Jak funguje turbodmychadlo v automobilu, výhody a nevýhody

Obsah článku:

• Trochu historie a obecné teorie
• Kompresní metody
• Pracovní principy automobilového turbodmychadla
• Výhody a nevýhody
• Vlastnosti práce na benzínových motorech

Od vývoje spalovacího motoru stojí inženýři před úkolem zvýšit jeho výkonové charakteristiky. Řešení tohoto problému instalací více válců s sebou nese řadu problémů, jako je zvýšení velikosti a hmotnosti motoru, proto není optimální.

Dokonce i na úsvitu automobilového průmyslu, v roce 1905, bylo navrženo zásadně odlišné řešení: zvyšte výkon motoru vstřikováním dalšího vzduchu do něj... Jednou z možností tohoto řešení je turbodmychadlo.

Trochu historie a obecné teorie o turbíně

Na obrázku je turbodmychadlo

Abychom pochopili úlohu turbodmychadla, stačí si uvědomit, že auta vybavená spalovacím motorem mohla dosahovat rychlosti až 200 km / h již v roce 1909.

Číslo vypadá fantasticky, až do chvíle, kdy se vedle něj objeví další číslo: objem motoru, který vozu poskytoval tuto rychlost, byl ... 28 litrů! Přirozeně o žádné hromadné výrobě takových monster nemohla být řeč: bez speciálního rozměrového vybavení je prostě nebylo možné obsluhovat.

A aby se vozidlo stalo dostupným pro široké spektrum spotřebitelů a nestalo se analogem parní lokomotivy, měl by být snížen objem motoru a zároveň z něj vytlačen maximální výkon, pokud je to možné.

Myšlenka na kompresor dalšího proudu vzduchu umožnila zvýšit výkon motoru o padesát procent. Není těžké pochopit hlavní body, které určují činnost technické jednotky, pokud znáte principy fungování automobilového motoru založeného na spalovacím motoru.

Pro efektivní provoz spalovacího motoru je důležité procento poměru vzduchu a paliva ve spalovací komoře. Přirozeným omezením objemu směsi paliva a vzduchu je objem komory, kam tato směs vstupuje v důsledku poklesu tlaku při zdvihu sání paliva a kde se zapaluje.

Pokud zvýšíte množství palivové směsi v komoře, bude při jejím spalování získáno více energie, což zvýší schopnosti vozu. Přívod směsi do komory pod tlakem (stlačení) toho umožňuje dosáhnout.

• Přečtěte si, co je lepší: atmosférický nebo přeplňovaný motor

Kompresní metody

V celé historii automobilového průmyslu konstruktéři vytvořili různá zařízení pro stlačování vzduchu. Něco zůstalo na stránkách historie, něco prošlo kelímkem zlepšení a přežilo dodnes. Nyní existují čtyři hlavní způsoby, jak vtlačit vzduch do spalovací komory:

• mechanické natlakování - vzniká prací klikového hřídele a je předchůdcem všech ostatních technických a technických řešení;
• turbodmychadlo - kompresor se směsí vzduchu, který funguje díky rozdílu tlaku mezi kompresorem a výfukovými plyny;
• elektrické turbodmychadlo - způsob vstřikování vzduchu pomocí elektrického kompresoru;
• kombinované přeplňování - zařízení, které kombinuje práci mechanického a turbodmychadla.

Pracovní principy automobilového turbodmychadla

Na fotografii schéma provozu vzduchového turbodmychadla

Existuje přímý vztah mezi objemem vzduchu ve válcích motoru a objemem paliva spáleného ve spalovací komoře. V tomto případě platí, že čím více energie výfukové plyny mají, tím větší je točivý moment přijímaný turbínovými koly a podle toho i samotným kompresorem.

Zvláštní výzvou při konstrukci turbodmychadla je výběr materiálu, ze kterého je vyroben. Lopatky turbíny se otáčejí více než deseti tisíci otáčkami za minutu a mohou se zahřát až na tisíc stupňů. Problém s chlazením je částečně vyřešen přidáním dalšího proudu vzduchu.

Turbodmychadlo je zpravidla vybaveno speciálním lopatkovým prstencem, který je schopen nejen udržovat pevný tlak v hmotnosti výfukových plynů, ale také regulovat stav tohoto toku. Jinými slovy, turbodmychadla mají v současné době funkci změny vnitřní geometrie turbíny.

Pojďme vysvětlit podrobněji. Když jsou otáčky motoru nízké a průtok výfukových plynů nízký, turbína zmenšením vnitřního průřezu zvýší průtok výfukových plynů ke kolu. Pokud jsou otáčky motoru vysoké, zvyšuje se průchodnost turbíny v důsledku zvětšení průřezu a v důsledku toho klesá hustota toku výfukových plynů, které jím procházejí.

S tímto „chytrým“ ovládáním se výrazně rozšiřuje rozsah, ve kterém je turbo účinné. Kromě toho se snižují škodlivé emise do atmosféry a snižuje se spotřeba paliva.

• Přečtěte si specifikace BMW X7 se 4 turby

Klady a zápory turbodmychadla v autě

Jaké jsou výhody turbodmychadel

Na rozdíl od raných modelů mechanických kompresorů, které pracovaly z klikového hřídele, a proto využívaly část výkonu motoru, provoz turbodmychadel využívá v podstatě „darovací“ energii z výfukových plynů.

Z tohoto důvodu turbodmychadla jsou rozhodně efektivnější technické řešení.

Turbodmychadlo se navíc vyznačuje vyššími výkonnostními charakteristikami. Z jednoho litru motoru dokáže „vymáčknout“ až tři sta koní.

Pokud je motor vybaven turbodmychadlem, přidává se mu na výkonu až 40 procent. Současně dochází k výrazné úspoře paliva.

Pokud mluvíme o účinnosti, pak je práce turbo boostu „plus“: s nárůstem velikosti motoru klesá jeho účinnost v důsledku ztrát třením a poklesu tepelné účinnosti; proto čím menší je velikost motoru (což je přesně to, co dává přítomnost turbodmychadlu), tím vyšší je jeho účinnost.

Nevýhody turbodmychadel

Daný design má také své nevýhody a majitel auta by si jich měl být vědom.

1. Při nízkých otáčkách motoru není turbo příliš účinné. Je to přirozené - nízký tlak výfukových plynů není schopen „vtlačit“ požadovaný objem vzduchu do komory.

   Tento problém je částečně úspěšně vyřešen díky funkci změny geometrie turbíny v závislosti na intenzitě motoru a hustotě toku výfukových plynů.

2. Dalším výrazným „mínusem“ je tzv „Efekt Turbo lag“, když řidič otočí plyn, ale v první chvíli na to auto jakoby nereaguje. Podrobně si přečtěte, co je turbo lag a proč k němu dochází.

   Účinek je způsoben skutečností, že bez tuhého mechanického spojení mezi motorem a kompresorem nevyhnutelně vzniká rozpor mezi účinkem činnosti kompresoru a požadovaným výkonem, který je nastaven řidičem při sešlápnutí plynového pedálu. Setrvačnost turbíny způsobí „pokles“ otáček motoru.

   Odborníci s tímto nežádoucím účinkem bojují vyladěním motoru pomocí přídavného elektrického nabíjení nebo instalací druhého turbodmychadla.

3. Po vypnutí turbíny by se neměla okamžitě zastavit.Vysoká rychlost otáček oběžného kola vyžaduje, aby po zastavení vozu turbína nějakou dobu pracovala při „volnoběžných“ otáčkách a vychladla. Jinak se zařízení stane velmi rychle nepoužitelným.

   Aby se tomu zabránilo, je turbodmychadlo vybaveno časovačem turbo, který je naprogramován tak, aby po zastavení vozidla běžel po určitou dobu na volnoběh turbíny.

   Pokud je vůz „dokončen“ řemeslnou metodou a je vybaven turbínou bez turbo časovače, bude se muset motorista postarat o jeho správné chlazení a zastavení po zastavení motoru.

4. Konečně, turbodmychadla nejsou nejlevnější technickou jednotkou v autě, protože vyžaduje velkou přesnost provozu a má takovou funkci, jako je změna geometrie turbíny v závislosti na hustotě proudění výfukových plynů.

Vlastnosti práce na benzínových motorech

Turbodmychadlo pro benzínové motory je účinné u vstřikovacích motorů. Pokud si přejete nainstalovat tuto jednotku na motor karburátoru, bude to vyžadovat řadu úprav - od nastavení úrovně plovákové komory až po výměnu trysek za větší část.

Pokud je zařízení nainstalováno na vstřikovacím motoru, bude práce omezena pouze na nový firmware.

Turbodmychadla se osvědčila. Ne nadarmo je jimi vybavena většina sportovních vozů. Tato technická jednotka se používá jak ve fázi výroby automobilů, tak v situaci, kdy chce majitel vozu provést tuning auta. Vysoká úroveň účinnosti a řada řešení nalezených k odstranění efektu turbo lag činí z použití turbodmychadla nejúčinnější na úrovni jiných metod zvyšování tlaku ve spalovací komoře.

• Související článek: Jak opravit turbodmychadlo