Turbopolnilnik: čemu služi, kakšne so njegove prednosti in kaj je turbolag?
Turbopolnilnik ali pogovorno "turbo"je naprava, ki poveča moč motorja z notranjim zgorevanjem s potiskanjem zraka v zgorevalno komoro.
Povečanje moči je v tem, da motor prejme veliko več molekul kisika iz iste količine zraka, ker je zrak pod pritiskom in je zaradi tega mešanica bolj eksplozivna, motor lažje pospešuje in ne potrebuje več goriva.
Vsebina
- Kakšna je razlika med turbopolnilnikom in kompresorjem?
- Kaj je turbolag?
- Nizka vrtilna frekvenca motorja ni turbo lag
- Bo večja turbina/propeler dodala več moči?
- Bi-turbo, dvojni turbo
- Twin-scroll turbopolnilnik
- Turbopolnilnik s spremenljivo geometrijo lopatic
- Za kaj je Wastegate?
- Čemu je namenjen odpihovalni ventil?
- Zakaj torej motorji s turbinskim polnilnikom?
Poleg turbopolnilnika (v angleščini turbocharger) se za kompresor motorja uporablja tudi kompresor (v angleščini »supercharger«) ali kombinacija turbopolnilnika in kompresorja.
Kakšna je razlika med turbopolnilnikom in kompresorjem?
Ključna razlika med turbopolnilnikom in kompresorjem je, da se kompresor poganja mehansko prek jermena, povezanega z ročično gredjo, medtem ko turbopolnilnik poganjajo izpušni plini iz motorja.
Ker kompresor za svoj pogon uporablja energijo iz motorja, to pomeni, da nekaj energije motorju vzame, vendar je na koncu odda več. Druga pomanjkljivost kompresorja je njegova nižja adiabatna učinkovitost v primerjavi s turbopolnilnikom.
Adiabatna učinkovitost je sposobnost kompresorja, da stisne zrak brez dodajanja odvečne toplote zraku. Nižja kot je temperatura zraka, gostejši je zrak in vsebuje več molekul kisika. Torej kompresorji dodajo zraku več toplote kot turbopolnilniki, kar pomeni, da niso tako učinkoviti.
Kot že omenjeno, turbinski polnilnik ni gnan mehansko, temveč z izpušnimi plini, zato ne jemlje energije motorju, ki je veliko bolj učinkovit. V primerjavi s kompresorjem pa ima slabost in to je ti turbolag.
Kaj je turbolag?
Turbolag Je čas, potreben za spremembo moči, to je čas med zahtevo po povečanju moči (pritiskom na stopalko za plin) in nastopom moči, ki je v primerjavi z atmosferskim motorjem slabši.
To je čas, ki je potreben, da izpušni sistem in turbopolnilnik ustvarita potrebno spodbudo za povečanje moči. Kompresorji te težave nimajo, ker jih poganja neposredno motor in je odziv na plin zato takojšen.
Nizka vrtilna frekvenca motorja ni turbo lag
Včasih nizko število vrtljajev motorja zamenjamo za turbo zaostanek. Če je število vrtljajev motorja zelo nizko, lahko traja nekaj sekund, da počakate na pospeševanje po pritisku na stopalko za plin. Vendar to čakanje ni turbolag,ampak napačna izbira hitrosti prenosa.
Turbopolnilniki se za pogon turbine (propelerja) zanašajo na povečanje tlaka izpušnih plinov, česar ni mogoče doseči pri prostem teku ali pri nizkih vrtljajih motorja. Ko motor doseže dovolj vrtljajev, se turbina začne vrteti tako, da se ustvari večji sesalni tlak od atmosferskega.
Namen turbopolnilnika je izboljšati volumetrični izkoristek motorja s povečanjem gostote vsesanega zraka, kar bo omogočilo večjo moč na cikel motorja.
Bo večja turbina/propeler dodala več moči?
Velikost in oblika turbine (zavrti se do 300.000 vrtljajev na minuto) vpliva na nekatere karakteristike delovanja turbopolnilnika. Dimenzije turbine določajo tudi količino zraka, ki bo tekla skozi sistem. Na splošno velja, da večja kot je turbina, večja je zmogljivost pretoka zraka.
Zmogljivost turbopolnilnika je tesno povezana z njegovo velikostjo. Veliki turbo motorji potrebujejo več pritiska, kar povzroča turbo zaostanek pri nizkih hitrostih. Majhni turbo motorji se hitro vrtijo, vendar morda nimajo enake moči pri velikem pospešku.
Za učinkovito združevanje prednosti velikih in majhnih turbopolnilnikov se uporabljajo dvojni turbopolnilniki ali turbopolnilniki s spremenljivo geometrijo lopatic.
Bi-turbo, dvojni turbo:
Twin-turbo ali Bi-turbo sta dva turbopolnilnika, ki delujeta vzporedno (skupaj) ali zaporedno (ločeno). V vzporedni konfiguraciji en turbopolnilnik poganja ena polovica, drugi pa druga polovica izpušnih plinov iz motorja in oba delujeta hkrati. Manjši turbo motorji imajo manjši turbo zamik kot večji turbo motorji, zato se pogosto uporabljata dva majhna turbo motorja.
V sekvenčni konfiguraciji en manjši turbopolnilnik deluje pri nizkih vrtljajih, drugi večji pa se vklopi pri višjem vnaprej določenem vrtljaju motorja. Zaporedni turbo motorji zmanjšajo turbo zaostanek, vendar zahtevajo zapletene sklope cevi za napajanje obeh turbo motorjev.
Twin-scroll turbopolnilnik:
Tovrstni turbopolnilnik ima dva kanala za dovod izpušnih plinov v turbinski del. Oba Twin-Turbo priključka vodita izpušni cevi iz valjev, tako da podtlak ne jemlje energije izpušnim plinom enega valja, medtem ko se izpušni ventil drugega valja še ni zaprl, ampak se je njegov sesalni ventil že začel odpreti.
Če je vžig v cilindrih v vrstnem redu 1-3-4-2, bodo vodi iz cilindrov 1 in 4 vodili v en kanal, vodi iz cilindrov 2 in 3 pa v drugi kanal. V tem primeru bodo brez izgube energije izpušnih plinov, ker valj 3, ki bi jemal energijo iz izpušnih plinov iz cilindra 1, ni priključen na isto cev.
Pomanjkljivost Twin-scroll turbopolnilnika je njegova težavnost, pa tudi dejstvo, da je potrebno imeti sodo število valjev, da se izpušni plini iz enakega števila valjev stekajo v vsak kanal.
Turbopolnilnik s spremenljivo geometrijo lopatic:
Turbopolnilnik s spremenljivo geometrijo lopatic uporablja premične lopatice za prilagoditev pretoka zraka v turbino, pri čemer posnema turbopolnilnik optimalne velikosti skozi celotno krivuljo moči. Rezultat je turbopolnilnik brez opaznega turbo zamika.
Za kaj je Wastegate?
Bypass ventil (Wastegate) preusmeri izpušne pline stran od turbine turbopolnilnika. Hitrost turbine se krmili z preusmeritvijo izpušnih plinov. Glavna funkcija obvodnega ventila je uravnavanje polnilnega tlaka, da ne poškodujete motorja ali turbopolnilnika.
Čemu je namenjen odpihovalni ventil?
Blow-off valve je ventil, ki razbremeni tlak v motorjih s turbopolnilnikom. Ta ventil pomaga izprazniti prostor med turbinskim motorjem in dušilno loputo, tako da izpusti stisnjen zrak v okolje, da se zmanjša obraba turbinskega motorja.
Ko je zrak izpuščen, vstopi značilno sikanje ali žvižganje.
Zakaj torej motorji s turbinskim polnilnikom?
Turbo polnjenje lahko poveča moč motorja in zmanjša porabo goriva, vendar nekateri proizvajalci še vedno dajejo prednost velikim prisilno polnjenim bencinskim motorjem. Dizelskih motorjev brez turbinskega polnjenja danes ne proizvajajo več, ker imajo zelo nizko zmogljivost v primerjavi z bencinskimi.