6 Loại Bộ Tăng Áp Khác Nhau và Ưu Điểm của Từng Thiết Lập

Sự khác biệt giữa bộ tăng áp đơn, kép, cuộn kép, hình học thay đổi, hoặc thậm chí là bộ tăng áp điện là gì? Ưu điểm của từng thiết lập là gì?

Thế giới tăng áp có nhiều sự đa dạng như các bố cục động cơ. Hãy cùng xem xét các kiểu khác nhau:

Bộ tăng áp điệnTurbo đơn

Bản thân bộ tăng áp đơn có sự thay đổi vô hạn. Việc khác biệt về kích thước bánh xe máy nén và tuabin sẽ dẫn đến các đặc tính mô-men xoắn hoàn toàn khác nhau. Turbo lớn sẽ mang lại công suất cao ở dải trên, nhưng turbo nhỏ hơn sẽ cung cấp khả năng kéo ở dải thấp tốt hơn vì chúng tăng tốc nhanh hơn. Ngoài ra còn có turbo đơn ổ bi và ổ trục. Vòng bi cung cấp ít ma sát hơn để máy nén và tuabin quay, do đó tăng tốc nhanh hơn (đồng thời làm tăng chi phí).

• Ưu điểm:

• Cách hiệu quả về chi phí để tăng công suất và hiệu quả của động cơ.

• Đơn giản, thường là tùy chọn tăng áp dễ cài đặt nhất.

• Cho phép sử dụng động cơ nhỏ hơn để tạo ra cùng công suất như động cơ hút khí tự nhiên lớn hơn, điều này thường có thể giảm trọng lượng.

• Chi phí và độ phức tạp, vì giờ đây bạn phải tính đến động cơ điện và đảm bảo nó luôn mát để tránh các vấn đề về độ tin cậy. Điều đó cũng áp dụng cho các bộ điều khiển được thêm vào.

• Turbo đơn có xu hướng có dải vòng/phút hiệu quả khá hẹp. Điều này gây ra vấn đề về kích thước, vì bạn sẽ phải lựa chọn giữa mô-men xoắn ở dải thấp tốt hoặc công suất ở dải cao tốt hơn.

• Phản ứng của turbo có thể không nhanh bằng các thiết lập turbo thay thế.

2. Turbo kép

Giống như bộ tăng áp đơn, có rất nhiều lựa chọn khi sử dụng hai bộ tăng áp. Bạn có thể có một bộ tăng áp cho mỗi hàng xi-lanh (V6, V8, v.v.). Ngoài ra, một bộ tăng áp có thể được sử dụng cho vòng/phút thấp và bỏ qua bộ tăng áp lớn hơn cho vòng/phút cao (I4, I6, v.v.). Bạn thậm chí có thể có hai turbo có kích thước tương tự nhau, trong đó một turbo được sử dụng ở vòng/phút thấp và cả hai đều được sử dụng ở vòng/phút cao hơn. Trên BMW X5 M và X6 M, turbo cuộn kép được sử dụng, một chiếc ở mỗi bên của V8.

• Ưu điểm:

• Đối với turbo kép song song trên động cơ hình chữ 'V', những lợi ích (và nhược điểm) rất giống với thiết lập turbo đơn.
• Đối với turbo tuần tự hoặc sử dụng một turbo ở vòng/phút thấp và cả hai ở vòng/phút cao, điều này cho phép đường cong mô-men xoắn rộng hơn, bằng phẳng hơn. Mô-men xoắn ở dải thấp tốt hơn, nhưng công suất sẽ không giảm ở vòng/phút cao như với turbo đơn nhỏ.

• Nhược điểm:

• Chi phí và độ phức tạp, vì bạn có gần gấp đôi các thành phần turbo.
• Có những cách nhẹ hơn, hiệu quả hơn để đạt được kết quả tương tự (như đã thảo luận dưới đây).

3. Turbo cuộn kép

Turbo cuộn kép tốt hơn về mọi mặt so với turbo cuộn đơn. Bằng cách sử dụng hai cuộn, các xung khí thải được chia nhỏ. Ví dụ, trên động cơ bốn xi-lanh (thứ tự nổ 1-3-4-2), xi-lanh 1 và 4 có thể cấp cho một cuộn của turbo, trong khi xi-lanh 2 và 3 cấp cho một cuộn riêng biệt. Tại sao điều này lại có lợi? Giả sử xi-lanh 1 đang kết thúc hành trình công suất khi piston đến gần điểm chết dưới và van xả bắt đầu mở. Trong khi điều này đang xảy ra, xi-lanh 2 đang kết thúc hành trình xả, đóng van xả và mở van nạp, nhưng có một số chồng chéo. Trong một ống góp turbo cuộn đơn truyền thống, áp suất xả từ xi-lanh 1 sẽ cản trở xi-lanh 2 hút không khí trong lành vì cả hai van xả đều tạm thời mở, làm giảm lượng áp suất đến turbo và cản trở lượng không khí xi-lanh 2 hút vào. Bằng cách chia các cuộn, vấn đề này được loại bỏ.

• Bằng cách kết nối trực tiếp một động cơ điện với bánh xe máy nén, độ trễ turbo và khí thải không đủ có thể được loại bỏ gần như bằng cách quay máy nén bằng điện khi cần thiết.

• Nhiều năng lượng hơn được gửi đến tuabin xả, có nghĩa là nhiều công suất hơn.
• Có thể có dải vòng/phút hiệu quả rộng hơn dựa trên các thiết kế cuộn khác nhau.
• Có thể có nhiều độ chồng chéo van hơn mà không cản trở việc quét xả, có nghĩa là linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh.

• Chi phí và độ phức tạp so với việc sử dụng turbo đơn hoặc cuộn kép truyền thống.

• Yêu cầu bố cục động cơ và thiết kế ống xả cụ thể (ví dụ: I4 và V8, trong đó 2 xi-lanh có thể được cấp cho mỗi cuộn của turbo, ở các khoảng thời gian đều nhau).
• Chi phí và độ phức tạp so với turbo đơn truyền thống.

Bộ tăng áp điệnBộ tăng áp hình học thay đổi (VGT)

Có lẽ là một trong những dạng tăng áp đặc biệt nhất, VGT bị hạn chế sản xuất (mặc dù khá phổ biến trong động cơ diesel) do chi phí và yêu cầu về vật liệu kỳ lạ. Các cánh bên trong bộ tăng áp làm thay đổi tỷ lệ diện tích trên bán kính (A/R) để phù hợp với vòng/phút. Ở vòng/phút thấp, tỷ lệ A/R thấp được sử dụng để tăng tốc độ khí thải và tăng tốc bộ tăng áp nhanh chóng. Khi vòng tua máy tăng lên, tỷ lệ A/R tăng lên để cho phép tăng lưu lượng gió. Kết quả là độ trễ turbo thấp, ngưỡng tăng áp thấp và dải mô-men xoắn rộng và mượt mà.

• Ưu điểm:

• Đường cong mô-men xoắn rộng, bằng phẳng. Tăng áp hiệu quả ở dải vòng/phút rất rộng.
• Chỉ yêu cầu một turbo duy nhất, đơn giản hóa thiết lập turbo tuần tự thành một thứ nhỏ gọn hơn.

• Nhược điểm:
• Thông thường chỉ được sử dụng trong các ứng dụng diesel, nơi khí thải thấp hơn nên các cánh sẽ không bị hư hại do nhiệt.
• Đối với các ứng dụng xăng, chi phí thường khiến chúng không được sử dụng vì phải sử dụng kim loại kỳ lạ để duy trì độ tin cậy. Công nghệ này đã được sử dụng trên Porsche 997, mặc dù có rất ít động cơ xăng VGT tồn tại do chi phí liên quan.

Bộ tăng áp điệnBộ tăng áp cuộn kép thay đổi

Đây có thể là giải pháp mà chúng ta đang chờ đợi? Trong khi tham dự SEMA 2015, tôi đã dừng lại tại gian hàng BorgWarner để tìm hiểu về những tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực tăng áp, trong số các khái niệm là turbo cuộn kép thay đổi như được mô tả trong video ở trên.

• Ưu điểm:

• Rẻ hơn đáng kể (về lý thuyết) so với VGT, do đó tạo ra một trường hợp chấp nhận được đối với việc tăng áp xăng.
• Cho phép đường cong mô-men xoắn rộng, bằng phẳng.
• Thiết kế chắc chắn hơn so với VGT, tùy thuộc vào việc lựa chọn vật liệu.
   
• Nhược điểm:Chi phí và độ phức tạp so với việc sử dụng turbo đơn hoặc cuộn kép truyền thống.
• Công nghệ này đã được thử nghiệm trước đây (ví dụ: van tăng tốc nhanh) nhưng dường như không được áp dụng trong thế giới sản xuất. Có thể có những thách thức bổ sung với công nghệ này.
• 1.

Bộ tăng áp điệnCông nghệ bộ tăng áp điện đầy đủ được cấp bằng sáng chế của Aeristech là một công nghệ cho phép mới sẽ giúp các nhà sản xuất xe đáp ứng luật pháp về khí thải nghiêm ngặt trong tương lai đồng thời mang lại phản ứng tuyệt vời trong toàn bộ phạm vi hoạt động của động cơ, ngay cả ở vòng/phút động cơ thấp và tốc độ xe. FETT là giải pháp tối ưu để giảm kích thước động cơ cực độ và cải thiện hiệu quả động cơ bằng cách sử dụng bộ tăng áp một giai đoạn.

Việc đưa một động cơ điện mạnh mẽ vào hỗn hợp sẽ loại bỏ gần như tất cả các nhược điểm của bộ tăng áp. Độ trễ turbo? Đã biến mất. Không đủ khí thải? Không vấn đề gì. Turbo không thể tạo ra mô-men xoắn ở dải thấp? Bây giờ nó có thể! Có lẽ là giai đoạn tiếp theo của việc tăng áp hiện đại, chắc chắn cũng có những nhược điểm của con đường điện.

Ưu điểm:

• Bằng cách kết nối trực tiếp một động cơ điện với bánh xe máy nén, độ trễ turbo và khí thải không đủ có thể được loại bỏ gần như bằng cách quay máy nén bằng điện khi cần thiết.

• Bằng cách kết nối một động cơ điện với tuabin xả, năng lượng bị lãng phí có thể được thu hồi (như đã thực hiện trong Công thức 1).
• Dải vòng/phút hiệu quả rất rộng với mô-men xoắn đều nhau.
• Nhược điểm:
   

• Chi phí và độ phức tạp, vì giờ đây bạn phải tính đến động cơ điện và đảm bảo nó luôn mát để tránh các vấn đề về độ tin cậy. Điều đó cũng áp dụng cho các bộ điều khiển được thêm vào.

• Việc đóng gói và trọng lượng trở thành một vấn đề, đặc biệt là với việc bổ sung pin trên bo mạch, điều này sẽ cần thiết để cung cấp đủ năng lượng cho turbo khi cần thiết.
• VGT hoặc cuộn kép có thể mang lại những lợi ích rất tương tự (mặc dù không ở cùng một mức) với chi phí thấp hơn đáng kể.