Turbodmychadla jsou svatým grálem pro úpravy automobilů po mnoho desetiletí a namáhání bloků motorů na jejich limity pomocí nastavení s dvojitým turbodmychadlem má potenciál odemknout směšné zisky výkonu. Ať už má vaše auto standardní turbodmychadlo, nebo jste namontovali systém aftermarket, rychle se otáčející lopatky turbíny byly často touhou po benzínových motorech, kteří hledají extra výkon. Legendární vozy jako Mazda RX-7 a Ferrari F40 používaly dvojité přeplňování, takže se podívejme, jak funguje dvojité přeplňování a jaké jsou různé typy dostupné na trhu.
Jak funguje dvojité přeplňování? Dvojité turbodmychadlo funguje tak, že pomocí dvou turbodmychadel stejné velikosti vhání vzduch do válců motoru a přidává extra výkon. Výfukové plyny jsou recyklovány, rozděleny mezi dvě turba a obvykle sloučeny ve společném vstupu před vstupem do válců. To tlačí větší objem vzduchu do sací komory, což motoru umožňuje vytvářet výkonnější spalovací zdvihy. Tento typ nastavení je známý jako paralelní systém twin-turbo.
Co je lepší: jedno turbo nebo twin-turbo?
Oba systémy mají své přednosti, ale výhodou twin-turba je, že má potenciál snížit prodlevu turba ve srovnání s jedním turbodmychadlem, které odvádí veškerou práci. Twin-turbo poskytuje nižší plnicí tlaky, aby se snížilo zpoždění turba, ale kombinace dvou turbín vytváří spoustu výkonu.
V motorech ve tvaru písmene V s dvěma turbodmychadly, jako je V8 nebo V6, má každé turbodmychadlo obvykle přiřazenou vlastní řadu válců namísto jednoho velkého turbodmychadla, které tlačí vzduch složitým potrubím, aby si prorazilo cestu kolem motorového prostoru k požadovaným válcům. Každé turbo se může rychleji rozvinout a přímo zásobovat svou řadu válců, aniž by bylo potřeba příliš mnoho potrubí. Snížení prodlevy je také možné pomocí dvou o něco menších turbodmychadel při paralelním dvojitém přeplňování, které nahradí jedno velké turbo, které bude mít větší lopatky.
Existuje však také několik dalších typů nastavení twin-turbo, které vytvářejí výkonové zisky pomocí mírně odlišných metod.
Sekvenční dvojitá turbo
Toto nastavení používá dvě různé velikosti turbodmychadel; turbo s malými lopatkami pro nízký průtok výfukových plynů při nižších otáčkách motoru a poté mnohem větší druhé turbo, které převezme řízení, jakmile bude mít příležitost se roztočit.
Před velkým turbem je umístěn kompresní ventil, který zajišťuje, že všechny výfukové plyny s nižší energií produkované na spodním konci rozsahu otáček jsou izolovány od menšího turbodmychadla, aby se maximalizoval výkon v rozsahu otáček, který je pro většinu jednotlivých turbodmychadel k ničemu. nastavení. Jak otáčky motoru rostou, kompresní ventil se mírně otevře, což umožňuje větší turbíně, aby se začala roztáčet. Ventil se poté spustí, aby se plně otevřel při nastaveném objemu průtoku vzduchu, což umožňuje sekundárnímu turbodmychadlu maximalizovat jeho účinnost. Sekvenční přeplňování turbodmychadlem odstraňuje prakticky všechny nevýhody jednoduchého přeplňování a nahrazuje paralelní nastavení, protože sekundární turbo může být nastaveno na extrémně vysoké přeplňování, přičemž primární turbo odstraňuje jakékoli zpoždění při nízkých otáčkách. Úpravci automobilů se také mohou pěkně zbláznit se sekvenčním systémem, který mění poměr mezi malým a velkým turbodmychadlem, aby vytvořil skutečně děsivé dodávky energie. Představte si MkIV Toyota Supra a budete si moci představit možná největší platformu pro sekvenční přeplňování turbodmychadlem.
Stupňovité přeplňování turbodmychadlem
Stupňovité přeplňování turbodmychadlem využívá stejných principů jako sekvenční nastavení a využívá „odstupňovaný“ proces k dosažení extrémně vysokých úrovní komprese vzduchu před vstupem do válců motoru. Počínaje malým turbodmychadlem je vzduch předán přímo o něco většímu turbu, které vzduch dále stlačuje. Konečný plnicí tlak v odstupňovaném systému může být mnohem větší než u standardního systému s dvojitým turbodmychadlem, ale je docela katastrofální, pokud jde o zpoždění. To je důvod, proč se obecně používá u dieselových motorů s vysokými kompresními poměry a nízkými otáčkami.
Twin-scroll turba
Můžete se rozhodnout pro turbo s dvojitým posuvem, abyste si ušetřili potíže s používáním dvou turbodmychadel. Tento systém jsou ve skutečnosti dvě turba nacpaná do jednoho krytu, přičemž výfukové potrubí je strategicky rozděleno mezi válce motoru. U standardního jednoskrutkového turbodmychadla se výfukové pulsy sbíhají před turbodmychadlem a uvnitř něj a vytvářejí nepravidelné a turbulentní proudění vzduchu. Systém twin-scroll umožňuje, aby byly výfukové pulsy udržovány odděleně a vstupovaly do turbodmychadla přes vlastní vstupy.
Twin-scrolling je v moderních autech stále populárnější a umění přeplňování turbodmychadlem je mnohem efektivnější jak z hlediska balení, tak výkonu. Výsledkem je, že i čtyřválcové motory vybavené turby twin-scroll mohou dosahovat výkonových hodnot jednoturbo šestiválcových motorů z doby před deseti lety.
Ať už je přeplňování dvěma turbodmychadly jen sen, který se nikdy nesplní prostřednictvím vašeho stagnujícího projektového vozu, nebo jste šťastným majitelem vozu, který jej má jako standard, je to šíleně skvělý způsob, jak zvýšit výkon vašeho motoru.
Naplnili jste své auto dvěma turbodmychadly? Nebo dáváte přednost charakteru laggy single-turbo systému nebo dokonce přirozené aspiraci?
Gone are the days of massive Roots-style blowers popping out of the hood. Instead, go to any car show, race, or new car showroom, and you will find a twin-turbocharged engine—a pair of turbos or “hair dryers” attached to the engine.
Turbochargers have been around since the early 1900s, when they were developed for airplanes, much like superchargers were. They didn’t find their way onto car engines until the 1960s with the Oldsmobile JetFire, which only lasted for two model years. The first OEM production twin-turbo gas engine didn’t come along until the 1981 Maserati Biturbo.
Twin-turbos allow smaller engines to produce horsepower and torque equal to that of larger, less efficient engines—yielding better fuel economy, lower emissions, and in many cases, more consistent performance.
What Is a Twin Turbo?
As we described a few years ago, a turbocharger is a form of supercharger. It uses exhaust gasses to spin an impeller that draws fresh air into the compressor housing, compresses the air, and then sends it to the engine. Turbos have replaced many belt-drive superchargers (also known as blowers) in the high-performance world because turbo power is free power—there is little to no parasitic horsepower loss.
The exhaust-driven turbine (left) transfers otherwise wasted energy through a shaft to the compressor impeller (right).
A belt-driven supercharger, in contrast, causes engine drag due to the increased effort on the engine to spin the rotors. The faster it spins, the more drag is generated from friction, even with oiled bearings. The average loss from a belt-driven blower ranges from 5 to 15 percent, which is negated by the much higher performance gains.
Turbochargers and, more importantly, twin-turbos have allowed manufacturers to get huge power output from relatively small engines.
A turbocharged Nissan 3.0-liter V-6 engine
Twin-turbos are just what they sound like: two separate turbochargers mounted to an engine’s exhaust and plumbed to the air induction.
They reduce what’s known as turbo lag, a moment between hitting the throttle and the turbo spinning to reach the minimum rpm to generate boost. Single-turbo cars can have significant lag time because they use a larger turbo. A twin system can use two smaller, more efficient housings that spin up faster, reducing lag while also generating more consistent boost.
Types of Twin Turbos
While designs vary radically, several common types yield different levels of performance and efficiency.
Parallel Turbochargers
A Calloway parallel twin-turbocharged Corvette V-8 engine
The most common style is the basic parallel system, where same-size turbos are mounted to the engine, usually one on each set of cylinders. In a V-6 or V-8 engine, this is typically bank-to-bank. Depending on the design, inline engines may run split twin or dual-inline parallel turbos. A parallel system is also the most common aftermarket system, as it’s the easiest to design, install, and tune.
Sekvenční turbo
A sequential twin turbocharger for a Mercedes Benz C220
By using a smaller “fast spool” turbo for low rpm and a second larger turbo for high rpm, a sequential system can spool up nearly instantly and then maintain boost across the entire rpm range.
Multiple designs exist, but most sequential turbos use a gated system where only the smaller unit engages at lower rpm. As the engine revs higher, the gate opens, allowing the exhaust to spool the larger turbo. This generates a smooth boost transition, so you don’t feel the second turbo kicking in; you just get a lot of power. The complicated designs of these systems make production complex, and they are rarely used today.
Series or Two-Stage Variable Turbocharging
Series systems use one turbo to boost the initial air intake charge, which is further compressed by a second turbo. This reduces overall lag compared to running a single large turbo, but it’s less efficient than other systems. Series or two-stage twin-turbos generate much larger boost levels at lower rpm than a single turbo can, making them perfect for diesels and static-rpm engines like boats and airplanes.
A series twin-turbocharger assembly for a Ford 6.4L Powerstroke diesel V-8
Twin-Scroll Turbo
A T70 type twin scroll turbocharger
Not really a twin-turbo, the twin-scroll uses two separately chambered exhaust paths to drive the same impeller within a single turbo housing.
Most commonly used on small four- and six-cylinder engines, the twin-scroll separates the exhaust in half, with each chamber fed by a set of cylinders. This maximizes exhaust efficiency and allows the engine designer to use wider overlap camshaft profiles while maintaining the maximum pressure. This is the most efficient turbo design for smaller engines, and it’s been used by Saab, GM, Mitsubishi, and BMW for their smallest turbo engines.
Cross-Bank Turbocharging
BMW developed this version of the twin-scroll turbo for a V-design engine. Instead of using two standard turbos, two twin-scroll turbos feed half of each bank of the V.
Wildly complicated, incredibly efficient, and tuned within an inch of its life, the BMW cross-bank system is unique in more than just the turbo design: the engine operates backwards. The exhaust comes in through the interior of the V, where the intake usually is, and the intakes are on the outside of the V, where the exhaust manifolds typically are.
A pair of aftermarket turbochargers for a BMW N53 cross-bank V-8 engine
Twin-turbos are more than just bragging rights for gearheads. A Kia Stinger GT2 parallel twin-turbo 3.3l V-6 makes 368 horsepower, while a GM 5.3l Gen V LT-series V-8 makes 350. Twins win pretty much every time.
Související články
- A Legendary ’98 Toyota Supra Turbo, In Nearly Stock Form
- Top-Down Thrills in a ’91 Saab 900 Turbo Convertible
