Какво е турбокомпресор?

Когато става дума за комбиниране на производителност с намален разход на гориво, инженерите са почти принудени да изберат турбо двигател.

Извън разредения въздух на света на суперавтомобилите, където Lamborghini все още настоява, че атмосферните двигатели остават най-чистият и най-италиански начин за производство на мощност и шум, дните на автомобилите без турбо са към своя край.

Невъзможно е например да се сдобиете с атмосферен Volkswagen Golf. След Dieselgate, разбира се, това едва ли ще има значение, защото никой вече не иска да играе голф.

Въпреки това остава фактът, че градските коли, семейните коли, гранд туровете и дори някои суперавтомобили напускат кораба в полза на гмуркане бъдеще. От Ford Fiesta до Ferrari 488, бъдещето принадлежи на принудителната индукция, отчасти поради законите за емисиите, но също и защото технологията се е развила с скокове и граници.

Това е случай на малка икономия на гориво на двигателя за плавно шофиране и голяма мощност на двигателя, когато го пожелаете.

Когато става въпрос за комбиниране на по-висока производителност с по-нисък разход на гориво, инженерите са почти принудени да проектират най-новите си двигатели с технология с турбокомпресор.

Как турбото може да направи повече с по-малко?

Всичко се свежда до това как работят двигателите, така че нека поговорим малко за техниката. За бензиновите двигатели съотношението въздух-гориво 14.7:1 осигурява пълно изгаряне на всичко в цилиндъра. Всяко повече сок от това е загуба на гориво.

В двигател с естествено пълнене, частичният вакуум, създаден от спускащото се бутало, изтегля въздух в цилиндъра, използвайки отрицателното налягане вътре, за да изтегля въздух през всмукателните клапани. Това е лесен начин да се правят неща, но е много ограничен по отношение на снабдяването с въздух, като човек със сънна апнея.

При турбодвигателя книгата с правила е пренаписана. Вместо да разчита на вакуумния ефект на буталото, двигател с турбокомпресор използва въздушна помпа, за да изтласка въздух в цилиндъра, точно както маската за сънна апнея изтласква въздуха нагоре в носа ви.

Въпреки че турбокомпресорите могат да компресират въздуха до 5 бара (72.5 psi) над стандартното атмосферно налягане, в пътните автомобили те обикновено работят при по-спокойно налягане от 0.5 до 1 bar (7 до 14 psi).

Практическият резултат е, че при 1 бар налягане на усилването двигателят получава два пъти повече въздух, отколкото ако е естествено аспириран.

Това означава, че блокът за управление на двигателя може да инжектира два пъти повече гориво, като същевременно поддържа идеално съотношение въздух-гориво, създавайки много по-голяма експлозия.

Но това е само половината от триковете на турбокомпресора. Нека сравним 4.0-литров двигател с атмосферно пълнене и 2.0-литров двигател с турбокомпресор с налягане на усилване от 1 бар, като приемем, че иначе са идентични по отношение на технологията.

4.0-литровият двигател изразходва повече гориво дори на празен ход и при леко натоварване на двигателя, докато 2.0-литровият двигател консумира много по-малко. Разликата е, че при широко отворена дроселова клапа турбо двигател ще използва максимално възможно количество въздух и гориво - два пъти повече от атмосферен двигател със същия работен обем или точно същият като 4.0-литров атмосферен двигател.

Това означава, че турбодвигателят може да работи навсякъде от оскъдните 2.0 литра до мощните четири литра благодарение на принудителната индукция.

Така че това е случай на малка икономия на гориво на двигателя за щадящо шофиране и голяма мощност на двигателя, когато го пожелаете.

Колко умно е това?

Както подобава на инженерен сребърен куршум, самият турбокомпресор е гениален. Когато двигателят работи, изгорелите газове преминават през турбината, което я кара да се върти с невероятни скорости - обикновено между 75,000 150,000 и XNUMX XNUMX пъти в минута.

Турбината е закрепена с болтове към въздушния компресор, което означава, че колкото по-бързо се върти турбината, толкова по-бързо се върти компресорът, засмуквайки свеж въздух и го натискайки в двигателя.

Турбото работи на плъзгаща се скала, в зависимост от това колко силно натискате педала за газ. На празен ход няма достатъчно отработени газове, за да накара турбината да достигне значителна скорост, но докато ускорявате, турбината се завърта и осигурява тласък.

Ако натискате с десния крак, се произвеждат повече отработени газове, които компресират максимално количество свеж въздух в цилиндрите.

И така, каква е уловката?

Има, разбира се, няколко причини, поради които не всички караме автомобили с турбо в продължение на години, като се започне от сложността.

Както можете да си представите, изграждането на нещо, което може да се върти със 150,000 XNUMX об/мин ден след ден в продължение на години, без да експлодира, не е лесно и изисква скъпи части.

Турбините също изискват специално снабдяване с масло и вода, което натоварва повече системите за смазване и охлаждане на двигателя.

Тъй като въздухът в турбокомпресора се нагрява, производителите също трябваше да инсталират междинни охладители, за да понижат температурата на въздуха, влизащ в цилиндъра. Горещият въздух е по-малко плътен от студения въздух, което отрича ползите от турбокомпресора и може също да причини повреда и преждевременна детонация на сместа гориво/въздух.

Най-скандалният недостатък на турбокомпресора, разбира се, е известен като забавяне. Както беше посочено, трябва да ускорите и да създадете ауспух, за да накарате турбото да започне да произвежда значимо налягане на усилване, което означаваше, че ранните турбо коли бяха като отложен превключвател - нищо, нищо, нищо, ВСИЧКО.

Различни постижения в турбо технологията укротяват най-лошото от характеристиките на бавното движение на ранните Saabs и Porsche с турбокомпресор, включително регулируеми перки в турбината, които се движат въз основа на налягането на изгорелите газове, и леки компоненти с ниско триене за намаляване на инерцията.

Най-вълнуващата стъпка напред в турбокомпресора може да бъде намерена - поне засега - при F1 състезателите, където малък електрически мотор поддържа турбото да се върти, намалявайки времето, необходимо за завъртането му.

По същия начин, в Световния рали шампионат, система, известна като анти-закъснение, изхвърля сместа въздух/гориво директно в ауспуха пред турбокомпресора. Топлината на изпускателния колектор го кара да експлодира дори без свещ, създавайки изгорели газове и поддържайки турбокомпресора да кипи.

Но какво да кажем за турбодизелите?

Когато става въпрос за турбокомпресор, дизелите са специална порода. Това наистина е случай ръка за ръка, защото без принудителна индукция дизеловите двигатели никога не биха били толкова често срещани, колкото са.

Дизелите с атмосферно пълнене могат да осигурят приличен въртящ момент от нисък клас, но с това свършват талантите им. Въпреки това, с принудителна индукция, дизелите могат да се възползват от своя въртящ момент и да се радват на същите предимства като бензиновите си колеги.

Дизеловите двигатели са създадени от Tonka Tough, за да се справят с огромните натоварвания и температури, съдържащи се в тях, което означава, че могат лесно да се справят с допълнителното налягане на турбо.

Всички дизелови двигатели - атмосферни и с компресор - работят чрез изгаряне на гориво в излишък на въздух в така наречената система за бедно изгаряне.

Единственият път, когато атмосферните дизелови двигатели се доближават до "идеалната" смес въздух/гориво, е на пълна газ, когато горивните инжектори са широко отворени.

Тъй като дизеловото гориво е по-малко летливо от бензина, когато се изгаря без много въздух, се произвежда огромно количество сажди, известни също като дизелови частици. Чрез пълнене на цилиндъра с въздух, турбодизелите могат да избегнат този проблем.

Така че, докато турбокомпресорът е невероятно подобрение за бензиновите двигатели, неговото истинско преобръщане спасява дизеловия двигател от превръщането му в опушена реликва. Въпреки че "Dieselgate" във всеки случай може да предизвика това да се случи.

Какво мислите за факта, че турбокомпресорите намират своя път в почти всички четириколесни превозни средства? Кажете ни в коментарите по-долу.