В чем разница между однотурбинными, двухтурбинными, двухпоточными, турбокомпрессорами с изменяемой геометрией и даже электрическими турбокомпрессорами? Каковы преимущества каждой конфигурации?
Мир турбонаддува имеет такое же разнообразие, как и компоновки двигателей. Давайте рассмотрим различные типы:
Электрические турбокомпрессоры Однотурбинный турбокомпрессор
Одиночные турбокомпрессоры сами по себе имеют неограниченную вариативность. Разница в размере колеса компрессора и турбины приведет к совершенно разным характеристикам крутящего момента. Большие турбины обеспечат высокую мощность на высоких оборотах, но меньшие турбины обеспечат лучшую тягу на низких оборотах, так как раскручиваются быстрее. Существуют также однотурбинные турбокомпрессоры на шарикоподшипниках и подшипниках скольжения. Шарикоподшипники обеспечивают меньшее трение для вращения компрессора и турбины, что приводит к более быстрому раскручиванию (при увеличении стоимости).
Преимущества:
Экономичный способ увеличения мощности и эффективности двигателя.
Простой, как правило, самый простой из вариантов турбонаддува для установки.
Позволяет использовать двигатели меньшего размера для получения той же мощности, что и у больших атмосферных двигателей, что часто позволяет снизить вес.
Стоимость и сложность, так как теперь необходимо учитывать электродвигатель и обеспечивать его охлаждение, чтобы предотвратить проблемы с надежностью. Это относится и к добавленным контроллерам.
Одиночные турбины, как правило, имеют довольно узкий эффективный диапазон оборотов. Это делает выбор размера проблемой, так как вам придется выбирать между хорошим крутящим моментом на низких оборотах или лучшей мощностью на высоких оборотах.
Отклик турбонаддува может быть не таким быстрым, как у альтернативных турбокомпрессоров.
2. Двухтурбинный турбокомпрессор
Как и в случае с однотурбинными турбокомпрессорами, при использовании двух турбокомпрессоров существует множество вариантов. У вас может быть один турбокомпрессор для каждого ряда цилиндров (V6, V8 и т. д.). Альтернативно, один турбокомпрессор можно использовать для низких оборотов и обходить его к большему турбокомпрессору для высоких оборотов (I4, I6 и т. д.). Вы даже можете иметь два турбокомпрессора одинакового размера, где один используется на низких оборотах, а оба используются на более высоких оборотах. На BMW X5 M и X6 M используются двухпоточные турбокомпрессоры, по одному с каждой стороны V8.
Преимущества:
Для параллельных двухтурбинных турбокомпрессоров на двигателях V-образной формы преимущества (и недостатки) очень похожи на однотурбинные конфигурации.
Для последовательных турбокомпрессоров или использования одной турбины на низких оборотах и обеих на высоких оборотах это позволяет получить гораздо более широкую, более плоскую кривую крутящего момента. Лучший крутящий момент на низких оборотах, но мощность не будет снижаться на высоких оборотах, как в случае с небольшой однотурбинной турбиной.
Недостатки:
Стоимость и сложность, так как у вас почти вдвое больше компонентов турбокомпрессора.
Существуют более легкие и эффективные способы достижения аналогичных результатов (как обсуждается ниже).
3. Двухпоточный турбокомпрессор
Двухпоточные турбокомпрессоры лучше практически во всех отношениях, чем однопоточные турбокомпрессоры. Используя два потока, импульсы выхлопа разделяются. Например, на четырехцилиндровых двигателях (порядок зажигания 1-3-4-2) цилиндры 1 и 4 могут подаваться в один поток турбокомпрессора, а цилиндры 2 и 3 - в отдельный поток. Почему это выгодно? Допустим, цилиндр 1 завершает такт сжатия, когда поршень приближается к нижней мертвой точке, и начинает открываться выпускной клапан. В то же время цилиндр 2 завершает такт выпуска, закрывая выпускной клапан и открывая впускной клапан, но есть некоторое перекрытие. В традиционном однопоточном турбоколлекторе давление выхлопных газов от цилиндра 1 будет мешать цилиндру 2 втягивать свежий воздух, так как оба выпускных клапана временно открыты, уменьшая количество давления, достигающего турбокомпрессора, и мешая количеству воздуха, которое втягивает цилиндр 2. Разделив потоки, эту проблему можно устранить.
Непосредственное подключение электродвигателя к колесу компрессора позволяет практически устранить турбояму и недостаток выхлопных газов, вращая компрессор с помощью электроэнергии при необходимости.
Больше энергии передается на выхлопную турбину, что означает больше мощности.
Возможен более широкий диапазон оборотов эффективного наддува в зависимости от конструкции различных потоков.
Возможно большее перекрытие клапанов без ухудшения очистки выхлопа, что означает большую гибкость настройки.
Стоимость и сложность по сравнению с использованием однотурбинного или традиционного двухпоточного турбокомпрессора.
Требуется определенная компоновка двигателя и конструкция выхлопной системы (например: I4 и V8, где 2 цилиндра могут подаваться в каждый поток турбокомпрессора через равные промежутки времени).
Стоимость и сложность по сравнению с традиционными однотурбинными турбокомпрессорами.
Электрические турбокомпрессорыТурбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT)
Возможно, одна из самых исключительных форм турбонаддува, VGT ограничены в производстве (хотя довольно распространены в дизельных двигателях) в результате стоимости и требований к экзотическим материалам. Внутренние лопатки внутри турбокомпрессора изменяют соотношение площади к радиусу (A/R) в соответствии с оборотами. На низких оборотах используется низкое соотношение A/R для увеличения скорости выхлопных газов и быстрого раскручивания турбокомпрессора. По мере увеличения оборотов соотношение A/R увеличивается, чтобы обеспечить увеличение потока воздуха. Результатом является низкая турбояма, низкий порог наддува и широкая и плавная полоса крутящего момента.
Преимущества:
Широкая, плоская кривая крутящего момента. Эффективный турбонаддув в очень широком диапазоне оборотов.
Требуется только одна турбина, что упрощает последовательную конфигурацию турбокомпрессора до чего-то более компактного.
Недостатки:
Обычно используется только в дизельных двигателях, где выхлопные газы имеют более низкую температуру, поэтому лопатки не будут повреждены нагревом.
Для бензиновых двигателей стоимость обычно не позволяет им использоваться, так как необходимо использовать экзотические металлы для поддержания надежности. Технология использовалась на Porsche 997, хотя бензиновых двигателей VGT очень мало из-за связанных с этим затрат.
Электрические турбокомпрессорыДвухпоточный турбокомпрессор с изменяемой геометрией
Может ли это быть решением, которого мы так долго ждали? Посетив SEMA 2015, я зашел на стенд BorgWarner, чтобы узнать о новейших разработках в области турбонаддува, среди концепций - двухпоточный турбокомпрессор с изменяемой геометрией, как описано в видео выше.
Преимущества:
Значительно дешевле (теоретически), чем VGT, что делает приемлемым вариантом для бензинового турбонаддува.
Позволяет получить широкую, плоскую кривую крутящего момента.
Более надежная конструкция по сравнению с VGT, в зависимости от выбора материала.
Недостатки:Стоимость и сложность по сравнению с использованием однотурбинного или традиционного двухпоточного турбокомпрессора.
Технология уже использовалась (например, клапан быстрого раскручивания), но, похоже, не прижилась в мире производства. Вероятно, существуют дополнительные проблемы с технологией.
1.
Электрические турбокомпрессорыЗапатентованная технология полностью электрического турбокомпрессора Aeristech - это новая перспективная технология, которая поможет производителям автомобилей соответствовать строгим будущим экологическим нормам, обеспечивая при этом отличный отклик во всем диапазоне работы двигателя, даже при низких оборотах двигателя и скорости автомобиля. FETT - идеальное решение для экстремального уменьшения размеров двигателя и повышения эффективности двигателя с использованием одноступенчатого турбокомпрессора.
Включение мощного электродвигателя в смесь устраняет практически все недостатки турбокомпрессора. Турбояма? Исчезла. Недостаточно выхлопных газов? Нет проблем. Турбокомпрессор не может обеспечить крутящий момент на низких оборотах? Теперь может! Возможно, следующий этап современного турбонаддува, несомненно, есть и недостатки электрического пути.
Преимущества:
Непосредственное подключение электродвигателя к колесу компрессора позволяет практически устранить турбояму и недостаток выхлопных газов, вращая компрессор с помощью электроэнергии при необходимости.
Подключив электродвигатель к выхлопной турбине, можно восстановить потраченную энергию (как это делается в Формуле-1).
Очень широкий эффективный диапазон оборотов с равномерным крутящим моментом во всем диапазоне.
Недостатки:
Стоимость и сложность, так как теперь необходимо учитывать электродвигатель и обеспечивать его охлаждение, чтобы предотвратить проблемы с надежностью. Это относится и к добавленным контроллерам.
Упаковка и вес становятся проблемой, особенно с добавлением бортовой батареи, которая будет необходима для подачи достаточной мощности на турбокомпрессор при необходимости.
VGT или двухпоточные турбокомпрессоры могут предложить очень похожие преимущества (хотя и не на том же уровне) за значительно меньшую стоимость.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
