Systémy přeplňování turbodmychadlem prošly v průběhu let významným vývojem, což umožnilo dosáhnout vyššího výkonu motorů při zachování nebo dokonce snížení jejich velikosti a hmotnosti. Pochopení různých typů turbodmychadel, včetně systémů twin-turbo, je klíčové pro lepší porozumění fungování moderních motorů.
Co je Twin-Turbo?
Twin-turbo označuje přeplňovaný motor, ve kterém stlačují vzduch dvě turbodmychadla. Tato technologie umožňuje dosáhnout vyššího výkonu a lepší odezvy motoru. Existují dvě hlavní uspořádání systémů twin-turbo:
- Paralelní twin-turbo
- Sekvenční twin-turbo
Paralelní Twin-Turbo
V paralelním uspořádání pracují současně dvě stejná turbodmychadla, přičemž každé z nich je poháněno polovinou výfukových plynů z motoru. Stlačený vzduch z obou turbodmychadel je obvykle smíchán ve společném sacím potrubí a poté veden do jednotlivých válců motoru. Toto uspořádání se často označuje jako BiTurbo a je běžné u motorů s konfigurací V6 a V8, kde každé turbo obsluhuje jednu řadu válců.
Sekvenční Twin-Turbo
Systém sekvenčního twin-turbo je navržen tak, aby optimalizoval výkon motoru v celém rozsahu otáček. Jeho princip spočívá ve využití jednoho turbodmychadla pro nižší otáčky motoru a druhého (nebo obou) pro vyšší otáčky. Toto uspořádání je oblíbené u vysoce výkonných a luxusních vozů, protože vyvažuje rychlou odezvu při nízkých otáčkách s maximálním výkonem při vyšších otáčkách.
Jak funguje Sekvenční Twin-Turbo?
Základní myšlenkou sekvenčního přeplňování je, že turbodmychadla s větším průtokem nejsou při nízkých otáčkách tak efektivní, což vede k nižšímu tlaku v sacím potrubí. Naopak, menší turbodmychadla se při nižších otáčkách rychleji roztočí, ale při vyšších otáčkách již nemusí poskytnout dostatek vzduchu.
Během nízké až střední rychlosti motoru, kdy je k dispozici pouze minimální energie výfukových plynů, je aktivní pouze jedno relativně malé turbodmychadlo, nazývané primární turbodmychadlo. Jak otáčky motoru rostou a množství výfukových plynů se zvyšuje, aktivuje se druhé, větší turbodmychadlo (sekundární), které buď převezme práci, nebo obě turba pracují společně.
Sekvenční turbodmychadla umožňují snížit zpoždění turbodmychadla (turbo lag) bez ohrožení celkového výstupního výkonu motoru. Toto nastavení vede k plošší křivce točivého momentu a výkonu, což znamená, že motor má dostatek síly v nízkých otáčkách díky menšímu turbu a ve vysokých otáčkách není jeho výkon omezen velikostí turbodmychadla.
Další typy přeplňování
Kromě systémů twin-turbo existují i další pokročilé technologie přeplňování:
Turbodmychadlo s variabilní geometrií (VGT)
Turbodmychadla s variabilní geometrií (VGT) jsou jedním z nejpokročilejších typů. Namísto pevné velikosti turbíny upravují lopatky uvnitř turbodmychadla úhel tak, aby optimalizovaly proudění vzduchu při různých otáčkách motoru. To snižuje zpoždění a zlepšuje účinnost v širším rozsahu otáček.
V nízkých otáčkách motoru se lopatky zužují, čímž omezují proudění výfukových plynů a zvyšují jejich rychlost. To způsobí rychlé roztočení turbíny, eliminuje turbo lag a zajišťuje okamžitou akceleraci. S rostoucími otáčkami se lopatky otevírají, aby umožnily průchod většího množství výfukových plynů, čímž se udržuje stálý přísun stlačeného vzduchu a vysoký výkon i při vyšších otáčkách.
Turbodmychadlo Twin-Scroll
Systém twin-scroll, na rozdíl od twin-turbo, používá pouze jedno turbodmychadlo, které má však v turbínové části dva oddělené kanály pro přívod výfukových plynů. Tyto kanály jsou strategicky napojeny na výfukové svody tak, aby minimalizovaly vzájemné rušení výfukových impulsů z jednotlivých válců. Tím se zvyšuje energie proudící na lopatky turbíny, což vede k rychlejšímu roztočení a snížení turbo lagu.
Toto uspořádání je obzvláště efektivní u motorů s určitým počtem válců (např. řadový čtyřválec nebo V8), kde lze výfukové plyny efektivně rozdělit do dvou kanálů podle pořadí zapalování válců. Výhodou je rychlejší náběh výkonu a lepší účinnost.
Elektrické turbodmychadlo
Elektrická turbodmychadla představují novější přístup k přeplňování. Na rozdíl od tradičních turbodmychadel, která jsou poháněna výfukovými plyny, elektrická turba využívají malý elektromotor k okamžitému roztočení kompresoru. Tím je prakticky eliminováno zpoždění turbodmychadla. I když jsou stále ve fázi zavádění, získávají na popularitě v hybridních a vysoce výkonných vozidlech.
Elektromotor - výhody, funkce, využití
Výhody a nevýhody sekvenčního twin-turbo u nákladních automobilů
Systémy sekvenčního twin-turbo nabízejí řadu výhod pro nákladní automobily, kde je často kladen důraz na vysoký točivý moment v širokém rozsahu otáček a efektivitu paliva.
Výhody:
- Lepší odezva motoru: Menší primární turbo poskytuje okamžitou reakci při nízkých otáčkách, čímž se snižuje turbo lag a zlepšuje se manévrovatelnost vozidla.
- Vyšší výkon a točivý moment: Sekundární turbo zajišťuje dostatečný přísun vzduchu při vyšších otáčkách, což umožňuje motoru dosáhnout maximálního výkonu a točivého momentu.
- Lepší účinnost paliva: Optimalizované proudění vzduchu v celém rozsahu otáček může přispět k efektivnějšímu spalování paliva.
- Snížení emisí: Efektivnější spalování může vést ke snížení emisí škodlivých látek.
Nevýhody:
- Vyšší složitost a náklady: Systémy s dvěma turbodmychadly jsou složitější na výrobu a údržbu, což se promítá do vyšších pořizovacích a servisních nákladů.
- Zvýšená hmotnost: Přítomnost dvou turbodmychadel a souvisejících komponentů zvyšuje celkovou hmotnost motoru.
- Potenciální problémy s tepelnou zátěží: Dvě turba generují více tepla, což vyžaduje robustní chladicí systémy.
Přes tyto nevýhody jsou výhody sekvenčního twin-turbo přeplňování často rozhodující pro dosažení požadovaných výkonnostních parametrů u moderních nákladních automobilů.