Když se mluví o závodních autech nebo vysoce výkonných sportovních autech, téma turbodmychadla obvykle přijde. Turbodmychadla se objevují i u velkých naftových motorů. Turbo může výrazně zvýšit výkon motoru, aniž by výrazně zvýšilo jeho hmotnost, což je obrovská výhoda, díky které jsou turba tak populární!
V tomto článku se dozvíme, jak turbodmychadlo zvyšuje výkon motoru při přežití v extrémních provozních podmínkách. Dozvíme se také, jak wastegate, keramické lopatky turbíny a kuličková ložiska pomáhají turbodmychadlům dělat jejich práci ještě lépe. Turbodmychadla jsou typem systému nuceného sání . Komprimují vzduch proudící do motoru (popis proudění vzduchu v normálním motoru viz Jak fungují motory automobilů). Výhodou stlačování vzduchu je, že umožňuje motoru vtlačit 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 více výkonu než stejný motor bez přeplňování. To může výrazně zlepšit poměr výkonu k hmotnosti motoru (podrobnosti viz Jak funguje koňská síla).
K dosažení tohoto zvýšení využívá turbodmychadlo proud výfukových plynů z motoru k roztočení turbíny , který zase roztáčí vzduchové čerpadlo . Turbína v turbodmychadle se otáčí rychlostí až 150 000 otáček za minutu (ot./min.) – to je asi 30krát rychleji, než dokáže jet většina automobilových motorů. A protože je připojen k výfuku, teploty v turbíně jsou také velmi vysoké.
Pokračujte ve čtení, abyste zjistili, o kolik více výkonu můžete od svého motoru očekávat, pokud přidáte turbodmychadlo.
Obsah
Jedním z nejjistějších způsobů, jak z motoru dostat více výkonu, je zvýšit množství vzduchu a paliva, které může spálit. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je přidat válce nebo zvětšit stávající válce. Někdy tyto změny nemusí být proveditelné – turbo může být jednodušším a kompaktnějším způsobem, jak přidat výkon, zejména u příslušenství pro trh s náhradními díly.
Turbodmychadla umožňují motoru spálit více paliva a vzduchu tím, že naplní více paliva do stávajících válců. Typické posílení poskytované 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 dokonale efektivní, takže můžete dosáhnout 30 až 40 procent zlepšení místo toho.
Jedna z příčin neefektivity pochází ze skutečnosti, že síla k roztočení turbíny není zadarmo. Turbína ve výfukovém proudu zvyšuje omezení ve výfuku. To znamená, že při výfukovém zdvihu musí motor tlačit proti vyššímu protitlaku. Toto odečte trochu energie od válců, které střílejí ve stejnou dobu.
Turbodmychadlo je přišroubováno k výfukovému potrubí motoru. Výfuk z válců roztáčí turbínu , který funguje jako motor s plynovou turbínou. Turbína je spojena hřídelí s kompresorem , který se nachází mezi vzduchovým filtrem a sacím potrubím. Kompresor stlačuje vzduch proudící do pístů.
Výfuk z válců prochází lopatkami turbíny , což způsobí roztočení turbíny. Čím více výfukových plynů prochází lopatkami, tím rychleji se točí.
Na druhém konci hřídele, ke kterému je připojena turbína, je kompresor pumpuje vzduch do válců. Kompresor je typ odstředivého čerpadla – nasává vzduch do středu svých lopatek a při otáčení jej vyhazuje ven.
Aby bylo možné zvládnout otáčky až 150 000 ot./min., musí být hřídel turbíny velmi pečlivě podepřena. Většina ložisek by při takových rychlostech explodovala, takže většina turbodmychadel používá tekuté ložisko . Tento typ ložisek nese hřídel na tenké vrstvě oleje, která je neustále pumpována kolem hřídele. To slouží dvěma účelům:Chladí hřídel a některé další části turbodmychadla a umožňuje hřídeli protáčet se bez velkého tření.
Při navrhování turbodmychadla pro motor existuje mnoho kompromisů. V další části se podíváme na některé z těchto kompromisů a uvidíme, jak ovlivňují výkon.
Příliš mnoho zesílení?Když je vzduch pumpován do válců pod tlakem turbodmychadlem a následně je dále stlačován pístem (viz ukázka Jak fungují motory automobilů), hrozí větší nebezpečí klepání. Klepání se stane, protože jak stlačujete vzduch, teplota vzduchu se zvyšuje. Teplota se může zvýšit natolik, aby došlo k zapálení paliva před zapálením zapalovací svíčky. Vozy s turbodmychadlem často potřebují jezdit na palivo s vyšším oktanovým číslem, aby se zabránilo klepání. Pokud je plnicí tlak opravdu vysoký, může být nutné snížit kompresní poměr motoru, aby se zabránilo klepání.
Jedním z hlavních problémů turbodmychadel je, že neposkytují okamžitý nárůst výkonu, když šlápnete na plyn. Turbíně trvá vteřinu, než se dostane na otáčky, než dojde k posílení. To má za následek pocit zpoždění, když šlápnete na plyn, a poté se auto vrhne vpřed, když se turbo rozhýbe.
Jedním ze způsobů, jak snížit zpoždění turba, je snížit setrvačnost rotujících částí, především snížením jejich hmotnosti. To umožňuje turbíně a kompresoru rychle zrychlit a začít poskytovat podporu dříve. Jedním ze způsobů, jak snížit setrvačnost turbíny a kompresoru, je zmenšení turbodmychadla. Malé turbodmychadlo poskytne posilování rychleji a při nižších otáčkách motoru, ale nemusí být schopno poskytnout větší výkon při vyšších otáčkách motoru, když do motoru proudí opravdu velký objem vzduchu. Hrozí také, že se příliš rychle roztočí při vyšších otáčkách motoru, kdy turbínou prochází velké množství výfukových plynů.
Většina automobilových turbodmychadel má odpadní bránu , který umožňuje použití menšího turbodmychadla pro snížení prodlevy a zároveň zabraňuje příliš rychlému roztočení motoru při vysokých otáčkách motoru. Wastegate je ventil, který umožňuje výfuku obtékat lopatky turbíny. Wastegate snímá plnící tlak. Pokud se tlak příliš zvýší, může to být indikátorem toho, že se turbína točí příliš rychle, takže odpadní brána obchází část výfukových plynů kolem lopatek turbíny, což umožňuje lopatkám zpomalit.
Některá turbodmychadla používají kuličková ložiska místo kapalinových ložisek pro podepření hřídele turbíny. Ale to nejsou vaše běžná kuličková ložiska – jsou to super-přesná ložiska vyrobená z pokročilých materiálů, která zvládají otáčky a teploty turbodmychadla. Umožňují otáčení hřídele turbíny s menším třením než kapalinová ložiska používaná u většiny turbodmychadel. Umožňují také použít o něco menší, lehčí hřídel. To pomáhá turbodmychadlu zrychlit rychleji, což dále snižuje prodlevu turba.
Keramické lopatky turbíny jsou lehčí než ocelové lopatky používané u většiny turbodmychadel. Opět to umožňuje, aby se turbína roztočila na vyšší rychlost, což snižuje prodlevu turba.
Některé motory používají dvě turbodmychadla různých velikostí. Menší z nich se velmi rychle roztáčí na otáčky, čímž snižuje prodlevu, zatímco větší přebírá řízení při vyšších otáčkách motoru, aby poskytoval větší výkon.
Když je vzduch stlačen, zahřívá se; a když se vzduch zahřeje, expanduje. Takže určité zvýšení tlaku z turbodmychadla je výsledkem zahřátí vzduchu předtím, než jde do motoru. Aby se zvýšil výkon motoru, cílem je dostat do válce více molekul vzduchu, ne nutně vyšší tlak vzduchu.
mezichladič nebo chladič plnicího vzduchu je přídavný komponent, který vypadá jako chladič, kromě toho, že vzduch prochází vnitřkem i vnějškem mezichladiče. Nasávaný vzduch prochází utěsněnými průchody uvnitř chladiče, zatímco chladnější vzduch zvenčí je vháněn přes žebra chladicím ventilátorem motoru.
Mezichladič dále zvyšuje výkon motoru tím, že ochlazuje stlačený vzduch vycházející z kompresoru předtím, než jde do motoru. To znamená, že pokud turbodmychadlo pracuje s tlakem 7 psi, mezichlazený systém vpustí 7 psi chladnějšího vzduchu, který je hustší a obsahuje více molekul vzduchu než vzduch teplejší.
Ve vysokých nadmořských výškách pomáhá také turbodmychadlo , kde je vzduch méně hustý. Normální motory zaznamenají snížený výkon ve vysokých nadmořských výškách, protože při každém zdvihu pístu získá motor menší množství vzduchu. Turbodmychadlový motor může mít také snížený výkon, ale snížení bude méně dramatické, protože řidší vzduch se pro turbodmychadlo snadněji pumpuje.
Starší vozy s karburátory automaticky zvyšují množství paliva, aby odpovídalo zvýšenému průtoku vzduchu proudícímu do válců. Moderní vozy se vstřikováním paliva to také dokážou. Systém vstřikování paliva spoléhá na kyslíková čidla ve výfuku, aby určila, zda je poměr vzduchu a paliva správný, takže tyto systémy automaticky zvýší průtok paliva, pokud je přidáno turbo.
Pokud je do auta se vstřikováním přidáno příliš velké turbodmychadlo, systém nemusí poskytovat dostatek paliva - buď to nedovolí software naprogramovaný v ovladači, nebo ho čerpadlo a vstřikovače nejsou schopny dodávat. V tomto případě budou muset být provedeny další úpravy, aby bylo dosaženo maximálního užitku z turbodmychadla.
Původně zveřejněno:4. prosince 2000
