Slik fungerer turboladere

Bildegalleri: Turboladere Turboladersystemet til Mitsubishi Lancer Evolution IX. Se flere turboladebilder. YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Når folk snakker om racerbiler eller sportsytende biler med høy ytelse, er temaet for turboladere kommer vanligvis opp. Turboladere vises også på store dieselmotorer. En turbo kan øke motorens hestekrefter betydelig uten å øke vekten betydelig, noe som er den enorme fordelen som gjør turboer så populære!

I denne artikkelen lærer vi hvordan en turbolader øker effekten til en motor mens de overlever ekstreme driftsforhold. Vi lærer også hvordan wastegates, keramiske turbinblader og kulelager hjelper turboladere å gjøre jobben sin enda bedre. Turboladere er en type tvangsinduksjonssystem. De komprimere luften som strømmer inn i motoren (se Hvordan bilmotorer fungerer for en beskrivelse av luftstrømmen i en vanlig motor). Fordelen med å komprimere luften er at den lar motoren presse mer luft inn i en sylinder, og mer luft gjør at mer drivstoff kan tilføres. Derfor får du mer kraft fra hver eksplosjon i hver sylinder. En turboladet motor produserer mer kraft totalt sett enn den samme motoren uten lading. Dette kan forbedre kraft-til-vekt-forholdet for motoren betydelig (se Hvordan Hestekrefter fungerer for detaljer).

-For å oppnå dette løftet bruker turboladeren eksosstrømmen fra motoren for å spinne a turbin, som igjen snurrer en luft pumpe. Turbinen i turboladeren snurrer med hastigheter på opptil 150 000 rotasjoner per minutt (o / min) - det er omtrent 30 ganger raskere enn de fleste bilmotorer kan gå. Og siden den er koblet til eksosen, er temperaturene i turbinen også veldig høye.

Fortsett å lese for å finne ut hvor mye mer krefter du kan forvente av motoren din hvis du legger til en turbolader.

innhold

1. Turboladere og motorer
2. Turboladerdesign
3. Turbolader
4. Bruke to turboladere og flere turbodeler

Hvor turboladeren er plassert i bilen.

En av de sikreste måtene å få mer kraft ut av en motor er å øke mengden luft og drivstoff som den kan brenne. En måte å gjøre dette på er å legge til sylindere eller gjøre de nåværende sylindrene større. Noen ganger kan det hende at disse endringene ikke er gjennomførbare - en turbo kan være en enklere og mer kompakt måte å legge til strøm, spesielt for et ettermarkedstilbehør.

Med turboladere kan en motor forbrenne mer drivstoff og luft ved å pakke mer inn i de eksisterende sylindrene. Det typiske løftet levert av en turbolader er 6 til 8 pund per kvadrat tomme. Siden normalt atmosfæretrykk er 14,7 psi ved havoverflaten, kan du se at du får omtrent 50 prosent mer luft inn i motoren. Derfor kan du forvente å få 50 prosent mer strøm. Det er ikke perfekt effektivt, slik at du kanskje får en 30- til 40 prosent forbedring i stedet.

En årsak til ineffektivitet kommer av at kraften til å snurre turbinen ikke er fri. Å ha en turbin i eksosstrømmen øker begrensningen i eksosen. Dette betyr at motoren på eksosstøt må skyve mot et høyere mottrykk. Dette trekker litt kraft fra sylindrene som skyter samtidig.-

-

Hvordan en turbolader er rørlegger i en bil Image høflighet av Garrett

Turboladeren er boltet til eksosmanifold av motoren. Eksosen fra sylindrene snurrer turbin, som fungerer som en gassturbinmotor. Turbinen er forbundet med en sjakt til kompressor, som er plassert mellom luftfilteret og innsugningsmanifolden. Kompressoren presserer luften som går inn i stemplene.

Inne i en turbolader Image høflighet av Garrett

Eksosen fra sylindrene passerer gjennom turbinblader, som får turbinen til å snurre. Jo mer eksos som går gjennom bladene, jo raskere spinner de.

På den andre enden av skaftet som turbinen er festet til, kompressor pumper luft inn i sylindrene. Kompressoren er en type sentrifugalpumpe - den trekker luft inn i midten av bladene og slenger den utover mens den snurrer..

For å håndtere hastigheter på opptil 150.000 o / min, må turbinakselen støttes veldig forsiktig. De fleste lagre ville eksplodere i hastigheter som dette, så de fleste turboladere bruker a væskelager. Denne typen lager støtter akselen på et tynt lag olje som hele tiden pumpes rundt skaftet. Dette tjener to formål: Den avkjøler skaftet og noen av de andre turboladerdelene, og den lar akselen spinne uten mye friksjon.

Det er mange avveininger involvert i å designe en turbolader for en motor. I neste avsnitt skal vi se på noen av disse kompromissene og se hvordan de påvirker ytelsen.

For mye boost?

Når luft pumpes inn i sylindrene under trykk av turboladeren, og deretter blir ytterligere komprimert av stempelet (se Hvordan bilmotorer fungerer for en demonstrasjon), er det større fare for banking. knocking skjer fordi når du komprimerer luft, øker lufttemperaturen. Temperaturen kan øke nok til å antenne drivstoffet før tennpluggen tennes. Biler med turboladere trenger ofte å kjøre på høyere oktan drivstoff for å unngå bank. Hvis boostetrykket er virkelig høyt, kan det hende at motorens kompresjonsforhold må reduseres for å unngå banking.

Turboladere gir boost til motorer i høye hastigheter. © Fotograf: Max Dimyadi | Byrå: Dreamstime.com

Et av hovedproblemene med turboladere er at de ikke gir et øyeblikkelig kraftøkning når du tråkker på gassen. Det tar et sekund for turbinen å komme opp i fart før boost produseres. Dette resulterer i en følelse av etterslep når du tråkker på bensinen, og deretter lunger bilen foran når turboen beveger seg.

En måte å redusere turbo etterslep på er å redusere treghet av de roterende delene, hovedsakelig ved å redusere vekten. Dette gjør at turbinen og kompressoren kan akselerere raskt, og begynne å gi boost tidligere. En sikker måte å redusere tregheten til turbinen og kompressoren er å gjøre turboladeren mindre. En liten turbolader vil gi boost raskere og ved lavere motorhastighet, men kan ikke være i stand til å gi mye løft ved høyere motorhastighet når et virkelig stort volum luft går inn i motoren. Det står også i fare for å snurre for raskt med høyere motorhastighet, når mye eksos passerer gjennom turbinen.

De fleste bilturbomotorer har en wastegate, noe som gjør det mulig å bruke en mindre turbolader for å redusere etterslepet mens du forhindrer at den spinner for raskt med høye motorhastigheter. Wastegate er en ventil som gjør at eksosen kan omgå turbinbladene. Wastegate registrerer boost-trykket. Hvis trykket blir for høyt, kan det være en indikator på at turbinen snurrer for raskt, så wastegaten omgår noe av eksosen rundt turbinbladene, slik at bladene kan senke.

Noen turboladere bruker kulelager i stedet for væskelager for å støtte turbinakselen. Men dette er ikke dine vanlige kulelagre - de er supernøyaktige lagre laget av avanserte materialer for å håndtere turboens hastigheter og temperatur. De lar turbinakselen spinne med mindre friksjon enn væskelager som brukes i de fleste turboladere. De lar også en litt mindre, lettere skaft brukes. Dette hjelper turboladeren til å akselerere raskere, noe som reduserer turbo-forsinkelsen ytterligere.

Keramiske turbinblader er lettere enn stålbladene som brukes i de fleste turboladere. Igjen, dette gjør at turbinen kan snurre opp til raskere hastighet, noe som reduserer turbo-etterslep.

En Mazda RX-8 roterende coupé utstyrt med et ettermarked turboladersystem. TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty Images

Noen motorer bruker to turboladere i forskjellige størrelser. Den mindre snurrer opp til hastighet veldig raskt, reduserer etterslep, mens den større tar over med høyere motorhastigheter for å gi mer boost.

Når luft komprimeres, varmes den opp; og når luft blir varm, utvides den. Så noe av trykkøkningen fra en turbolader er resultatet av å varme opp luften før den går inn i motoren. For å øke motorens kraft er målet å få flere luftmolekyler inn i sylinderen, ikke nødvendigvis mer lufttrykk.

en intercooler eller lad luftkjøler er en ekstra komponent som ser ut som en radiator, bortsett fra at luft passerer gjennom innsiden og utsiden av intercooler. Inntaksluften passerer gjennom forseglede passasjer inne i kjøleren, mens kjøligere luft utenfra blåses over finnene av motorens kjølevifte.

-

Interkjøleren øker motorens kraft ytterligere ved å avkjøle trykkluften som kommer ut av kompressoren før den går inn i motoren. Dette betyr at hvis turboladeren fungerer med en boost på 7 psi, vil det intercooled systemet sette inn 7 psi kjøligere luft, som er tettere og inneholder flere luftmolekyler enn varmere luft.

En turbolader hjelper også på store høyder, hvor luften er mindre tett. Normale motorer vil oppleve redusert effekt i store høyder fordi motoren for hvert slag av stempelet vil få en mindre luftmasse. En turboladet motor kan også ha redusert effekt, men reduksjonen vil være mindre dramatisk fordi den tynnere luften er lettere for turboladeren å pumpe.

Eldre biler med forgassere øker automatisk drivstoffhastigheten for å matche den økte luftstrømmen som går inn i sylindrene. Moderne biler med drivstoffinnsprøytning vil også gjøre dette til et poeng. Drivstoffinnsprøytningssystemet er avhengig av oksygenføler i eksosen for å avgjøre om luft-til-brensel-forholdet er riktig, så disse systemene vil automatisk øke drivstoffstrømmen hvis en turbo tilsettes.

Hvis en turbolader med for mye boost blir lagt til en bensininnsprøytet bil, kan det hende at systemet ikke gir nok drivstoff - enten programvaren som er programmert i kontrolleren vil ikke tillate det, eller pumpen og injektorene kan ikke levere den. I dette tilfellet må andre modifikasjoner gjøres for å få maksimalt utbytte av turboladeren.

For mer informasjon om turboladere og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

Relaterte artikler

• Motorquiz
• Hvordan bilmotorer fungerer
• Slik fungerer tennsystemer for biler
• Hvordan hestekrefter fungerer
• Hvordan dreiemomentomformere fungerer
• Slik fungerer Aptera Hybrid
• Hvordan Champ Cars fungerer
• Hvordan NASCAR racerbiler fungerer
• Hvordan bilkjølesystemer fungerer
• Hvordan hjelper lystgass en motor med å prestere bedre?

Flere gode lenker

• Turbo International: How Turbos Work - illustrert!
• Mercedes-Benz: VNT turbolader med variabel turbingeometri
• Ray Hall Turbocharging - Twin Turbo 351 Windsor
• Sport Compact Car Magazine: Turbo Basics