Silnik 4,4l Twin Turbo w BMW M5 - jak działa?

W 2008 roku koncern BMW zaprezentował pierwszy na świecie seryjny silnik V8 Twin Turbo (N62), w którym turbosprężarki usytuowane są centralnie pomiędzy dwoma rzędami cylindrów. W ten sposób uzyskano bardziej kompaktowy blok silnika, przez co obniżeniu uległa zarówno jego masa jak i straty ciśnienia miedzy stroną ssącą a wydechową. Rozwinięciem tego pomysłu stanowi jednostka występująca w najmocniejszym obecnie sedanie bawarskiego producenta, modelu M5. Inżynierowie BMW, konstruując nowy silnik S63TU wzorowali się na jego protoplaście (N62). Postanowili wykorzystać dostępną przestrzeń pod turbosprężarkami i zaprojektowali w tym miejscu innowacyjne rozwiązanie - krzyżowy kolektor wydechowy.

Zobacz też: Jakie mogą być przyczyny wysokiego spalania w dieslu?

Na czym polega jego innowacyjność? W klasycznym silniku V8 jego gazy wylotowe wywołują przyjemny dla ucha "bulgot". Niewiele osób wie, że w rzeczywistości dźwięk ten powodowany jest ich nierównomiernym przepływem. Pracujący w cylindrze tłok w jednej chwili generuje bardzo wysokie ciśnienie gazów wylotowych, by po chwili doszło do jego gwałtownego obniżenia, łącznie z efektem wytworzenia się podciśnienia. W silniku z turbosprężarką takie zjawisko bardzo przeszkadza, bowiem turbina otrzymuje do swego napędu gazy o nierównomiernym ciśnieniu. Część energii gazów wylotowych z jednego cylindra zostaje obniżona przez podciśnienie wytworzone przez inny cylinder.

Zobacz też: Konstrukcje silników spalinowych stosowanych w samochodach

Cała praca skupiła się na wyeliminowaniu tego problemu poprzez dążenie do idealnego zsynchronizowania zapłonu oraz zoptymalizowaniu przepływu spalin do turbin. Sposób połączenia ze sobą konkretnych cylindrów kolektorem krzyżowym, uwzględnia kolejność w jakiej dochodzi w nich do zapłonu. W konstrukcji obu turbosprężarek, BMW zastosowało rozwiązanie typu Twin Scroll, polegające na tym, że do każdej turbiny doprowadzone są dwa kanały zasilające je w gazy spalinowe silnika. W ośmiocylindrowym silniku S63TU, każdy kanał zasilany jest z dwóch cylindrów. Wzorcowa sytuacja zakłada, że turbina znajdującą się przy prawej głowicy (cylindry 1-4) zasilana jest przez kolektory łączące cylindry 1/6 i 4/7, natomiast druga turbina napędzana jest gazami z kolektorów odpowiedzialnych za cylindry 2/8 i 3/5.

Co pół obrotu wału (co 180° jego obrotu) każda z turbin otrzymuje porcję gazów spalinowych powstałych w wyniku spalania paliwa w cylindrach. Sekwencja zapłonu wg cylindrów jest typowa dla silnika V8: 1-5-4-8-6-3-7-2. Pełny cykl silnika 4-suwowego to dwa obroty wału, jednak odpowiednio ustalona kolejność zapłonu paliwa w cylindrach oraz ich połączenie ze sobą, zapewnia równomierny dopływ gazów spalinowych do turbin. W rezultacie turbosprężarki są stale aktywne, dzięki czemu szybciej dochodzi do sprężania przez nie powietrza atmosferycznego. Zasysane jest ono do każdej sprężarki poprzez osobne filtry powietrza. Następnie sprężone, wędruje do dwóch intercoolerów znajdujących przy każdej z głowic z przodu silnika. W nich zostaje schłodzone i trafia do kolektorów dolotowych, a stamtąd bezpośrednio do komór spalania.

Zobacz też: Konsekwencje jazdy na wysokich i niskich obrotach silnika

Warto zauważyć, że BMW opracowując nowy silnik S63TU, skupiło się na wyeliminowaniu zjawiska tzw. „turbodziury”.  Jednostka napędowa osiąga maksymalny moment obrotowy wynoszący 680Nm już przy 1500obr./min. i nie zmienia się on aż do 5750obr./min. Parametry te świadczą, że praktycznie wyeliminowano problem trapiący dawne turbodoładowane silniki, czyli bezwładność turbiny. Przyczynił się do tego przede wszystkim krzyżowy kolektor wydechowy, który zapewnia równomierny i jednolity przepływu spalin do obu turbosprężarek. W połączeniu z dwiema turbosprężarkami typu Twin Scroll, oba rozwiązania wraz z odpowiednio z synchronizowanym zapłonem,umożliwiły z jednej strony podnieść moc 4,4-litrowego silnika V8, a z drugiej poprawiły jego wydajność. Brak konieczności stosowania wysokich obrotów w celu rozpędzenia turbin przełożył się na niższe spalanie jednostki.

BMW X6 3.0 nawet 35000 rabatu! Sprawdź teraz!