Teemad:
- Werking
- Turbo auk
- Kahekordne turbo
- Tri-turbo
- Twin scroll turbo
- Muutuva geomeetriaga turbo
- Tühjendusventiil
- Wastegate
- Vahejahuti
- Kompressori karakteristikud (liigpinge ja õhuklapp)
- Kombineeritud turbo ja kompressor
- Elektrooniline turbo
Toimimine:
Silindritest väljuvad heitgaasid juhitakse väljalaskekollektorist turbosse. Heitgaasi rõhk paneb turbiini ratta pöörlema (punased gaasid). Seejärel väljuvad heitgaasid turbost sama turbiiniratta kaudu heitgaasi. Kompressori ratast käitatakse võlli abil (sinised gaasid). Kompressoriratas imeb õhku küljelt (kus on näidatud õhufilter) ja suunab selle rõhu all (sinise noole kaudu) turbovooliku kaudu vahejahuti. Vahejahuti jahutab suruõhku (jahedama õhuga töötab mootor paremini). Seejärel siseneb õhk sisselaskekollektorisse.
Turbot kasutades siseneb sisselasketakti ajal silindritesse rohkem õhku kui vabalthingava mootoriga, mis tõmmatakse sisse vaid seetõttu, et kolb liigub allapoole. Varustades sel viisil silindritesse rohkem õhku ja lisades rohkem kütust, on saadaval suurem võimsus.
Turbo rõhku mõõdetakse laadimisrõhu andur. Turbo rõhku reguleeritakse signaali põhjal, mille see andur ECU-le saadab.
Turbo on paigaldatud võimalikult lähedale pärast väljalaskekollektorit. Mõnikord on kollektor ja turbo kavandatud üheks tervikuks. Turbo tuleb paigaldada silindripeale võimalikult lähedale, sest heitgaaside kiirus väheneb võimalikult vähe ja rõhk kaob võimalikult vähe.
Turbo viivitus:
Vanemad turbod kannatavad sageli kurikuulsa turbo mahajäämuse all. Turbo töötab mootorist väljuvatel heitgaasidel. Kui gaasipedaal ühe hooga lõpuni põhja vajutada, vajab mootor madalatel pööretel palju õhku, kuid sel hetkel peab turbo siiski käima eralduvatest heitgaasidest. Turbo ei anna veel piisavalt survet. Alles siis, kui mootor on saavutanud suurema pöörde, käivitub turbo korralikult. Tavaliselt juhtub see 2000 p/min paiku ja on märgatav, kuna auto kiirendab tugevamini.
Seda turbo viivitust peetakse suureks puuduseks. Seetõttu on paljud inimesed ühe poolt mehaaniline kompressor. See töötab pidevalt, kuna seda juhib otse väntvõll ja seetõttu alati sama kiirusega, kui mootor pöörleb. Kui kiirendate, annab kompressor kohe tühikäigul rõhku. Tänapäeval autodesse ehitatud turbosid mõjutab see vähem, osaliselt tänu muutuva turbole.
Kahe turboga:
Lisand "twin-turbo" näitab kahe turbo olemasolu. Need 2 turbot võivad asuda kõrvuti 1 silindrireal või 1 turbo silindrirea kohta. See annab juhile eelise suuremast pöördemomendist madalatel pööretel, paremast jõudlusest suurtel pööretel ja sujuvamast mootori iseloomust. Madalatel pööretel suunatakse õhk mootorisse väikese turboga ja suurematel pööretel muutub suurem turbo tööle. Suuremal turbol on suurem turbo lag, sest ta vajab käima saamiseks rohkem õhku, aga selle tühistab siis väike turbo.
Allolevad neli pilti kirjeldavad olukordi, kus töötavad mõlemad turbod või kui töötab ainult üks kahest. Neli ringi on silindrid, punane ja sinine osa on heitgaasid ja sisselaskeõhk. Vahejahuti on märgistatud "IC".
Madal mootori pöörlemiskiirus ja väike mootorikoormus:
Pööretel alla 1800 p/min on heitgaasi maht väike. Väike maht võimaldab kasutada väikest turbot. Väljalaskekollektori ja suure turbo vaheline klapp on suletud. Heitgaas kandub seega ainult väikeselt turbole suurele. Suurele turbole keeratakse juba pöördeid. See on jadaühendus, kuna kasutatakse mõlemat turbot.
Mootori keskmine kiirus ja mõõdukas koormus:
1800 ja 3000 p/min vahel avaneb väljalaskekollektori ja suure turbo vaheline klapp. Praegu käitavad mõlemat turbot otse mootorist väljuvad heitgaasid. See on ka jadaühendus, sest kasutusel on mõlemad turbot.
Mootori kõrge pöörlemiskiirus ja suur koormus:
Üle 3000 p/min muutub heitgaasi maht väikese turbo jaoks liiga suureks. Turbo on välja lülitatud, et mitte ületada nn õhupiiri (vt kompressori karakteristikute peatükki allpool). Väikese turbo heitgaas on avatud, nii et kõik heitgaasid, mis turbosse juhitakse, juhitakse turbost mööda. Heitgaas ei jõua siis kompressori rattani.
Suur turbo on täielikult varustatud heitgaasiga. Klapp jääb avatuks, nii et suur turbo suudab jõuda suurele kiirusele ja nii palju sisselaskeõhku sisselaskekollektorisse viia.
Tri-turbo:
Tänapäeval tehakse ka “tri-turbo” mootoreid. Nendele mootoritele on paigaldatud kolm turbot, nii et igas kiirusvahemikus on võimalik saavutada maksimaalne täituvus. BMW kasutab tri-turbo tehnoloogiat muu hulgas mudeliga M550d. Kaks väikest turbot kasutavad muutuvat geomeetriat, mistõttu sobivad nii madalale kui ka suurele kiirusele. Sõltuvalt kiirusest reguleeritakse turbot paremaks reageerimiseks. Suur turbo kasutab wastegate.
Allpool kirjeldatakse kahte olukorda, mis näitavad, milline turbo mis ajal töötab.
Madal mootori pöörlemiskiirus ja väike koormus:
Kahest väikesest turbost sõidab ainult üks. Turbo suuruse tõttu keritakse see kiiresti üles. Väike turbo suunab heitgaasid suurele turbole. See paneb juba suure turbo käima.
Mootori keskmine ja kõrge pöörete arv ning koormus:
Mõlemad väikesed turbod on jõuallikaga. Kaks väikest turbot käitavad suurt turbot. See saavutab maksimaalse ülelaadimisrõhu kõigil keskmistel ja suurtel kiirustel.
Twin scroll turbo:
Kui väljalaskekollektoris satuvad kokku mitu heitgaasi, võivad tekkida häired; rõhulained takistavad üksteist. Twin-scroll turboga eraldatakse heitgaasid üksteisest ja juhitakse kahes kanalis turbosse. Silindrite 1 ja 2 heitgaasid ei tule kokku sisselaskekollektoris, vaid põrkuvad üksteisest sõltumatult vastu turbiiniratast. Twin-scroll turbo kasutamine tagab kiirema gaasipedaali reaktsiooni ja suurema efektiivsuse. Alloleval pildil on näha, et silindrite 1 ja 4 heitgaasid saavad kokku ning 2 ja 3 heitgaasid.
Tavalise turbo puhul puutuvad heitgaasid üksteisega kokku väljalaskekollektoris. Me nimetame seda "häireteks". Alloleval pildil on ühe silindri väljalaskekollektoris tekkivad rõhuimpulsid.
Kuna tegemist on ventiilide kattumisega (sisselaske- ja väljalaskeklapid on väljalasketaktilt sisselasketaktile üleminekul mõlemad avatud), tekivad ka alarõhud (atmosfäärirõhust madalamad). Klapi kattumisel aitavad heitgaasid tõmmata värsket õhku põlemiskambrisse ja juhivad ülejäänud heitgaasid minema. See varustab põlemiskammi rohkem hapnikuga, nii et mahuline efektiivsus suureneb.
Kui vaatame rõhku neljasilindrilise mootori väljalaskekollektoris, näeme palju häireid. Iga positiivne impulss muutub klapi kattumisest tingitud negatiivse rõhu tõttu vähem kõrgeks. See on turbo viivituse (üleskerimise reaktsiooniaeg) puudus.
Twin-scroll-turbo kasutamine parandab reaktsiooniaega, kuna silindrite 1+4 ja 2+3 heitgaasid eraldatakse. Impulssid on palju tugevamad, kuna sellel hetkel negatiivsed impulsid neid ei mõjuta. Tootja võib seetõttu pikendada ventiilide kattumise aega, et saavutada veelgi suurem mahuline efektiivsus.
Muutuva geomeetriaga turbo:
Wastegate'iga turbo kannatab turbo viivituse all; Ainult siis, kui mootor teeb teatud arvu pöördeid, varustatakse turbo tööle hakkamiseks piisavalt heitgaase. Muutuva geomeetriaga turbol ei ole heitgaasi, kuid sellel on reguleeritavad labad väljalaskekanalis. Neid lõiketerasid saab reguleerida reguleerimisrõngast keerates. Seda reguleerimisrõngast pööratakse vaakumi abil. Vajaliku vaakumikoguse tagab mootori koormusel ja mootori pöörlemissagedusel põhinev solenoidklapp (solenoidklapp), mida juhib ECU.
Terasid reguleerides saab õhuvoolu suunata. Tänu õhuvoolu muutumisele suudab turbo töötada juba suurematel pööretel mootori madalatel pööretel, sealhulgas madalamal heitgaasirõhul. Terade asend piirab sissevoolava heitgaasi hulka. Suurematel pööretel sõitmiseks reguleeritakse lõiketerad mootori suuremal pööretel sissepoole. Kõrge täitmisrõhu saab saavutada nii madalal kui ka suurel kiirusel. See tagab turbo optimaalse funktsioneerimise laias pööretevahemikus, sest mootor saab madalal kiirusel sama tõmberõhku kui suuremal kiirusel.
Tühjendusventiil:
Tühjendusventiili nimetatakse ka "väljapuhumisventiiliks". Tühjendusklapp on paigaldatud turbovoolikule, kus õhk juhitakse turbolt mootori sisselaskeküljele. Kiirendusel võib sõiduauto turbo jõuda 200.000 XNUMX pöördeni minutis. Sellel kiirusel saavutatakse maksimaalne laadimisrõhk. Kui gaasipedaal korraga lahti lasta, on mootori sisselaskepoolel külluslikult õhurõhku, kuid gaasiklapp on suletud.
Ilma tühjendusventiilita tekib turbo suunas vasturõhk, mille tõttu tarnitav laadimisõhk vähendab kiiresti turbo kiirust. Uuesti kiirendades kulub palju aega, enne kui turbo taas hoogu võtab. Tühjendusventiil takistab seda. Kui gaas vabaneb, puhub see teatud koguse sissepuhkeõhku ära. Seejärel on liigne õhk sisselaskesüsteemist kadunud. Turbo labasid ei aeglusta ja seetõttu käivituvad kiiremini, kui gaasi uuesti kiirendada. Tühjendusventiil sulgub kohe, kui sissepuhutav õhk on ära puhutud. Vastupidiselt sellele, mida paljud arvavad, ei anna tühjendusventiil rohkem võimsust.
Tühjendusklapp tekitab tüüpilise väljapuhumisheli, kui gaas eraldub turboga autos kiirendamisel.
Wastegate:
Igale turbole on paigaldatud ilma muudetava labadeta tühjendusluuk. Wasteklapp tagab, et rõhk turbiini korpuses (st väljalaske poolel) ei muutuks liiga suureks. Kui turbo töötab ja rõhk tõuseb, suletakse heitgaas. Kogu õhk, mis väljalasketakti ajal silindritest väljub, kasutatakse tegelikult turbiiniratta käitamiseks. See saavutab maksimaalse täitmisrõhu.
Tühikäigul pole aga ületõsterõhku vaja. Sel hetkel avaneb jäätmeluuk. Osa heitgaase juhitakse heitgaasi; see võib voolata otse heitgaasi. Wasteklapp on põhimõtteliselt väljalaskekollektori ja mootori väljalasketoru vaheline klapp; kogu õhk, mis voolab läbi wastegate, ei läbi turbot. Seega põhimõtteliselt olemasolevat energiat ei kasutata. Seetõttu võib ka wastegate'i nimetust seletada; “Waste” tähendab inglise keeles “loss”.
Teatud kiiruse saavutamisel avaneb ka wasttegate; Kiirendades peab turbo kiiresti kiirendama, aga kui turbiin, sealhulgas kompressori ratas, saavutab teatud kiiruse, tuleb seda kiirust hoida konstantsena. Sellisel kiirusel heitgaasi avades saab üleliigse heitgaasi juhtida otse väljalasketorusse. Turbo kiirust saab reguleerida wastegate avanemisnurka reguleerides. ECU reguleerib andmete põhjal laadimisrõhu andur mil määral wastegate on kontrollitud.
Vahejahuti:
Suruõhu temperatuur võib muutuda väga soojaks (üle 60 kraadi Celsiuse järgi). Paremaks põlemiseks peab õhk jahtuma. Vahejahuti hoolitseb selle eest. Vahejahuti on eraldi osa ja seetõttu on seda üksikasjalikult kirjeldatud teisel lehel; vaata lehte vahejahuti.
Kompressori karakteristikud (liigpinge ja õhuklapp)
Mootori projekteerimisel tuleb arvestada turbo suurust. Turbo suuruse sobitamist mootoriga nimetatakse sobitamiseks. Kui turbo on liiga suur, tekib suur "turbo vahe". Turbo käivitub vähem kiiresti, kuna turbiini korpus on väikese heitgaaside hulga jaoks liiga suur. Ainult suurematel kiirustel on turbo kiirusel ja suudab pakkuda kõrget rõhku. Kui turbo on liiga väike, jääb turbo lag peaaegu olematuks. Turbiiniratas käivitub kiiresti väikese koguse heitgaasiga. Kõrge turborõhk saavutatakse juba madalatel pööretel. Puuduseks on see, et suurematel pööretel on heitgaaside hulk selle väikese turbo jaoks liiga suur. Heitgaase on rohkem, kui turbosse mahub; sel juhul peab heitgaas varem avanema ja juhtima palju heitgaase. Jäätmed on tõlge sõnale "kaotus", mis kehtib ka siin; heitgaasid, mis voolasid läbi heitgaasi, turbo juhtimisele kaasa ei aidanud.
Turbo suurus on seega mootori konstruktsiooni seisukohalt väga oluline. Igale turbole on projekteerimise käigus antud kompressori karakteristikud. Kompressori karakteristiku abil saab kindlaks teha, kas see sobib konkreetsele mootorile. Alloleval pildil on näide kompressori karakteristikutest.
Rõhusuhe P2/P1 (Y-teljel) on suhe turbo sisselaskeava (P1) ja väljalaskeava (P2) vahel. Rõhk pärast turbiiniratast on alati madalam kui varem. (Mõõtmeteta) rõhusuhe 2,0 tähendab, et rõhk enne turbiiniratast on kaks korda kõrgem kui pärast turbiiniratast. Mahuvoolutegur (X-teljel) on õhu hulk, mis voolab läbi turbo. Kõverad horisontaalsed jooned näitavad turbovõlli kiirust.
Joonisel on näha, et punane joon on liigpinge joon ja sinine joon on õhuklapi joon. Surgeline, mida nimetatakse ka pumba piiriks, on piir, kus kompressori ratta kiirus on liiga madal. Surgeline on õhuvoolu piiramine, kuna kompressori ratas on liiga väike. Rõhu suhe on liiga kõrge ja vooluhulk liiga väike. Kompressor ei ime enam õhku sisse, mistõttu see peatub ja jätkab hiljem oma kiirust. See ebastabiilne õhuvool põhjustab sisselaskekanalis rõhukõikumisi ja pulsatsioone. Pulseerimist nimetatakse ka kompressori "surginguks". Sellest ka nimi "surgeline". Edasi-tagasi voolav õhk põhjustab suuri jõude, mis võivad turbot üle koormata. Kompressori rataste labad võivad puruneda ja laagrid üle koormata.
Drosseliin on veel üks piir, mida kompressor ületada ei tohiks. Siin toimub maksimaalne mahuvool madala rõhu suhte korral. Kompressori korpuse läbimõõt määrab maksimaalse mahuvoolu. Kui õhuklapp on ületatud, on kompressori ratas liiga väike (suurema) mahuvooluga toimetulemiseks. Selle tulemusena läheb palju mootori võimsust kaduma. Drosseliini nimetatakse ka "ülekeerutamise õhuklambriks".
Joonisel on kujutatud kompressori karakteristikud osalise koormusega mootoriga. Mootoril peaks osakoormusel olema madalaim kütusekulu. Madalaim kütuse erikulu saavutatakse väikseima saarega. Jäätmeluuk reguleerib rõhku nii, et see jookseks otse läbi keskmise saare. Esialgu suletakse heitgaas, nii et turborõhk tõuseb. Mootori juhtimissüsteem avab heitgaasi, nagu on näidatud pildil oleva rohelise joonega. Turbovõlli kiirus on vahemikus 8000 kuni 9000 pööret minutis.
Mägedes sõites on suurem geograafiline kõrgus merepinnast; seal on õhk hõredam. See mõjutab turbo tööd, sest lahjem õhk sisaldab vähem hapnikku, mistõttu rõhk kompressori jaoks langeb. Rõhu suhe, sealhulgas kompressori kiirus, peab suurenema, et jõuda lõpliku täitmisrõhuni. Seda olukorda on näha joonisel.
Roheline joon tähistab osakoormuse olukorda merepinnal sõitmisel ja oranž joon mägedes sõitmisel. Õhu hõrenemise tõttu tõuseb kompressori kiirus 100000 XNUMX pöördeni minutis.
Kompressori suurem kiirus tõstab ka mootorisse siseneva õhu temperatuuri. Seetõttu peab vahejahuti rohkem soojust hajutama. Nüüd on vahet näha ka kütusekulus; Mägedes suureneb kütusekulu tänu kõrgemale survesuhtele P2/P1 ja suuremale turbokiirusele.
Turbo ja kompressori kombinatsioon:
Tänapäeval valivad autotootjad üha enam mootori varustamist turbo ja kompressoriga. Turbo on sageli suurema suurusega ja varustatud jäätmeväravaga. Kompressori eesmärk on vältida turbo viivitust; Mootori madalatel pööretel annab kompressor ülelaadimisrõhu ja käivitab turbo. Suurematel kiirustel võtab turbo võimust.
Suruõhk läheb kompressori või möödavooluklapi kaudu turbosse ja turbo kaudu vahejahuti kaudu sisselaskekollektorisse.
Rootsi kompressori kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin.
Elektrooniline turbo:
Tavaline turbo kannatab madalatel pööretel turbo lag, sest turbiini ratta käitamiseks on vaja heitgaase. Kompressor seda ei kannata ja annab laadimisrõhu tühikäigul. Nende kahe kombinatsioon tundub ideaalne. Mehaaniline Rootsi kompressor peab aga töötama väntvõlli abil. Selle protsessi käigus kaob energia. Seetõttu katsetavad autotootjad mitme heitgaasi turboga või elektriturboga, et vältida heitgaaside turbo turbo mahajäämust.
Elektrilist turbot juhib mootori juhtseade. Vaid 250 millisekundiga saavutab kompressori ratas kiiruse mitte vähem kui 70.000 XNUMX pööret minutis. Turbo elektrimootor ajab kompressori ratast. Kompressoriratas liigutab rõhu all oleva sisselaskeõhu heitgaaside turbo kompressorirattale. Kompressori ratas pöörleb väga kiiresti, kui elektrimootor on saamas kontrollitud.
Elektrilise turbo abil on mootoril kiirem reageerimiskäitumine.Suurematel pööretel, kus heitgaaside turbo suudab välja anda täieliku lisarõhu, lülitub elektrooniline turbo välja.
