Co to jest turbosprężarka?

Jeśli chodzi o połączenie osiągów ze zmniejszonym zużyciem paliwa, inżynierowie są niemal zmuszeni do wyboru silnika z turbodoładowaniem.

Poza rozrzedzonym powietrzem świata supersamochodów, gdzie Lamborghini wciąż upiera się, że silniki wolnossące pozostają najczystszym i najbardziej włoskim sposobem wytwarzania mocy i hałasu, dni samochodów bez turbodoładowania dobiegają końca.

Nie da się na przykład zdobyć wolnossącego Volkswagena Golfa. Po Dieselgate nie ma to oczywiście znaczenia, bo nikt już nie chce grać w golfa.

Jednak faktem jest, że samochody miejskie, rodzinne, grand tourer, a nawet niektóre supersamochody opuszczają statek na rzecz przyszłości nurkowej. Od Forda Fiesty do Ferrari 488, przyszłość należy do wymuszonego doładowania, częściowo z powodu przepisów dotyczących emisji, ale także dlatego, że technologia ewoluowała skokowo.

Chodzi o oszczędność paliwa przy małym silniku, która zapewnia płynną jazdę i dużą moc silnika, kiedy tego chcesz.

Jeśli chodzi o połączenie wyższych osiągów z niższym zużyciem paliwa, inżynierowie są niemal zmuszeni do projektowania swoich najnowszych silników z technologią turbodoładowania.

Jak turbosprężarka może zrobić więcej za mniej?

Wszystko sprowadza się do tego, jak działają silniki, więc porozmawiajmy trochę o technice. W przypadku silników benzynowych stosunek powietrza do paliwa 14.7:1 zapewnia całkowite spalanie wszystkiego w cylindrze. Więcej soku to strata paliwa.

W silniku wolnossącym podciśnienie wytworzone przez opadający tłok wciąga powietrze do cylindra, wykorzystując podciśnienie wewnątrz do wciągania powietrza przez zawory dolotowe. To łatwy sposób na robienie rzeczy, ale jest bardzo ograniczony pod względem dopływu powietrza, jak u osoby z bezdechem sennym.

W silniku z turbodoładowaniem przepis został napisany od nowa. Zamiast polegać na podciśnieniu tłoka, silnik z turbodoładowaniem wykorzystuje pompę powietrza do wtłaczania powietrza do cylindra, podobnie jak maska ​​​​bezdechu sennego wpycha powietrze do nosa.

Chociaż turbosprężarki mogą sprężać powietrze do 5 barów (72.5 psi) powyżej standardowego ciśnienia atmosferycznego, w samochodach drogowych zwykle działają przy bardziej zrelaksowanym ciśnieniu od 0.5 do 1 bara (7 do 14 psi).

Praktyczny wynik jest taki, że przy ciśnieniu doładowania 1 bar silnik otrzymuje dwa razy więcej powietrza, niż gdyby był wolnossący.

Oznacza to, że jednostka sterująca silnika może wtrysnąć dwa razy więcej paliwa przy zachowaniu idealnego stosunku powietrza do paliwa, powodując znacznie większą eksplozję.

Ale to tylko połowa sztuczek turbosprężarki. Porównajmy 4.0-litrowy silnik wolnossący i 2.0-litrowy silnik turbodoładowany z ciśnieniem doładowania 1 bar, zakładając, że poza tym są one identyczne pod względem technologicznym.

Silnik o pojemności 4.0 litra zużywa więcej paliwa nawet na biegu jałowym i przy niewielkim obciążeniu silnika, podczas gdy silnik o pojemności 2.0 litra zużywa znacznie mniej. Różnica polega na tym, że przy szeroko otwartej przepustnicy silnik z turbodoładowaniem zużyje maksymalną możliwą ilość powietrza i paliwa – dwa razy więcej niż silnik wolnossący o tej samej pojemności skokowej lub dokładnie tyle samo, co wolnossący silnik 4.0 litra.

Oznacza to, że turbodoładowany silnik może pracować w dowolnym miejscu od skromnych 2.0 litra do potężnych czterech litrów dzięki wymuszonemu doładowaniu.

Mamy więc do czynienia z małym zużyciem paliwa dla łagodnej jazdy i dużą mocą silnika, kiedy tego potrzebujesz.

Jak mądre to jest?

Jak przystało na inżynierską srebrną kulę, sama turbosprężarka jest pomysłowa. Gdy silnik pracuje, spaliny przechodzą przez turbinę, powodując jej wirowanie z niewiarygodną prędkością – zwykle od 75,000 150,000 do XNUMX XNUMX razy na minutę.

Turbina jest przykręcona do kompresora powietrza, co oznacza, że ​​im szybciej kręci się turbina, tym szybciej kręci się kompresor, zasysając świeże powietrze i wtłaczając je do silnika.

Turbo działa na ruchomej skali, w zależności od tego, jak mocno naciskasz pedał gazu. Na biegu jałowym nie ma wystarczającej ilości spalin, aby rozpędzić turbinę do jakiejkolwiek znaczącej prędkości, ale gdy przyspieszasz, turbina obraca się i zapewnia doładowanie.

Jeśli naciskasz prawą nogą, powstaje więcej spalin, które sprężają maksymalną ilość świeżego powietrza do cylindrów.

Więc jaki jest haczyk?

Jest oczywiście kilka powodów, dla których nie wszyscy jeździmy samochodami z turbodoładowaniem od lat, zaczynając od złożoności.

Jak możesz sobie wyobrazić, zbudowanie czegoś, co może kręcić się z prędkością 150,000 XNUMX obr./min dzień po dniu przez lata bez wybuchu, nie jest łatwe i wymaga drogich części.

Turbiny wymagają również dedykowanego zasilania olejem i wodą, co kładzie większy nacisk na układy smarowania i chłodzenia silnika.

Ponieważ powietrze w turbosprężarce nagrzewa się, producenci musieli również instalować intercoolery, aby obniżyć temperaturę powietrza wchodzącego do cylindra. Gorące powietrze jest mniej gęste niż zimne, co neguje zalety turbosprężarki, a także może powodować uszkodzenia i przedwczesną detonację mieszanki paliwowo-powietrznej.

Najbardziej niesławną wadą turbodoładowania jest oczywiście opóźnienie. Jak wspomniano, musisz przyspieszyć i wytworzyć wydech, aby turbosprężarka zaczęła wytwarzać znaczące ciśnienie doładowania, co oznaczało, że wczesne samochody z turbodoładowaniem były jak opóźniony przełącznik – nic, nic, nic, WSZYSTKO.

Różne postępy w technologii turbo ujarzmiły najgorsze właściwości wczesnych Saabów i Porsche z turbodoładowaniem, w tym regulowane łopatki w turbinie, które poruszają się w oparciu o ciśnienie spalin, oraz lekkie elementy o niskim współczynniku tarcia w celu zmniejszenia bezwładności.

Najbardziej ekscytujący krok naprzód w turbodoładowaniu można znaleźć – przynajmniej na razie – tylko w wyścigach Formuły 1, gdzie mały silnik elektryczny utrzymuje obroty turbosprężarki, skracając czas potrzebny na rozkręcenie.

Podobnie w Rajdowych Mistrzostwach Świata system znany jako anti-lag zrzuca mieszankę paliwowo-powietrzną bezpośrednio do układu wydechowego przed turbosprężarką. Ciepło kolektora wydechowego powoduje, że wybucha nawet bez świecy zapłonowej, tworząc gazy wydechowe i utrzymując wrzenie turbosprężarki.

Ale co z turbodieselami?

Jeśli chodzi o turbodoładowanie, diesle to wyjątkowa odmiana. Jest to naprawdę ręka w rękę, ponieważ bez wymuszonego doładowania silniki wysokoprężne nigdy nie byłyby tak powszechne, jak są.

Diesle wolnossące mogą zapewnić przyzwoity moment obrotowy na dolnym poziomie, ale na tym kończą się ich talenty. Jednak dzięki wymuszonemu doładowaniu silniki wysokoprężne mogą wykorzystać swój moment obrotowy i cieszyć się takimi samymi korzyściami, jak ich odpowiedniki benzynowe.

Silniki wysokoprężne są budowane przez Tonka Tough, aby wytrzymać ogromne obciążenia i temperatury w nich zawarte, co oznacza, że ​​z łatwością poradzą sobie z dodatkowym ciśnieniem turbodoładowania.

Wszystkie silniki wysokoprężne – wolnossące i z doładowaniem – działają na zasadzie spalania paliwa w nadmiarze powietrza w tzw. układzie ubogiego spalania.

Silniki wysokoprężne wolnossące zbliżają się do „idealnej” mieszanki paliwowo-powietrznej tylko przy pełnym otwarciu przepustnicy, gdy wtryskiwacze paliwa są szeroko otwarte.

Ponieważ olej napędowy jest mniej lotny niż benzyna, spalanie go bez dużej ilości powietrza powoduje powstawanie ogromnej ilości sadzy, zwanej również cząstkami stałymi oleju napędowego. Napełniając cylinder powietrzem, turbodiesle mogą uniknąć tego problemu.

Tak więc, chociaż turbodoładowanie jest niesamowitym ulepszeniem w przypadku silników benzynowych, jego prawdziwa klapka chroni silnik wysokoprężny przed przekształceniem się w zadymiony relikt. Chociaż „Dieselgate” w każdym przypadku może to spowodować.

Co sądzisz o tym, że turbosprężarki trafiają do prawie wszystkich pojazdów czterokołowych? Powiedz nam o tym w komentarzach poniżej.