Doładowanie wielosprężarkowe - od twin-turbo po Twincharger
Nie zawsze jedna sprężarka wystarczy. Producenci coraz częściej łączą je w układy - w poszukiwaniu lepszych osiągów, korzystniejszej charakterystyki silnika, czy niższego zużycia paliwa. Oto krótki przewodnik po współczesnych konstrukcjach doładowania silników spalinowych.

Turbodoładowanie równoległe (twin-turbo)
Najczęściej jest stosowane w silnikach widlastych, gdzie na każdy rząd cylindrów przypada jedna turbosprężarka. Dzięki temu przewody wydechowe mogą być krótsze, co ogranicza "turbodziurę". Każdy turbozespół jest zasilany autonomicznie, przez połowę cylindrów. Oznacza to dobre wykorzystanie energii kinetycznej spalin - cylindry są grupowane po 3 (V6, V12 przy twin-scroll) lub po 4 (V8).

Doładowanie szeregowe (wielostopniowe)
Tu spaliny z wirnika jednej turbiny trafiają na kolejną, podobnie dzieje się z powietrzem, które przechodzi kolejno przez kilka sprężarek. Doładowanie szeregowe stosowane jest gdy potrzebujemy bardzo wysokiego ciśnienia - na poziomie raczej nie spotykanym w "cywilnych" samochodach (np. 4 bary).
Czasami w ten sposób łączone są turbosprężarki ze sprężarkami mechanicznymi - w okrętowych dwusuwach sprężarka mechaniczna jest konieczna do rozruchu silnika.
Intercooler może się znajdować nie tylko za sprężarkami, ale także pomiędzy nimi (gdy są dwa lub więcej).

Zakresowe doładowanie równoległe
W tym przypadku mamy dwie turbosprężarki (lub więcej), z których przy niskich obciążeniach, pracuje tylko jedna. Dopiero przy "głębszym wciśnięciu gazu" otwiera się zawór doprowadzający spaliny do drugiej. Turbosprężarki mogą być różnych rozmiarów. Rozwiązanie to (z dwoma turbosprężarkami o stałej geometrii) jest korzystniejsze, a jednocześnie niewiele droższe od jednej turbosprężarki, ale o zmiennej geometrii kierownic spalin.
Szczególnym przypadkiem jest diesel 3.0 V6 zastosowany w Jaguarze. Tam rolę sprężarki "do niskich obciążeń" pełni duża turbosprężarka o zmiennej geometrii. Dopóki nie skorzystamy z pełnych osiągów, silnik Jaguara będzie zasilany jak słabsza jednostka z jedną sprężarką.



Turbodoładowanie szeregowo-równoległe (Variable Twin Turbo)
Opracowany przez BorgWarner system R2S składa się z dwóch różnych turbosprężarek o stałej geometrii. Pracują one przez cały czas, ale zależnie od obciążenia, odpowiednie zawory zmieniają przepływ gazów.



Przy niskich obciążeniach spaliny wpływają na wirnik małej turbiny, tam tracą większość energii. Potem przechodzą przez wirnik dużej turbiny, ostatecznie się rozprężając. Z kolei powietrze najpierw jest lekko sprężane w dużej sprężarce, a potem silnie w małej - mała część zadania należy do dużej turbosprężarki.
Przy dużych obciążeniach, gdy mniejsza turbosprężarka staje się zbyt mało wydajna, otwierają się odpowiednie zawory i obie turbosprężarki pracują równolegle.
To rozwiązanie znalazło miejsce w rzędowych silnikach Diesla, pierwszy był 3.0 R6 BMW. Trudne je natomiast zabudować w silnikach widlastych - podobno dlatego nie znalazło zastosowania w Jaguarze...
Podobnym rozwiązaniem jest układ Triturbo z Mercedesa SLK 320 CDI. Widlasty diesel jest wyposażony w trzy turbosprężarki, dwie małe po bokach i dużą w środku. Zasadniczą różnicą jest całkowite odcięcie małych turbosprężarek przy wysokich obciążeniach.

Doładowanie Twincharger
Twincharger to handlowa nazwa szeregowego układu turbosprężarki i sprężarki mechanicznej, z możliwością odłączenia tej drugiej. W przeciwieństwie do turbodoładowania szeregowo-równoległego znajduje on zastosowanie w silnikach z zapłonem iskrowym.
Pierwszym silnikiem realizującym pełną koncepcję Twincharger był Nissan MA09ERT o pojemności 930 ccm z 1988 roku. Sposób jego doładowania jest podobny do 1.4 TSI Twincharger (1390 ccm, rok 2005), różnica polega w kolejności sprężarek - u VW najpierw Roots, potem turbosprężarka, u Nissana odwrotnie.
Silnik Nissana pojawił się zbyt wcześnie, gdy technika nie była na to gotowa... Sprężarka Rootsa o dwóch prostych łopatach na wirnik i niski stopień sprężania 7,7 wyglądają dziś archaicznie i owocują jednostkowym zużyciem paliwa 347 g/kWh (obecne benzynowe turbo DI mają ok. 240 g/kWh).



Reaktywacja pomysłu, dzięki sprężarce o trzech skręconych łopatkach na wirnik i stopniowi sprężania 10 (dzięki bezpośredniemu wtryskowi), okazałą się sukcesem VW. Podobnie jak w Nissanie, intercooler i przepustnica znajdują się za układem sprężarek.
Przy niskich prędkościach obrotowych (oczywiście gdy obciążenie jest wystarczająco wysokie) powietrze przypływa najpierw przez sprężarkę Rootsa, potem przez turbosprężarkę. Przy wysokich sprzęgło elektromagnetyczne odłącza sprężarkę mechaniczną, a dodatkowy zawór otwiera kanał obejściowy - powietrze przepływa tylko przez turbosprężarkę.

Lepszy Twincharger czy Variable Twin Turbo?
Charakterystyka silnika Twincharger nie będzie lepiej wyglądać na papierze - może być nawet gorsza z uwagi na pobór mocy przez sprężarkę mechaniczną.
Diabeł tkwi w szczegółach. Taka charakterystyka nie odzwierciedla tego co się stanie po nagłym "wciśnięciu gazu". Czas skoku z np. 200 na 400 Nm przy 2000 obr/min w silniku turbodoładowanym może trwać nawet kilka sekund. Dodatkowo poniżej ok. 1500 obr/min ciśnienie doładowania będzie bardzo niskie. Wtedy do gry wchodzi też czynnik psychologiczny - kierowca wiedząc że można zgasić silnik przy ruszaniu i że posiada* on "turbodziurę" będzie utrzymywał jednostkę na wyższych obrotach. A to musi się odbić na zużyciu paliwa.
Człowiek jeżdżący samochodem z silnikiem ze sprężarką mechaniczną nie będzie miał oporów z używaniem zakresu 1000-2000 obr/min. Z kolei przy jeździe autostradowej aktywna będzie tylko turbosprężarka z korzyścią dla sprawności silnika.
Dlatego Twincharger ma zastosowanie tam, gdzie liczy się dobra reakcja na "dodanie gazu", czyli w silnikach benzynowych. W przypadku silników ZS mamy do czynienie z dużymi masami ruchomymi i zwłoka układu doładowania jest tylko jednym z głównych czynników wpływających na reakcję silnika. Stąd doładowanie szeregowo-równoległe wydaje się tu wystarczające.

Małe turbosprężarki mają co prawda niższe momenty bezwładności, ale pracują z wyższymi prędkościami obrotowymi, czyli będą podlegać wyższym przyspieszeniom kątowym. Nie zawsze, choć w większości przypadków, mniejsza turbosprężarka oznacza mniejszą "turbodziurę"... zrodlo blogspot com

Rozwiązanie jest dobre, jednakże przekłada się mocno na spalanie i zużycie paliwa. Tutaj warto to dobrze rozważyć, czy chcemy kopciucha