Co to jest twin-turbo, czyli doładowanie sekwencyjne, czyli szeregowe? [poradnik]

Turbosprężarka ma bezwładność wynikającą z masy wirnika, który trzeba rozpędzić wydalanymi przez silnik spalinami. Te muszą osiągnąć wystarczającą prędkość, adekwatną do obrotów, by turbosprężarka wytworzyła potrzebne ciśnienie. Nim zostanie ono wytworzone, silnik jest stosunkowo słaby, co nazywamy turbodziurą, będącą opóźnieniem reakcji silnika na dodanie gazu. Więcej o tym zjawisku pisałem w artykule o zmiennej geometrii turbosprężarki. Jest to bardzo proste i popularne, szczególnie w silnikach Diesla, rozwiązanie, ale i tak ograniczone wielkością turbosprężarki. Zatem by rozwinąć jeszcze wyższy moment obrotowy, stosuje się doładowanie sekwencyjne, inaczej nazywane szeregowym lub układem twin-turbo.

Najpierw mała, potem większa

Idealnie w każdym silniku byłoby mieć małą turbosprężarkę, która bardzo wcześnie odpowiada na dodanie gazu i minimalizuje zjawisko turbodziury. Jeszcze lepiej, jakby to była turbosprężarka ze zmienną geometrią. Problem jednak w tym, że mała turbosprężarka nie dałaby odpowiedniego ciśnienia doładowania przy średnich, a szczególnie wysokich obrotach. I wtedy też idealnie byłoby mieć większą turbosprężarkę, ale tylko wtedy, bo większa przy niskich obrotach miałaby za dużą bezwładność. Takim "idealnym" rozwiązaniem, czyli dwie turbosprężarki o różnej wielkości, jest właśnie układ doładowania sekwencyjnego. W odróżnieniu od układu doładowania równoległego tu obie turbosprężarki są napędzane spalinami ze wszystkich cylindrów i do wszystkich pompują powietrze.

Dzięki temu nawet stosunkowo nieduży silnik (pojemność 1,6 czy 2,0 litra) może wytworzyć bardzo duży moment obrotowy oraz moc (za sprawą dużej turbosprężarki), ale bez strat w niskiej partii obrotów dzięki małej turbosprężarce. Dobrym przykładem jest wysokoprężny silnik 1.6 CDTi Opla, który — dzięki układowi twin-turbo — wytwarza aż 350 Nm od 1500 do 2250 obr./min. Jeszcze lepszym przykładem może być 4-cylindrowy silnik Forda 2.0 TDCi z doładowaniem sekwencyjnym, który wytwarza moc 213 KM i 500 Nm momentu obrotowego. Dla porównania, jego poprzednik 3.2 TDCi — pomimo 5 cylindrów i dużo większej pojemności — wytwarza fabrycznie 200 KM mocy i 470 Nm, ale ma tylko jedną turbosprężarkę.

doładowanie Sekwencyjne czy szeregowe?

Konstruktorzy stosują dwa rodzaje doładowania sekwencyjnego. W obu rodzajach mała turbosprężarka przy niskich obrotach nie tylko zaopatruje cylindry w powietrze, ale też daje już wstępne ciśnienie do dużej turbosprężarki, która wraz ze wzrostem tego ciśnienia, adekwatnym do obrotów silnika, zaczyna wchodzić do pracy, po czym — przy pewnej granicy (zwykle powyżej 2000) — przejmuje rolę głównej turbosprężarki. I tu następuje rozdzielenie na doładowanie sekwencyjne i szeregowe, gdyż nie są to do końca zamienne określenia.

W doładowaniu sekwencyjnym, kiedy pracuje duża turbosprężarka, to mała jest "wyłączana" z układu doładowania aż do ponownego spadku obrotów. W przypadku doładowania szeregowego obie pracują razem, dzięki czemu układ doładowania szybciej odpowiada na zmianę prędkości obrotowego. Zatem doładowanie sekwencyjne jest zawsze, bo turbosprężarki pracują w sekwencjach, ale szeregowe tylko wtedy, kiedy przy wyższych obrotach wciąż pracują obie turbosprężarki.

Twin czy bi? Problem z nazewnictwem

Problem z nazewnictwem układu doładowania sekwencyjnego jest jeszcze większy niż w przypadku równoległego, ponieważ — jak napisałem wyżej — mamy doładowanie sekwencyjne i szeregowe. Ponadto producenci silników, jak choćby wyżej opisanych (Opel czy Ford), stosują nazewnictwo bi-turbo, odpowiednie dla doładowania równoległego. Nie można zatem polegać na nazwach pochodzących od producentów, by rozpoznać typ doładowania. Jedynym nazewnictwem, co do którego nie ma wątpliwości, jest doładowanie sekwencyjne i równoległe. Warto jednak zaznaczyć, że układ doładowania sekwencyjnego stosuje się zarówno w silnikach rzędowych, jak i widlastych.