6 ประเภทของเทอร์โบชาร์จเจอร์ที่แตกต่างกันและข้อดีของแต่ละแบบ

อะไรคือความแตกต่างระหว่างเทอร์โบเดี่ยว, เทอร์โบคู่, ทวิน-สโครล, เรขาคณิตแปรผัน หรือแม้แต่เทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้า? ข้อดีของแต่ละแบบคืออะไร?

โลกของเทอร์โบชาร์จเจอร์มีความหลากหลายพอๆ กับรูปแบบเครื่องยนต์ มาดูรูปแบบต่างๆ กัน:

เทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้า เทอร์โบเดี่ยว

เทอร์โบชาร์จเจอร์เดี่ยวมีความแปรผันได้ไม่จำกัด การเปลี่ยนขนาดของใบพัดคอมเพรสเซอร์และกังหันจะนำไปสู่ลักษณะแรงบิดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เทอร์โบขนาดใหญ่จะให้กำลังไฟช่วงบนสูง แต่เทอร์โบขนาดเล็กจะให้แรงบิดช่วงล่างที่ดีกว่าเนื่องจากหมุนเร็วขึ้น นอกจากนี้ยังมีเทอร์โบเดี่ยวแบบลูกปืนและแบบวารสาร ลูกปืนให้แรงเสียดทานน้อยลงสำหรับคอมเพรสเซอร์และกังหันในการหมุน ดังนั้นจึงหมุนเร็วขึ้น (ในขณะที่เพิ่มต้นทุน)

• ข้อดี:

• วิธีเพิ่มกำลังและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่คุ้มค่า

• ง่าย โดยทั่วไปแล้วเป็นตัวเลือกเทอร์โบชาร์จเจอร์ที่ติดตั้งง่ายที่สุด

• ช่วยให้ใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กเพื่อผลิตกำลังไฟเท่ากับเครื่องยนต์ที่ไม่มีระบบอัดอากาศขนาดใหญ่ ซึ่งมักจะช่วยลดน้ำหนักได้

• ต้นทุนและความซับซ้อน เนื่องจากตอนนี้คุณต้องคำนึงถึงมอเตอร์ไฟฟ้าและตรวจสอบให้แน่ใจว่ายังคงเย็นเพื่อป้องกันปัญหาความน่าเชื่อถือ นั่นเป็นเรื่องเกี่ยวกับตัวควบคุมเพิ่มเติมเช่นกัน

• เทอร์โบเดี่ยวมีแนวโน้มที่จะมีช่วง RPM ที่มีประสิทธิภาพค่อนข้างแคบ ทำให้การปรับขนาดเป็นปัญหา เนื่องจากคุณจะต้องเลือกระหว่างแรงบิดช่วงล่างที่ดีหรือกำลังไฟช่วงบนที่ดีกว่า

• การตอบสนองของเทอร์โบอาจไม่รวดเร็วเท่ากับการตั้งค่าเทอร์โบแบบอื่น

2. เทอร์โบคู่

เช่นเดียวกับเทอร์โบชาร์จเจอร์เดี่ยว มีตัวเลือกมากมายเมื่อใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์สองตัว คุณอาจมีเทอร์โบชาร์จเจอร์เดี่ยวสำหรับแต่ละฝั่งของกระบอกสูบ (V6, V8, ฯลฯ) หรืออีกทางหนึ่ง อาจใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์เดี่ยวสำหรับรอบต่อนาทีต่ำและบายพาสไปยังเทอร์โบชาร์จเจอร์ขนาดใหญ่สำหรับรอบต่อนาทีสูง (I4, I6, ฯลฯ) คุณอาจมีเทอร์โบสองตัวที่มีขนาดใกล้เคียงกัน โดยใช้ตัวหนึ่งที่รอบต่อนาทีต่ำและใช้ทั้งสองตัวที่รอบต่อนาทีสูง ใน BMW X5 M และ X6 M มีการใช้เทอร์โบแบบทวิน-สโครล หนึ่งตัวในแต่ละด้านของ V8

• ข้อดี:

• สำหรับเทอร์โบคู่แบบขนานบนเครื่องยนต์รูปตัว 'V' ข้อดี (และข้อเสีย) จะคล้ายกับชุดเทอร์โบเดี่ยวมาก
• สำหรับเทอร์โบแบบเรียงลำดับหรือใช้เทอร์โบตัวเดียวที่รอบต่อนาทีต่ำและทั้งสองตัวที่รอบต่อนาทีสูง สิ่งนี้ช่วยให้มีเส้นโค้งแรงบิดที่กว้างและแบนราบมากขึ้น แรงบิดช่วงล่างที่ดีกว่า แต่กำลังไฟจะไม่ลดลงที่รอบต่อนาทีสูงเหมือนกับเทอร์โบเดี่ยวขนาดเล็ก

• ข้อเสีย:

• ต้นทุนและความซับซ้อน เนื่องจากคุณมีส่วนประกอบเทอร์โบเกือบสองเท่า
• มีวิธีที่เบากว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าในการบรรลุผลลัพธ์ที่คล้ายกัน (ดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง)

3. เทอร์โบแบบทวิน-สโครล

เทอร์โบชาร์จเจอร์แบบทวิน-สโครลดีกว่าในเกือบทุกด้านเมื่อเทียบกับเทอร์โบแบบซิงเกิล-สโครล ด้วยการใช้สองสโครล พัลส์ไอเสียจะถูกแบ่ง ตัวอย่างเช่น บนเครื่องยนต์สี่สูบ (ลำดับการจุดระเบิด 1-3-4-2) กระบอกสูบ 1 และ 4 อาจป้อนไปยังสโครลหนึ่งของเทอร์โบ ในขณะที่กระบอกสูบ 2 และ 3 ป้อนไปยังสโครลแยกกัน ทำไมสิ่งนี้ถึงเป็นประโยชน์? สมมติว่ากระบอกสูบ 1 กำลังสิ้นสุดจังหวะกำลังเมื่อลูกสูบเข้าใกล้จุดศูนย์ตายล่าง และวาล์วไอเสียเริ่มเปิด ในขณะที่สิ่งนี้เกิดขึ้น กระบอกสูบ 2 กำลังสิ้นสุดจังหวะไอเสีย ปิดวาล์วไอเสียและเปิดวาล์วไอดี แต่มีการทับซ้อนกัน ในท่อร่วมเทอร์โบแบบซิงเกิล-สโครลแบบดั้งเดิม แรงดันไอเสียจากกระบอกสูบ 1 จะรบกวนกระบอกสูบ 2 ที่ดึงอากาศบริสุทธิ์ เนื่องจากวาล์วไอเสียทั้งสองเปิดอยู่ชั่วคราว ลดแรงดันที่ไปถึงเทอร์โบและรบกวนปริมาณอากาศที่กระบอกสูบ 2 ดึงเข้ามา ด้วยการแบ่งสโครล ปัญหานี้จึงหมดไป

• ด้วยการเชื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับใบพัดคอมเพรสเซอร์โดยตรง เทอร์โบแล็กและก๊าซไอเสียที่ไม่เพียงพอสามารถกำจัดได้จริงโดยการหมุนคอมเพรสเซอร์ด้วยพลังงานไฟฟ้าเมื่อจำเป็น

• ส่งพลังงานไปยังกังหันไอเสียมากขึ้น หมายถึงกำลังไฟมากขึ้น
• ช่วง RPM ที่กว้างขึ้นของบูสต์ที่มีประสิทธิภาพเป็นไปได้ตามการออกแบบสโครลที่แตกต่างกัน
• การทับซ้อนของวาล์วมากขึ้นเป็นไปได้โดยไม่ขัดขวางการกวาดไอเสีย ซึ่งหมายถึงความยืดหยุ่นในการปรับแต่งมากขึ้น

• ต้นทุนและความซับซ้อนเมื่อเทียบกับการใช้เทอร์โบเดี่ยวหรือทวิน-สโครลแบบดั้งเดิม

• ต้องใช้รูปแบบเครื่องยนต์และการออกแบบไอเสียเฉพาะ (เช่น: I4 และ V8 ที่สามารถป้อนกระบอกสูบ 2 กระบอกสูบไปยังแต่ละสโครลของเทอร์โบ ในช่วงเวลาที่เท่ากัน)
• ต้นทุนและความซับซ้อนเมื่อเทียบกับเทอร์โบเดี่ยวแบบดั้งเดิม

เทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้าเทอร์โบชาร์จเจอร์เรขาคณิตแปรผัน (VGT)

อาจเป็นรูปแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ที่โดดเด่นที่สุด VGT มีข้อจำกัดในการผลิต (แม้ว่าจะค่อนข้างแพร่หลายในเครื่องยนต์ดีเซล) อันเป็นผลมาจากต้นทุนและข้อกำหนดด้านวัสดุแปลกใหม่ แผ่นปรับภายในเทอร์โบชาร์จเจอร์จะเปลี่ยนอัตราส่วนพื้นที่ต่อรัศมี (A/R) ให้ตรงกับ RPM ที่รอบต่อนาทีต่ำ จะใช้อัตราส่วน A/R ต่ำเพื่อเพิ่มความเร็วของก๊าซไอเสียและหมุนเทอร์โบชาร์จเจอร์อย่างรวดเร็ว เมื่อรอบเครื่องยนต์สูงขึ้น อัตราส่วน A/R จะเพิ่มขึ้นเพื่อให้การไหลเวียนของอากาศเพิ่มขึ้น ผลลัพธ์คือเทอร์โบแล็กต่ำ เกณฑ์บูสต์ต่ำ และแถบแรงบิดที่กว้างและราบรื่น

• ข้อดี:

• เส้นโค้งแรงบิดที่กว้างและแบนราบ เทอร์โบชาร์จเจอร์ที่มีประสิทธิภาพในช่วง RPM ที่กว้างมาก
• ต้องใช้เทอร์โบเพียงตัวเดียว ทำให้การตั้งค่าเทอร์โบแบบเรียงลำดับง่ายขึ้นเป็นสิ่งที่กะทัดรัดกว่า

• ข้อเสีย:
• โดยทั่วไปใช้เฉพาะในเครื่องยนต์ดีเซลที่ก๊าซไอเสียต่ำกว่า ดังนั้นแผ่นปรับจะไม่เสียหายจากความร้อน
• สำหรับการใช้งานกับน้ำมันเบนซิน ต้นทุนมักจะทำให้พวกเขาออกไป เนื่องจากต้องใช้วัสดุแปลกใหม่เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ เทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้กับ Porsche 997 แม้ว่าจะมีเครื่องยนต์เบนซิน VGT เพียงไม่กี่เครื่องยนต์เนื่องจากต้นทุนที่เกี่ยวข้อง

เทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้าเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบทวิน-สโครลแปรผัน

นี่อาจเป็นวิธีแก้ปัญหาที่เรากำลังรอคอยอยู่หรือไม่? ในขณะที่เข้าร่วม SEMA 2015 ฉันแวะไปที่บูธ BorgWarner เพื่อดูเทคโนโลยีล่าสุดในการเทอร์โบชาร์จเจอร์ ในบรรดาแนวคิดต่างๆ คือเทอร์โบแบบทวิน-สโครลแปรผันตามที่อธิบายไว้ในวิดีโอด้านบน

• ข้อดี:

• ราคาถูกกว่าอย่างมาก (ในทางทฤษฎี) เมื่อเทียบกับ VGT ทำให้เป็นกรณีที่ยอมรับได้สำหรับการเทอร์โบชาร์จเจอร์น้ำมันเบนซิน
• ช่วยให้มีเส้นโค้งแรงบิดที่กว้างและแบนราบ
• แข็งแกร่งกว่าในการออกแบบเมื่อเทียบกับ VGT ขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุ
   
• ข้อเสีย:ต้นทุนและความซับซ้อนเมื่อเทียบกับการใช้เทอร์โบเดี่ยวหรือทวิน-สโครลแบบดั้งเดิม
• เทคโนโลยีนี้เคยถูกนำมาเล่นก่อนหน้านี้ (เช่น วาล์วหมุนเร็ว) แต่ดูเหมือนว่าจะไม่ได้รับความนิยมในโลกการผลิต มีแนวโน้มที่จะมีความท้าทายเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยี
• 1.

เทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้าเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบที่จดสิทธิบัตรของ Aeristech เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์ปฏิบัติตามกฎหมายการปล่อยมลพิษในอนาคตที่เข้มงวด ในขณะเดียวกันก็ให้การตอบสนองที่ดีเยี่ยมตลอดช่วงการทำงานของเครื่องยนต์ แม้ที่รอบต่อนาทีเครื่องยนต์ต่ำและความเร็วของรถยนต์ FETT เป็นโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับการลดขนาดเครื่องยนต์อย่างมากและปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์แบบขั้นตอนเดียว

การใส่มอเตอร์ไฟฟ้าที่ทรงพลังลงในส่วนผสมช่วยขจัดข้อเสียของเทอร์โบชาร์จเจอร์เกือบทั้งหมด เทอร์โบแล็ก? หายไป ก๊าซไอเสียไม่เพียงพอ? ไม่มีปัญหา เทอร์โบไม่สามารถสร้างแรงบิดช่วงล่างได้? ตอนนี้ทำได้แล้ว! บางทีอาจเป็นเฟสต่อไปของการเทอร์โบชาร์จเจอร์สมัยใหม่ ย่อมมีข้อเสียของเส้นทางไฟฟ้าเช่นกัน

ข้อดี:

• ด้วยการเชื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับใบพัดคอมเพรสเซอร์โดยตรง เทอร์โบแล็กและก๊าซไอเสียที่ไม่เพียงพอสามารถกำจัดได้จริงโดยการหมุนคอมเพรสเซอร์ด้วยพลังงานไฟฟ้าเมื่อจำเป็น

• ด้วยการเชื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับกังหันไอเสีย พลังงานที่สูญเสียไปสามารถกู้คืนได้ (ดังที่ทำใน Formula 1)
• ช่วง RPM ที่มีประสิทธิภาพกว้างมากพร้อมแรงบิดที่สม่ำเสมอ
• ข้อเสีย:
   

• ต้นทุนและความซับซ้อน เนื่องจากตอนนี้คุณต้องคำนึงถึงมอเตอร์ไฟฟ้าและตรวจสอบให้แน่ใจว่ายังคงเย็นเพื่อป้องกันปัญหาความน่าเชื่อถือ นั่นเป็นเรื่องเกี่ยวกับตัวควบคุมเพิ่มเติมเช่นกัน

• การบรรจุและการถ่วงน้ำหนักกลายเป็นปัญหา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการเพิ่มแบตเตอรี่บนเครื่อง ซึ่งจำเป็นต้องจ่ายไฟให้กับเทอร์โบเมื่อจำเป็น
• VGT หรือทวิน-สโครลสามารถให้ประโยชน์ที่คล้ายกันมาก (แม้ว่าจะไม่อยู่ในระดับเดียวกัน) ในราคาที่ต่ำกว่ามาก