Jak turbodmychadla fungují

Galerie obrázků: Turbodmychadla Systém turbodmychadla Mitsubishi Lancer Evolution IX. Prohlédněte si další obrázky turbodmychadel. YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Když lidé mluví o závodních autech nebo výkonných sportovních vozech, je téma turbodmychadla obvykle přijde. Turbodmychadla se objevují také na velkých dieselových motorech. Turbo může významně zvýšit výkon motoru, aniž by významně zvýšila jeho hmotnost, což je obrovská výhoda, díky které jsou turbíny tak populární!

V tomto článku se naučíme, jak turbodmychadlo zvyšuje výkon motoru při přežití extrémních provozních podmínek. Dozvieme se také, jak wastegáty, lopatky keramických turbín a kuličková ložiska pomáhají turbodmychadlům vykonávat svou práci ještě lépe. Turbodmychadla jsou typem nucený indukční systém. Ony komprimovat vzduch proudící do motoru (popis průtoku vzduchu v normálním motoru viz Jak fungují automobilové motory). Výhodou stlačování vzduchu je to, že umožňuje motoru stlačit více vzduchu do válce a více vzduchu znamená, že lze přidat více paliva. Proto získáte více energie z každé exploze v každém válci. Přeplňovaný motor produkuje celkově větší výkon než stejný motor bez nabíjení. To může výrazně zlepšit poměr výkonu k hmotnosti motoru (podrobnosti viz Jak funguje Horsepower).

-Aby bylo dosaženo tohoto zvýšení, používá turbodmychadlo tok výfukových plynů z motoru k otáčení a turbína, což zase otáčí vzduchová pumpa. Turbína v turbodmychadle se točí rychlostí až 150 000 otáček za minutu (ot / min) - to je asi 30krát rychlejší, než dokáže většina motorů automobilů. A protože je napojen na výfuk, jsou teploty v turbíně také velmi vysoké.

Pokračujte ve čtení a zjistěte, kolik energie můžete od motoru očekávat, pokud přidáte turbodmychadlo.

Obsah

1. Turbodmychadla a motory
2. Design turbodmychadla
3. Díly turbodmychadla
4. Použití dvou turbodmychadel a dalších turbodmychadel

Kde se nachází turbodmychadlo v autě.

Jedním z nejjistějších způsobů, jak získat více energie z motoru, je zvýšit množství vzduchu a paliva, které může spálit. Jedním způsobem, jak toho dosáhnout, je přidat válce nebo zvětšit stávající válce. Někdy tyto změny nemusí být proveditelné - turbo může být jednodušší a kompaktnější způsob, jak přidat energii, zejména pro příslušenství na trhu s náhradními díly.

Turbodmychadla umožňují motoru spalovat více paliva a vzduchu tím, že se více vloží do stávajících válců. Typická podpora poskytovaná turbodmychadlem je 6 až 8 liber na čtvereční palec (psi). Protože normální atmosférický tlak je 14,7 psi na hladině moře, můžete vidět, že do motoru dostáváte asi o 50 procent více vzduchu. Proto byste očekávali, že získáte o 50 procent více energie. Není to úplně efektivní, takže můžete získat 30 až 40 procent zlepšení namísto.

Jednou z příčin neefektivnost vychází ze skutečnosti, že síla točení turbíny není volná. Mít turbínu v proudu výfukových plynů zvyšuje omezení ve výfukových plynech. To znamená, že při výfukovém zdvihu musí motor tlačit proti vyššímu protitlaku. To odečte trochu energie od válců, které střílejí současně.-

-

Jak je turbodmychadlo instalováno v autě Obrázek se svolením Garrett

Turbodmychadlo je přišroubováno k motoru výfukové potrubí motoru. Výfuk z válců točí turbína, který pracuje jako motor s plynovou turbínou. Turbína je připojena hřídelí k kompresor, který je umístěn mezi vzduchovým filtrem a sacím potrubím. Kompresor natlakuje vzduch proudící do pístů.

Uvnitř turbodmychadla Obrázek se svolením Garrett

Výfuk z válců prochází lopatky turbíny, způsobuje točení turbíny. Čím více výfuků prochází lopatkami, tím rychleji se točí.

Na druhém konci hřídele, ke kterému je turbína připevněna, kompresor pumpuje vzduch do válců. Kompresor je typ odstředivého čerpadla - nasává vzduch do středu svých lopatek a při otočení se vyfukuje ven.

Aby bylo možné zvládnout rychlosti až 150 000 ot / min, musí být hřídel turbíny podepřen velmi opatrně. Většina ložisek by explodovala při takovýchto rychlostech, takže většina turbodmychadel používá tekuté ložisko. Tento typ ložiska nese hřídel na tenké vrstvě oleje, který je neustále čerpán kolem hřídele. To slouží dvěma účelům: Ochlazuje hřídel a některé další části turbodmychadla a umožňuje točení hřídele bez velkého tření.

Při navrhování turbodmychadla pro motor se podílí mnoho kompromisů. V další části se podíváme na některé z těchto kompromisů a uvidíme, jak ovlivňují výkon.

Příliš mnoho zvýšení?

Se vzduchem čerpaným do válců pod tlakem turbodmychadla a poté dalším stlačováním pístem (viz ukázka Jak fungují automobilové motory pro demonstraci), existuje další nebezpečí klepání. Klepání se stane, protože jak stlačujete vzduch, teplota vzduchu se zvyšuje. Před zapálením zapalovací svíčky se může teplota dostatečně zvýšit, aby se palivo zapálilo. Vozidla s turbodmychadly často musí běžet na palivo s vyšším oktanovým číslem, aby se zabránilo klepání. Pokud je plnicí tlak opravdu vysoký, může být nutné snížit kompresní poměr motoru, aby nedošlo k klepání.

Turbodmychadla poskytují podporu motorům při vysokých rychlostech. © Fotograf: Max Dimyadi | Agentura: Dreamstime.com

Jedním z hlavních problémů s turbodmychadly je to, že neposkytují okamžité zvýšení výkonu, když vstoupíte na plyn. Trvá vteřinu, než se turbína dostane do rychlosti, než dojde k posílení. To vede k pocitu zpoždění, když vstoupíte na plyn, a pak se auto vrhne dopředu, když se turbo rozjede.

Jedním ze způsobů, jak snížit turbo zpoždění, je snížit setrvačnost rotujících částí, zejména snížením jejich hmotnosti. To umožňuje rychle zrychlit turbínu a kompresor a začít poskytovat podporu dříve. Jedním jistým způsobem, jak snížit setrvačnost turbíny a kompresoru, je zmenšit turbodmychadlo. Malý turbodmychadlo poskytne podporu rychleji a při nižších otáčkách motoru, ale nemusí být schopen poskytnout větší podporu při vyšších otáčkách motoru, když do motoru vstupuje opravdu velký objem vzduchu. Je také v nebezpečí, že se točí příliš rychle při vyšších otáčkách motoru, když spousta výfukových plynů prochází turbínou.

Většina automobilových turbodmychadel má wastegate, což umožňuje použití menšího turbodmychadla, aby se snížilo zpoždění a zároveň se zabránilo příliš rychlému otáčení při vysokých otáčkách motoru. Odpadní ventil je ventil, který umožňuje, aby výfuk obcházel lopatky turbíny. Odpadní voda snímá plnicí tlak. Pokud je tlak příliš vysoký, mohlo by to být indikátorem, že turbína se točí příliš rychle, takže odpadní koš obchází část výfuku kolem lopatek turbíny, což umožňuje lopatkám zpomalit.

Některé turbodmychadla používají kuličková ložiska namísto tekutých ložisek pro podporu hřídele turbíny. Nejedná se však o vaše obvyklá kuličková ložiska - jedná se o velmi přesná ložiska vyrobená z pokročilých materiálů, která zvládnou rychlosti a teploty turbodmychadla. Umožňují točení hřídele turbíny s menším třením než kapalinová ložiska používaná ve většině turbodmychadel. Rovněž umožňují použití o něco menšího a lehčího hřídele. To pomáhá turbodmychadlu zrychlit rychleji, což dále snižuje prodlevu turbodmychadla.

Keramické lopatky turbín jsou lehčí než ocelové lopatky používané ve většině turbodmychadel. Opět to umožňuje turbíně točit se rychleji rychleji, což snižuje zpoždění turba.

Rotační kupé Mazda RX-8 vybavené turbodmychadlem na trhu s náhradními díly. TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty Images

Některé motory používají dva turbodmychadla různých velikostí. Menší se točí velmi rychle, což snižuje zpoždění, zatímco ten větší přebírá při vyšších otáčkách motoru, aby poskytl větší podporu.

Když je vzduch stlačen, ohřívá se; a když se vzduch zahřeje, rozšíří se. Část zvýšení tlaku z turbodmychadla je tedy výsledkem ohřevu vzduchu před tím, než vstoupí do motoru. Cílem je zvýšit výkon motoru, cílem je dostat více molekul vzduchu do válce, ne nutně větší tlak vzduchu.

An mezichladič nebo plnicí vzduchový chladič je další komponenta, která vypadá jako radiátor, kromě toho, že vzduch prochází dovnitř i vně mezichladiče. Nasávaný vzduch prochází utěsněnými průchody uvnitř chladiče, zatímco chladný vzduch z vnějšku je foukán přes žebra ventilátorem chlazení motoru.

-

Mezichladič dále zvyšuje výkon motoru ochlazováním stlačeného vzduchu vycházejícího z kompresoru předtím, než vstoupí do motoru. To znamená, že pokud turbodmychadlo pracuje při zvýšení tlaku 7 psi, dochlazený systém vloží 7 psi chladnějšího vzduchu, který je hustší a obsahuje více molekul vzduchu než teplejší vzduch.

Turbodmychadlo také pomáhá na vysoké nadmořské výšky, kde je vzduch méně hustý. Normální motory zažijí snížený výkon ve vysokých nadmořských výškách, protože pro každý zdvih pístu dostane motor menší množství vzduchu. Motor s přeplňovaným turbodmychadlem může mít také snížený výkon, ale snížení bude méně dramatické, protože tenčí vzduch je pro turbodmychadlo snazší čerpat.

Starší vozy s karburátory automaticky zvyšují rychlost paliva, aby odpovídaly zvýšenému průtoku vzduchu do válců. Moderní automobily s vstřikováním paliva to také dokážou. Systém vstřikování paliva se spoléhá na kyslíkové senzory ve výfukových plynech, aby určil, zda je poměr vzduch-palivo správný, takže tyto systémy automaticky zvýší průtok paliva, pokud se přidá turbo.

Pokud je k vozidlu s vstřikovaným palivem přidán turbodmychadlo s příliš velkým posilováním, nemusí systém poskytnout dostatečné množství paliva - software naprogramovaný v ovladači to neumožní nebo čerpadlo a vstřikovače nejsou schopny jej dodávat. V tomto případě bude nutné provést další úpravy, aby bylo dosaženo maximálního užitku z turbodmychadla.

Další informace o turbodmychadlech a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

• Kvíz motoru
• Jak fungují automobilové motory
• Jak automobilové zapalovací systémy fungují
• Jak funguje Horsepower
• Jak fungují měniče točivého momentu
• Jak funguje hybrid Aptera
• Jak Champ Cars fungují
• Jak NASCAR Race Cars fungují
• Jak fungují systémy chlazení automobilů
• Jak oxid dusný pomáhá motoru pracovat lépe?

Další skvělé odkazy

• Turbo International: Jak fungují Turbos - ilustrováno!
• Mercedes-Benz: Turbodmychadlo VNT s variabilní geometrií turbíny
• Ray Hall Turbocharging - Twin Turbo 351 Windsor
• Sport Compact Car Magazine: Turbo Basics