in ,

Nạp cưỡng bức – Tăng áp cho động cơ đốt trong – Phần 4: Turbo Tăng áp

Turbo tăng áp, thường được gọi là turbo hay bộ tăng áp (bản chất là máy nén ly tâm), là một thiết bị nạp cảm ứng cưỡng bức, được dẫn động bằng tuabin nhận năng lượng từ khí xả, giúp tăng công suất của động cơ đốt trong bằng cách đưa thêm không khí nén vào buồng đốt. Sự cải tiến này so với công suất của động cơ hút khí tự nhiên là do máy nén có thể đẩy nhiều không khí hơn – và tương ứng với đốt nhiều nhiên liệu hơn – vào buồng đốt hơn so với áp suất khí quyển.

Lý thuyết cơ bản

Ưu điểm của tăng áp là rõ ràng, thay vì lãng phí nhiệt năng qua khí thải, chúng ta có thể tận dụng năng lượng đó để tăng công suất động cơ. Bằng cách dẫn khí thải tới một tuabin, dẫn động tuabin khác bơm không khí trong lành vào buồng đốt ở áp suất cao hơn khí quyển bình thường, một động cơ dung tích nhỏ có thể cung cấp sức mạnh tương đương với các động cơ hút khí tự nhiên lớn hơn nhiều. Ví dụ, nếu động cơ tăng áp 2.0 lít hoạt động ở áp suất tăng áp 1,5 bar, nó thực sự tương đương với động cơ hút khí tự nhiên 3.0 lít. Do đó, kích thước và trọng lượng của động cơ có thể được giảm xuống, dẫn đến khả năng tăng tốc, xử lý và phanh tốt hơn, mặc dù mức tiêu thụ nhiên liệu không nhất thiết phải tốt hơn.

Lịch sử Turbo tăng áp

Nạp khí cưỡng bức có từ cuối thế kỷ 19, khi Gottlieb Daimler được cấp bằng sáng chế về kỹ thuật sử dụng máy bơm truyền động bằng bánh răng để đẩy không khí vào động cơ đốt trong vào năm 1885.

Alfred Büchi turbocharger

Bằng sáng chế năm 1905 của Alfred Büchi, một kỹ sư người Thụy Sĩ làm việc tại Gebrüder Sulzer thường được coi là sự ra đời của turbo tăng áp. Bằng sáng chế này dành cho động cơ hướng tâm kết hợp tuabin khí thải dòng chảy hướng trục và máy nén được gắn trên một trục chung. Nguyên mẫu đầu tiên được hoàn thành vào năm 1915 với mục đích khắc phục tổn thất công suất do động cơ máy bay gặp phải do mật độ không khí giảm ở độ cao lớn. Tuy nhiên, nguyên mẫu không đáng tin cậy và không được đưa vào sản xuất. Một bằng sáng chế ban đầu khác cho turbo tăng áp đã được nhà phát minh tuabin hơi nước người Pháp Auguste Rateau đăng ký vào năm 1916, nhằm mục đích sử dụng trên động cơ Renault được sử dụng bởi máy bay chiến đấu của Pháp. Riêng biệt, thử nghiệm năm 1917 của Ủy ban Cố vấn Quốc gia Hoa Kỳ về Hàng không Vũ trụ và Sanford Alexander Moss cho thấy một bộ tăng áp có thể cho phép động cơ tránh bất kỳ tổn thất năng lượng nào (so với công suất được tạo ra ở mực nước biển) ở độ cao lên đến 4.250 m (13.944 ft.) trên mực nước biển. Cuộc thử nghiệm được thực hiện tại Pikes Peak, Hoa Kỳ bằng cách sử dụng động cơ máy bay V12 Liberty.

Ứng dụng thương mại đầu tiên của turbo tăng áp là vào năm 1925, khi Alfred Büchi lắp đặt thành công bộ tăng áp trên động cơ diesel 10 xi-lanh, giúp tăng công suất từ 1.300 lên 1.860 kilowatt (1.750 đến 2.500 mã lực). Động cơ này đã được Bộ Giao thông Vận tải Đức sử dụng cho hai tàu chở khách cỡ lớn là “Preussen” và “Hansestadt Danzig”. Thiết kế đã được cấp phép cho một số nhà sản xuất và turbo tăng áp bắt đầu được sử dụng trong các ứng dụng hàng hải, xe lửa và ứng dụng tĩnh lớn.

Turbo tăng áp đã được sử dụng trên một số động cơ máy bay trong Thế chiến thứ hai, bắt đầu với Boeing B-17 Flying Fortress vào năm 1938, sử dụng bộ tăng áp do General Electric sản xuất. Các máy bay tăng áp ban đầu khác bao gồm B-24 Liberator, P-38 Lightning, P-47 Thunderbolt và các nguyên mẫu thử nghiệm Focke-Wulf Fw 190.

Các nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu nghiên cứu về động cơ tăng áp trong những năm 1950, tuy nhiên các vấn đề về “độ trễ turbo” và kích thước cồng kềnh của turbo tăng áp vẫn chưa thể giải quyết được vào thời điểm đó. Những chiếc ô tô tăng áp đầu tiên là Chevrolet Corvair Monza và Oldsmobile Jetfire, được giới thiệu vào năm 1962. Sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và các sửa đổi của Đạo luật Không khí sạch 1977, tăng áp trở nên phổ biến hơn trong ô tô, như một phương pháp để giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải.

Các vấn đề với Turbo tăng áp

Độ trễ turbo

Turbo tăng áp lần đầu tiên được General Motors đưa vào sản xuất ô tô vào năm 1962, sử dụng trên Chevrolet Corvair. Chiếc xe đó có tiếng xấu về công suất đầu ra ở tốc độ thấp kém và độ trễ turbo quá mức khiến việc lái xe thành thạo là không thể.

Chevrolet Corvair Turbo

Độ trễ Turbo (Turbo Lag) là vấn đề lớn nhất ngăn cản những chiếc xe tăng áp đời đầu được chấp nhận trong thực tế. Mặc dù tăng áp đã được sử dụng rộng rãi và thành công trong các cuộc đua xe – bắt đầu từ BMW 2002 turbo, sau đó lan sang các cuộc đua sức bền và cuối cùng là xe F1 – những chiếc xe đường trường luôn yêu cầu cung cấp năng lượng thân thiện hơn với người dùng. Các turbo đương thời rất lớn và nặng, do đó không thể bắt đầu quay cho đến vòng tua khoảng 3.500 vòng/phút. Kết quả là, đầu ra ở tốc độ thấp vẫn yếu. Hơn nữa, vì tăng áp đương đại yêu cầu tỷ số nén giảm xuống khoảng 6,5:1 để tránh quá nhiệt cho các đầu xi-lanh, nên công suất nạp trước thậm chí còn yếu hơn so với động cơ hút khí tự nhiên có cùng công suất!

BMW 2002 Turbo

Trước khi turbo can thiệp, chiếc xe hoạt động bình thường. Độ trễ turbo có thể gây ra rắc rối trong việc lái xe hàng ngày. Đạp ga và tăng vòng tua máy, đếm từ 1, 2, 3, 4 …. bất ngờ công suất tăng vọt ở 3.500 vòng/phút và chiếc xe trở thành một con thú dữ. Trên bề mặt ẩm ướt hoặc khúc cua gấp, điều này có thể dẫn đến trượt quay bánh xe hoặc thậm chí mất kiểm soát. Trong điều kiện có độ trễ turbo, rất khó để kiểm soát chiếc xe một cách trơn tru.

Bên cạnh đó, độ trễ turbo làm hỏng rất nhiều sự tinh tế của một chiếc xe. Việc đạp chân ga không thể dẫn đến tăng công suất tức thì mà người lái mong đợi – tất cả các phản ứng xuất hiện sau đó vài giây, bất kể tăng tốc hay giảm tốc. Bạn có thể tưởng tượng việc lái xe nhanh trong khu đô thị hoặc những con đường ngoằn ngoèo sẽ khó khăn như thế nào.

Giải pháp giảm độ trễ tăng áp của Porsche

1975 911 Turbo 3.0 litre engine

Chiếc xe đường trường tăng áp “thực dụng” đầu tiên cuối cùng đã xuất hiện vào năm 1975. Đó là Porsche 911 Turbo 3.0. Để giảm độ trễ của turbo, các kỹ sư của Porsche đã thiết kế một cơ chế cho phép tuabin “quay trước” (pre-spin) trước khi tăng tốc. Bí mật là một ống tuần hoàn và van: trước khi khí thải đạt đủ áp suất để điều khiển tuabin, một đường tuần hoàn được thiết lập giữa đầu vào và đầu ra của tuabin không khí sạch, do đó, có thể quay tự do mà không bị chậm lại bởi áp suất tăng. Khi lượng khí thải đủ để hoạt động, một van sẽ đóng đường tuần hoàn, sau đó tuabin đã quay sẽ nhanh chóng đi vào hoạt động. Do đó độ trễ turbo được giảm đáng kể trong khi quá trình chuyển đổi công suất trở nên mượt mà hơn.

Làm mát khí nạp – két làm mát

Không khí được cung cấp bởi bộ tăng áp có thể nóng tới 120-150ºC. Điều này là do hai lý do: (1) Không khí bị nén làm tăng nhiệt độ; (2) Nhiệt từ khí thải nóng dẫn sang phía máy nén. Vì không khí nóng có tỷ trọng thấp hơn không khí lạnh, lượng (khối lượng) không khí đi vào buồng đốt thực sự bị giảm, dẫn đến hiệu suất thể tích thấp hơn do đó công suất đầu ra sẽ bị thấp hơn. Hơn nữa, nhiệt độ cao hơn ở đầu xi lanh có thể gây ra hiện tượng kích nổ hoặc thậm chí làm hỏng chính đầu xi lanh, vì vậy giải pháp tức thời là tỷ số nén phải được hạ xuống để bù đắp.

Năm 1978, phiên bản 911 Turbo 3.3 lít đã giới thiệu hệ thống làm mát khí nạp để giải quyết vấn đề này. Nằm giữa máy nén và động cơ, bộ làm mát khí nạp (intercooler) làm mát bằng không khí làm giảm nhiệt độ không khí xuống đến 50-60ºC, cải thiện hiệu suất thể tích và cho phép nâng cao tỷ số nén. Tất nhiên, tỷ số nén cao hơn dẫn đến đầu ra tốc độ thấp được cải thiện.

Intercooler trên Subaru Impreza WRX STi

Ngày nay, intercooler hầu như là tiêu chuẩn trên tất cả các xe ô tô tăng áp. Chúng thường được gắn phía sau cửa hút của cản trước để tận dụng không khí lạnh. Một số xe cũ có bộ làm mát bên trên động cơ và nhận luồng khí mát thông qua khe nhô lên gắn trên nắp ca-pô. Tuy nhiên, những thiết kế như vậy không còn khả thi do các quy định mới về an toàn dành cho người đi bộ ở châu Âu yêu cầu khe hở giữa động cơ và nắp ca-pô nhiều hơn. Ngoại lệ duy nhất là động cơ boxer của Subaru vì nó vốn đã đủ thấp.

Sự phát triển không ngừng

Trong suốt những năm 1980, hệ thống tăng áp tiếp tục phát triển để tạo ra những chiếc xe đường trường tốt hơn. Khi vật liệu và công nghệ sản xuất tiến bộ, trọng lượng và quán tính của tuabin giảm đáng kể, tăng tốc độ phản ứng và giảm độ trễ tuabin rất nhiều. Để xử lý nhiệt lượng cực lớn trong dòng khí thải, các tuabin chủ yếu được làm bằng thép không gỉ hoặc gốm. Đôi khi có một số xe sử dụng tuabin titan, thậm chí còn nhẹ hơn nhưng rất đắt.

Một lĩnh vực cải tiến khác là kiểm soát tăng cường. Các động cơ turbo đời đầu sử dụng cửa xả cơ học để tránh tạo áp lực quá mức cho các buồng đốt. Nếu không có cửa xả, áp suất tăng sẽ tỷ lệ với tốc độ động cơ (vì tốc độ của tuabin phụ thuộc vào lượng dòng khí thải, do đó tác động đến vòng tua của động cơ). Ở số vòng tua cao, áp suất sẽ cao đến mức gây ra hiện tượng quá tải và quá nhiệt cho các buồng đốt, do đó có thể làm hỏng động cơ. Cửa xả là một van được thêm vào vỏ tuabin xả. Bất cứ khi nào áp suất khí nạp vượt quá giá trị mặc định, nó sẽ mở ra và giải phóng áp suất tăng.

Sự ra đời của điều khiển tăng áp điện tử vào cuối những năm 1980 đã tạo ra một bước tiến dài so với cửa xả cơ học. Trong khi cửa xả cơ học chỉ đặt giới hạn trên của áp suất tăng, điều khiển tăng áp điện tử điều chỉnh áp suất tăng trong toàn bộ dải vòng tua. Ví dụ: nó có thể giới hạn mức tăng là 1,4 bar cho dưới 3.000 vòng/phút, sau đó 1,6 bar cho 3.000 đến 4.500 vòng/phút và sau đó 1,8 bar cho trên 4.500 vòng/phút. Điều này giúp đạt được phân phối công suất tuyến tính và góp phần thúc đẩy sự tinh tế. Về cơ bản, điều khiển tăng áp điện tử chỉ là một cửa xả được kích hoạt bởi hệ thống quản lý động cơ.

Turbo tăng áp suất nhẹ (LPT)

Saab là công ty đi đầu trong lịch sử động cơ tăng áp. Sau khi sản xuất thành công chiếc xe sản xuất hàng loạt tăng áp đầu tiên (99 Turbo) và sự kết hợp đầu tiên của động cơ turbo và 4 van (9000 turbo), đã đi tiên phong trong việc tăng áp áp suất nhẹ vào năm 1992. Saab 9000 Turbo Ecopower sản sinh công suất 170 mã lực từ động cơ 2.3 lít , ít hơn 30 mã lực so với động cơ tăng áp tiêu chuẩn và chỉ hơn 20 mã lực so với phiên bản hút khí tự nhiên. Nó chạy một áp suất tăng tối đa chỉ 0,4 bar. Trong khi điều này dường như là một sự lãng phí vật liệu, Saab xem LPT là một phương tiện để cải thiện khả năng lái mà không có nhược điểm của tăng áp thông thường. Mặc dù công suất cực đại thấp hơn, động cơ LPT vẫn mạnh mẽ trong việc phân phối mô-men xoắn, do đó hỗ trợ tăng tốc. Quan trọng nhất, nó có khả năng lái tốt hơn rất nhiều do độ trễ turbo giảm đáng kể. Phản ứng của bướm ga gần như ngay lập tức. Bên cạnh đó, Saab đã chứng minh rằng đường cong mô-men xoắn tốt hơn cho phép sang số cao hơn, do đó thực sự mang lại khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn so với một động cơ hút khí tự nhiên có cùng kích thước!

LPT hấp dẫn đối với các nhà sản xuất ô tô. Khi những chiếc ô tô gia đình hiện đại và ô tô hạng sang ngày càng nặng hơn, LPT có thể cung cấp thêm mô-men xoắn mà chúng cần mà không cần dùng đến động cơ lớn hơn. Điều này có nghĩa là có thể giữ lại động cơ bốn xi-lanh tiết kiệm chi phí hơn là nâng cấp lên sáu xi-lanh. Cách thức tinh chỉnh của LPT, ngoài việc sử dụng trục cân bằng đôi và bí quyết triệt tiêu NVH (Tiếng ồn, độ rung và độ khắc nghiệt) khác, làm cho động cơ bốn xi-lanh có thể thay thế cho động cơ sáu xi-lanh.

Xu hướng của LPT càng rõ ràng hơn trong thiên niên kỷ mới khi thế giới đuổi theo phương tiện ô tô xanh. Ngày nay, nhiều xe hơi cung cấp động cơ turbo nhỏ với 2 mức công suất, một turbo tăng áp suất nhẹ cho đa số những người quan tâm hơn đến chi phí và mức tiêu thụ nhiên liệu, và một phiên bản tăng áp cao hơn dành cho những người tìm kiếm hiệu suất tốt hơn. Với sự sắp xếp này, các nhà sản xuất ô tô không còn cần phải chế tạo nhiều động cơ với công suất khác nhau. Một thông số kỹ thuật khác, turbo hoặc thậm chí chỉ một ECU khác sẽ thực hiện công việc, do đó tiết kiệm rất nhiều chi phí R&D và dụng cụ.

Turbo Hình học Tuabin Biến thiên (VTG)

Công nghệ hình học tuabin biến thiên (VTG), còn được gọi là turbo tăng áp biến thiên hình học (VGT), đôi khi được gọi là tuabin vòi biến thiên (VNT). VTG thường được sử dụng trong động cơ diesel turbo. Nó chủ yếu được sử dụng để giảm độ trễ turbo ở tốc độ động cơ thấp, nhưng nó cũng hữu ích để EGR (Tuần hoàn khí thải) giảm phát thải trong động cơ diesel.

Các turbo tăng áp thông thường không thể thoát khỏi tình trạng trễ turbo vì ở vòng tua máy thấp, dòng khí xả không đủ mạnh để đưa tuabin đạt tốc độ vận hành. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng đối với các động cơ diesel hiện đại, vì chúng có xu hướng sử dụng các turbo lớn để bù đắp cho sự thiếu hiệu quả của chúng.

Turbo tăng áp VTG có khả năng thay đổi hướng của dòng khí thải để tối ưu hóa phản ứng của tuabin. Nó kết hợp nhiều cánh gạt chuyển động bên trong vỏ tuabin để dẫn dòng khí thải về phía tuabin. Một bộ truyền động có thể điều chỉnh góc của các cánh gạt này, lần lượt thay đổi góc của dòng khí thải.

Ở vòng tua máy thấp

Các cánh gạt được đóng lại một phần, giảm diện tích do đó tăng tốc khí thải về phía tuabin. Hơn nữa, dòng khí thải tác động vào các cánh tuabin theo góc vuông. Cả hai đều làm cho tuabin quay nhanh hơn.

Ở vòng tua máy cao

Ở vòng tua cao, dòng khí thải đủ mạnh. Các cánh gạt được mở hoàn toàn để tận dụng dòng khí thải cao. Điều này cũng giải phóng áp suất khí thải trong bộ tăng áp, tiết kiệm nhu cầu của cửa xả.

VTG trên động cơ xăng

Mặc dù công nghệ VTG được sử dụng rộng rãi trong động cơ diesel, nhưng nó lại bị bỏ qua rất nhiều trong động cơ xăng. Điều này là do khí thải của động cơ xăng có thể lên tới 950 °C, so với 700-800 °C ở động cơ diesel. Các vật liệu và kiến trúc thông thường khó có thể chịu được nhiệt độ như vậy một cách đáng tin cậy.

Năm 1989, Honda sản xuất một số ít Legend Wing Turbo, sử dụng một bộ tăng áp biến thiên hình học do chính họ phát triển. Các cánh gạt biến thiên của nó được làm bằng hợp kim chịu nhiệt đặc biệt, Inconel. Tuy nhiên, từ quá trình sản xuất thử nghiệm đã không có sản xuất hàng loạt theo sau. Trong một thập kỷ rưỡi tiếp theo, Honda chỉ đơn giản là từ bỏ hệ thống tăng áp trên tất cả các xe chạy xăng của mình.

Cùng năm đó, Garrett sản xuất một bộ tăng áp VTG để sử dụng cho Shelby CSX được sản xuất giới hạn, một chiếc xe có nguồn gốc từ Dodge Shadow. Tuy nhiên, chỉ có 500 chiếc được sản xuất. Cả tập đoàn Chrysler hay bất kỳ nhà sản xuất ô tô nào khác đều không theo dấu chân của nó.

Khi tỷ số nén tăng lên, động cơ xăng hiện đại có nhiệt độ khí thải ngày càng cao. Các chuyên gia ước tính nó có thể vượt quá 1000 °C trong tương lai. Có lẽ đây là lý do tại sao công nghệ VTG cho động cơ xăng chưa bao giờ được đưa vào sản xuất hàng loạt.

Năm 2006, BorgWarner cuối cùng đã phát triển bộ tăng áp VTG để sử dụng cho Porsche 911 (997) Turbo. Cả hai công ty đều từ chối tiết lộ các chi tiết kỹ thuật, nhưng cho biết họ sử dụng “vật liệu chịu nhiệt độ có nguồn gốc từ công nghệ hàng không vũ trụ”. Hy vọng rằng bước đột phá về công nghệ cuối cùng sẽ đưa bộ tăng áp VTG vào động cơ xăng sản xuất hàng loạt.

Tăng áp Turbine Thể tích biến thiên của Koenigsegg

Koenigsegg đã giới thiệu cái gọi là “tăng áp kép hình học biến thiên” trên siêu xe One:1 của mình vào năm 2014. Điều này thực sự gây ngạc nhiên, bởi vì cho đến nay chỉ có Porsche và đối tác của họ là BorgWarner quản lý để đưa công nghệ VTG vào ô tô xăng sản xuất. Công nghệ của BorgWarner sử dụng các cánh gạt di chuyển được làm bằng hợp kim đặc biệt để chống lại nhiệt độ cực cao đạt được trong động cơ turbo xăng. Tất nhiên, Koenigsegg không có khả năng phát triển các vật liệu phức tạp, nhưng hãng đã tìm ra một giải pháp đơn giản hơn nhưng không kém hơn. Koenigsegg đã không tiết lộ các chi tiết kỹ thuật. Christian von Koenigsegg chỉ giải thích ngắn gọn lý thuyết của nó trong một đoạn video mà không cho thấy cấu tạo bên trong của nó. May mắn thay, trong hồ sơ đăng ký bằng sáng chế của họ tại Văn phòng Sáng chế và Nhãn hiệu Hoa Kỳ, trên Google Patents. Dưới đây là cơ bản về công nghệ của Koenigsegg.

Nói một cách chính xác, thiết kế của Koenigsegg không phải là “tuabin hình học biến đổi” vì nó không có các cánh gạt chuyển động để thay đổi hướng của dòng khí. Thay vào đó, nó sử dụng một vỏ tuabin đặc biệt cung cấp thể tích thay đổi để tối ưu hóa hiệu quả ở các tốc độ động cơ khác nhau. Vì vậy, ở đây chúng ta gọi nó là “Turbo thể tích biến thiên”.

Trước khi xem nó hoạt động như thế nào, hãy nhớ lại lý do tại sao chúng ta cần các turbo VTG. Một bộ tăng áp có vỏ tuabin thể tích lớn có thể cho nhiều khí thải đi qua, do đó nó hoạt động hiệu quả ở tốc độ động cơ cao. Tuy nhiên, ở vòng tua máy thấp, dòng khí thải có thể chậm đến mức không thể tăng tốc turbo, do đó gây ra độ trễ turbo. Ngược lại, một tuabin có vỏ tuabin nhỏ tăng tốc dòng khí thải do đó hoạt động phản ứng ở vòng tua thấp, nhưng ở vòng tua cao hơn, tốc độ dòng chảy bị hạn chế bởi kích thước của vỏ, gây ra nhiều áp suất ngược hơn và giảm công suất đầu ra. Sự mâu thuẫn như vậy có thể được giải quyết bằng cách sử dụng tuabin hình học biến đổi, nhưng nó cũng có thể được giải quyết nếu chúng ta có thể làm cho thể tích của vỏ tuabin thay đổi. Đó là suy nghĩ đằng sau Koenigsegg. Hãy cùng xem hình minh họa bên dưới:

Đáng ngạc nhiên, việc xây dựng khá đơn giản. Vỏ tuabin của nó thực sự tương tự như turbo cuộn kép, với một bức tường ngăn cách vỏ thành 2 khoang. Tuy nhiên, khi các khoang trong turbo cuộn kép có kích thước bằng nhau, ở đây khoang bên ngoài lớn hơn khoang bên trong (xem hình vẽ mặt cắt ngang). Ở vòng tua máy thấp, khí thải chỉ chảy qua khoang nhỏ hơn, vì vậy nó có thể tăng tốc tăng áp nhanh hơn. Ở vòng tua máy cao hơn, một van điều chỉnh lưu lượng – được kích hoạt bằng một đòn bẩy – mở dòng khí cũng đến khoang thể tích lớn, do đó nó cho phép một lượng lớn khí đến tuabin mà không gây ra áp suất ngược.

Nhìn sâu hơn vào thiết kế và bạn sẽ thấy nó không đơn giản như lần đầu xuất hiện. Hai buồng và vách ngăn cách thực sự bị xoắn lại. Nếu bạn cắt mặt cắt ngang ở các vị trí khác nhau dọc theo vỏ tuabin, bạn sẽ thấy hình dạng của chúng khác nhau:

Đối với buồng nhỏ hơn, dòng khí thải tiếp xúc với các cánh tuabin ngay sau khi nó đi vào buồng (Hình 8). Hơn nữa, khi nó chảy ra xa hơn, khoang này thu hẹp dần và cuối cùng biến mất ngay sau mặt cắt X. Điều này có nghĩa là khí thải từ khoang này đập gần hết vào phần tư đầu tiên của bánh tua bin, tại thời điểm đó dòng khí vẫn chưa tập hợp hiệu ứng xoáy. Điều này, cùng với thực tế là dòng khí tương đối nhanh trong buồng nhỏ hơn này, có nghĩa là dòng chảy chạm vào các cánh tuabin ở góc vuông, tối ưu hóa hiệu ứng cho bộ tăng áp cuộn lên.

Tình huống ở buồng lớn hơn thì ngược lại. Khí thải gặp bánh tuabin muộn hơn nhiều. Khi nó di chuyển xa hơn dọc theo buồng, buồng tiếp xúc nó với bánh tuabin ngày càng nhiều. Điều này có nghĩa là khí thải từ buồng này chủ yếu dẫn động phần tư thứ hai và thứ ba của bánh tuabin. Khi dòng chảy này di chuyển lâu hơn trong buồng cong, hiệu ứng xoáy được hình thành và ngoài ra đến tốc độ dòng chảy chậm hơn tại buồng lớn hơn này, dòng khí đập vào các cánh tuabin ở các góc nhanh hơn (tức là hướng dòng chảy gần với hướng tâm). Điều này có tác dụng tương tự như tuabin VTG hoạt động ở thiết đặt vòng tua máy cao.

Do không có cánh gạt chuyển động, thiết kế của Koenigsegg kém tinh tế hơn nhiều so với turbo VTG. Van điều chỉnh lưu lượng của nó có thể được sản xuất dễ dàng. Nó thậm chí không cần phải bịt kín hoàn toàn đầu vào của buồng xoáy, vì chiều dài ngắn hơn của buồng nhỏ có xu hướng hút nhiều khí thải hơn so với buồng lớn dài hơn cho đến khi áp suất ngược được tạo ra ở vòng quay cao hơn. Nói cách khác, ngay cả khi không có van điều chỉnh lưu lượng, tính năng thể tích thay đổi vẫn hoạt động tốt. Phần tinh tế duy nhất trong thiết kế của Koenigsegg là vỏ tuabin xoắn ốc, không thể tạo ra hình dạng xoắn bằng quy trình đúc thông thường. Koenigsegg sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất vỏ bằng thép và titan. Điều này có thể rất đắt và không khả thi để sản xuất hàng loạt, nhưng nó hoàn toàn phù hợp với trường hợp của Koenigsegg.

Series Navigation<< Nạp cưỡng bức – Tăng áp cho động cơ đốt trong – Phần 3: Hệ thống Siêu nạp SuperchargerNạp cưỡng bức – Tăng áp cho động cơ đốt trong – Phần 5: Turbo Tăng áp kép >>

Bạn nghĩ sao?

372 Points
Upvote Downvote

Bình luận

Leave a Reply