Kaj je turbopolnilnik?

Ko gre za združevanje zmogljivosti z zmanjšano porabo goriva, so se inženirji skoraj prisiljeni odločiti za turbo motor.

Zunaj redkega zraka sveta superavtomobilov, kjer Lamborghini še vedno vztraja, da zračni motorji ostajajo najčistejši in najbolj italijanski način za proizvodnjo moči in hrupa, se dnevi avtomobilov brez turbopolnilnika bližajo koncu.

Nemogoče je na primer dobiti volkswagnovega golfa z atmosfero. Po Dieselgateu to seveda verjetno ne bo pomembno, saj nihče več noče igrati golfa.

Vendar ostaja dejstvo, da mestni avtomobili, družinski avtomobili, grand tourerji in celo nekateri superavtomobili zapuščajo ladjo v korist potapljaške prihodnosti. Od Ford Fieste do Ferrarija 488 prihodnost pripada prisilni indukciji, deloma zaradi zakonov o emisijah, pa tudi zato, ker se je tehnologija hitro razvijala.

To je primer majhne porabe goriva motorja za gladko vožnjo in veliko moč motorja, ko to želite.

Ko gre za združevanje višje zmogljivosti z manjšo porabo goriva, so inženirji skoraj prisiljeni oblikovati svoje najnovejše motorje s tehnologijo s turbopolnilnikom.

Kako lahko turbo naredi več z manj?

Vse je odvisno od tega, kako delujejo motorji, zato se pogovorimo malo o tehniki. Pri bencinskih motorjih razmerje zrak-gorivo 14.7:1 zagotavlja popolno izgorevanje vsega v cilindru. Več soka od tega je zapravljanje goriva.

Pri motorju z naravnim sesom delni vakuum, ki ga ustvari padajoči bat, potegne zrak v valj, pri čemer podtlak v notranjosti potegne zrak skozi sesalne ventile. To je preprost način za stvari, vendar je zelo omejen v smislu oskrbe z zrakom, kot oseba z apnejo v spanju.

Pri motorju s turbopolnilnikom je bil pravilnik na novo napisan. Namesto da bi se zanašal na vakuumski učinek bata, motor s turbopolnilnikom uporablja zračno črpalko za potiskanje zraka v valj, tako kot maska ​​za spalno apnejo potiska zrak v nos.

Čeprav lahko turbopolnilniki stisnejo zrak do 5 barov (72.5 psi) nad standardnim atmosferskim tlakom, v cestnih avtomobilih običajno delujejo pri bolj sproščenem tlaku od 0.5 do 1 bar (7 do 14 psi).

Praktični rezultat je, da pri 1 baru tlaka polnjenja motor prejme dvakrat več zraka, kot če bi bil naravno sesiran.

To pomeni, da lahko krmilna enota motorja vbrizga dvakrat več goriva, hkrati pa ohranja idealno razmerje zrak-gorivo, kar ustvarja veliko večjo eksplozijo.

A to je le polovica trikov turbopolnilnika. Primerjajmo 4.0-litrski atmosferski motor in 2.0-litrski turbomotor s tlačnim tlakom 1 bar, ob predpostavki, da sta si sicer tehnološko enaka.

4.0-litrski motor porabi več goriva tudi v prostem teku in pri majhni obremenitvi motorja, medtem ko 2.0-litrski motor porabi veliko manj. Razlika je v tem, da bo pri široko odprtem plinu motor s turbopolnilnikom porabil največjo možno količino zraka in goriva – dvakrat več kot atmosferski motor enake prostornine ali popolnoma enako kot atmosferski 4.0-litrski motor.

To pomeni, da lahko motor s turbopolnilnikom deluje kjer koli od skromnih 2.0 litra do močnih štirih litrov zahvaljujoč prisilni indukciji.

Gre torej za majhno porabo goriva motorja za nežno vožnjo in veliko moč motorja, ko to želite.

Kako pametno je to?

Kot se za inženirsko srebrno kroglo spodobi, je sam turbopolnilnik iznajdljiv. Ko motor deluje, izpušni plini prehajajo skozi turbino, zaradi česar se vrti z neverjetnimi hitrostmi – običajno med 75,000 in 150,000-krat na minuto.

Turbina je privita na zračni kompresor, kar pomeni, da hitreje ko se turbina vrti, hitreje se vrti kompresor, sesa svež zrak in ga silijo v motor.

Turbo deluje na drseči lestvici, odvisno od tega, kako močno pritisnete na stopalko za plin. V prostem teku ni dovolj izpušnih plinov, da bi turbino dosegli smiselno hitrost, a ko pospešujete, se turbina vrti navzgor in zagotavlja spodbudo.

Če potiskate z desno nogo, nastane več izpušnih plinov, ki stisnejo maksimalno količino svežega zraka v jeklenke.

V čem je torej ulov?

Seveda obstaja več razlogov, zakaj se vsi že leta ne vozimo z avtomobili s turbopolnilnikom, začenši s kompleksnostjo.

Kot si lahko predstavljate, zgraditi nekaj, kar se lahko leta za dnem vrti pri 150,000 vrtljajih na minuto, ne da bi eksplodiralo, ni enostavno in zahteva drage dele.

Turbine zahtevajo tudi namensko oskrbo z oljem in vodo, kar povzroča večjo obremenitev sistemov za mazanje in hlajenje motorja.

Ker se zrak v turbopolnilniku segreva, so morali proizvajalci namestiti tudi hladilnike polnilnega zraka za znižanje temperature zraka, ki vstopa v valj. Vroč zrak je manj gost od hladnega zraka, kar izničuje prednosti turbopolnilnika in lahko povzroči poškodbe in prezgodnjo detonacijo mešanice goriva in zraka.

Najbolj zloglasna pomanjkljivost turbinskega polnjenja je seveda znana kot zamik. Kot rečeno, morate pospešiti in ustvariti izpuh, da bi turbo začel proizvajati smiseln pospeševalni tlak, kar je pomenilo, da so bili zgodnji turbo avtomobili kot odloženo stikalo – nič, nič, nič, VSE.

Različni napredki v turbo tehnologiji so ukrotili najslabše od počasnih lastnosti zgodnjih Saabov in Porschejev s turbopolnilnikom, vključno z nastavljivimi lopaticami v turbini, ki se premikajo glede na izpušni tlak, in lahkimi komponentami z nizkim trenjem za zmanjšanje vztrajnosti.

Najbolj vznemirljiv korak naprej pri turbinskem polnjenju je – vsaj za zdaj – mogoče najti le pri dirkalnikih F1, kjer majhen električni motor ohranja turbo vrtenje in skrajša čas, potreben za njegovo vrtenje.

Podobno v svetovnem prvenstvu v reliju sistem, znan kot anti-lag, izpusti mešanico zraka in goriva neposredno v izpuh pred turbopolnilnikom. Toplota izpušnega kolektorja povzroči, da eksplodira tudi brez svečke, kar ustvarja izpušne pline in ohranja turbopolnilnik vre.

Kaj pa turbodizli?

Ko gre za turbopolnilnik, so dizli posebna pasma. To je res z roko v roki primer, saj brez prisilne indukcije dizelski motorji nikoli ne bi bili tako pogosti, kot so.

Atmosferski dizelski motorji lahko zagotovijo spodoben nizek navor, a tu se njihovi talenti končajo. Vendar pa lahko s prisilno indukcijo dizli izkoristijo svoj navor in uživajo enake prednosti kot bencinski.

Dizelske motorje je izdelala Tonka Tough, da prenesejo ogromne obremenitve in temperature, ki jih vsebujejo, kar pomeni, da zlahka prenesejo dodaten pritisk turbo motorja.

Vsi dizelski motorji – atmosferski in polnjeni – delujejo tako, da zgorevajo gorivo v odvečnem zraku v tako imenovanem sistemu pustega zgorevanja.

Edini čas, ko se atmosferski dizelski motorji približajo "idealni" mešanici zraka in goriva, je pri polnem plinu, ko so injektorji za gorivo široko odprti.

Ker je dizelsko gorivo manj hlapno kot bencin, pri zgorevanju brez veliko zraka nastane ogromna količina saj, znanih tudi kot dizelski delci. S polnjenjem cilindra z zrakom se lahko turbodizli izognejo tej težavi.

Medtem ko je turbopolnilnik neverjetna izboljšava za bencinske motorje, njegov pravi preobrat reši dizelski motor, da ne postane zadimljen relikt. Čeprav lahko "Dieselgate" v vsakem primeru povzroči, da se to zgodi.

Kako menite, da se turbopolnilniki znajdejo v skoraj vseh štirikolesnih vozilih? Povejte nam v spodnjih komentarjih.