Biturbo, twin turbo, twin scroll turbo - czym się różnią turbiny w samochodach?

Turbosprężarka to urządzenie, które wykorzystuje energię gazów opuszczających silnik, do wtłoczenia do jednostki napędowej większej ilości powietrza. Dzięki temu można spalić więcej paliwa w mniejszym silniku, uzyskując wzrost mocy. Kiedyś turbiny kojarzyły się głównie z samochodami sportowymi, ale teraz masowo stosowane są w popularnych modelach, gdyż przy spokojnym stylu jazdy pozwalają na spore oszczędności, pozostawiając zapas mocy po mocniejszym wciśnięciu gazu.

Gdy silnik pracuje na niskich obrotach, wytwarza niewielką ilość spalin, które nie są w stanie szybko rozpędzić turbiny. W związku z tym po dodaniu gazu obroty sprężarki narastają powoli, więc również ciśnienie oraz ilość powietrza dostarczana do cylindrów zwiększa się powoli – a zatem wyspętuje opóźnienie pomiędzy wciśnięciem pedału, a wygenerowaniem oczekiwanej mocy. Zjawisko to nazywa się turbodziurą i jest jedną z największych wad turbodoładowanych silników. Jest jednak kilka sposobów, jak z tym walczyć.

Pierwszym sposobem przyspieszenia reakcji turbiny jest wyposażenie jej w przestawiane łopatki (tzw. kierownice), których przymknięcie powoduje wzrost prędkości spalin trafiających na łopatki turbiny i szybsze przyspieszanie jej obrotów. Przy wysokich obrotach kierownice otwierają się, zapewniając dopływ dużej ilości spalin i optymalną w tych warunkach pracę urządzenia. Taki układ, zwany turbosprężarką o zmiennej geometrii, jest stosunkowo niewielki i lekki, ale zawiera dodatkowe elementy ruchome, w tym siłownik podciśnieniowy sterowany elektrozaworem, co zwiększa prawdopodobieństwo awarii. Jest to jednak najpopularniejsza metoda poprawy charakterystyki pracy turbiny. Elementy ze zmienną geometrią łopat trafiają zarówno do popularnych modeli, jak i do najszybszych sportowych aut jak Koenigsegg One:1, którego moc wynosi 1361 KM.

Drugi sposób to wykorzystanie dwóch turbosprężarek – biturbo lub twin turbo. Określenia te są często używane zamiennie, jednak nie zawsze oznaczają to samo, bowiem dwie sprężarki mogą pracować równolegle lub szeregowo. Układ równoległy oznacza po prostu dwie identyczne turbosprężarki, z których każda współpracuje ze swoją połową silnika – np. z czterema cylindrami jednego bloku V8. Ponieważ w tej sytuacji turbosprężarki są mniejsze, mają też mniejszą bezwładność, a zatem i krótszy czas reakcji. W układzie sekwencyjnym stosuje się mniejszą turbosprężarkę dla niskich obrotów i większą dla wyższych, co zapewnia zarówno szybką reakcję silnika, jak i dużą moc – oczywiście kosztem wzrostu komplikacji i masy. Taki układ zdobył sporą popularność w Toyocie Suprze czwartej generacji.

Opisane metody mają pewną wadę, wynikającą z cyklu pracy silników czterosuwowych i charakterystyki pracy rozrządu zaworów – przepływy spalin z poszczególnych cylindrów, łącząc się w kolektorze wydechowym, zakłócają się wzajemnie, co mniejsza efektywność turbiny. Rozwiązaniem, pozwalającym tego uniknąć, a jednocześnie wyeliminować opóźnienia reakcji turbosprężarki, jest tzw. twin scroll turbo. Polega ono na rozdzieleniu kolektora wydechowego na dwa kanały, z których jeden obsługuje cylindry zewnętrzne, a drugi wewnętrzne, co pozwala uniknąć interferencji przepływu. Kanały różnią się przekrojem i są ukształtowane tak, że jeden zapewnia dużą prędkość przepływu spalin przy małych obrotach, a drugi odpowiedni przepływ gazów przy dużej mocy. Wypływające z nich gazy trafiają na optymalnie ukształtowane łopatki tego samego wirnika turbiny. W ten sposób uzyskano niejako dwie turbiny w jednej.

oprac. Szymon Jasina