Turbosprężarka Twin Scroll, czyli co? Jaka jest zasada działania tej turbiny i czym różni się od znanych nam Bi oraz Twin Turbo?

Turbosprężarki to proste urządzenia potrafiące przybierać naprawdę skomplikowane formy. Jeśli ktoś ma problem ze zdefiniowaniem, czym jest Twin Turbo i czym różni się od Bi Turbo, z pewnością nie poradzi sobie również z określeniem, czym jest Twin Scroll. A czym jest?

To aż niewiarygodne, ale pierwszy projekt turbosprężarki – urządzenia utożsamianego z nowoczesnymi silnikami samochodowymi ery downsizingu – powstał ponad 100 lat temu. I miało to miejsce w Szwajcarii, nie w Niemczech. Musiało jednak upłynąć naprawdę sporo czasu, zanim pierwsza turbosprężarka została zastosowana w samochodzie osobowym. I nadal nie było to samochód niemiecki, lecz amerykański. Niemcy, a konkretnie BMW, zainteresowali się turbosprężarkami dopiero na początku lat 70. ubiegłego wieku, pokazując, w jaki sposób można skrócić czas niezbędny na przyśpieszenie od 0 do 100 km z 9,2 sekundy do 6,9. Europa, ze swoimi małymi, ekologicznymi samochodami, z miejsca zakochała się w turbosprężarkach. Obecnie stosowane są w bardzo wielu modelach aut, zarówno wyposażonych w duże silniki w układzie V, jaki i w małe jednostki downsizingowe. Dodatnie turbo do silnika zapewnia o wiele większą dynamikę, bez konieczności zwiększania objętości motoru. Jest to więc rozwiązanie praktyczne i – co w Europie jest bardzo ważne – ekologiczne. Niestety, klasyczna turbosprężarka ma też swoje słabe strony, jak choćby słynna turbodziura czyli moment „przestoju” w doładowaniu, potrzebny na rozkręcenie się turbiny do pełnej mocy. Problem ten konstruktorzy samochodów starają się rozwiązać na 3 szczególnie popularne obecnie sposoby, którymi są:

1. turbosprężarki w układzie Twin Turbo
2. turbosprężarki w układzie Bi Turbo
3. turbosprężarki Twin Scroll.

Czym różnią się od siebie te rozwiązania i dlaczego nie należy traktować powyższych nazw, jak synonimów?

Twin Turbo oraz Bi Turbo, czyli wstęp do zrozumienia zasady działania turbosprężarek Twin Scroll

Klasyczne, duże i ciężkie turbosprężarki odznaczają się sporą tzw. bezwładnością. Co to znaczy? Mniej więcej tyle, że potrzebują nieco czasu na rozkręcenie się do poziomu, przy którym są w stanie zapewnić silnikowi (a więc i kierowcy) odpowiednie doładowanie. Czas, jaki taka turbosprężarka potrzebuje na osiągnięcie maksimum mocy, pozornie wydaje się niewielki. Niestety, w rzeczywistości jest to na tyle długo, że powstaje słynny już efekt turbodziury, czyli braku doładowania lub niedostatecznego doładowania w momencie, w którym silnik tego doładowania potrzebuje. A każda turbodziura to niedostatek mocy, co może być zjawiskiem wręcz groźnym (choćby przy manewrze wyprzedzania). Jak rozwiązać ten problem? Można zamiast jednej turbosprężarki, użyć dwóch. I tak też zrobione zarówno w przypadku Twin Turbo, jak i Bi Turbo. Różnica pomiędzy oboma rozwiązaniami jest jednak taka, że:

• Twin Turbo to układ dwóch turbosprężarek działających sekwencyjnie – mniejszej i większej – z których ta mniejsza odpowiada za doładowanie w niższej partii obrotów, a większa za doładowanie od średniej partii do końca zakresu obrotów silnika;
• Bi Tutbo tu układ dwóch małych turbosprężarek działających równolegle – obu o tych samych parametrach – z których każda turbina zasila przyporządkowaną sobie grupę cylindrów w układzie V.

Oba te rozwiązania oznaczają szybsze zasilenie silnika odpowiednią ilością powietrza, a więc zniwelowanie niechcianego efektu turbodziury. Dlaczego konstruktorzy nie poprzestali na tych rozwiązaniach i stworzyli turbosprężarkę Twin Scroll? Być może dlatego, że w układzie Twin oraz Bi Turbo mamy do czynienia z dwoma turbosprężarkami, a dwie turbosprężarki to wyższy koszt produkcji, wymiany i naprawy. Tymczasem Twin Scroll to jedna turbosprężarka działająca tak, jakby były ich dwie. Jak to możliwe?

Jak działa turbosprężarka w układzie Twin Scroll i na czym polega jej przewaga nad innymi wersjami turbo?

Żaden z wyżej opisanych układów turbodoładowania, a więc Twin Turbo oraz Bi Turbo, nie jest w stanie usunąć wady typowej dla silników czterosuwowych. Chodzi tu o cykl pracy i charakterystykę pracy rozrządu zaworów. W silnikach tych dwie pary tłoków pracują naprzemiennie (gdy jedna para jest na górze, druga ustawia się w pozycji wyjściowej), co oznacza pulsacyjny napływ spalin zasilających turbosprężarkę. Pulsacje te zakłócają płynność przepływu gazów, obniżają efektywność turbiny i opóźniają jej reakcję. Problem ten twórcy Twin Scroll postanowili rozwiązać zmianą w kolektorze wydechowym, rozdzieleniem go na dwa kanały, z których jeden obsługuje cylindry wewnętrze, drugi zaś zewnętrzne. Kanały te różnią się dodatkowo przekrojem i kształtem, a formowane są w taki sposób, aby:

• kanał węższy dbał o dużą prędkość przepływu spalin przy małych obrotach,
• kanał szerszy zapewniał odpowiedni przepływ gazów przy obrotach w zakresie średnim, do maksymalnego włącznie.

W ten prosty sposób konstruktorzy zapewnili jednostce napędowej ciągły, niepulsacyjny przepływ gazów, łącząc de facto dwa zakłócające się strumienie spalin w jeden mocny ciąg o odpowiednim ciśnieniu. Twin Scroll eliminuje w dużym stopniu efekt turbodziury, przyśpiesza działanie turbosprężarki, poprawia płynność zasilania jednostki napędowej sprężonym powietrzem i – co nie jest bez znaczenia – pozwala ograniczyć się do pojedynczego podzespołu. Zamiast więc płacić za dwie turbosprężarki, płacimy za jedną. Teraz już tylko pozostaje o nią należycie dbać.