Motoarele supraalimentate cu turbocompresor au devenit propulsoare standard pentru automobilele moderne. Atât motoarele diesel cât și cele pe benzină sunt turbo supraalimentate. Turbocompresorul este un dispozitiv care permite atât creșterea puterii specifice a motoarelor termice cât și reducerea consumului și a emisiilor poluante.
Pentru a beneficia cât mai mult de avantajele turbo supraalimentării se dorește o presiune cât mai mare a aerului comprimat, limitată evident de solicitările mecanice și termice. Pentru o presiune cât mai mare este nevoie de un compresor de dimensiuni relativ mari. Acest lucru este și un dezavantaj deoarece accentuează slăbiciunea motoarelor turbo supraalimentate: turbo-lag-ul (întârzierea la accelerații datorită inerției grupului turbocompresor).
O soluție la acest inconvenient o reprezintă motoarele twin turbo și cele biturbo.
Motoarele twin turbo utilizează două grupuri de turbocompresoare pentru a alimenta bancuri separate de cilindri. Aerul este comprimat o singură dată, de un singur compresor. Acest tip de supraalimentare utilizează turbocompresoare în paralel și echipează de obicei motoarele cu cilindri în V dar și pe cele cu cilindri în linie, cu un număr mai mare de cilindri (6 cilindri, BMW).
Principiul de funcționare al supraalimentării la motoarele twin turbo este același cu cel al unui motor cu turbocompresor simplu. În cazul unui motor cu 12 cilindri în V se utilizează câte un grup turbocompresor pentru a alimenta câte un banc de 6 cilindri. Avantajele utilizării acestei soluții de supraalimentare, comparativ cu soluția unui singur turbocompresor, sunt multiple: lungimea conductelor circuitului de admisie scade, turbocompresoarele au geometrie, masă și inerție mai redusă iar din acest motiv răspunsul la accelerații este mai rapid.
BMW utilizează tehnologia twin turbo și pe motoarele cu 6 cilindri în linie. Astfel, câte un turbocompresor alimentează cu aer comprimat 3 cilindri ai motorului. Avantajele sunt aceleași, turbocompresoarele sunt de dimensiuni mai reduse iar circuitul de admisie al aerului mai simplificat, răspunsul la accelerații fiind îmbunătățit.
Există motoare numite quad turbo care utilizează 4 grupuri turbocompresor. Un exemplu în acest sens este motorul ce echipează Bugatti EB110, de 3.5 litri, cu 12 cilindri în V. Acest motor antrenează 4 turbocompresoare în paralel, câte două pe fiecare banc de 6 cilindri.
Motoarele biturbo utilizează două grupuri de turbocompresoare pentru a comprima aerul în două etape. Aceste motoare se mai numesc și motoare cu turbocompresoare secvențiale (înseriate) deoarece aerul comprimat, care intră în cilindri, trece prin cele două compresoare, fiind comprimat de două ori.
Primul motor care a beneficiat de tehnologia biturbo a fost motorul diesel 1.9 CDTI care echipează Opel Vectra OPC. Motorul are o putere maximă de 212 CP și un cuplu maxim de 400 Nm disponibil la numai 1400 rot/min, fiind încadrat în normele de poluare Euro 4. Accelerația automobilului de la 0 la 100 km/h se face în 6.5 s, viteza maximă este de 250 km/h (limitată electronic) și consumul pe un ciclu mixt de 6 l/100 km.
Sistemul de supraalimentare biturbo de pe motorul 1.9 CDTI este produs de BorgWarner. Grație combinării a două unități de comprimare al aerului, motorul diesel poate fi exploatat optim atât din punct de vedere al performanțelor dinamice cât și al consumului de combustibil.
Sistemul numit R2S (Regulated 2-Stage Turbocharging) este marcă înregistrată BorgWarner. Acesta conține două turbocompresoare, de dimensiuni diferite, conectate în serie și prevazute cu sistem de control (by-pass). În componența sistemului există o turbină de presiune înaltă, de dimensiuni mai reduse (HP – high pressure) și o a doua de presiune joasa (LP – low pressure), mai mare.
- radiator de răcire (intercooler)
- supapă de deviație (bypass)
- turbocompresor presiune înaltă
- turbocompresor presiune joasă
- supapă de descărcare (waste gate)
Gazele arse evacuate din cilindri antrenează mai întâi turbina de înaltă presiune (3) și apoi turbina de joasă presiune (4). Aerul proaspăt este comprimat în prima faza de compresorul de joasa presiune și apoi de cel de înaltă presiune, după care este răcit în intercooler (1).
La turații joase ale motorului, când debitul de gaze arse este redus, supapa de deviație (2) este închisă complet. Astfel grupul turbocompresor de presiune înaltă (3) comprimă rapid și eficient aerul admis, la valoarea necesară. La creșterea turației motorului, debitul de gaze arse devine suficient pentru a antrena turbocompresorul de joasa presiune (4), procesul de comprimare al aerului fiind transferat către acesta.
Avantajele acestui sistem de supraalimentare sunt evidente: la turații joase este utilizat grupul turbocompresor de presiune înaltă (3) deoarece are dimensiuni mai reduse și implicit inerție mai mică (răspuns mai rapid la accelerații); pe măsura ce turația motorului crește intră în funcție grupul turbocompresor de presiune joasă (4), de dimensiuni mai mari, care comprimă aerul până la presiunea maximă de supraalimentare.
Cu ajutorul supapei de deviație (2) și a celei de descărcare (5) se adaptează continuu presiunea generată de cele două turbocompresoare, astfel încât presiunea aerului comprimat să fie optimă relativ la punctul de funcționare al motorului.
Sistemul de supraalimentare secvențială (biturbo) și-a dovedit eficacitatea și începe să fie utilizat din ce în ce mai des de către constructorii de automobile. Deja motoarele twin turbo și biturbo echipează automobile precum BMW, Audi, Mercedes și Opel. Pe viitor se anunță motoare biturbo la Renault și Hyundai-Kia. Acesta tehnologie este evident un pas înainte din punct de vedere al performanțelor și pe măsura ce motoarele cu un singur turbocompresor vor înlocui motoarele aspirate, acestea, la rândul lor vor fi înlocuite de motoarele biturbo.
