۶ نوع مختلف توربوشارژر و مزایای هر پیکربندی

تفاوت بین توربوشارژرهای تک، دوقلو، دوقلو-اسکرول، هندسه متغیر، یا حتی الکتریکی چیست؟ مزایای هر تنظیم چیست؟

دنیای توربوشارژینگ به اندازه چیدمان موتورها تنوع دارد. بیایید نگاهی به سبک های مختلف بیندازیم:

توربوشارژرهای الکتریکی توربوشارژر تک

توربوشارژرهای تک به تنهایی دارای تنوع نامحدودی هستند. متفاوت بودن اندازه چرخ کمپرسور و توربین منجر به ویژگی های گشتاور کاملاً متفاوتی می شود. توربوهای بزرگ قدرت بالایی را به ارمغان می آورند، اما توربوهای کوچکتر گشتاور بهتری در دور پایین ارائه می دهند زیرا سریعتر اسپول می شوند. همچنین توربوهای تک بلبرینگی و ژورنالی وجود دارد. بلبرینگ ها اصطکاک کمتری را برای چرخش کمپرسور و توربین فراهم می کنند، بنابراین سریعتر اسپول می شوند (در حالی که هزینه را افزایش می دهند).

• مزایا:

• راهی مقرون به صرفه برای افزایش قدرت و راندمان موتور.

• ساده، به طور کلی آسان ترین گزینه های توربوشارژینگ برای نصب.

• امکان استفاده از موتورهای کوچکتر برای تولید همان قدرت موتورهای بزرگتر با تنفس طبیعی، که اغلب می تواند وزن را کاهش دهد.

• هزینه و پیچیدگی، زیرا اکنون باید موتور الکتریکی را در نظر بگیرید و اطمینان حاصل کنید که خنک می ماند تا از مشکلات قابلیت اطمینان جلوگیری شود. این برای کنترلرهای اضافه شده نیز صدق می کند.

• توربوهای تک تمایل به محدوده RPM موثر نسبتاً باریکی دارند. این باعث می شود اندازه گیری یک مشکل باشد، زیرا شما باید بین گشتاور خوب در دور پایین یا قدرت بهتر در دور بالا انتخاب کنید.

• پاسخ توربو ممکن است به سرعت تنظیمات توربوی جایگزین نباشد.

2. توربوشارژر دوقلو

درست مانند توربوشارژرهای تک، گزینه های زیادی هنگام استفاده از دو توربوشارژر وجود دارد. شما می توانید یک توربوشارژر برای هر بانک سیلندر (V6، V8 و غیره) داشته باشید. از طرف دیگر، می توان از یک توربوشارژر برای دور پایین و بای پس به یک توربوشارژر بزرگتر برای دور بالا (I4، I6 و غیره) استفاده کرد. شما حتی می توانید دو توربوی با اندازه مشابه داشته باشید که یکی در دور پایین استفاده می شود و هر دو در دور بالا استفاده می شوند. در BMW X5 M و X6 M، از توربوهای دوقلو-اسکرول استفاده می شود، یکی در هر طرف V8.

• مزایا:

• برای توربوهای دوقلوی موازی در موتورهای 'V' شکل، مزایا (و معایب) بسیار شبیه به تنظیمات توربوی تک است.
• برای توربوهای متوالی یا استفاده از یک توربو در دور پایین و هر دو در دور بالا، این امکان را برای یک منحنی گشتاور بسیار وسیع تر و مسطح تر فراهم می کند. گشتاور بهتر در دور پایین، اما قدرت در دور بالا مانند یک توربوی تک کوچک کاهش نمی یابد.

• معایب:

• هزینه و پیچیدگی، زیرا شما تقریباً دو برابر اجزای توربو را دارید.
• راه های سبک تر و کارآمدتری برای دستیابی به نتایج مشابه وجود دارد (همانطور که در زیر بحث شد).

3. توربوشارژر دوقلو-اسکرول

توربوشارژرهای دوقلو-اسکرول تقریباً از هر نظر بهتر از توربوهای تک-اسکرول هستند. با استفاده از دو اسکرول، پالس های اگزوز تقسیم می شوند. به عنوان مثال، در موتورهای چهار سیلندر (ترتیب احتراق 1-3-4-2)، سیلندرهای 1 و 4 ممکن است به یک اسکرول توربو تغذیه شوند، در حالی که سیلندرهای 2 و 3 به یک اسکرول جداگانه تغذیه می شوند. چرا این مفید است؟ بیایید فرض کنیم سیلندر 1 در حال پایان دادن به ضربه قدرت خود است زیرا پیستون به نقطه مرگ پایین نزدیک می شود و سوپاپ اگزوز شروع به باز شدن می کند. در حالی که این اتفاق می افتد، سیلندر 2 در حال پایان دادن به ضربه اگزوز است، سوپاپ اگزوز را می بندد و سوپاپ ورودی را باز می کند، اما مقداری همپوشانی وجود دارد. در یک منیفولد توربوی تک-اسکرول سنتی، فشار اگزوز از سیلندر 1 با سیلندر 2 در جذب هوای تازه تداخل خواهد داشت، زیرا هر دو سوپاپ اگزوز موقتاً باز هستند، که باعث کاهش میزان فشاری می شود که به توربو می رسد و در میزان هوایی که سیلندر 2 جذب می کند، تداخل ایجاد می کند. با تقسیم اسکرول ها، این مشکل از بین می رود.

• با اتصال مستقیم یک موتور الکتریکی به چرخ کمپرسور، تاخیر توربو و گازهای خروجی ناکافی را می توان عملاً با چرخاندن کمپرسور با نیروی الکتریکی در صورت نیاز از بین برد.

• انرژی بیشتری به توربین اگزوز ارسال می شود، به این معنی که قدرت بیشتری وجود دارد.
• محدوده RPM وسیع تری از بوست موثر بر اساس طرح های مختلف اسکرول امکان پذیر است.
• همپوشانی سوپاپ بیشتر بدون مانع شدن از جاروب اگزوز امکان پذیر است، به این معنی که انعطاف پذیری تنظیم بیشتری وجود دارد.

• هزینه و پیچیدگی در مقابل استفاده از یک توربوی تک یا دوقلو-اسکرول سنتی.

• به یک طرح موتور و طراحی اگزوز خاص نیاز دارد (به عنوان مثال: I4 و V8 که در آن 2 سیلندر را می توان با فواصل مساوی به هر اسکرول توربو تغذیه کرد).
• هزینه و پیچیدگی در مقابل توربوهای تک سنتی.

توربوشارژرهای الکتریکیتوربوشارژر هندسه متغیر (VGT)

شاید یکی از استثنایی ترین اشکال توربوشارژینگ، VGT ها به دلیل هزینه و الزامات مواد عجیب و غریب، در تولید محدود هستند (اگرچه در موتورهای دیزلی نسبتاً رایج هستند). پره های داخلی در داخل توربوشارژر نسبت سطح به شعاع (A/R) را برای مطابقت با RPM تغییر می دهند. در دور پایین، از نسبت A/R کم برای افزایش سرعت گازهای خروجی و سریعتر اسپول کردن توربوشارژر استفاده می شود. با افزایش دور موتور، نسبت A/R افزایش می یابد تا امکان افزایش جریان هوا فراهم شود. نتیجه این است که تاخیر توربو کم، آستانه بوست کم و یک باند گشتاور وسیع و صاف است.

• مزایا:

• منحنی گشتاور وسیع و مسطح. توربوشارژینگ موثر در یک محدوده RPM بسیار وسیع.
• فقط به یک توربو نیاز دارد، که یک تنظیم توربوی متوالی را به چیزی جمع و جورتر تبدیل می کند.

• معایب:
• معمولاً فقط در کاربردهای دیزلی استفاده می شود که در آن گازهای خروجی کمتر هستند، بنابراین پره ها توسط گرما آسیب نمی بینند.
• برای کاربردهای بنزینی، هزینه معمولاً آنها را حذف می کند زیرا فلزات عجیب و غریب باید برای حفظ قابلیت اطمینان استفاده شوند. این فناوری در پورشه 997 استفاده شده است، اگرچه موتورهای بنزینی VGT بسیار کمی به دلیل هزینه های مرتبط وجود دارد.

توربوشارژرهای الکتریکیتوربوشارژر دوقلو-اسکرول متغیر

آیا این می تواند راه حلی باشد که ما منتظرش بودیم؟ در حالی که در SEMA 2015 شرکت می کردم، در غرفه BorgWarner توقف کردم تا به آخرین فناوری های توربوشارژینگ نگاهی بیندازم، از جمله مفاهیم، توربوی دوقلو-اسکرول متغیر است که در ویدیوی بالا توضیح داده شده است.

• مزایا:

• به طور قابل توجهی ارزان تر (از نظر تئوری) از VGT ها، بنابراین یک مورد قابل قبول برای توربوشارژینگ بنزینی ایجاد می کند.
• امکان یک منحنی گشتاور وسیع و مسطح را فراهم می کند.
• طراحی قوی تر در مقابل VGT، بسته به انتخاب مواد.
   
• معایب:هزینه و پیچیدگی در مقابل استفاده از یک توربوی تک یا دوقلو-اسکرول سنتی.
• این فناوری قبلاً مورد آزمایش قرار گرفته است (به عنوان مثال: سوپاپ اسپول سریع) اما به نظر نمی رسد در دنیای تولید فراگیر شود. احتمالاً چالش های اضافی با این فناوری وجود دارد.
• 1.

توربوشارژرهای الکتریکیفناوری توربوشارژر تمام الکتریکی ثبت شده Aeristech یک فناوری جدید است که به تولیدکنندگان خودرو کمک می کند تا با ارائه پاسخ عالی در سراسر محدوده عملکرد موتور، حتی در دور موتور پایین و سرعت خودرو، با قوانین سختگیرانه انتشار آینده مطابقت داشته باشند. FETT راه حل نهایی برای کوچک سازی شدید موتور و بهبود راندمان موتور با استفاده از یک توربوشارژر تک مرحله ای است.

انداختن یک موتور الکتریکی قدرتمند در این ترکیب تقریباً تمام معایب یک توربوشارژر را از بین می برد. تاخیر توربو؟ از بین رفت. گازهای خروجی کافی نیست؟ مشکلی نیست. توربو نمی تواند گشتاور دور پایین تولید کند؟ اکنون می تواند! شاید مرحله بعدی توربوشارژینگ مدرن، بدون شک معایبی نیز در مسیر الکتریکی وجود دارد.

مزایا:

• با اتصال مستقیم یک موتور الکتریکی به چرخ کمپرسور، تاخیر توربو و گازهای خروجی ناکافی را می توان عملاً با چرخاندن کمپرسور با نیروی الکتریکی در صورت نیاز از بین برد.

• با اتصال یک موتور الکتریکی به توربین اگزوز، می توان انرژی تلف شده را بازیابی کرد (همانطور که در فرمول 1 انجام می شود).
• یک محدوده RPM موثر بسیار وسیع با گشتاور یکنواخت در سراسر.
• معایب:
   

• هزینه و پیچیدگی، زیرا اکنون باید موتور الکتریکی را در نظر بگیرید و اطمینان حاصل کنید که خنک می ماند تا از مشکلات قابلیت اطمینان جلوگیری شود. این برای کنترلرهای اضافه شده نیز صدق می کند.

• بسته بندی و وزن به یک مشکل تبدیل می شود، به خصوص با اضافه شدن یک باتری در داخل، که برای تامین نیروی کافی به توربو در صورت نیاز ضروری خواهد بود.
• VGT ها یا دوقلو-اسکرول ها می توانند مزایای بسیار مشابهی (اگرچه نه در همان سطح) با هزینه ای به طور قابل توجهی کمتر ارائه دهند.