Cum funcționează turbocompresorii

Galerie de imagini: Turbochargers Sistemul de turbocompresor al Mitsubishi Lancer Evolution IX. Vezi mai multe poze cu turbocompresor. YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Când oamenii vorbesc despre mașini de curse sau mașini sport de înaltă performanță, subiectul este turbocompresoare apare de obicei. Turbocompresoarele apar și pe motoarele diesel mari. Un turbo poate spori în mod semnificativ puterea unui motor fără a crește semnificativ greutatea acestuia, care este beneficiul uriaș care face turboții atât de populari!

În acest articol, vom afla cum un turbocompresor mărește puterea unui motor în timp ce supraviețuiește condițiilor extreme de funcționare. De asemenea, vom învăța cum porțile de gunoi, paletele de turbină ceramică și rulmenții cu bile ajută turbocompresorii să își facă treaba și mai bine. Turbocompresoarele sunt un tip de sistem de inducție forțată. ei comprima aerul care curge în motor (vezi Cum funcționează motoarele auto pentru o descriere a fluxului de aer într-un motor normal). Avantajul comprimării aerului este că permite motorului să stoarcă mai mult aer într-un cilindru și mai mult aer înseamnă că se poate adăuga mai mult combustibil. Prin urmare, obțineți mai multă putere de la fiecare explozie din fiecare cilindru. Un motor turbocompresor produce mai multă putere în general decât același motor fără încărcare. Acest lucru poate îmbunătăți în mod semnificativ raportul putere / greutate pentru motor (a se vedea Cum funcționează puterea pentru detalii).

-Pentru a obține acest impuls, turbocompresorul folosește debitul de evacuare din motor pentru a roti a turbină, care la rândul său se învârte Pompa de aer. Turbina din turbocompresor se învârte cu viteze de până la 150.000 de rotații pe minut (rpm) - adică de aproximativ 30 de ori mai rapid decât pot merge majoritatea motoarelor auto. Și din moment ce este conectat la evacuare, temperaturile din turbină sunt de asemenea foarte ridicate.

Citiți pentru a afla cât de multă putere vă puteți aștepta de la motorul dvs. dacă adăugați un turbocompresor.

cuprins

1. Turbocompresoare și motoare
2. Proiectare turbocompresor
3. Piese de turbocompresor
4. Utilizarea a două turbocompresoare și mai multe piese turbo

În cazul în care turbocompresorul este amplasat în mașină.

Una dintre cele mai sigure metode de a obține mai multă putere dintr-un motor este să crești cantitatea de aer și combustibil pe care îl poate arde. Un mod de a face acest lucru este să adăugați cilindri sau să faceți ca cilindrii să fie mai mari. Uneori, aceste modificări pot fi imposibile - un turbo poate fi un mod mai simplu și mai compact de a adăuga energie, în special pentru un accesoriu de piață.

Turbocompresoarele permit unui motor să ardă mai mult combustibil și aer prin împachetarea mai multă în cilindrii existenți. Sporul tipic oferit de un turbocompresor este de 6 până la 8 kilograme pe inch (psi). Deoarece presiunea atmosferică normală este de 14,7 psi la nivelul mării, puteți vedea că veți primi cu aproximativ 50% mai mult aer în motor. Prin urmare, vă așteptați să obțineți cu 50% mai multă putere. Nu este perfect eficient, așa că s-ar putea să obțineți un Îmbunătățirea cu 30- 40% la sută in schimb.

O cauză a ineficacitate provine de la faptul că puterea de a roti turbina nu este gratuită. Având o turbină în fluxul de eșapament crește restricția de evacuare. Aceasta înseamnă că pe cursa de evacuare, motorul trebuie să se împingă împotriva unei contrapresiuni mai mari. Aceasta scade un pic de putere de la buteliile care trag în același timp.-

-

Cum un turbocompresor este instalat într-o mașină Curtoazie

Turbocompresorul este fixat în șurub colector de evacuare a motorului. Evacuarea din butelii se învârte turbină, care funcționează ca un motor cu turbină pe gaz. Turbina este conectată de un arbore la compresor, care este situat între filtrul de aer și galeria de admisie. Compresorul presurizează aerul care pătrunde în pistoane.

În interiorul unui turbocompresor Imagine cu amabilitate Garrett

Evacuarea cilindrilor trece prin lame de turbină, determinând rotirea turbinei. Cu cât mai multe epuizări trec prin lamele, cu atât se învârtesc mai repede.

Pe celălalt capăt al arborelui la care este atașată turbina, compresor pompează aer în cilindri. Compresorul este un tip de pompă centrifugă - atrage aer în centrul lamelor sale și îl aruncă spre exterior în timp ce se rotește.

Pentru a gestiona viteze de până la 150.000 rot / min, arborele turbinei trebuie să fie sprijinit foarte atent. Majoritatea rulmenților ar exploda la viteze de acest fel, așa că majoritatea turbocompresoarelor folosesc un rulment fluid. Acest tip de rulment sprijină arborele pe un strat subțire de ulei care este pompat constant în jurul arborelui. Acest lucru servește în două scopuri: Răcește axul și o parte din celelalte părți ale turbocompresorului și permite arborelui să se rotească fără prea multă frecare.

Există multe compromisuri implicate în proiectarea unui turbocompresor pentru un motor. În secțiunea următoare, vom analiza unele dintre aceste compromisuri și vom vedea cum afectează performanța.

Prea mult crește?

Odată cu pomparea aerului în butelii sub presiune de turbocompresor și apoi este comprimată în continuare de piston (vezi Cum funcționează motoarele auto pentru o demonstrație), există mai mult pericol de lovire. batere se întâmplă deoarece pe măsură ce comprimați aerul, temperatura aerului crește. Temperatura poate crește suficient pentru a aprinde combustibilul înainte de aprinderea bujiei. Mașinile cu turbocompresoare trebuie adesea să funcționeze cu combustibil octanic mai mare pentru a evita lovirea. Dacă presiunea de impuls este într-adevăr mare, raportul de compresie al motorului ar trebui să fie redus pentru a evita lovirea.

Turbocompresoarele oferă motoare la viteze mari. © Fotograf: Max Dimyadi | Agenție: Dreamstime.com

Una dintre principalele probleme cu turbocompresoarele este că acestea nu oferă o impulsionare imediată a puterii atunci când călcați pe gaz. Durează o secundă până când turbina se ridică la viteză înainte de producerea impulsului. Acest lucru duce la o senzație de întârziere atunci când călcați pe gaz, apoi mașina se întoarce înainte când turbo se mișcă.

O modalitate de a reduce turbo lag este de a reduce inerţie a părților rotative, în principal prin reducerea greutății acestora. Acest lucru permite turbinei și compresorului să accelereze rapid și să înceapă să ofere impuls mai devreme. Un mod sigur de a reduce inerția turbinei și a compresorului este de a face turbocompresorul mai mic. Un turbocompresor mic va furniza impulsul mai rapid și la viteze mai mici ale motorului, dar este posibil să nu poată oferi o intensitate mai mare la viteze mai mari ale motorului atunci când un volum cu adevărat mare de aer intră în motor. De asemenea, este în pericol să se învârte prea repede la viteze mai mari ale motorului, atunci când o mulțime de eșapament trece prin turbină.

Majoritatea turbocompresoarelor auto au o wastegate, ceea ce permite utilizarea unui turbocompresor mai mic pentru a reduce întârzierea, evitând în același timp să se rotească prea repede la viteze mari ale motorului. Portiera de deșeuri este o supapă care permite evacuării evacuării paletelor turbinei. Portiera deșeuri simte presiunea de impuls. În cazul în care presiunea devine prea mare, ar putea fi un indicator că turbina se învârte prea repede, astfel încât grila de deșeuri ocolește o parte din evacuarea din jurul lamelor turbinei, permițând lamelor să încetinească.

Unele turbocompresoare folosesc rulmenți cu bile în loc de rulmenți de fluid pentru a susține arborele turbinei. Dar acestea nu sunt rulmenții dvs. cu bile obișnuiți - sunt rulmenți super-precizați din materiale avansate pentru a face față vitezei și temperaturilor turbocompresorului. Acestea permit arborelui turbinei să se rotească cu mai puțin frecare decât lagărele de fluid utilizate la majoritatea turbocompresoarelor. Acestea permit, de asemenea, utilizarea unui arbore ușor mai mic, mai ușor. Acest lucru ajută turbocompresorul să accelereze mai rapid, reducând în continuare turbo lag.

Lame de turbină din ceramică sunt mai ușoare decât lamele de oțel utilizate la majoritatea turbocompresoarelor. Din nou, acest lucru permite turbinei să se rotească cu viteză mai rapidă, ceea ce reduce turbo-lag.

Un cuplu rotativ Mazda RX-8 echipat cu un sistem de turbocompresor aftermarket. TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty Images

Unele motoare folosesc doi turbocompresori de diferite dimensiuni. Cel mai mic se învârte până la viteză foarte rapid, reducând decalajul, în timp ce cel mai mare preia la viteze mai mari ale motorului pentru a oferi un impuls mai mare.

Când aerul este comprimat, acesta se încălzește; iar când aerul se încălzește, se extinde. Deci, o parte din creșterea presiunii de la un turbocompresor este rezultatul încălzirii aerului înainte de a intra în motor. Pentru a crește puterea motorului, scopul este de a introduce mai multe molecule de aer în cilindru, nu neapărat de mai multă presiune a aerului.

Un intercooler sau încărcare răcitor de aer este o componentă suplimentară care arată ceva ca un calorifer, cu excepția faptului că aerul trece prin interior, precum și prin exteriorul intercoolerului. Aerul de admisie trece prin pasaje închise în interiorul răcitorului, în timp ce aerul rece din exterior este suflat peste aripioare de ventilatorul de răcire al motorului.

-

Intercoolerul mărește și mai mult puterea motorului prin răcirea aerului sub presiune care iese din compresor înainte de a intra în motor. Acest lucru înseamnă că, dacă turbocompresorul funcționează la un impuls de 7 psi, sistemul intercool va pune 7 psi de aer mai rece, care este mai dens și conține mai multe molecule de aer decât aerul mai cald.

Un turbocompresor ajută și la altitudini mari, unde aerul este mai puțin dens. Motoarele normale vor experimenta o putere redusă la altitudini mari, deoarece pentru fiecare cursă a pistonului, motorul va obține o masă mai mică de aer. Un motor turbocompresor poate avea, de asemenea, o putere redusă, dar reducerea va fi mai puțin dramatică, deoarece aerul mai subțire este mai ușor pentru pompa de turbocompresor.

Mașinile mai vechi cu carburatoare cresc automat debitul de combustibil pentru a se potrivi cu fluxul de aer crescut care intră în cilindri. Mașinile moderne cu injecție de combustibil vor face, de asemenea, acest lucru. Sistemul de injecție de combustibil se bazează pe senzori de oxigen din eșapament pentru a determina dacă raportul aer-combustibil este corect, deci aceste sisteme vor crește automat debitul de combustibil dacă se adaugă un turbo.

Dacă la o mașină injectată cu combustibil se adaugă un turbocompresor cu un impuls prea mare, sistemul poate să nu ofere combustibil suficient - fie software-ul programat în controler nu îl va permite, fie pompa și injectoarele nu sunt capabile să-l alimenteze. În acest caz, vor trebui făcute alte modificări pentru a obține beneficiul maxim de la turbocompresor.

Pentru mai multe informații despre turbocompresoare și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

• Testul motorului
• Cum funcționează motoarele auto
• Cum funcționează sistemele de aprindere automobilistică
• Cum funcționează Puterea
• Cum funcționează convertorii de cuplu
• Cum funcționează hibridul Aptera
• Cum funcționează mașinile Champ
• Cum funcționează mașinile de curse NASCAR
• Cum funcționează sistemele de răcire auto
• Cum ajută oxidul de azot un motor să funcționeze mai bine?

Mai multe legături grozave

• Turbo International: Cum funcționează Turbos - ilustrat!
• Mercedes-Benz: turbocompresor VNT cu geometrie variabilă a turbinei
• Ray Hall Turbocharging - Twin Turbo 351 Windsor
• Revista Sport Compact Car: Turbo Basics