다단 과급장치 M57TU2TOP

다단 과급장치 M57TU2TOP

09/06부터, M57TUTOP으로부터 알려진 다단 과급장치가 M57TU2에도 사용된다. E90/91 그리고 E83에는 처음으로 사용된다.

구성부품에 대한 간략한 설명

터보차저 그룹, 우측에서 본 모습

터보차저 그룹, 좌측에서 본 모습

2단 터보과급 기능의 가장 중요한 부품은 다음과 같다:

1개의 소형 터보차저

사용된 터보차저의 크기는 엔진의 작동 특성 (출력과 응답특성)에 결정적인 영향을 미친다. 소형 터보차저는 배기가스에 의해 가속되어야 하는 질량이 적기 때문에 응답특성이 매우 좋다. 과급압력은 ”가속페달을 밟을” 때 매우 빠르게 형성된다. 이를 통해 엔진은 거의 지연 없이 반응한다.

1개의 대형 터보차저

대형 터보차저의 작동특성은 다르다. ”가속페달을 밟을” 때 배기가스는 큰 질량을 가속시켜야 한다. 따라서 가속시에 터보차저와 엔진도 더 느리게 반응한다. 물론 높은 최대 출력을 원할 경우, 높은 과급압력과 흡입공기량이 필요하기 때문에, 대형 터보차저는 단면적이 더 크기 때문에 장점이 있다.

2단 터보과급을 위해, 2개의 터보차저가 직렬로 연결되어 있다. 배기가스는 먼저 소형 터빈을, 그 다음 대형 터빈을 구동시킨다. 외부공기 측면에서는 먼저 대형 컴프레서가, 그 다음 소형 컴프레서가 외부공기를 압축시킨다.

터빈-제어 플랩

터빈-제어 플랩은 대형 터빈과 소형 터빈 사이에서 배기가스의 분배를 제어한다. 터빈-제어밸브는 다이어프램셀에 의해 공압식으로 제어된다. 터빈-제어밸브는 가변적으로 제어할 수 있다. 전자 공압식 압력변환기는 다이어프램셀에 부압을 가한다.

컴프레서-바이패스 플랩

컴프레서-바이패스 밸브는 소형 컴프레서의 공기 제어식 순회를 가능하게 한다. 컴프레서-바이패스 밸브는 다이어프램셀에 의해 공압식으로 제어된다. 컴프레서-바이패스 밸브는 완전히 열리거나 또는 완전히 닫힌다. 일렉트로-스위칭밸브는 다이어프램셀에 부압을 가한다.

웨이스트 게이트-밸브

정격 출력에 도달되면, 너무 높은 과급압력을 방지하기 위해 웨이스트 게이트-밸브가 열린다. 웨이스트 게이트-밸브를 통해, 배기가스의 일부는 대형 터빈을 바이패스하게 된다. 웨이스트 게이트-밸브는 다이어프램셀에 의해 공압식으로 제어된다. 웨이스트 게이트-밸브는 가변적으로 제어할 수 있다. 전자 공압식 압력변환기는 다이어프램셀에 부압을 가한다.

DDE-컨트롤 유닛

트리거링을 위해 DDE는 더욱 더 개선되었다. DDE-컨트롤 유닛은 위에 명시된 2단 과급효과 액추에이터도 트리거링한다.

시스템 기능

터보차저의 설계를 위해, 양호한 응답특성과 높은 최대 출력 사이의 절충점을 입력해야 한다. BMW에서 사용된 가변 터빈-블레이드식 터보과급기를 통해, 1단 터보과급의 이러한 단점은 줄어들지만, 완벽하게 제거시킬 수는 없다. 다단 과급장치에서 2개의 터보차저는 함께 작동하여 최적의 작동 특성에 도달되도록 한다.

• 부하와 회전속도가 낮을 때의 기능:
  소형 컴프레서와 소형 터빈을 바이패스하는 통로는 닫혀있다. 배기가스는 먼저 소형 터빈을, 그 다음에 대형 터빈을 구동시킨다. 외부공기 측면에서는 먼저 대형 컴프레서가, 그 다음 소형 컴프레서가 외부공기를 압축시킨다.
  
• 부하와 회전속도가 중간일 때의 기능:
  회전속도가 상승함에 따라 대형 터보차저의 중요도가 증대된다. 터빈-제어밸브를 통해 배기가스는 두 터빈으로 분배된다. 터빈-제어밸브의 가변 조절을 통해 과급압력이 제어된다
  
• 부하와 회전속도가 높을 때의 기능:
  컴프레서-바이패스 밸브와 터빈-제어밸브가 완전히 열림으로써 소형 터빈과 소형 컴프레서는 바이패스되게 된다. 이를 통해 소형 터보차저가 공기의 통과를 방해하지 않기 때문에, 대형 터보차저는 많은 양의 공기를 공급할 수 있다. 압축 작업은 대형 컴프레서에서만 이루어진다.
  

부압시스템의 구조

진공분배기, 좌측에서 본 모습