Hvað er turbocharger?

Þegar kemur að því að sameina frammistöðu og minni eldsneytiseyðslu neyðast verkfræðingar nánast til að velja túrbóvél.

Fyrir utan þunna loftið í ofurbílaheiminum, þar sem Lamborghini heldur því enn fram að náttúrulegar innblástursvélar séu hreinasta og ítalskasta leiðin til að framleiða afl og hávaða, eru dagar túrbóhlaðna bíla á enda.

Það er til dæmis ómögulegt að fá Volkswagen Golf með náttúrulegum hætti. Eftir Dieselgate er auðvitað ólíklegt að þetta skipti máli, því enginn vill spila golf lengur.

Hins vegar er staðreyndin sú að borgarbílar, fjölskyldubílar, grand tourers og jafnvel sumir ofurbílar eru að yfirgefa skipið í þágu köfunarframtíðar. Frá Ford Fiesta til Ferrari 488, tilheyrir framtíðin þvinguð innleiðslu, að hluta til vegna losunarlaga, en einnig vegna þess að tæknin hefur þróast hratt.

Hér er um að ræða lítinn eldsneytissparnað vélar fyrir mjúkan akstur og mikið vélarafl þegar þú vilt það.

Þegar kemur að því að sameina meiri afköst og minni eldsneytiseyðslu neyðast verkfræðingar nánast til að hanna nýjustu vélarnar sínar með forþjöpputækni.

Hvernig getur túrbó gert meira með minna?

Það kemur allt að því hvernig vélarnar virka, svo við skulum tala aðeins um tæknina. Fyrir bensínvélar tryggir 14.7:1 loft-eldsneytishlutfallið fullkominn bruna á öllu í strokknum. Meiri safi en þetta er sóun á eldsneyti.

Í vél með náttúrulegum innsog, dregur lofttæmið að hluta sem myndast af stimplinum sem lækkar loft inn í strokkinn og notar undirþrýstinginn inni til að draga loft inn í gegnum inntakslokana. Það er auðveld leið til að gera hlutina, en hún er mjög takmörkuð hvað varðar loftgjöf, eins og einstaklingur með kæfisvefn.

Í túrbóvélinni hefur reglubókin verið endurskrifuð. Í stað þess að treysta á lofttæmisáhrif stimpla notar túrbóvél loftdælu til að þrýsta lofti inn í strokk, rétt eins og kæfisvefn maska þrýstir lofti upp í nefið á þér.

Þrátt fyrir að forþjöppur geti þjappað saman lofti í allt að 5 bör (72.5 psi) yfir venjulegum loftþrýstingi, þá starfa þau í vegabílum venjulega við slaka þrýsting sem er 0.5 til 1 bar (7 til 14 psi).

Hagnýt niðurstaðan er sú að við 1 bar af lyftiþrýstingi fær vélin tvöfalt meira loft en ef hún væri náttúrulega soguð út.

Þetta þýðir að vélstýringin getur sprautað tvisvar sinnum meira eldsneyti á meðan hún heldur ákjósanlegu loft-eldsneytishlutfalli og skapar mun meiri sprengingu.

En það er aðeins helmingurinn af brögðum túrbóþjöppunnar. Berum saman 4.0 lítra náttúrulega innblástursvél og 2.0 lítra forþjöppuvél með 1 bör aukaþrýsting, að því gefnu að þau séu að öðru leyti eins tæknilega séð.

4.0 lítra vélin eyðir meira eldsneyti jafnvel í lausagangi og við lítið vélarálag en 2.0 lítra vélin eyðir mun minna. Munurinn er sá að við gífurlega opið inngjöf notar túrbóvél mesta loft- og eldsneytismagn sem mögulegt er - tvöfalt meira en náttúrulega innblástur vél með sömu slagrými, eða nákvæmlega það sama og 4.0 lítra með náttúrulegum innsog.

Þetta þýðir að túrbóvélin getur keyrt allt frá litlum 2.0 lítrum upp í kraftmikla fjögurra lítra þökk sé þvinguðum innleiðslu.

Þannig að hér er um að ræða litla eldsneytissparnað fyrir léttan akstur og mikið vélarafl þegar þú vilt.

Hversu gáfulegt er það?

Eins og verkfræðilegri silfurkúlu sæmir er túrbóhlaðan sjálf sniðug. Þegar vélin er í gangi fara útblástursloftin í gegnum túrbínuna, sem veldur því að hún snýst á ótrúlegum hraða - venjulega á milli 75,000 og 150,000 sinnum á mínútu.

Túrbínan er boltuð við loftþjöppuna, sem þýðir að því hraðar sem túrbínan snýst, því hraðar snýst þjappan, sogar ferskt loft inn og þvingar það inn í vélina.

Túrbó vinnur á rennandi mælikvarða, allt eftir því hversu hart þú ýtir á bensínfótilinn. Í lausagangi er ekki nóg af útblástursgasi til að koma túrbínunni á einhvern þýðingarmikinn hraða, en þegar þú flýtir þér snýst túrbínan upp og gefur aukningu.

Ef þú ýtir með hægri fæti myndast fleiri útblásturslofttegundir sem þjappa mestu fersku lofti inn í strokkana.

Svo hver er gripurinn?

Það eru auðvitað nokkrar ástæður fyrir því að við keyrum ekki öll túrbóbíla í mörg ár og byrjar með flókið.

Eins og þú getur ímyndað þér er ekki auðvelt að byggja eitthvað sem getur snúist við 150,000 RPM dag eftir dag í mörg ár án þess að springa og það krefst dýrra hluta.

Túrbínur krefjast einnig sérstakrar olíu- og vatnsveitu, sem leggur meira álag á smur- og kælikerfi vélarinnar.

Þar sem loftið í forþjöppunni hitnar þurftu framleiðendur einnig að setja upp millikælara til að lækka hitastig loftsins sem fer inn í strokkinn. Heitt loft er minna þétt en kalt loft, sem gerir það að verkum að ávinningurinn af forþjöppu er að engu og getur einnig valdið skemmdum og ótímabæra sprengingu á eldsneytis/loftblöndunni.

Frægasti gallinn á túrbóhleðslu er auðvitað þekktur sem töf. Eins og fram hefur komið þarf að hraða og búa til útblástur til að fá túrbó til að byrja að framleiða þýðingarmikinn aukaþrýsting, sem þýddi að snemma túrbóbílar voru eins og seinkaður rofi - ekkert, ekkert, ekkert, ALLT.

Ýmsar framfarir í túrbótækni hafa tamið verstu hæghreyfingareiginleikum Saab- og Porsche-bíla með forþjöppu á frumstigi, þar á meðal stillanlegir hreyflar í túrbínu sem hreyfast eftir útblástursþrýstingi og léttir íhlutir með litlum núningi til að draga úr tregðu.

Mest spennandi framfaraskrefið í túrbóhleðslu er aðeins að finna – að minnsta kosti í augnablikinu – í F1 kappakstri, þar sem lítill rafmótor heldur túrbónum í snúningi og dregur úr þeim tíma sem það tekur að snúa honum upp.

Á sama hátt, í heimsmeistaramótinu í rallý, kerfi sem kallast anti-lag losar loft/eldsneytisblönduna beint í útblástursloftið á undan forþjöppu. Hiti útblástursgreinarinnar veldur því að það springur jafnvel án kerti, myndar útblástursloft og heldur túrbóhleðslunni sjóðandi.

En hvað með túrbódísil?

Þegar kemur að túrbóhleðslu eru dísilvélar sérstök tegund. Þetta er í rauninni handhægt mál, því án þvingaðrar innleiðslu væru dísilvélar aldrei eins algengar og þær eru.

Dísilvélar með náttúrulegum innblástur geta veitt ágætis tog í lágmarki, en þar endar hæfileikar þeirra. Hins vegar, með þvinguðum innleiðslu, geta dísilvélar nýtt sér togið og notið sömu ávinnings og bensín hliðstæða þeirra.

Dísilvélarnar eru smíðaðar af Tonka Tough til að takast á við gífurlegt álag og hitastig sem er í þeim, sem þýðir að þær geta auðveldlega séð um aukaþrýsting túrbó.

Allar dísilvélar - náttúrulega útblásnar og með forþjöppu - starfa með því að brenna eldsneyti í umframlofti í svokölluðu magra brennslukerfi.

Einu skiptið sem dísilvélar með náttúrulegum innblástur koma nálægt „tilvalinni“ loft/eldsneytisblöndunni er á fullu gasi þegar eldsneytisinnspýtingar eru opnar.

Vegna þess að dísileldsneyti er minna rokgjarnt en bensín, þegar það er brennt án mikils lofts, myndast mikið magn af sóti, einnig þekkt sem dísilagnir. Með því að fylla strokkinn af lofti geta túrbódíslar forðast þetta vandamál.

Þannig að þó að túrbóhleðsla sé mögnuð framför fyrir bensínvélar, þá bjargar hún dísilvélinni frá því að verða rjúkandi minjar. Þó "Dieselgate" í öllum tilvikum getur valdið því að þetta gerist.

Hvað finnst þér um þá staðreynd að forþjöppur rata inn í nánast allar fjórhjóla bíla? Segðu okkur í athugasemdunum hér að neðan.