Twinpower turbo что это
BMW 328i: триумф TwinPower Turbo
Параллельно с дебютом спортивного седана 3 серии, баварский концерн представил новинку: четырехцилиндровый турбодвигатель, который из-за своей приемистости, максимальной частоты вращения мотора и высокой мощности может обеспечивать энергичную тягу. А при своей сравнительно не высокой массе, полностью удовлетворяет требования к динамике нового спортивного седана BMW.
Помимо этого, представление данного агрегата означает, то, что именно он, готов прийти на смену 2,0-литровым бензиновым двигателям. И это даже несмотря на то, что по плану руководства концерна, в 2012 году такие устройства еще будут предлагаться для автомобилей третьей серии. Обновленный четырехцилиндровый двигатель это настоящее удовольствие для пользователей. Ведь помимо уникальной возможности быстрого набора мощности он гораздо экологичнее и экономичнее своих более старших «товарищей».
Фактически, скоростные 2,0-литровые двигатели были представлены еще в 1975 году. Уже тогда это было одним из самых перспективных направлений в работе BMW. Кстати, эти четырехцилиндровые двигатели были установлены на тройках, которые были выставлены на суд ценителей в 1975 году. А вот шестицилиндровые двигатели и сегодня являются одними из самых мощных и непревзойденных разработок концерна, хотя их представление состоялось тоже относительно давно, а именно в 1977 году на выставке IAA.
Так что же такого необыкновенного в этих моделях двигателей? Благодаря технологии TwinPower Turbo значительно увеличилась мощность, а также оптимально заработала система КПД двигателя. Эта технология подразумевает применение абсолютно новых, инновационных решений: высокоточного впрыска High Precision Injection, систему бесступенчатого газораспределения Double VANOS, наддув Twin Scroll, а так же систему регулирования клапанов VALVETRONIC.
На сегодняшний день, те технологии, которые применяет компания BMW, в мире не имеют аналогов. Инженеры разработчики поколения таких двигателей, делают акцент на его эффективной работе и на повышение мощности, при этом, не увеличивают его объем, не повышают расход топлива и массу двигателя, а так же не повышают процент количества вредоносных выбросов в атмосферу.
Максимальная мощность нового четырехцилиндрового бензинового двигателя BMW TwinPower Turbo – 180 кВт\245л.с. при частоте вращения 5000 об\мин. Объем двигателя 1997 см3. Максимальный крутящий момент 350 Нм стал возможен благодаря турботехнологии TwinScroll, которая уже при 1250 об\мин. может удерживать значение до 4800 об\мин. Применение данных технологий позволило сделать автомобиль настолько динамичным и мощным, что при разгоне с места новый BMW 328i дает 100 км\ч всего за 5.9 секунды, развивая скорость ограниченную только электронной отметкой в 250 км\ч.
При этом все команды педали акселератора для двигателя являются приоритетными и при частоте превышающей частоту вращения холостого хода, двигатель набирает предельную мощность диапазона частоты вращения.
Во время испытаний цикле ЕС, средний расход топлива для нового BMW 328i был всего 6, 4 литра на 100 километров пути. По сравнению с BMW 325i (предшественником этой модели) экономия расхода топлива составила 11%. То же самое можно сказать и вредоносных выбросах СО2. Их показатель составил допустимые 149 грамм на километр, что является оптимальным, не превышающим существующие требования. Более меньшие показатели вредоносных выбросов возможно достичь за счет установки восьмиступенчатой автоматической коробки передач. Тогда расход топлива будет еще более символичен – 6, 3 литра на 100 километров а выбросы СО2 составят – 147 грамм на километр, и это будет еще на 15% эффективней.
Теперь подробнее о технологии TwinPower Turbo нового четырехцилиндрового двигателя
Благодаря оптимизации внутреннего трения, на мощность которого, прежде всего, влияет технология впрыска и наддува, этот двигатель на сегодняшний день самый мощный среди своих бензиновых коллег. Рядная шестицилиндровая конструкция двигателя, которая явилась основой этой новинки, была неоднократно отмечена призами на различных выставках. Применение в работе технологии TwinPower Turbo стало прорывом, а получившаяся модель двигателя оказалась настолько впечатляющей, что ее можно брать за образец всем инженерам разработчикам занимающимся вопросами динамики, повышения мощности и эффективности работы двигателей.
Применение не имеющих аналогов технологий (высокочастотного впрыска High Precision Injection, наддува по принципу Twin Scroll, системы бесступенчатого регулирования фаз газораспределения Double VANOS, системы регулирования хода клапанов VALVETRONIC) позволило достигнуть недостижимых диапазонов мощности. Для традиционных атмосферных двигателей такие диапазоны могут стать реальными, только если будут увеличено число цилиндров. Помимо этого, конструкция двигателя, с блоком из цельного алюминия, гораздо компактнее и имеет более легкий вес, недели конструкция шестицилиндрового двигателя такой же мощности. Из этой особенности снижается нагрузка на переднюю ось седана, и повышается маневренность. ВМW демонстрирует неповторимую и непревзойденную управляемость на дороге.
Наддув работает по принципу Twin Scroll, когда потоки ОГ 1 и 4 цилиндров, а также 2 и 3 по спирали отправляются на турбинное колесо. Из-за этой особенности на низких оборотах возникает только незначительное противодавление ОГ, а также эффекты пульсации из-за чего давление газа может использоваться максимально эффективно. Так при нажатии педали акселератора, двигатель моментально отзывается на команду и очень быстро начинает набирать обороты. Необходимая владельцу скорость, достигается за считанные секунды, и он получает ни с чем, ни сравнимое удовольствие от мощности и скорости BMW 3 серии.
Система регулирования клапанов VALVETRONIC (оснащена серводвигателем со встроенным датчиком, и умеет работать с высокими скоростями) и система бесступенчатого регулирования фаз газораспределения Double VANOS снижают % вредных выбросов в атмосферу, а так же увеличивают мощность автомобиля.
Помимо этого в двигателе нет дроссельной заслонки, т.к. регулировка хода клапанов выполняется плавно, а масса воздуха управляется внутри двигателя. Благодаря этому удалось оптимизировать реакции силового агрегата и сделать минимальными потери при процессе газообмена.
Топливо впрыскивается при работе электромагнитных форсунок, которые находятся между клапанами по центру. Эта технология High Precision Injection обеспечивает эффективную работу двигателя. Давление впрыска 200 бар происходит практически рядом со свечами зажигания, что обеспечивает равномерное сгорание топлива. КПД повышается, благодаря охлаждающему воздействию на топливо. Это способствует более высокой степени сжатия, нежели в двигателях имеющих впрыск в впускной коллектор.
Все мыслимые инновационные технологии, применяемые в базовом двигателе, делают этот агрегат непревзойденным по эффективности и мощности. Балансировочные валы, расположенные на разной высоте, компенсируют вибрации, а маятниковый демпфер, в двухмассовом маховике, сокращает крутильные колебания в низком диапазоне оборотов. Из-за этого действующий крутящий момент, не ущемляет комфорт в процессе езды.
Таким образом, 2,0-литровый шестицилиндровый двигатель по своим характеристикам остается непревзойденным среди себе подобных. Это недостижимый уровень, который подвластен только BMW.
BMW Twin-Turbo: виды и принципы работы
Дословный перевод означает «двойное турбо». И на самом деле twin-turbo используется для повышения мощности. Здесь описаны виды и принципы работы данной турбосистемы.
Что такое Twin-Turbo
Это вид автомобильной системы наддува, работающий за счет 2 одинаковых турбин. Таким образом увеличивается общая мощность системы.
В рабочем состоянии выхлопные газы не давали турбине дойти до оптимальной отметки. Это вызывало потерю гибкости и мощности. Поэтому первоначально двойное турбо планировалось для устранения этой «турбоямы».
Twin-Turbo делится на несколько типов:
Работа проста: повышение давления за счет симметричной работы двух компрессоров. Так входящий воздух равномерно разносится по системе. За счет этого снижается масса ротора и уменьшается инертность. Параллельный твин-турбо используется на V-образных дизельных моторах.
Суть: совместная работа двух разных компрессоров, дополняющих друг друга. Малый компрессор работает непрерывно из-за легкости и быстроты, а большой регулирует обороты и активируется с увеличивающейся нагрузкой.
Наддув в такой системе создается за счет работы 2 компрессоров разной величины, соединенных bypass-клапанами и патрубками. Механизм можно представить следующим образом: запуск малой турбины увеличивает обороты, а большая — открывает клапан. А клапан, в свою очередь, впускает сжатый воздух в двигатель.
Достоинства и недостатки
Главное преимущество Twin-Turbo — высокая мощность при малом объеме двигателя. Помимо этого, отмечается:
Из недостатков можно отметить:
Запомните: Twin-Turbo — сложная и привередливая турбосистема, требующая особого внимания. Соблюдая правила, каждый водитель сможет насладиться ездой на быстром и динамичном автомобиле.
Как научиться читать код и маркировку двигателей BMW, узнаете из этой статьи.
Технология TwinPower Turbo
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.
Добавить комментарий Отменить ответ
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.
TwinPower Turbo на моторах BMW, чем они отличаются и в чем их преимущества
Магия TwinPower Turbo в двигателях BMW
В пути от базовой серии до спортивного суперкара M5 бренд BMW всегда бросал вызов законам автомобильной логики. Автомобили, которые казались невероятно быстрыми на бумаге, превосходили все ожидания при запуске в серию и при реальном знакомстве. Многие, если не все двигатели BMW работают, словно по волшебству, но когда открывается капот очередного баварского шедевра, под ним не оказывается древних германских рун, только на защите силового агрегата красуется надпись «TwinPower Turbo».
BWM всегда проповедовал политику турбонаддува и заднего привода. Сегодня не встретить силового агрегата марки, который не имеет хотя бы одного турбонаддува, не говоря уже о серии высокопроизводительных дизелей с трех- и четырехтурбинными установками.
TwinPower играет важную роль, когда речь идет об эффективных и динамичных бензиновых и дизельных двигателях BMW. Но что такое TwinPower Turbo в реальности и что он может предложить автомобильному миру?
Когда речь заходит о бензиновых двигателях, TwinPower Turbo, то есть три компонента, которые применяются во всех модификациях, от 3 до 12 цилиндров:
• вальветроник;
• прямой впрыск топлива;
• турбонаддув.
Турбодизели оборудуются системой впрыска Common Rail.
Valvetronic – электронный переменный клапан. Это технология, разработанная BMW, которая позволяет оптимизировать потребление топлива путем регулирования подъема клапана. Разработчики утверждают, что эта технология сама по себе способна уменьшить расход топлива на 10%.
Вольветроник – мощная электронная технология. Она обеспечивает непрерывный и точный контроль над подъемом впускного клапана. Это означает, что когда владелец баварца нажимаете педаль газа, запускается контроль открытия клапанов, вместо обычной дроссельной заслонки открываются системы впуска.
В системе используется набор рокеров, управляемый электронным распределительным валом. Поскольку она способна регулировать клапаны от полностью открытого до почти закрытого состояния, двигатель не нуждается в оборотах для увеличения нагрузки.
Valvetronic был впервые представлен в 2001 году на модели серии 316ti и использовался в основном для двигателей с наддувом, ориентированных на массовую продажу, таких как:
Но система не использовалась на двойном турбонаддуве N54. Вместо этого турбонаддув N55 straight-6, заменивший его в 2009 году с такими же характеристиками, как и у N74 twin-turbo V12 топовой 7-й серии, был оснащен системой вальветроник. После этого технология применялась практически на всех автомобилях BMW.
High Precision Injection – системы непосредственного впрыска с центральными многозубчатыми инжекторами. Они постепенно заменили технологии, использовавшиеся 2000-х годах. Двигатели с наддувом и с турбонаддувом использовали пьезоинжекторные форсунки. Однако новый 6-цилиндровый турбодвигатель BMW N55, запущенный в производство с 2010 года, устанавливавшийся в моделях 335i, 535i, X3, X5 и X5, использует систему впрыска соленоида, разработанную Bosch. Эта система была выбрана баварцами, чтобы сохранить конкурентоспособные цены на североамериканском автомобильном рынке.
Название TwinPower Turbo сбило с толку многих автовладельцев. Они не понимали, что находится под капотами их BMW. В связи с этим на компанию был подан судебный иск за обман большого количества людей. В документе TwinPower Turbo был назван «ложным двойником» и говорилось, что баварцы запустили рекламную кампанию с целью обмануть покупателей. Все дело в слове «двойной», которое присутствует в названии. Его наличие не было гарантией оснащения двигателей двумя турбонаддувами.
Первоначально TwinPower Turbo появился на двухпролетном одиночном турбонаддуве (устанавливался на 5 серию Gran Turismo в 2009 году, а в 2010 году появились модели E90 335i, 135i, X3 и X5), начиная с N55 (шестицилиндровым двигателем с турбонаддувом) и N74 (6-литровый V12 агрегат с двумя турбонаддувами). Им оснащались модели 760i и 750Li 2009 года выпуска. Двухскоростной турбонаддув – основная технология для TwinPower Turbo BMW.
Конструкция с двумя турбинами начинается с выпускного коллектора, разделяющего выхлопные газы. Они проводятся через разные спирали, называемые «свитками». Турбо имеет два сопла разных диаметров, они нужны для обеспечения быстрого отклика силового агрегата. BMW называет специальный выпускной коллектор собственной разработки Cylinder-Bank Comprehensive Manifold или CCM.
Следует напомнить, что современные двигатели BMW TwinPower не обязательно оснащаются двухтактными турбокомпрессорами. Зато у них есть отличный выпускной коллектор, который улавливает больше выхлопных газов для подачи в турбины, что обеспечивает мощность без запаздывания.
Трехцилиндровая революция: B37 и B38 TwinPower Turbo. Бензин и дизель
Очередным революционным решением BMW стали трехцилиндровые бензиновые и дизельные двигатели, которые могут соперничать с модификациями, имеющими большее количество цилиндров. Они построены по модульной системе, где используются такие же 500-сантиметровые цилиндры совместно с технологией TwinPower Turbo мощностью 120–220 лошадиных сил.
Известно, что дизельные агрегаты получили обозначение B37, а бензиновые — B38. Первые образцы установлены на гибридном спортивном автомобиле i8 серии FWD 1 и MINI. Они также используются сериями RWD 1 и 3 в качестве стартовых модификаций модельного ряда двигателей.
Лучшие 4-цилиндровые турбо в мире
В 2004 году началось производство двигателя с прямым впрыском, разработанного совместно с PSA Peugeot Citroen. В 2011 году конструкторы BMW разработали модель N13, в которой был изменен корпус масляного фильтра — он устанавливался продольно. Двигатель был установлен на модели 114i, 116i и 118i.
Возможно, перспективным мотором для BMW сейчас является N20. Его рабочий объем — 2.0 литра, есть турбонаддув с четырьмя цилиндрами. Мотор также имеет надпись «TwinPower Turbo» на крышке. Этот двигатель заменил менее мощного собрата стрит-6 в моделях «20i», «28i», является жизнеспособной и очень эффективной его альтернативой.
Существует 2 модификации N20. Версия 184 PS является менее мощной и доступна для X1, xDrive20i, F30 320i, 520i, базового Z4 sDrive20i. Топовый вариант этого 2,0-литрового двигателя TwinPower обладает мощностью 245 л.с., используется в моделях F30 328i, 528i, X1, X3 и Z4.
Straight-6 TwinPower Turbo: N55
Когда технология TwinPower Turbo устанавливается на 6-цилиндровый двигатель, его преимущества становятся очевидными. Мотор с двумя турбинами N55 заменил более дорогой агрегат N54 в 2009 году. Но обе модификации очень похожи друг на друга. Сопоставимый выход на собственный 4-литровый V8 BMW, с более легким блоком и более низким крутящим моментом, еще больше загар, который можно найти в E92 M3 с мощным S65 V8.
Мощность N55 составляет 302 л.с., крутящий момент — 300 Нм (400 Нм). Он устанавливается в моделях 335i, 135i и всех модификациях SUV. Существует еще более мощная версия под индексом N55HP, мощностью 315 л.с., крутящим моментом 450 Нм. Этой версией комплектуются топовые модели, такие как 640i, 740i, и даже спортивный сверхтяжелый хэтчбек M140i.
Дебют двигателя состоялся в 2009 году, его начали устанавливать на пятую серию GT. Оборудованный продвинутой версией 6-цилиндрового двигателя, BMW 535i Gran Turismo способен разгоняться до 100 км/ч всего за 6,3 секунды. Максимальная скорость этого зверя ограничена 250 км/ч. Что касается расхода топлива, то BMW 535i GT потребляет 8,9 литра на 100 километров. Показатель выброса CO2 – 209 г/км.
Технологии турбонаддува
Часть 1. Принцип действия турбонагнетателя.
Итак, классический турбонагнетатель (см. рис. 1 ниже) состоит из двух крыльчаток, находящихся на одной оси, и работает следующим образом. После того, как в цилиндрах происходит воспламенение смеси, открываются выпускные клапаны и выводят выхлопные газы из цилиндров в выпускной коллектор. Далее поток выхлопных газов проходит через улитку турбины (закрученный корпус, с виду похож на улитку) и попадает на лопасти так называемой горячей крыльчатки (так как выхлопные газы на выходе из цилиндров имеют температуру около 900 градусов). Этот горячий поток раскручивает крыльчатку и уходит в выхлопную трубу. Обе крыльчатки турбины установлены на одной оси. Соответственно, раскручиваясь, горячая крыльчатка раскручивает и вторую, холодную крыльчатку, которая находится на другом конце оси. Холодная крыльчатка засасывает поступающий через систему впуска воздушный поток и нагнетает (или другими словами сжимает) его для подачи в цилиндры. Правда, перед тем как этот сжатый воздух подает в цилиндры, он проходит через интеркулер, чтобы понизить его температуру. Ведь в процессе сжатия воздух нагревается под давлением.
Рис. 1: классический турбонагнетатель
Понятно, что чем больше обороты двигателя, тем больше он производит выхлопных газов, а они, в свою очередь, сильнее раскручивают горячую крыльчатку. Но проблема классического турбонагнетателя в том, что на малых оборотах выходящий из цилиндров поток выхлопных газов не в состоянии раскрутить горячую крыльчатку до нужной скорости, так как не обладает достаточной интенсивностью. Холодная же крыльчатка, в свою очередь, не может сжать поступающий воздух до необходимого давления перед подачей в цилиндры, опять же из-за недостаточной скорости вращения. Происходит это потому, что форма горячей крыльчатки рассчитана на оптимальную работу при средних и высоких оборотах, когда поток выхлопных газов достаточно интенсивен. При низких оборотах, когда интенсивность потока выхлопных газов недостаточно велика, турбонагнетатель не может создать в системе впуска необходимое давление и появляется так называемый эффект турбо-ямы. Проще говоря, вы жмете на газ, а машина «не едет», и только когда двигатель достигает 2000-2500 об/мин турбина включается в работу и происходит рывок.
При слишком высоких оборотах классический турбонагнетатель также не слишком эффективен, потому что горячая крыльчакта в такой ситуации должна крутиться слишком быстро, что может вызвать недостаток смазки механизмов турбонагнетателя и, как следствие, масляное голодание. А работа турбины без смазки в течение всего пары секунд может вывести ее из строя. Чтобы предотвратить поломку турбины, вызванную ее работой на слишком высоких оборотах, в корпусе горячей крыльчатки предусмотрен клапан, при открытии которого излишние выхлопные газы выходят напрямую в выхлопную трубу, не попадая на крыльчатку турбины. И тем самым эффективность турбонагнеталя при открытом клапане падает.
Подытоживая все вышесказанное про классический турбонагнеталь, мы имеем вот что: эффект турбо-ямы на низких оборотах, неэффективная работа на высоких оборотах. Для водителя первое означает запоздалый и нелинейный отклик на педаль газа. Оба же описанных недостатка подразумевают частые переключения передач, чтобы постоянно держать двигатель «в тонусе», т.е. поддерживать обороты в диапазоне максимального крутящего момента. Эти проблемы заставили инженеров придумать более совершенную технологию, но об этом уже в следующей части. На последок несколько графиков зависимости мощности и крутящего момента от оборотов двигателя — атмосферный мотор (рис. 2) vs. турбо-мотор (рис. 3):
Рис. 2: характеристика мощности и крутящего момента в зависимости от оборотов двигателя — атмосферный мотор.
Рис. 3: характеристика мощности и крутящего момента в зависимости от оборотов двигателя — турбо-мотор.
На обоих графиках синяя линия изображает крутящий момент в ньютон-метрах, красная — мощность в киловаттах. Возможно сравнение не совсем корректное, так как на графике для турбо-мотора представлена характеристика дизеля, да еще и оппозитного. Но главное отличие тем не менее все равно можно проследить — на рис. 3 хорошо видно так называемую «полку» крутящего момента у турбо-мотора. То есть при оборотах двигателя в диапазоне от 1800 об/мин до 2400 об/мин доступен максимальный крутящий момент, который в данном случае составляет 350 ньютон-метров. У атмосферного же двигателя максимальный крутящий момент доступен только в одной точке. Скажу сразу, что разные технологии турбонаддува влияют на форму синей линии на рис. 3, а именно на то, насколько резко/полого она поднимается к «полке» и насколько резко/полого опускается после «полки». Другими словами, различные технологии призваны увеличить ширину «полки» крутящего момента, а также сделать так, чтобы начиналась эта «полка» как можно раньше.
Часть 2. Различные технологии турбонаддува.
В этой части я опишу различные технологии турбонаддува, а именно:
— Twin-turbo (Bi-turbo) и основные его разновидности;
— турбонагнетатель с изменяемой геометрией;
Twin-turbo & Bi-turbo
Сразу стоит отметить, что это одно и то же. Оба понятия подразумевают использование двух турбонагнетателей. В зависимости от типа двигателя существуют разные варианты двойного турбонаддува. На V-образных моторах чаще всего используется параллельная схема, когда два турбонагнетателя одинакового размера устанавливаются на разные «половинки» двигателя. Такая схема по сути аналогична классической схеме с одним турбонагнетателем, описанной в первой части. Две половинки мотора в такой схеме можно рассматривать как два отдельных двигателя.
Есть также последовательная схема, когда два одинаковых турбонагнетателя ставятся последовательно друг за другом. Такая схема используется в основном в рядных бензиновых 4- и 6-цилиндровых моторах. Тогда на низких оборотах, когда выхлопных газов недостаточно для того, чтобы раскрутить обе турбины, работает только один турбонагнетатель. При повышении оборотов двигателя подключается и второй. Работа их регулируется с помощью перепускных клапанов, которые могут перекрывать подачу выхлопных газов на одну из турбин и таким образом отключать ее.
Но меня в данном случае больше интересуют дизельные двигатели с двумя турбонагнетателями. Так вот на них чаще всего используется немного другая схема. Из-за того, что дизельные двигатели менее «оборотистые», чем бензиновые, то на малых оборотах они производят недостаточно выхлопных газов для раскрутки большой турбины. При этом турбонагнетатели также устанавливаются последовательно, но они разные по размеру. Такая схема на примере рядного 6-цилиндрового дизельного двигателя BMW N57 представлена на рис. 4 ниже:
Рис. 4: twin-turbo с последовательной схемой подключения турбин (6-цилиндровый дизель BMW N57).
На схеме отчетливо видно, что один из турбонагнетателей меньше другого. Также на рис. 4 представлено 3 сценария работы — на малых, средних и высоких оборотах. Кроме двух турбонагнетателей на схеме изображены три клапана, которые регулируют работу турбин. На малых оборотах все клапаны закрыты и поток выхлопных газов принудительно направляется на маленькую турбину, а затем на большую. Таким образом большая турбина предварительно сжимает входящий поток воздуха, а маленькая сжимает его еще сильнее и подает в цилиндры.
На средних оборотах один из перепускных клапанов приоткрывается и большая турбина включается в работу более активно, тогда оба нагнетателя работают вместе. На высоких же оборотах два перепускных клапана полностью открыты. При этом поток выхлопных газов идет по кратчайшему пути сразу на большую турбину и не попадает в маленькую, маленькая турбина отключается и работает только большая. То же самое происходит и в системе впуска — полностью открытый клапан не позволяет уже сжатому большой турбиной потоку входящего воздуха попасть на маленькую турбину, а идет сразу в цилиндры. Третий клапан (вверху слева на схеме) нужен для того, чтобы не перегрузить большую турбину.
Такая схема называется Variable Twin Turbo (из-за разных размеров турбин) и используется не только для устранения турбо-ямы, но и для увеличения мощности двигателя. Устанавливается как правило на самые мощные дизельные двигатели в гамме. На менее мощных дизелях используется другая технология, про которую я расскажу ниже.
Турбонагнеталь с изменяемой геометрией турбины.
Эта технология еще называется Variable Geometry Turbine (VGT) или Variable Nozzle Turbine (VNT). Суть ее заключается в использовании одного турбонагнетателя, но за счет определенного ухищрения она позволяет устранить турбо-яму и одновременно расширить полку максимального крутящего момента.
Ухищрение состоит в том, что в корпусе турбины, в которой находится горячая крыльчатка, установлены лопасти, которые позволяют регулировать пропускную способность этой турбины (т.е. регулировать ее геометрию). Эти лопасти установлены на осях и могут поворачиваться. Схема такого турбонагнетателя изображена на рис. 5 ниже:
Рис 5: турбонагнетатель с изменяемой геометрией.
Так, на малых оборотах, когда поток выхлопных газов недостаточно интенсивен, лопасти прикрываются, чтобы уменьшить поперечное сечение турбины и таким образом увеличить скорость потока. Это позволяет избежать турбо-ямы на низких оборотах. Тогда как на высоких оборотах лопасти полностью открыты, что увеличивает сечение турбины до максимума и не дает ей крутиться слишком быстро. Лопасти закреплены на кольце, которое встроено в корпус турбины, а их положение регулируется с помощью актуатора (см. рис. 5 выше).
Таким образом, это решение является неким компромиссом между использованием одного классического турбокомпрессора и твин-турбо схемы. К тому же, такая инсталляции легче и дешевле агрегата с твин-турбо. Но с другой стороны, мощность двигателя при использовании такой схемы ниже, чем в варианте с твин-турбо. Стоит отметить, что в абсолютном большинстве современных дизельных двигателей используется именно турбонагнетатель с изменяемой геометрией. Только лишь на самые мощные варианты устанавливают твин-турбо.
Наконец, последняя технология, о которой я хотел бы рассказать в этой статье, это технология под названием твин-скролл (twin-scroll). Используется эта технология на бензиновых 4- и 6-цилиндровых рядных турбомоторах. С виду турбокомпрессор твин-скролл сложно отличить от обычного классического турбокомпрессора. Разница видна только если посмотреть на твин-скролл в разрезе (см. рис. 6 ниже).
Рис 6: турбонагнетатель twin-scroll.
Суть технологии заключается в том, что выхлопные газы из одной половины цилиндров поступают в турбину изолированно от выхлопных газов из другой половины цилиндров. Рис. 7 показывает, как выглядит выпускной коллектор при использовании турбонагнетателя twin-scroll:
Рис. 7: выпускной коллектор для турбины twin-scroll..
Таким образом, за счет того, что два потока выхлопных газов подаются на турбину по разным каналам, есть возможность сделать эти каналы разного сечения и формы. Также можно запустить поток выхлопных газов на крыльчатку турбины под разными углами. В итоге, один из потоков идет по каналу меньшего сечения, но с более высокой скоростью, что позволяет избежать турбо-ямы на низких оборотах. Второй поток имеет большее сечение и подает большее количество выхлопных газов на крыльчатку при средних и высоких оборотах двигателя. Эта технология на бензиновых турбомоторах позволяет решать те же задачи, что и турбина с изменяемой геометрией на дизельных двигателях, а именно — минимизация эффекта турбо-ямы и увеличение диапазона, в котором доступен максимальный крутящий момент двигателя (расширение полки крутящего момента).
В первых двух частях я собрал информацию о различных технологиях турбонаддува и принципах их действия. В этой части я расскажу, какие из описанных мной технологий использует BMW в своих автомобилях. А также чуть более подробно рассмотрю дизельный двигатель BMW под индексом N47.
Часть 3. Так какую же технологию использует BMW?
Владельцы современных BMW, открыв капот своей машины, скорее всего увидят надпись TwinPower Turbo, причем как на бензиновых, так и на дизельных моделях. Честно говоря, эта фраза может ввести в заблуждение неискушенного пользователя.
BMW TwinPower Turbo
Так что же все-таки значит TwinPower Turbo? По большому счету, ничего, кроме того, что на двигателе вашего авто установлен турбонаддув. В современных моторах BMW используется практически вся гамма технологий турбонаддува, описанная мной во второй части. На бензиновых моторах используются твин-скролл турбины. На дизельных агрегатах — турбины с изменяемой геометрией. А на самых мощных дизелях в линейке — твин-турбо с турбинами разных размеров. Замечу, что пишу здесь о гражданских моделях, не затрагивая M-версии. Самые мощные дизели BMW, на которых установлено три турбонагнетателя, я также не затрагиваю. К слову, на BMW 7 серии нового поколения, возможно, будет установлен дизельный двигатель с четырьмя турбинами…
Сама BMW объясняет значение TwinPower Turbo так: на бензиновых мотор под этим понятием скрывается сочетание турбонаддува Twin-scroll, прямого впрыска, а также систем Valvetronic и Double VANOS. Для дизельных двигателей TwinPower Turbo обозначает сочетание турбонагнетателя с изменяемой геометрией и системы впрыска топлива Common Rail. Таким образом можно сделать вывод, что TwinPower Turbo — не что иное как просто-напросто маркетинговый термин.
Немного про мотор N47.
Расскажу немного про мотор BMW N47. Этот 2-литровый дизельный двигатель был запущен в производство в 2007 году, имеет аж 10 модификаций и 8 степеней форсировки от 116 до 218 л.с. Устанавливался этот мотор на широкую гамму моделей, включающую в себя следующие:
1-серия: E81, E82, E87, E88, F20, F21 2-серия: F22 3-серия: E90, E91, E92, E93, F30, F31, F34 4-серия: F32, F33, F36 5-серия: E60, E61, F07, F10, F11 X1: E84 X3: E83, F25
Как видно, мотор N47 очень популярен. Проще было бы сказать, на какие модели этот мотор НЕ устанавливался.
Дизельный двигатель BMW N47
На фото выше представлена версия с одним турбокомпрессором с изменяемой геометрией. Twin-turbo схема использовалась только на двух модификациях этого мотора — N47D20T0 (204 л.с.) и N47D20T1 (218 л.с.). Именно модификация N47D20T1 установлена на моем автомобиле. В некоторых источниках можно встретить другое обозначение этой модификации — N47D20D.
Отличие BMW 320d от 325d (F-серия)
Модели BMW с обозначением 20d (120d, 320d, 520d и т.д.) всегда оснащались 4-цилиндровыми двигателями. А вот модели 25d были 4-цилиндровыми не всегда. Сильно далеко в историю я не полезу, расскажу только о тех модификациях, с которыми встречался сам. Так вот, на пятерке E60 525d до рестайлинга устанавливался рядный 6-цилиндровый двигатель объемом 2,5 л. После рестайлинга модель 525d скрывала под капотом также рядный 6-цилиндровый мотор, но уже объемом 3,0 л. Конструктивно это был тот же двигатель, что и на моделях 530d и 535d. На пятерке F10 525d этот 6-цилиндровый мотор продержался только до рестайлинга. После рестайлинга на 525d прописался 4-цилиндровый мотор N47. Печально конечно, что 25d — это больше не легендарный 3-литровый 6-цилиндровый дизель. Но что поделать, такова дань экологии и общей тенденции даунсайзинга двигателей внутреннего сгорания.
Итак, мы выяснили, что моторы на 320d и 325d установлены 4-цилиндровые. Остается разобраться с тем, одинаковые ли это моторы по железу. Первым делом разберемся с турбонаддувом.
BMW 325d (N47D20D): схема выпускного коллектора
Чтобы наверняка разобраться в том, сколько турбонагнетателей установлено на 320d и 325d, я открыл оригинальный каталог запчастей BMW и пробил по нему свой VIN и VIN от BMW 320d F30 (184 л.с.). Выше представлена схема выпускного коллектора двигателя N47D20D на BMW 325d. А ниже — такая же схема для N47D20C (N47D20O1) на BMW 320d:
BMW 320d (N47D20C): схема выпускного коллектора
По схемам отчетливо видно, что на 325d установлено два турбонагнетателя, т.е. используется схема Twin-turbo. В 320d — один турбонагнетатель с изменяемой геометрией. Кроме турбин, на этих моторах используются разные распредвалы (впуск и выпуск), а также выпускные коллекторы (обусловлено различными технологиями турбонаддува). Тем не менее, моторы имеют большую степень унификации, используются одинаковые: маховик, поршни-шатуны, механизм ГРМ (цепи верхняя и нижняя, натяжители).
Еще одно различие между двумя модификациями — у 320d одна выхлопная труба, у 325d — две. Почему? Опять же, смотрим схему:
Выхлопная система BMW 325d (N47D20D)
Выхлопная система BMW 320d (N47D20С)
По схемам выше видно, что различие заключается только в последней банке. Все остальное идентично.
Несколько слов о надежности двигателя N47.
Напоследок хочу сказать пару слов о конструктивных особенностях мотора N47. Интернет пестрит информацией о проблемах с этим дизельным двигателем. О том, что мотор этот крайне неудачный и проблемный. Главная его проблема — это цепь в приводе ГРМ. Считается, что цепной привод ГРМ — это необслуживаемый узел, который рассчитан на весь срок службы авто. Но есть очень много случаев, когда цепь ГРМ на моторе N47 растягивалась и требовала замены на совсем небольших пробегах, до 100 тыс. км и даже раньше. Главный симптом при этом это шум, который доносится из подкопанного пространства при работе мотора. Если этот шум вовремя не распознать, то цепь в конце концов порвется, и тогда мотор можно будет выбросить. Дополнительный геморрой заключается в том, что инженеры BMW решили расположить цепь ГРМ в задней части мотора (та, что ближе к салону, или это все-таки передняя?):
Цепной ГРМ в двигателе BMW N47
Так как мотор расположен продольно, то для замены цепи нужно его снять, иначе заменить цепь невозможно. Соответственно, процедура эта сложная и дорогая. На сайте BMW пишут, что такое расположение было использовано для лучшей защиты пешеходов при наезде. Интересно, что BMW так и не признала проблему с цепью ГРМ, как конструктивный недочет, и не объявляла сервисной кампании по этому поводу. Предположу, что такая сервисная кампания оказалась бы слишком дорогой, учитывая большую распространенность мотора N47. Если неполадки с цепью начинались в течение гарантийного срока, то цепь конечно меняли по гарантии. Но если это происходило уже после окончания гарантии, то владельцам предлагалось заменить цепь за свой счет. Для сравнения приведу пример VAG, где были аналогичные проблемы с цепью ГРМ на моторе 1,4 TSI. Проблема решилась банальной сменой поставщика цепей — оказалось, что они были недостаточно прочными. Тем не менее, сервисная кампания все-таки была проведена. Благо, для замены цепи снимать мотор не требовалось.
Две другие проблемы мотора N47 — это сложные и дорогие форсунки в топливной системе, а также пластиковые заслонки выпускного коллектора, которые со временем ломаются и их обломки могут попасть в турбонагнетатель и дальше прямо в цилиндры. Так или иначе, все вышеперечисленное не помешало этому мотору получить премию «Международный Двигатель Года» трижды (!), в 2008, 2010 и 2011 годах.
Радует лишь то, что, по информации в сети, мотор был доработан и проблема с цепью ГРМ была решена в моторах после 2011 года выпуска. Очень хотелось бы на это надеяться.
Какой вывод можно сделать из всего написанного выше? Самое главное, теперь можно авторитетно заявить, что никакой оригинально программы для двигателя BMW 320d (184 л.с.) от 325d НЕ СУЩЕСТВУЕТ! Моторы довольно серьезно отличаются по железу. Если вы решите делать чип-тюнинг на этом моторе, то имейте в виду, что версия 184 л.с. — это самая мощная заводская версия вашего мотора на сегодняшний день. Ни одна компания, занимающаяся чип-тюнингом, вам не скажет наверняка, как стороннее программное обеспечение повлияет на ресурс и надежность вашего двигателя. Это узнаете вы сами через пару лет, ну или новый владелец вашего авто.