodów nie zawsze konsekwentnie stosują terminologię. Niektórzy używają określenia „bi turbo” dla systemów z dwiema identycznymi turbosprężarkami, które technicznie są systemami twin turbo. Dlatego przy analizie konkretnego modelu warto sprawdzić szczegółową specyfikację techniczną, a nie opierać się wyłącznie na marketingowej nazwie.
Niezależnie od nazewnictwa, systemy wykorzystujące dwie turbosprężarki stanowią zaawansowane rozwiązanie technologiczne, które pozwala połączyć wysoką moc z dobrą elastycznością silnika i rozsądnym zużyciem paliwa. W erze downsizingu i coraz bardziej restrykcyjnych norm emisji spalin, takie rozwiązania stają się coraz popularniejsze, oferując kierowcom doskonałe osiągi bez nadmiernego zużycia paliwa.