Sådan fungerer turboladere

Billedgalleri: Turboladere Mittsubishi Lancer Evolution IX's turboladersystem. Se flere turboladere-billeder. YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Når folk taler om racerbiler eller højtydende sportsbiler, er emnet for turboladere kommer normalt op. Turboladere vises også på store dieselmotorer. En turbo kan øge motorens hestekræfter betydeligt uden at øge dens vægt markant, hvilket er den enorme fordel, der gør turbos så populære!

I denne artikel lærer vi, hvordan en turbolader øger motorens effekt, mens de overlever ekstreme driftsforhold. Vi lærer også, hvordan wastegates, keramiske turbineblade og kuglelejer hjælper turboladere med at udføre deres arbejde endnu bedre. Turboladere er en type tvungen induktionssystem. De komprimere luften, der strømmer ind i motoren (se Sådan fungerer bilmotorer for en beskrivelse af luftstrømmen i en normal motor). Fordelen ved at komprimere luften er, at den lader motoren presse mere luft ind i en cylinder, og mere luft betyder, at der kan tilføjes mere brændstof. Derfor får du mere energi fra hver eksplosion i hver cylinder. En turboladet motor producerer samlet set mere kraft end den samme motor uden opladning. Dette kan forbedre kraft-vægt-forholdet for motoren markant (se Sådan fungerer hestekræfter for detaljer).

-For at opnå dette boost bruger turboladeren udstødningsstrømmen fra motoren til at dreje a turbine, som igen spin en luft pumpe. Turbinen i turboladeren drejer med hastigheder på op til 150.000 omdrejninger pr. Minut (o / min) - det er cirka 30 gange hurtigere, end de fleste bilmotorer kan gå. Og da det er tilsluttet udstødningen, er temperaturerne i turbinen også meget høje.

Fortsæt med at læse for at finde ud af, hvor meget mere strøm du kan forvente af din motor, hvis du tilføjer en turbolader.

Indhold

1. Turboladere og motorer
2. Turboladere Design
3. Turboladerdele
4. Brug af to turboladere og flere turbodele

Hvor turboladeren er placeret i bilen.

En af de sikreste måder at få mere energi ud af en motor er at øge mængden af ​​luft og brændstof, som den kan brænde. En måde at gøre dette på er at tilføje cylindre eller gøre de aktuelle cylindre større. Nogle gange er disse ændringer muligvis ikke gennemførlige - en turbo kan være en enklere og mere kompakt måde at tilføje strøm, især til et eftermarkedstilbehør.

Turboladere giver en motor mulighed for at forbrænde mere brændstof og luft ved at pakke mere ind i de eksisterende cylindre. Den typiske boost, der leveres af en turbolader, er 6 til 8 pund pr. Kvadrat tomme (psi). Da normalt atmosfærisk tryk er 14,7 psi ved havoverfladen, kan du se, at du får omkring 50 procent mere luft ind i motoren. Derfor ville du forvente at få 50 procent mere strøm. Det er ikke perfekt effektivt, så du får muligvis en 30- til 40 procent forbedring i stedet.

En af årsagerne til ineffektivitet stammer fra det faktum, at kraften til at dreje turbinen ikke er fri. At have en turbin i udstødningsstrømmen øger begrænsningen i udstødningen. Det betyder, at motoren på udstødningsslaget skal skubbe mod et højere modtryk. Dette trækker lidt strøm fra cylindrene, der skyder på samme tid.-

-

Sådan lukkes en turbolader i en bil Image høflighed af Garrett

Turboladeren er boltet til udstødningsmanifold af motoren. Udstødningen fra cylindrene spinder turbine, der fungerer som en gasturbinemotor. Turbinen er forbundet med en skaft til kompressor, som er placeret mellem luftfilteret og indsugningsmanifolden. Kompressoren presserer luften, der går ind i stemplerne.

Inde i en turbolader Image høflighed Garrett

Udstødningen fra cylindrene passerer gennem turbineblade, der får turbinen til at rotere. Jo mere udstødning der går gennem knivene, jo hurtigere roterer de.

I den anden ende af skaftet, som turbinen er fastgjort til, er kompressor pumper luft ind i cylindrene. Kompressoren er en type centrifugalpumpe - den trækker luft ind i midten af ​​dens klinger og kaster den udad, mens den roterer.

For at håndtere hastigheder på op til 150.000 o / m, skal turbineakslen understøttes meget omhyggeligt. De fleste lejer eksploderer i hastigheder som denne, så de fleste turboladere bruger a væskeleje. Denne type lejer understøtter skaftet på et tyndt lag olie, der konstant pumpes rundt om skaftet. Dette tjener to formål: Det afkøler skaftet og nogle af de andre turboladerdele, og det gør det muligt for skaftet at rotere uden meget friktion.

Der er mange afvejninger involveret i design af en turbolader til en motor. I det næste afsnit skal vi se på nogle af disse kompromiser og se, hvordan de påvirker ydeevnen.

For meget boost?

Når der pumpes luft ind i cylindrene under tryk af turboladeren og derefter komprimeres yderligere af stemplet (se Sådan fungerer bilmotorer til en demonstration), er der større fare for banker. Banke sker, fordi når du komprimerer luft, stiger luftens temperatur. Temperaturen kan stige nok til at antænde brændstoffet, før tændrøret tændes. Biler med turboladere har ofte brug for at køre på højere oktanbrændstof for at undgå bank. Hvis boost-trykket er virkelig højt, kan motorens kompressionsforhold muligvis nedsættes for at undgå bankning.

Turboladere giver motorerne boost i høje hastigheder. © Fotograf: Max Dimyadi | Agentur: Dreamstime.com

Et af de største problemer med turboladere er, at de ikke giver et øjeblikkeligt effektforstærk, når du træder på gasen. Det tager et sekund for turbinen at komme op i fart, inden boost produceres. Dette resulterer i en følelse af forsinkelse, når du trækker på gas, og derefter lunger bilen foran, når turboen bevæger sig.

En måde at reducere turbo-lag er at reducere inerti af de roterende dele, hovedsageligt ved at reducere deres vægt. Dette gør det muligt for turbinen og kompressoren at accelerere hurtigt og begynde at give boost tidligere. En sikker måde at reducere inertien af ​​turbinen og kompressoren er at gøre turboladeren mindre. En lille turbolader giver boost hurtigere og ved lavere motorhastigheder, men er muligvis ikke i stand til at give meget boost ved højere motorhastigheder, når et rigtig stort volumen luft går ind i motoren. Det er også i fare for at dreje for hurtigt ved højere motorhastigheder, når masser af udstødning passerer gennem turbinen.

De fleste turboladere til biler har en wastegate, hvilket tillader brugen af ​​en mindre turbolader for at reducere forsinkelsen og samtidig forhindre, at den roterer for hurtigt ved høje motorhastigheder. Wastegate er en ventil, der giver udstødningen mulighed for at omgå turbinebladene. Wastegaten registrerer boost-trykket. Hvis trykket bliver for højt, kan det være en indikator på, at turbinen roterer for hurtigt, så wastegaten omgår noget af udstødningen omkring turbinebladene, så bladene kan bremse.

Nogle turboladere bruger kuglelejer i stedet for væskelager til understøttelse af turbineakslen. Men dette er ikke dine almindelige kuglelejer - de er superpræcise lejer lavet af avancerede materialer til at håndtere turboladets hastigheder og temperatur. De gør det muligt for turbineakslen at rotere med mindre friktion end væskelagerne, der bruges i de fleste turboladere. De giver også mulighed for at bruge en lidt mindre, lettere skaft. Dette hjælper turboladeren hurtigere, hvilket yderligere reducerer turbo-forsinkelsen.

Keramiske turbineblade er lettere end stålbladene, der bruges i de fleste turboladere. Igen giver dette turbinen mulighed for at dreje op til hastigheden hurtigere, hvilket reducerer turbo-forsinkelse.

Mazda RX-8 roterende coupé udstyret med et eftermarkedets turboladersystem. TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty Images

Nogle motorer bruger to turboladere i forskellige størrelser. Den mindre drejer sig meget hurtigt, hvilket reducerer forsinkelsen, mens den større overtager ved højere motorhastigheder for at give mere boost.

Når luft komprimeres, varmer den op; og når luft opvarmes, udvides den. Så noget af trykstigningen fra en turbolader er resultatet af at opvarme luften, inden den går ind i motoren. For at øge motorens kraft er målet at få flere luftmolekyler ind i cylinderen, ikke nødvendigvis mere lufttryk.

en intercooler eller lad luftkøler er en ekstra komponent, der ligner en radiator, medmindre luft passerer gennem indersiden såvel som ydersiden af ​​intercooleren. Indsugningsluften passerer gennem forseglede passager inde i køleren, mens køligere luft udefra blæses over finnerne af motorens køleventilator.

-

Interkøleren øger motorens kraft yderligere ved at afkøle den trykluft, der kommer ud af kompressoren, inden den går ind i motoren. Dette betyder, at hvis turboladeren fungerer med et boost på 7 psi, vil det interkølede system sætte 7 psi køligere luft, som er tættere og indeholder flere luftmolekyler end varmere luft.

En turbolader hjælper også på store højder, hvor luften er mindre tæt. Normale motorer vil opleve reduceret effekt i store højder, fordi motoren for hvert slag af stemplet får en mindre luftmasse. En turboladet motor kan også have reduceret effekt, men reduktionen vil være mindre dramatisk, fordi den tyndere luft er lettere for turboladeren at pumpe.

Ældre biler med karburatorer øger automatisk brændstofhastigheden for at matche den øgede luftstrøm, der går ind i cylindrene. Moderne biler med brændstofindsprøjtning vil også gøre dette til et punkt. Brændstofindsprøjtningssystemet er afhængig af iltføler i udstødningen for at bestemme, om luft-til-brændstof-forholdet er korrekt, så disse systemer vil automatisk øge brændstofstrømmen, hvis der tilføjes en turbo.

Hvis der tilføjes en turbolader med for meget boost til en brændstofindsprøjtet bil, giver systemet muligvis ikke nok brændstof - hverken den software, der er programmeret i regulatoren, tillader det ikke, eller pumpen og injektorerne er ikke i stand til at levere den. I dette tilfælde skal andre ændringer foretages for at få den maksimale fordel ved turboladeren.

For mere information om turboladere og relaterede emner, se linkene på næste side.

Relaterede artikler

• Motorquiz
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer antændelsessystemer til biler
• Sådan fungerer hestekræfter
• Hvordan drejningsmomentomformere fungerer
• Sådan fungerer Aptera Hybrid
• Sådan fungerer Champ Cars
• Sådan fungerer NASCAR racerbiler
• Sådan fungerer bilkølesystemer
• Hvordan hjælper nitrogenoxid en motor med at yde bedre?

Flere gode links

• Turbo International: Sådan fungerer turbos - illustreret!
• Mercedes-Benz: VNT-turbolader med variabel turbinegeometri
• Ray Hall Turbocharging - Twin Turbo 351 Windsor
• Sport Compact Car Magazine: Turbo Basics