Subiecte:
- operație
- Turbo lag
- Twin turbo
- Tri-turbo
- Twin scroll turbo
- Turbo cu geometrie variabilă
- Supapă de descărcare
- Wastegate
- Răcitor
- Caracteristica compresorului (supraveghere și sufocare)
- Combinație turbo și compresor
- Turbo electronic
Operațiune:
Gazele de evacuare care ies din cilindri sunt alimentate de la galeria de evacuare la turbo. Presiunea gazelor de eșapament face ca roata turbinei să se rotească (gazele roșii). Gazele de eșapament părăsesc apoi turbo prin aceeași roată a turbinei către evacuare. Roata compresorului este antrenată cu ajutorul unui arbore (gazele albastre). Roata compresorului aspiră aer din lateral (unde este afișat filtrul de aer) și îl furnizează sub presiune (prin săgeata albastră) prin furtunul turbo către intercooler. Intercooler-ul răcește aerul comprimat (motorul funcționează mai bine cu aer mai rece). Aerul intră apoi în galeria de admisie.
Când se folosește un turbo, mai mult aer intră în cilindri în timpul cursei de admisie decât în cazul unui motor cu aspirație naturală, care este aspirat doar deoarece pistonul se mișcă în jos. Furnizând mai mult aer cilindrii în acest fel și adăugând mai mult combustibil, va fi disponibilă o putere mai mare.
Presiunea turbo este măsurată de senzor de presiune de încărcare. Presiunea turbo este reglată pe baza semnalului pe care acest senzor îl trimite la ECU.
Turbo se monteaza cat mai aproape de galeria de evacuare. Uneori, galeria și turbo sunt proiectate ca un întreg. Turbo-ul trebuie montat cat mai aproape de chiulasa, deoarece viteza gazelor de esapament scade cat mai putin si se pierde cat mai putina presiune.
Turbo lag:
Turbo-urile mai vechi suferă adesea de infamul turbo lag. Turbo actioneaza asupra gazelor de esapament din motor. Dacă pedala de accelerație este apăsată până la capăt dintr-o singură mișcare, motorul are nevoie de mult aer la turație mică, dar în acel moment turbo trebuie încă să pornească de la gazele de eșapament care sunt eliberate. Turbo nu furnizează încă suficientă presiune. Numai când motorul a atins o turație mai mare, turbo pornește corect. Acest lucru se întâmplă de obicei în jurul valorii de 2000 rpm și se observă deoarece mașina accelerează mai greu.
Acest turbo lag este văzut ca un dezavantaj major. Drept urmare, mulți oameni sunt în favoarea unuia compresor mecanic. Acest lucru funcționează constant, deoarece este antrenat direct de arborele cotit și, prin urmare, întotdeauna la aceeași viteză cu care se rotește motorul. Un compresor va furniza imediat presiune de la turația de ralanti atunci când accelerați. Turbo-urile care sunt construite în mașini astăzi sunt mai puțin afectate de acest lucru, parțial datorită turbo-ului variabil.
Twin turbo:
Adăugarea „twin-turbo” indică prezența a două turbo. Aceste 2 turbo pot fi amplasate unul lângă celălalt pe 1 rând de cilindri sau 1 turbo pe rând de cilindri. Acest lucru oferă șoferului beneficiul unui cuplu mai mare la turații reduse, performanțe mai bune în intervalul de viteză mare și un caracter mai lin al motorului. La turații mici, aerul este apoi furnizat motorului de un turbo mic, iar la turații mai mari, turbo mai mare devine funcțional. Turbo-ul mai mare are un turbo lag mai mare, deoarece are nevoie de mai mult aer pentru a începe, dar acest lucru este apoi anulat de turbo-ul mic.
Cele patru imagini de mai jos descriu situațiile în care funcționează ambele turbo, sau când funcționează doar unul dintre cele două. Cele patru cercuri sunt cilindrii, părțile roșii și albastre sunt gazele de evacuare și aerul de admisie. Intercooler-ul este marcat „IC”.
Turație scăzută a motorului și sarcină redusă a motorului:
La turații sub 1800 rpm există un debit volumic mic al gazelor de eșapament. Volumul mic face posibilă utilizarea turbo-ului mic. Supapa dintre galeria de evacuare și turbo mare este închisă. Prin urmare, gazele de eșapament sunt transferate doar de la turbo mic la mare. Turbo mare este deja accelerat. Aceasta este o conexiune în serie, deoarece sunt folosite ambele turbo.
Turație medie a motorului și sarcină moderată:
Între 1800 și 3000 rpm se deschide supapa dintre galeria de evacuare și turbo mare. În prezent, ambele turbo sunt acționate direct de gazele de eșapament din motor. Aceasta este și o conexiune în serie, deoarece se folosesc ambele turbo.
Turație mare a motorului și sarcină mare:
Peste 3000 rpm, debitul volumic al gazelor de eșapament devine prea mare pentru turbo-ul mic. Turbo-ul este oprit pentru a nu traversa așa-numita „linie de sufocare” (vezi capitolul caracteristicile compresorului mai jos pe pagină). Wastegate a micului turbo este deschisă, astfel încât toate gazele de eșapament care sunt alimentate către turbo sunt ghidate pe lângă turbo. Atunci gazele de evacuare nu ajung la roata compresorului.
Turbo mare este complet alimentat cu gaze de eșapament. Supapa rămâne deschisă, astfel încât turbo mare să poată atinge viteză mare și astfel să deplaseze mult aer de admisie către galeria de admisie.
Tri-turbo:
În zilele noastre se produc și motoare „tri-turbo”. Pe aceste motoare sunt montate trei turbo, astfel încât să se poată atinge un nivel maxim de umplere în fiecare domeniu de viteză. BMW folosește tehnologia tri-turbo cu, printre altele, M550d. Cele două turbo mici folosesc geometrie variabilă, astfel încât sunt potrivite atât pentru viteze mici, cât și pentru cele mari. În funcție de viteză, turbo este reglat pentru un răspuns mai bun. Turbo mare folosește un wastegate.
Două situații sunt descrise mai jos, indicând care turbo este în funcțiune la ce oră.
Turație scăzută a motorului și sarcină redusă:
Doar unul dintre cele două turbo mici este condus. Datorită dimensiunii turbo-ului, acesta este bobinat rapid. Turbo-ul mic trece gazele de eșapament către turbo-ul mare. Acest lucru va porni deja turbo mare.
Viteza medie și mare a motorului și sarcina:
Ambele turbo mici sunt conduse. Cele două turbo mici conduc turbo mare. Aceasta atinge presiunea de supraalimentare maximă la toate vitezele medii și mari.
Twin scroll turbo:
Atunci când mai multe gaze de evacuare se adună în galeria de evacuare, pot apărea probleme de interferență; undele de presiune se împiedică reciproc. Cu un turbo Twin-scroll, gazele de eșapament sunt separate unele de altele și ghidate în turbo pe două canale. Gazele de evacuare din cilindrii 1 și 2 nu se reunesc în galeria de admisie, ci lovesc roata turbinei independent una de cealaltă. Aplicarea unui turbo Twin-scroll are ca rezultat un răspuns mai rapid la accelerație și o eficiență mai mare. Imaginea de mai jos arată că gazele de evacuare de la cilindrii 1 și 4 se unesc, iar cele de la 2 și 3 se unesc.
Cu un turbo convențional, gazele de eșapament intră în contact unele cu altele în galeria de evacuare. Numim aceasta „interferență”. Imaginea de mai jos arată impulsurile de presiune create în galeria de evacuare a unui cilindru.
Deoarece avem de-a face cu suprapunerea supapelor (supapele de admisie și cele de evacuare sunt ambele deschise în timpul trecerii de la cursa de evacuare la cursa de admisie), se creează și presiuni negative (mai mici decât presiunea atmosferică). Cu suprapunerea supapelor, gazele de evacuare ajută la atragerea aerului proaspăt în camera de ardere și la îndepărtarea gazelor de eșapament rămase. Aceasta furnizează pieptenului de ardere mai mult oxigen, astfel încât eficiența volumetrică crește.
Când ne uităm la presiunile din galeria de evacuare a unui motor cu patru cilindri, vedem o mulțime de interferențe. Fiecare impuls pozitiv devine mai puțin ridicat din cauza presiunii negative din cauza suprapunerii supapelor. Acesta este un dezavantaj al întârzierii turbo (timp de reacție până la spool up)
Utilizarea turbo-ului twin-scroll îmbunătățește timpul de răspuns, deoarece gazele de eșapament din cilindrii 1+4 și 2+3 sunt separate. Pulsurile sunt mult mai puternice deoarece nu sunt afectate de pulsuri negative în acel moment. Prin urmare, producătorul poate crește timpul de suprapunere a supapelor pentru a obține o eficiență volumetrică și mai mare.
Turbo cu geometrie variabilă:
Un turbo cu un wastegate suferă de turbo lag; Numai atunci când motorul se rotește cu un anumit număr de rotații, turbo este alimentat cu suficiente gaze de eșapament pentru a intra în funcțiune. Un turbo cu geometrie variabilă nu are wastegate, dar are lame reglabile în canalul de evacuare. Aceste lame pot fi reglate prin rotirea unui inel de reglare. Acest inel de reglare este rotit prin intermediul unui vid. Cantitatea necesară de vid este furnizată de o supapă solenoidală (valvă solenoidală) bazată pe sarcina motorului și turația motorului, care este controlată de ECU.
Prin reglarea lamelor, fluxul de aer poate fi direcționat. Datorită unei modificări a fluxului de aer, turbo poate rula deja la o viteză mai mare la turații scăzute ale motorului, inclusiv la presiuni mai mici ale gazelor de eșapament. Poziția lamelor limitează cantitatea de gaz de eșapament care poate intra. Pentru a putea rula la turații mai mari, lamele vor fi reglate spre interior la o turație mai mare a motorului. O presiune mare de umplere poate fi atinsă atât la viteze mici, cât și la viteze mari. Acest lucru asigură că turbo funcționează optim pe o gamă largă de turații, deoarece motorul va primi aceeași presiune de supraalimentare la o turație mică ca și la o turație mai mare.
Supapa de descărcare:
Supapa de evacuare mai este numită și „supapă de evacuare”. Supapa de descărcare este montată pe un furtun turbo, unde aerul este alimentat de la turbo către partea de admisie a motorului. La accelerare, turbo-ul unui autoturism poate atinge 200.000 de rotații pe minut. La acea viteză se atinge presiunea maximă de încărcare. Când pedala de accelerație este eliberată dintr-o dată, există o abundență de presiune a aerului pe partea de admisie a motorului, dar supapa de accelerație este închisă.
Fără o supapă de descărcare, se creează o contrapresiune către turbo, determinând ca aerul de alimentare furnizat să reducă rapid viteza turbo. Când accelerezi din nou, este nevoie de mult timp pentru ca turbo să revină la viteză. Supapa de evacuare previne acest lucru. Când gazul este eliberat, acesta va elibera o anumită cantitate de aer furnizat. Apoi excesul de aer a dispărut din sistemul de admisie. Lamele turbo nu sunt încetinite și, prin urmare, vor porni mai repede atunci când accelerația este din nou accelerată. Supapa de evacuare se închide imediat când aerul furnizat a fost suflat. Contrar a ceea ce cred mulți oameni, o supapă de descărcare nu oferă mai multă putere.
Supapa de descărcare provoacă sunetul tipic de explozie atunci când gazul este eliberat în timpul accelerației într-o mașină cu turbo.
Wastegate:
Un wastegate este montat pe fiecare turbo fără palete variabile. Wastegate asigură că presiunea din carcasa turbinei (adică pe partea de evacuare) nu devine prea mare. Când turbo este în funcțiune și presiunea se acumulează, gura de evacuare este închisă. Tot aerul care părăsește cilindrii în timpul cursei de evacuare este de fapt folosit pentru a antrena roata turbinei. Aceasta atinge presiunea maximă de umplere.
Cu toate acestea, la ralanti, nu este necesară presiunea de supraalimentare. În acel moment se deschide gunoiul. Unele dintre gazele de evacuare sunt deviate către evacuare; poate curge direct la evacuare. Wastegate este practic o supapă între galeria de evacuare și evacuarea motorului; tot aerul care curge prin wastegate nu trece prin turbo. Deci, în principiu, energia disponibilă nu este utilizată. Prin urmare, denumirea wastegate-ului poate fi explicată și; „Waste” înseamnă „pierdere” în engleză.
Wastegate se deschide și când se atinge o anumită viteză; La accelerare, turbo trebuie să accelereze rapid, dar când turbina, inclusiv roata compresorului, atinge o anumită viteză, această viteză trebuie menținută constantă. Prin deschiderea wastegate la această viteză, excesul de gaz de eșapament poate fi condus direct la evacuare. Viteza turbo poate fi controlată prin reglarea unghiului de deschidere al wastegate. ECU reglementează pe baza datelor de la senzor de presiune de încărcare măsura în care wastegate este controlată.
Intercooler:
Temperatura aerului comprimat poate deveni foarte caldă (mai mult de 60 de grade Celsius). Pentru o ardere mai bună, aerul trebuie să se răcească. Intercooler-ul se ocupă de asta. Intercooler-ul este o parte separată și, prin urmare, este descris în detaliu pe o altă pagină; vezi pagina intercooler.
Caracteristica compresorului (supraveghere și sufocare)
La proiectarea unui motor, trebuie luată în considerare dimensiunea turbo-ului. Potrivirea mărimii turbo la motor se numește „potrivire”. Dacă turbo este prea mare, va apărea un „decalaj turbo” mare. Turbo va porni mai puțin rapid, deoarece carcasa turbinei este prea mare pentru cantitatea redusă de gaze de eșapament. Numai la viteze mai mari, turbo va fi la turație și va putea furniza presiune ridicată. Dacă turbo este prea mic, turbo lag-ul va fi aproape inexistent. Roata turbinei va porni rapid cu o cantitate mică de gaz de eșapament. Presiunea turbo mare este deja atinsă la viteze mici. Dezavantajul este că la viteze mai mari cantitatea de gaze de eșapament este prea mare pentru acest turbo mic. Există mai multe gaze de eșapament decât pot încăpea în turbo; în acest caz, gura de evacuare trebuie să se deschidă mai devreme și să devieze o mulțime de gaze de eșapament. Waste este o traducere pentru „pierdere”, care se aplică și aici; gazele de eșapament care curg prin wastegate nu au contribuit la antrenarea turbo-ului.
Mărimea turbo este deci foarte importantă pentru proiectarea motorului. Fiecare turbo a primit o caracteristică de compresor în timpul proiectării. Caracteristica compresorului poate fi utilizată pentru a determina dacă este potrivit pentru un anumit motor. Imaginea de mai jos prezintă un exemplu de caracteristică a unui compresor.
Raportul de presiune P2/P1 (pe axa Y) este raportul dintre intrarea (P1) și ieșirea turbo (P2). Presiunea după roata turbinei este întotdeauna mai mică decât înainte. Raportul de presiune (adimensional) de 2,0 înseamnă că presiunea înainte de roata turbinei este de două ori mai mare decât după roata turbinei. Factorul debitului volumic (pe axa X) este cantitatea de aer care curge prin turbo. Liniile curbe orizontale indică viteza arborelui turbo.
Figura arată că linia roșie este linia de supratensiune și linia albastră este linia de sufocare. Linia de supratensiune, numita si limita pompei, este limita la care viteza rotii compresorului este prea mica. Linia de supratensiune este restrictia fluxului de aer datorita faptului ca roata compresorului este prea mica. Raportul de presiune este prea mare și debitul volumic prea scăzut. Aerul nu mai este aspirat de compresor, așa că se oprește și mai târziu își reia viteza. Acest flux de aer instabil provoacă fluctuații de presiune și pulsații în tractul de admisie. Pulsarea se mai numește și „supraveghere” a compresorului. De aici și numele „surgeline”. Aerul care curge înainte și înapoi provoacă forțe mari care pot supraîncărca turbo-ul. Paletele roții compresorului se pot rupe și rulmenții devin supraîncărcați.
Linia de sufocare este o altă limită pe care compresorul nu trebuie să o depășească. Aici debitul volumic maxim are loc la un raport de presiune scăzut. Diametrul carcasei compresorului determină debitul volumic maxim. Când limita de sufocare este depășită, roata compresorului este prea mică pentru a face față debitului volumic (mai mare). Ca urmare, se pierde multă putere a motorului. Linia de sufocare se mai numește și „sufocare de supraspin”.
Figura prezintă caracteristica compresorului cu un motor la sarcină parțială. Motorul ar trebui să aibă cel mai mic consum de combustibil la sarcină parțială. Cel mai mic consum specific de combustibil se realizează cu cea mai mică insulă. Wastegate reglează presiunea astfel încât să treacă drept prin insula din mijloc. Inițial, wastegate este închisă astfel încât presiunea turbo să crească. Sistemul de management al motorului deschide gura de evacuare, așa cum se arată prin linia verde din imagine. Viteza arborelui turbo este între 8000 și 9000 de rotații pe minut.
Când conduceți la munte există o altitudine geografică mai mare; aerul este mai subțire acolo. Acest lucru afectează funcționarea turbo-ului, deoarece aerul mai subțire conține mai puțin oxigen, ceea ce face ca presiunea pentru compresor să scadă. Raportul de presiune, inclusiv turația compresorului, trebuie să crească pentru a ajunge la presiunea finală de umplere. Această situație poate fi observată în figură.
Linia verde indică situația de încărcare parțială atunci când conduceți la nivelul mării și linia portocalie când conduceți pe munte. Datorită aerului mai subțire, turația compresorului va crește la 100000 de rotații pe minut.
Viteza mai mare a compresorului va crește și temperatura aerului de admisie furnizat motorului. Prin urmare, intercooler-ul va trebui să disipeze mai multă căldură. Acum diferența se vede și în consumul de combustibil; La munte, consumul de combustibil va crește datorită raportului de presiune mai mare P2/P1 și vitezei turbo mai mari.
Combinație de turbo și compresor:
În zilele noastre, producătorii de automobile aleg din ce în ce mai mult să echipeze motorul cu un turbo și un compresor. Turbo-ul are adesea o dimensiune mai mare și este echipat cu o poartă de deșeuri. Compresorul servește la prevenirea turbo lag-ului; La turații scăzute ale motorului, compresorul asigură presiunea de supraalimentare și pornește turbo. La viteze mai mari, turbo preia controlul.
Aerul comprimat trece prin compresor sau supapa de bypass către turbo și prin turbo prin intercooler către galeria de admisie.
Faceți clic aici pentru mai multe informații despre compresorul Roots.
Turbo electronic:
Un turbo convențional suferă de lag turbo la viteze mici, deoarece gazele de eșapament sunt necesare pentru a antrena roata turbinei. Un compresor nu suferă de acest lucru și furnizează presiunea de încărcare de la ralanti. O combinație a celor două pare ideală. Cu toate acestea, un compresor mecanic Roots trebuie să fie antrenat de arborele cotit. Energia se pierde în acest proces. Prin urmare, producătorii de mașini experimentează cu mai multe turbo de gaz de eșapament sau turbo electrice pentru a preveni întârzierea turbo a turbo a gazelor de eșapament.
Turbo electric este controlat de unitatea de control al motorului. În doar 250 de milisecunde, roata compresorului atinge o viteză de nu mai puțin de 70.000 de rotații pe minut. Motorul electric din turbo antrenează roata compresorului. Roata compresorului deplasează aerul de admisie sub presiune către roata compresorului turbo a gazelor de eșapament. Roata compresorului se rotește foarte repede când motorul electric este controlat.
Cu ajutorul turbo-ului electric, motorul are un comportament de răspuns mai rapid.La turații mai mari, unde turbo-ul gazelor de eșapament este capabil să livreze presiunea de supraalimentare completă, turbo-ul electronic este oprit.
