Système de suralimentation Twin Turbo

Si un moteur diesel est équipé d'une turbine par défaut, un moteur à essence peut facilement se passer d'un turbocompresseur. Néanmoins, dans l'industrie automobile moderne, un turbocompresseur pour une voiture n'est plus considéré comme exotique (en détail sur le type de mécanisme et son fonctionnement, il est décrit dans un autre article).

Dans la description de certains nouveaux modèles de voitures, une chose telle que biturbo ou twin turbo est mentionnée. Considérons de quel type de système il s'agit, comment il fonctionne, comment les compresseurs peuvent y être connectés. À la fin de l'examen, nous discuterons des avantages et des inconvénients d'un twin turbo.

Qu'est-ce que Twin Turbo?

Commençons par la terminologie. L'expression biturbo signifiera toujours que, premièrement, il s'agit d'un type de moteur turbocompressé, et deuxièmement, le schéma d'injection forcée d'air dans les cylindres comprendra deux turbines. La différence entre biturbo et bi-turbo est que dans le premier cas, deux turbines différentes sont utilisées, et dans le second, elles sont identiques. Pourquoi - nous le découvrirons un peu plus tard.

Le désir d'atteindre la supériorité en course a obligé les constructeurs automobiles à rechercher des moyens d'améliorer les performances d'un moteur à combustion interne standard sans interventions drastiques dans sa conception. Et la solution la plus efficace a été l'introduction d'un ventilateur supplémentaire, grâce auquel un plus grand volume entre dans les cylindres et l'efficacité de l'unité augmente.

Ceux qui ont conduit une voiture avec un moteur à turbine au moins une fois dans leur vie ont remarqué que jusqu'à ce que le moteur tourne à une certaine vitesse, la dynamique d'une telle voiture est lente, pour le moins. Mais dès que le turbo commence à fonctionner, la réactivité du moteur augmente, comme si du protoxyde d'azote était entré dans les cylindres.

L'inertie de telles installations a incité les ingénieurs à réfléchir à la création d'une autre modification des turbines. Au départ, le but de ces mécanismes était justement d'éliminer cet effet négatif, qui affectait l'efficacité du système d'admission (en savoir plus dans un autre avis).

Au fil du temps, la turbocompression a commencé à être utilisée afin de réduire la consommation de carburant, tout en augmentant en même temps les performances du moteur à combustion interne. L'installation vous permet d'élargir la plage de couple. La turbine classique augmente la vitesse du flux d'air. Pour cette raison, un volume plus important entre dans le cylindre que celui de l'aspiré et la quantité de carburant ne change pas.

En raison de ce processus, la compression augmente, ce qui est l'un des paramètres clés affectant la puissance du moteur (pour savoir comment la mesurer, lisez ici). Au fil du temps, les amateurs de tuning automobile n'étaient plus satisfaits de l'équipement d'usine, de sorte que les entreprises de modernisation de voitures de sport ont commencé à utiliser différents mécanismes qui injectent de l'air dans les cylindres. Grâce à l'introduction d'un système de pressurisation supplémentaire, les spécialistes ont réussi à étendre le potentiel des moteurs.

Comme une nouvelle évolution du turbo pour les moteurs, le système Twin Turbo est apparu. Par rapport à une turbine classique, cette unité vous permet de retirer encore plus de puissance du moteur à combustion interne, et pour les amateurs de réglage automatique, elle offre un potentiel supplémentaire pour la mise à niveau de leur véhicule.

Comment fonctionne Twin Turbo?

Un moteur conventionnel à aspiration naturelle fonctionne sur le principe de l'aspiration d'air frais au moyen d'un vide créé par des pistons dans le conduit d'admission. Au fur et à mesure que le flux se déplace le long du trajet, une petite quantité d'essence y pénètre (dans le cas d'un moteur à essence), s'il s'agit d'une voiture à carburateur ou si du carburant est injecté en raison du fonctionnement de l'injecteur (en savoir plus sur ce types d'alimentation en carburant forcé).

La compression dans un tel moteur dépend directement des paramètres des bielles, du volume du cylindre, etc. Comme pour une turbine classique, travaillant sur l'écoulement des gaz d'échappement, sa turbine augmente l'air entrant dans les cylindres. Cela augmente l'efficacité du moteur, car plus d'énergie est libérée lors de la combustion du mélange air-carburant et le couple est augmenté.

Twin turbo fonctionne de la même manière. Ce n'est que dans ce système que l'effet de la "prévenance" du moteur est éliminé pendant que la turbine de la turbine tourne. Ceci est réalisé en installant un mécanisme supplémentaire. Un petit compresseur accélère l'accélération de la turbine. Lorsque le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur, une telle voiture accélère plus rapidement, car le moteur réagit presque instantanément à l'action du conducteur.

Il est à noter que le deuxième mécanisme de ce système peut avoir une conception et un principe de fonctionnement différents. Dans une version plus avancée, une turbine plus petite est mise en rotation avec un débit de gaz d'échappement plus faible, augmentant ainsi le débit entrant à des vitesses inférieures, et le moteur à combustion interne n'a pas besoin d'être tourné à la limite.

Un tel système fonctionnera selon le schéma suivant. Lorsque le moteur est démarré, alors que la voiture est à l'arrêt, l'unité fonctionne au ralenti. Dans le conduit d'admission, un mouvement naturel d'air frais se forme en raison du vide dans les cylindres. Ce processus est facilité par une petite turbine qui commence à tourner à bas régime. Cet élément permet une légère augmentation de la traction.

À mesure que le régime du vilebrequin augmente, l'échappement devient plus intense. À ce moment, le plus petit compresseur tourne plus et le débit de gaz d'échappement en excès commence à affecter l'unité principale. Avec une augmentation de la vitesse de la roue, un volume d'air accru pénètre dans le conduit d'admission en raison de la plus grande poussée.

Dual Boost élimine le changement de puissance sévère qui est présent dans les diesels classiques. À vitesse moyenne du moteur à combustion interne, lorsque la grande turbine commence à peine à tourner, le petit compresseur atteint sa vitesse maximale. Lorsque plus d'air pénètre dans le cylindre, la pression d'échappement s'accumule, entraînant le compresseur principal. Ce mode élimine la différence notable entre le couple du régime maximal du moteur et l'inclusion de la turbine.

Lorsque le moteur à combustion interne atteint sa vitesse maximale, le compresseur atteint également le niveau limite. La conception à double poussée est conçue de sorte que l'inclusion d'un gros compresseur empêche le plus petit homologue de surcharger de surcharger.

Le double compresseur automobile fournit une pression dans le système d'admission qui ne peut pas être obtenue avec une suralimentation conventionnelle. Dans les moteurs à turbines classiques, il y a toujours un turbo lag (une différence notable dans la puissance du groupe motopropulseur entre atteindre sa vitesse maximale et allumer la turbine). La connexion d'un compresseur plus petit élimine cet effet, offrant une dynamique de moteur douce.

En double turbocompresseur, couple et puissance (découvrez la différence entre ces concepts dans un autre article) du groupe motopropulseur se développe dans une plage de régime plus large que celle d'un moteur similaire avec un compresseur.

Types de schémas de suralimentation avec deux turbocompresseurs

Ainsi, la théorie de fonctionnement des turbocompresseurs a prouvé leur utilité pour augmenter en toute sécurité la puissance du groupe motopropulseur sans changer la conception du moteur lui-même. Pour cette raison, les ingénieurs de différentes entreprises ont développé trois types efficaces de twin turbo. Chaque type de système sera agencé à sa manière et aura un principe de fonctionnement légèrement différent.

Aujourd'hui, les types suivants de systèmes de double turbocompression sont installés dans les voitures:

• Parallèle;
• Cohérent;
• Étapes.

Chaque type diffère dans le schéma de connexion des soufflantes, leurs tailles, le moment où chacune d'entre elles sera mise en service, ainsi que les caractéristiques du processus de pressurisation. Considérons chaque type de système séparément.

Schéma de raccordement de la turbine parallèle

Dans la plupart des cas, un type parallèle de suralimentation est utilisé dans les moteurs avec une conception de bloc-cylindres en forme de V. Le dispositif d'un tel système est le suivant. Une turbine est nécessaire pour chaque section de cylindre. Ils ont les mêmes dimensions et sont également parallèles les uns aux autres.

Les gaz d'échappement sont uniformément répartis dans le conduit d'échappement et vont à chaque turbocompresseur dans les mêmes quantités. Ces mécanismes fonctionnent de la même manière que dans le cas d'un moteur en ligne à une turbine. La seule différence est que ce type de biturbo possède deux ventilateurs identiques, mais l'air de chacun d'eux n'est pas réparti sur les tronçons, mais est constamment injecté dans la voie commune du système d'admission.

Si nous comparons un tel schéma avec un système à turbine unique dans une unité de puissance en ligne, alors dans ce cas, la conception à double turbo se compose de deux turbines plus petites. Cela nécessite moins d'énergie pour faire tourner leurs roues. Pour cette raison, les surpresseurs sont connectés à une vitesse inférieure à une grande turbine (moins d'inertie).

Cet agencement élimine la formation d'un tel turbo lag, qui se produit sur les moteurs à combustion interne conventionnels avec un compresseur.

Inclusion séquentielle

La série de type Biturbo prévoit également l'installation de deux ventilateurs identiques. Seul leur travail est différent. Le premier mécanisme d'un tel système fonctionnera de manière permanente. Le deuxième appareil n'est connecté que dans un certain mode de fonctionnement du moteur (lorsque sa charge augmente ou que la vitesse du vilebrequin augmente).

Le contrôle dans un tel système est assuré par des composants électroniques ou des vannes qui réagissent à la pression du courant passant. L'ECU, conformément aux algorithmes programmés, détermine à quel moment connecter le deuxième compresseur. Son entraînement est assuré sans allumer le moteur individuel (le mécanisme fonctionne toujours exclusivement sur la pression du flux de gaz d'échappement). L'unité de commande active les actionneurs du système qui contrôle le mouvement des gaz d'échappement. Pour cela, des vannes électriques sont utilisées (dans les systèmes plus simples, ce sont des vannes ordinaires qui réagissent à la force physique de l'écoulement), qui ouvrent / ferment l'accès au deuxième ventilateur.

A gauche, le principe de fonctionnement à bas et moyen régimes moteur est représenté ; À droite - le schéma à des vitesses supérieures à la moyenne.

Lorsque l'unité de commande ouvre complètement l'accès à la roue du deuxième rapport, les deux appareils fonctionnent en parallèle. Pour cette raison, cette modification est également appelée série-parallèle. Le fonctionnement des deux soufflantes permet de disposer une plus grande pression de l'air entrant, puisque leurs roues d'alimentation sont reliées à une voie d'admission.

Dans ce cas, des compresseurs plus petits sont également installés que dans un système conventionnel. Cela réduit également l'effet de décalage du turbo et rend le couple maximal disponible à des régimes moteur inférieurs.

Ce type de biturbo est installé sur les moteurs diesel et essence. La conception du système vous permet d'installer même pas deux, mais trois compresseurs connectés en série les uns aux autres. Un exemple d'une telle modification est le développement de BMW (Triple Turbo), qui a été présenté en 2011.

Schéma d'étape

Le système à double volute étagé est considéré comme le type le plus avancé de double turbocompresseur. Malgré le fait qu'il existe depuis 2004, le type de suralimentation à deux étages a prouvé son efficacité le plus techniquement. Ce Twin Turbo est installé sur certains types de moteurs diesel développés par Opel. L'homologue de suralimentation étagé de Borg Wagner Turbo Sistems équipe certains moteurs à combustion interne BMW et Cummins.

Le système de turbocompresseur se compose de deux compresseurs de tailles différentes. Ils sont installés de manière séquentielle. Le débit des gaz d'échappement est contrôlé par des électrovannes dont le fonctionnement est contrôlé électroniquement (il existe également des vannes mécaniques entraînées par pression). De plus, le système est équipé de vannes qui modifient la direction du débit de refoulement. Cela permettra d'activer la deuxième turbine, et d'éteindre la première, pour qu'elle ne tombe pas en panne.

Le système a le principe de fonctionnement suivant. Une soupape de dérivation est installée dans le collecteur d'échappement, ce qui coupe le débit du tuyau allant à la turbine principale. Lorsque le moteur tourne à bas régime, cette branche est fermée. En conséquence, l'échappement passe à travers une petite turbine. En raison de l'inertie minimale, ce mécanisme fournit un volume d'air supplémentaire même à de faibles charges ICE.

1. refroidissement de l'air entrant; 2. dérivation (soupape de dérivation de pression); 3. phase haute pression du turbocompresseur; 4. turbocompresseur de phase basse pression; 5. Vanne de dérivation du système d'échappement.

Ensuite, le flux se déplace à travers la turbine principale de la turbine. Puisque ses pales commencent à tourner à une pression plus élevée jusqu'à ce que le moteur atteigne une vitesse moyenne, le deuxième mécanisme reste immobile.

Il y a aussi une soupape de dérivation dans le conduit d'admission. À basse vitesse, il est fermé et le flux d'air se passe pratiquement sans injection. Au fur et à mesure que le conducteur fait monter le moteur, la petite turbine tourne plus fort, augmentant la pression dans le conduit d'admission. Cela augmente à son tour la pression des gaz d'échappement. Au fur et à mesure que la pression dans la ligne d'échappement devient plus forte, la soupape de décharge est légèrement ouverte, de sorte que la petite turbine continue à tourner, et une partie du flux est dirigée vers le grand ventilateur.

Petit à petit, le grand ventilateur commence à tourner. À mesure que la vitesse du vilebrequin augmente, ce processus s'intensifie, ce qui rend la soupape plus ouverte et le compresseur tourne dans une plus grande mesure.

Lorsque le moteur à combustion interne atteint une vitesse moyenne, la petite turbine fonctionne déjà au maximum et le compresseur principal vient de commencer à tourner, mais n'a pas atteint son maximum. Pendant le fonctionnement du premier étage, les gaz d'échappement traversent la roue du petit mécanisme (tandis que ses aubes tournent dans le système d'admission), et sont évacués vers le catalyseur par les aubes du compresseur principal. À ce stade, l'air est aspiré à travers la roue du grand compresseur et passé à travers le plus petit engrenage rotatif.

À la fin de la première étape, la soupape de décharge est complètement ouverte et le flux d'échappement est déjà complètement dirigé vers la roue de suralimentation principale. Ce mécanisme tourne plus fortement. Le système de dérivation est réglé de manière à ce que le petit ventilateur soit complètement désactivé à ce stade. La raison en est que lorsque la vitesse moyenne et maximale d'une grande turbine est atteinte, cela crée une tête si forte que le premier étage l'empêche simplement de pénétrer correctement dans les cylindres.

Dans la deuxième étape de pressurisation, les gaz d'échappement passent par la petite roue et le flux entrant est dirigé autour du petit mécanisme - directement dans les cylindres. Grâce à ce système, les constructeurs automobiles ont réussi à éliminer la grande différence entre un couple élevé au régime minimum et la puissance maximale lorsqu'ils atteignent la vitesse maximale du vilebrequin. Cet effet a été un compagnon constant de tout moteur diesel suralimenté conventionnel.

Avantages et inconvénients de la double turbocompression

Biturbo est rarement installé sur les moteurs de faible puissance. Fondamentalement, c'est l'équipement sur lequel on compte pour les machines puissantes. Ce n'est que dans ce cas qu'il est possible de prendre l'indicateur de couple optimal déjà à bas régime. De plus, les petites dimensions du moteur à combustion interne ne sont pas un obstacle à l'augmentation de la puissance du groupe motopropulseur. Grâce à la double turbocompression, une économie de carburant décente est obtenue par rapport à son homologue à aspiration naturelle, qui développe une puissance identique.

D'une part, les équipements qui stabilisent les principaux processus ou augmentent leur efficacité présentent un avantage. Mais d'un autre côté, de tels mécanismes ne sont pas sans inconvénients supplémentaires. Et la double turbocompression ne fait pas exception. Un tel système présente non seulement des aspects positifs, mais également de graves inconvénients, en raison desquels certains automobilistes refusent d'acheter de telles voitures.

Tout d'abord, considérez les avantages du système:

1. Le principal avantage du système est l'élimination du turbo lag, qui est typique pour tous les moteurs à combustion interne équipés d'une turbine conventionnelle;
2. Le moteur passe plus facilement en mode puissance;
3. La différence entre le couple maximal et la puissance est considérablement réduite, car en augmentant la pression d'air dans le système d'admission, la plupart des newtons restent disponibles sur une plage de régime moteur plus large;
4.  Réduit la consommation de carburant nécessaire pour atteindre une puissance maximale;
5. Étant donné que la dynamique supplémentaire de la voiture est disponible à des régimes moteur inférieurs, le conducteur n'a pas à la faire tourner autant;
6. En réduisant la charge sur le moteur à combustion interne, l'usure des lubrifiants est réduite et le système de refroidissement ne fonctionne pas en mode accru;
7. Les gaz d'échappement ne sont pas simplement rejetés dans l'atmosphère, mais l'énergie de ce processus est utilisée avec avantage.

Faisons maintenant attention aux principaux inconvénients du twin turbo:

• Le principal inconvénient est la complexité de la conception des systèmes d'admission et d'échappement. Cela est particulièrement vrai pour les nouvelles modifications du système;
• Le même facteur affecte le coût et la maintenance du système - plus le mécanisme est complexe, plus sa réparation et son ajustement sont coûteux;
• Un autre inconvénient est également associé à la complexité de la conception du système. Comme ils se composent d'un grand nombre de pièces supplémentaires, il existe également plus de nœuds dans lesquels une rupture peut se produire.

Par ailleurs, il convient de mentionner le climat de la zone dans laquelle la machine turbocompressée est utilisée. Étant donné que la roue du compresseur tourne parfois au-dessus de 10 XNUMX tr / min, elle a besoin d'une lubrification de haute qualité. Lorsque la voiture est laissée pendant la nuit, la graisse pénètre dans le puisard, de sorte que la plupart des pièces de l'unité, y compris la turbine, deviennent sèches.

Si vous démarrez le moteur le matin et que vous le faites fonctionner avec des charges décentes sans préchauffage préalable, vous pouvez tuer le compresseur. La raison en est que le frottement sec accélère l'usure des pièces de frottement. Pour éliminer ce problème, avant d'amener le moteur à des régimes élevés, vous devez attendre un peu le temps que l'huile soit pompée dans tout le système et atteigne les nœuds les plus éloignés.

En été, vous n'avez pas à passer beaucoup de temps là-dessus. Dans ce cas, l'huile dans le carter a une fluidité suffisante pour que la pompe puisse la pomper rapidement. Mais en hiver, en particulier lors de fortes gelées, ce facteur ne peut être ignoré. Il est préférable de passer quelques minutes à réchauffer le système que, après une courte période de temps, de jeter une quantité décente pour acheter une nouvelle turbine. De plus, il convient de mentionner qu'en raison du contact constant avec les gaz d'échappement, la roue des soufflantes peut chauffer jusqu'à mille degrés.

Si le mécanisme ne reçoit pas une lubrification adéquate, qui remplit en parallèle la fonction de refroidissement de l'appareil, ses pièces se frotteront les unes contre les autres à sec. L'absence de film d'huile entraînera une forte augmentation de la température des pièces, leur procurant une dilatation thermique, et par conséquent, leur usure accélérée.

Pour assurer un fonctionnement fiable du double turbocompresseur, les mêmes procédures doivent être suivies que pour l'entretien des turbocompresseurs conventionnels. Tout d'abord, il est nécessaire de changer l'huile à temps, qui est utilisée non seulement pour la lubrification, mais aussi pour le refroidissement des turbines (à propos de la procédure de remplacement du lubrifiant, notre site Web a article séparé).

Deuxièmement, les roues des soufflantes étant en contact direct avec les gaz d'échappement, la qualité du carburant doit être élevée. Grâce à cela, les dépôts de carbone ne s'accumulent pas sur les aubes, ce qui interfère avec la libre rotation de la roue.

En conclusion, nous proposons une courte vidéo sur les différentes modifications de turbines et leurs différences:

Semyon vous le dira! Twin TURBO ou grand SINGLE? 4 turbines par moteur? Nouvelle saison technique!

Questions et réponses

Quoi de mieux bi-turbo ou bi-turbo ? Ce sont des systèmes de suralimentation de moteur. Dans les moteurs à biturbo, le décalage du turbo est lissé et la dynamique d'accélération est nivelée. Dans un système bi-turbo, ces facteurs ne changent pas, mais les performances du moteur à combustion interne augmentent.

Quelle est la différence entre bi-turbo et bi-turbo ? Biturbo est un système de turbine connecté en série. Grâce à leur inclusion séquentielle, le trou du turbo est éliminé lors de l'accélération. Un double turbo, ce n'est que deux turbines pour augmenter la puissance.

Pourquoi avez-vous besoin d'un double turbo? Deux turbines fournissent un plus grand volume d'air dans le cylindre. De ce fait, le recul est amélioré lors de la combustion du BTC - plus d'air est comprimé dans le même cylindre.