Turbodmychadla bývala výhradní doménou závodních okruhů a exotických vozů. A teď? Máte je ve svém každodenním autě na dojíždění. Skutečnou otázkou už není, kolik koní přidává turbodmychadlo. Jde o efektivitu. Moderní turbodmychadla získávají více energie z motorů s menším zdvihovým objemem. Poskytují schopnost udržovat vysokou rychlost na dálnici a zároveň šetřit palivo. Tento posun mění vše. Nejde jen o čistou sílu. Jde o to udělat více s méně.
Mechanika přeplňování
Turbodmychadlo je posilovací systém. Funguje tak, že stlačuje přiváděný vzduch. Stlačený vzduch umožňuje motoru pumpovat více kyslíku do každého válce. Více kyslíku znamená schopnost spálit více paliva. Výsledek? Silnější výbuchy. Silnější rázy pístu. Přeplňovaný motor je lepší než jeho atmosféricky plněný protějšek stejného zdvihového objemu. Poměr výkonu a hmotnosti se dramaticky zvyšuje. Motor o objemu 2,0 litru konkuruje výkonu 4,0 litru V8. To je důvod, proč výrobci snižují velikost motorů. Menší motory znamenají méně cest na čerpací stanici.
Kouzlo se děje ve výfukovém systému.
Systém shromažďuje výfukové plyny. Tyto plyny roztáčí kolo turbíny. Turbína je spojena s kompresorovým kolem přes centrální hřídel. Kompresor tlačí vzduch do sacího potrubí. Turbína se točí šíleně vysokými otáčkami. Bavíme se o 80 000 – 200 000 ot./min. Přemýšlejte o tom. Motor vašeho auta běží na volnoběh při 800 ot./min. Maximální rychlost (červená zóna) je přibližně 7 000 ot./min. Turbodmychadlo se otáčí 30krát rychleji. Navíc pracuje v extrémních teplotách. Výfukové plyny jsou horké. Turbína přežije použitím keramických ložisek nebo pokročilých slitin. Toto je jemný, vysokorychlostní tanec.
Turbodmychadla a životnost motoru
Přidání turbodmychadla zatěžuje motor. Zvyšuje tlak ve válcích. Teploty stoupají. Blok válců a hlava válců musí tomuto zatížení odolat. Moderní motory jsou konstruovány robustněji. Používají vyztužené bloky. Mají nejlepší chladicí systémy. Přímé vstřikování paliva pomáhá řídit proces spalování. Tyto pokroky umožňují motorům s menším zdvihovým objemem zvládnout přeplňování turbodmychadlem. Neexplodují. Vydrží dlouho. Základem je správná údržba. Výměna oleje je důležitá. Vysoce kvalitní syntetický olej pomáhá ložiskům turbodmychadla. Období chlazení po intenzivní jízdě pomáhá turbu. Zanedbání zabíjí turbodmychadla. Rychlost je zabíjí. Turbo lag (turbo lag) je dalším faktorem. Turbína potřebuje k roztočení proud výfukových plynů. V nízkých otáčkách nemusí pomoct ani turbodmychadlo. To vytváří zpoždění. Moderní turbodmychadla s proměnnou geometrií tuto prodlevu snižují. Regulují úhel lopatek. Otáčejí se rychleji. Výsledkem je síla, když ji potřebujete. A to nejen ve vysokých rychlostech.
Spotřeba paliva vs. výkon
Proč zvolit turbodmychadlo? Odpověď závisí na vašem stylu jízdy. Pokud táhnete těžká břemena, extra točivý moment pomáhá. Pokud dojíždíte do práce, ekonomika vítězí. Menší motory spotřebují méně paliva při cestovní rychlosti. Turbodmychadlo se zapíná pouze v případě potřeby. Tato dvojí povaha je superschopností turbodmychadla. Nabízí to nejlepší z obou světů. Získáte citlivé zrychlení. Získáte slušnou spotřebu paliva (mpg). Je to kompromis. Atmosférický motor běží hladší. Má lineární dodávku energie. Žádné zpoždění. Nejsou zde žádné zbytečné složitosti. Ale přeplňovaný motor dokáže v menším balení vyprodukovat podstatně více výkonu. Debata pokračuje. Někteří puristé nenávidí turbodmychadla. Oni to tvrdí
Přeplňování je nejlevnější energie, kterou si můžete koupit. Toto je také nejvíce matoucí vylepšení. Chcete více energie? Potřebujete více vzduchu. Jednoduchá fyzika. Můžete vyvrtat válce, přidat celou novou řadu válců nebo nainstalovat turbínu na stávající konstrukci. Druhá možnost vyhrává u většiny nadšenců, kteří nechtějí motor přestavovat od začátku.
Kolik vlastně přidává turbodmychadlo?
Pojďme bez dalších řečí. Standardní motor na hladině moře spotřebovává vzduch na 14,7 psi. Toto je atmosférický tlak. Toto je základní úroveň. Když nainstalujete turbo, vháníte do válců více vzduchu.
Typické úrovně zesílení jsou 6 až 8 psi. Spočítejte si to sami. Přidejte to ke stávajícím 14,7 psi a díváte se na celkový tlak asi 20-23 psi. To je téměř o 50 % hustší než vzduch. V ideálním světě znamená o 50 % více vzduchu o 50 % více energie.
Ale svět není ideální.
Termodynamika je krutá. Turbíny nejsou 100% účinné. Teplo zabíjí energii. Tření zabíjí sílu. Turbína točící se v proudu horkých výfukových plynů neposkytuje volnou energii; dá práci to otočit. To vytváří protitlak. Během výfukového zdvihu se musí píst potýkat s tímto stlačeným plynem opouštějícím válec. Je to druh daně. Malý, ale existuje.
Jaký je tedy skutečný údaj? Počítejte s nárůstem o 30-40 %.
Pokud váš základní motor produkuje 200 koní, správně vyladěné turbo jej může zvýšit na 240-280 koní. Ne dvakrát. Ani zdaleka. Nárůst je ale znatelný. Je to hmatatelné. Je to dost na to, aby vaše každodenní dojíždění bylo o něco méně nudné.
Turbína vs. kompresor
Kouzlo se děje na jedné hřídeli. Dvě kola. Jedna osa.
výfukové potrubí dodává horký a rychlý plyn do turbíny. Toto je strana výfuku. Plyn dopadá na lopatky turbíny a otáčí kolem. Rychlejší proudění výfukových plynů znamená vyšší otáčky. Jen.
Tato hřídel je připojena ke kompresoru na straně sání. Toto kolo je umístěno mezi vzduchovým filtrem a sacím potrubím. Jedná se o odstředivé čerpadlo. Nasává vzduch do středu a vyhazuje ho díky odstředivé síle. Následuje stlačený vzduch.
Výsledek? Hustý vzduch. Více kyslíku. Lze spálit více paliva. Více výbuchů za minutu. Více točivého momentu na kolech.
Proč váš růst není lineární
Možná si myslíte, že 10 psi zesílení vždy poskytne stejný výkon. To je špatně.
Důležitá je architektura motoru. 2,0-litrový čtyřválec reaguje jinak než 5,0-litrový V8. Na velikosti turbíny záleží. Malá turbína se rychle roztočí, ale při vysokých otáčkách se dusí. Velké turbo dává obrovský výkon na vrcholu rozsahu otáček, ale má prodlevu (turbo prodleva), dokud už někoho nepředjíždíte. Na nastavení záleží. Načasování zapalování, palivová směs a účinnost mezichladiče určují, kolik z tohoto potenciálu se skutečně přenese na vozovku.
„Turbodmychadla umožňují motoru spálit více paliva a vzduchu a naplnit tak více směsi do stávajících válců.“
Neefektivita se ale netýká jen tepla. Souvisí to s omezením průtoku. Turbína je v cestě výfukových plynů. Jedná se o filtr s ventilátorem uvnitř. Omezuje tok. Motor se musí více snažit, aby vytlačil výfukové plyny. To je stejný protitlak, o kterém jsme mluvili. Odebírá výkon válcům vykonávajícím svůj zdvih. Prospějete stlačováním nasávaného vzduchu. Prohráváte omezením proudění výfukových plynů. Čistým výsledkem je optimální rozmezí 30–40 %.
Design a umístění
Turbodmychadlo se montuje přímo na výfukové potrubí. Nejedná se o příslušenství, které lze jednoduše přišroubovat k rámu. Je integrován do dýchacího cyklu motoru.
Podívejte se na [IMG:0]
Zrychlení hřídele na 200 000 otáček za minutu zničí standardní součásti. Většina ložisek pod tímto zatížením doslova exploduje. To je důvod, proč turbodmychadla používají tekutinovou nebo hydrodynamickou technologii ložisek. Místo tření kov na kov se hřídel otáčí, zatímco plave na tenké vrstvě oleje pod tlakem.
Tento design plní dvě kritické funkce. Za prvé, udržuje nízké tření, což umožňuje hřídeli se volně otáčet. Za druhé, funguje jako chladič, odvádí tepelnou energii z hřídele a dalších horkých součástí. Bez neustálého oběhu oleje by se turbodmychadlo během pár sekund roztavilo v pevný kus oceli.
Existuje však omezení toho, kolik plnicího tlaku lze bezpečně použít. Turbodmychadlo tlačí vzduch do válců. Píst pak tento vzduch dále stlačuje. Vyšší komprese znamená vyšší teploty. Když se vzduch dostatečně zahřeje, může zapálit palivovou směs dříve, než vystřelí zapalovací svíčka.
Tomu se říká detonace.
Detonace je destruktivní. Vzniká v důsledku zahřívání stlačeného vzduchu. Pokud teplota překročí bod samovznícení paliva, dochází k nekontrolovanému spalování. Zní to jako kovové klepání ve výfukovém systému, ale působí to jako kladivo narážející do bloku válců.
K boji s tímto jevem vozidla s turbodmychadlem často vyžadují použití paliva s vysokým oktanovým číslem. Vysoké oktanové číslo zabraňuje předčasnému vznícení. Pokud je plnicí tlak příliš agresivní, inženýři možná budou muset snížit kompresní poměr motoru. Jde o tvrdé kompromisní opatření. Obětujete určitou účinnost při nízkých otáčkách, abyste zabránili zničení motoru při vysokém zatížení.
Mnoho systémů používá k vyřešení části problému s přehříváním mezichladič. Toto zařízení je umístěno mezi turbodmychadlem a válci motoru. Ochlazuje stlačený vzduch před vstupem do spalovací komory. Chladnější vzduch je hustší. Tím se také snižuje riziko detonace.
Konstrukce turbodmychadla je z velké části o zvládnutí těchto kompromisů. V další části jsou uvedeny konkrétní podrobnosti, které to umožňují.
Součásti turbodmychadla
Řešení problému závislosti na turbu a ovládání boostu
Závislost na turbu (prodleva turba) je „Achillovou patou“ systémů nucené indukce. Sešlápnete pedál. Nic se neděje. A najednou vás do zad najednou tlačí auto.
Ke zpoždění dochází, protože výfukovým plynům trvá fyzicky roztočení turbíny na provozní rychlost. Chce to čas, než nabrat dynamiku. V tomto krátkém časovém úseku prostě řídíte auto s přirozeným sáním.
Výrobci používají k řízení tohoto procesu wategate. Jedná se o přetlakový ventil. Přímo monitoruje plnicí tlak. Pokud se turbína otáčí příliš rychle, otevře se přetlakový ventil. Výfukové plyny obcházejí lopatky turbíny. Turbína zpomaluje. Tím se zabrání přebití a chrání motor.
Malá turbína se točí rychleji. Tím se snižuje závislost na turbu. Ale omezuje výkon ve vysokých otáčkách. Přetlakový ventil umožňuje použití malé turbíny pro rychlou odezvu a uvolnění přebytečných výfukových plynů, aby se zabránilo zničení.
Přesná ložiska pro rychlejší akceleraci
Standardní jsou kapalinová ložiska. Olej tlumí hřídel. Ale olej vytváří odpor.
Špičkové turbíny používají kuličková ložiska. Nejedná se o běžné díly z železářství. Jedná se o hybridní konstrukce vyrobené z keramiky a oceli. Jsou vyráběny s mikronovou přesností. Odolávají extrémním teplotám a rychlostem.
Menší tření znamená menší setrvačnost. Hřídel se otáčí rychleji. Turbína zrychluje rychleji. Závislost na turbu je snížena.
Někteří výrobci používají i lehčí shaft. Menší hmotnost znamená, že k urychlení uzlu je potřeba méně energie. Výsledkem je turbodmychadlo, které téměř okamžitě reaguje na sešlápnutí plynového pedálu.
Dvojitá turbodmychadla pro široký rozsah točivého momentu
Jedna turbína je kompromis. Je buď rychlý, ale malý, nebo pomalý, ale velký.
Dvojí turbodmychadla tento problém řeší. Instalujete dvě jednotky různých velikostí. Malá turbína pracuje při nízkých otáčkách. Rychle nabírá na síle. Získáte okamžitou odezvu plynového pedálu. Bez závislosti na turbu.
S rostoucími otáčkami se malé turbo dostává na hranici svých možností. Rozsvítí se velká turbína. Poskytuje obrovský proud vzduchu. Motor si udržuje výkon ve vysokých otáčkách.
Toto nastavení simuluje výkonovou křivku většího motoru. Je to lineární. Je to silné. Překlenuje propast mezi točivým momentem v nízkých otáčkách a výkonem ve vyšších výkonech.
Mezichladiče: hustota vzduchu je důležitější než tlak
Komprese vytváří teplo. Horký vzduch expanduje. Stává se méně hustým.
Turbodmychadlo stlačuje vzduch, aby vtlačilo více molekul do válce. Ale pokud je tento vzduch horký, expanduje. Můžete mít 7 psi. Ale pokud je horký, obsahuje méně molekul kyslíku než chladnější vzduch při stejném tlaku.
Výkon závisí na kyslíku. Více kyslíku znamená, že lze spálit více paliva. Více spalování znamená větší výkon.
Problém s teplem řeší mezichladič nebo chladič. Vypadá to jako radiátor. Vzduch prochází utěsněnými vnitřními kanály. Externí vzduch fouká přes žebra pomocí ventilátoru.
Mezichladič snižuje teplotu stlačeného vzduchu. Chladnější vzduch je hustší. Při tlaku 7 psi obsahuje vzduch procházející mezichladičem podstatně více molekul kyslíku než horký vzduch. Motor spaluje palivo efektivněji. Síla se zvyšuje. Detonace je snížena.
Výkon ve vysoké nadmořské výšce
V horách je řídký vzduch. Atmosférický motor ztrácí výkon ve vysokých nadmořských výškách. Do válce vstupuje méně molekul kyslíku. Motor se „dusí“.
Turbodmychadlo to kompenzuje. Stlačuje řídký vzduch. Vytlačí hustší směs do válce.
Ztráta výkonu nezmizí úplně. Ale stává se to mnohem méně závažné. Turbína udržuje tlak v sacím potrubí. Motor „dýchá“. Funguje blíže výkonu na úrovni moře.
Řízení a ladění paliva
Moderní motory používají kyslíkové senzory ve výfukovém systému. Řídí poměr vzduchu a paliva.
Když nainstalujete turbo, do motoru se dostane více vzduchu. ECU (elektronická řídicí jednotka) to detekuje. Automaticky přidává palivo. Tím je zachován správný stechiometrický poměr.
Existují však limity.
Pokud nainstalujete turbo s nadměrným posilovacím potenciálem, zásobní palivový systém si nemusí být schopen poradit. Palivové čerpadlo možná nedodává dostatečný objem. Vstřikovače mohou pracovat na svůj maximální výkon. Software ECU může také omezit dodávku paliva, aby chránil motor.
V těchto případech standardní komponenty nestačí. Potřebujete větší vstřikovače. Vysoce výkonné palivové čerpadlo. ECU bliká.
Bez těchto vylepšení motor běží chudě. Přehřívá se. Dojde k detonaci. Selže to.
Často kladené otázky: Mýty a fakta o turbodmychadlech
Jaký je rozdíl mezi turbodmychadlem a kompresorem?
Kompresory jsou poháněny mechanicky od klikového hřídele přes řemen. Energii odebírají přímo z motoru. Turbodmychadla využívají energii z výfukových plynů. Technicky jde o typ kompresoru, který však funguje samostatně pomocí odpadního tepla.
Kolik koňských sil přidá turbodmychadlo?
Správně nainstalované turbodmychadlo může zvýšit výkon o 30-40%. U běžného sedanu je to 70-150 koní navíc. To závisí na velikosti motoru a charakteristikách turbíny.
Je turbodmychadlo škodlivé pro motor?
Ne sám. Ale zvyšuje zátěž. Komprese zvyšuje teplotu. Vysoké teploty mohou způsobit předčasné vznícení nebo detonaci. Pokud není řízen chladicí systém nebo kompresní poměr, poškozuje motor. Správné seřízení a chlazení toto riziko snižují.
Která značka turbodmychadel je nejlepší?
Neexistuje žádná nejlepší značka. Garrett, BorgWarner a Honeywell jsou hlavními dodavateli výrobců automobilů (OEM). Mezi oblíbené tuningové značky patří Precision Turbo a řada S200 od BorgWarner. Prozkoumejte svou konkrétní platformu motoru. Kontaktujte odborníka.
Kolik stojí turbodmychadlo?
Ceny se liší v závislosti na vozidle. Pro malá auta jsou levnější. U kamionů je to dražší. Poprodejní turbíny stojí od 1 500 do 7 500 USD. Tato cena se často vztahuje pouze na samotný díl. Instalace a nastavení zvýší náklady o tisíce dolarů.
