Vrste turbopolnilnikov: Turbo, Twin turbo, Twin-scroll, poznate vse?
Turbo, Twin turbo, Bi-turbo, Twin-scroll ali električni turbo? Kateri je najboljši in kakšne so njihove prednosti in slabosti?
V tem članku si bomo ogledali vse omenjene vrste turbopolnilnikov in govorili o njihovi konstrukciji.
Vsebina
Čemu je namenjen turbopolnilnik?
Turbopolnilnik ali pogovorno turbo je naprava, ki poveča zmogljivost motorja z notranjim zgorevanjem s potiskanjem zraka v zgorevalno komoro.
Povečanje moči je v tem, da motor prejme veliko več molekul kisika iz iste prostornine zraka, ker je zrak stisnjen, zaradi česar je mešanica bolj eksplozivna.
Turbopolnilnik: čemu služi, kakšne so njegove prednosti in kaj je turbolag?
Tako motor s turbinskim polnilnikom lažje pospešuje, ima večjo moč in ne porabi več goriva kot atmosferski motor. Turbopolnilnik poganjajo izpušni plini, kar pomeni, da uporablja energijo, ki bi bila sicer izgubljena.
Pogon turbo motorja z uporabo izpušnih plinov je zelo učinkovit, ker turbo motor ne jemlje energije iz motorja v nasprotju s kompresorjem, ki ga mehansko poganja moč motorja.
Iz česa je sestavljen turbopolnilnik?
Glavni del turbopolnilnika je turbina, torej propeler. Vrti se lahko s hitrostjo do 300.000 vrt/min in ima največji vpliv na nekatere karakteristike delovanja turbopolnilnika. Velikost turbine določa količino zraka, ki bo pritekla v motor. 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 večji pritisk izpušnih plinov, kar povzroča turbolag pri nizki hitrosti. Majhni turbo motorji se hitro vrtijo, vendar morda nimajo enake moči pri velikem pospešku.
Turbolag: kaj je to in kako ga odpraviti?
Za učinkovito združevanje prednosti velikih in majhnih turbopolnilnikov se uporabljajo različne različice turbopolnilnikov.
Enojni turbopolnilnik - najpreprostejši tip turbopolnilnika
Ta preprosti turbopolnilnik so uporabljali že v časih, ko je bilo kompresorsko polnjenje tako rekoč v povojih. Vendar ima preprost turbopolnilnik določene omejitve glede nastavitev motorja.
Kot že omenjeno, turbopolnilnik poganjajo izpušni plini. Majhen turbopolnilnik ima majhno vztrajnost, zato za vrtenje turbine zadostuje le majhna količina energije iz izpušnih plinov.
Moč in navor motorja: kateri od teh parametrov je pomembnejši?
Motor s takim turbinskim polnilnikom zagotavlja velik navor že pri zelo nizkih vrtljajih, zato ga odlikuje prožnost tudi pri nižjih vrtljajih. Nima pa moči pri visokih vrtljajih, ker bi se turbina rada vrtela hitreje, doseže pa maksimalno hitrost, ki jo daje konstrukcija.
Majhen turbo bo torej dosegel največjo hitrost pri nižji vrtilni frekvenci motorja kot večji turbo. Nasprotno, velik turbopolnilnik deluje le pri visokih vrtljajih motorja. To pomeni, da večja kot je hitrost motorja, večja je njegova moč.
Motor s tem tipom turbopolnilnika torej doseže določeno število vrtljajev tako kot agregat brez turbopolnilnika. Ko pa preseže določen obseg vrtljajev, se pokaže v zelo ostrem in silovitem zagonu in potegu.
Prednosti:
- Cena
- Zanesljivost
- Enostavna konstrukcija
Slabosti:
- Precejšen turbo zamik
- Kompromis med zmogljivostjo motorja in prožnostjo
Turbo s spremenljivo geometrijo rezila
Turbopolnilniki s spremenljivo geometrijo uporabljajo premične lopatice za prilagoditev pretoka zraka v turbino, s čimer posnemajo turbopolnilnik optimalne velikosti skozi celotno krivuljo moči. Rezultat je turbopolnilnik brez opaznega turbo zamika.
Vendar se ta tip turbopolnilnika uporablja izključno za dizelske motorje. Razlog je občutljivost rezilnega mehanizma na visoke temperature. Samo za pojasnilo, temperatura izpušnih plinov bencinskih motorjev je nekaj sto stopinj višja kot pri dizelskih motorjih.
Turbopolnilnik s spremenljivo geometrijo lopatic
Tudi v tem primeru pa obstajajo izjeme, tako da lahko tovrstni turbopolnilnik srečate tudi pri bencinski motor.
Prednosti:
- Deluje v širokem območju vrtljajev motorja
- Cena je primerljiva s ceno enostavnega turbopolnilnika
Slabosti:
- Manjša zanesljivost v primerjavi s preprostim turbopolnilnikom
- Zasnovan predvsem za dizelske motorje (pri bencinskih motorjih ta rešitev zahteva uporabo dragih, bolj trpežnih materialov)
Bi-turbo, Twin-turbo
Twin-turbo ali Bi-turbo sta dva turbopolnilnika, ki delujeta vzporedno (skupaj) ali zaporedno (ločeno). V vzporedni konfiguraciji sta oba turbo motorja enake velikosti, pri čemer en turbo motor poganja ena polovica, drugi pa druga polovica izpuha motorja in oba delujeta hkrati. Takšno rešitev lahko srečate predvsem pri večvaljnih motorjih.
Majhni turbopolnilniki imajo nizko vztrajnost, zato je za vrtenje turbine v bistvu potrebna le majhna količina energije iz izpušnih plinov, zato se pogosto uporabljata dva majhna turbopolnilnika namesto dveh velikih.
Pri sekvenčni konfiguraciji, ki se pogosteje uporablja, manjši turbopolnilnik deluje pri nizkih vrtljajih, pri srednjih oba, pri višjih vnaprej določenih vrtljajih motorja pa deluje samo veliki turbopolnilnik.
Zaporedno delujoči turbopolnilniki izpolnjujejo zahteve po visoki zmogljivosti in prožnosti motorja pri nizkih vrtljajih. Vendar ta zasnova zahteva kompleksne sklope cevi za napajanje obeh turbopolnilnikov.
Prednosti:
- Izpolnjujejo zahteve po visoki zmogljivosti, a tudi zahteve po prožnosti motorja pri nizkih vrtljajih
- Odpravljajo turbo lag
Slabosti:
- Visoka cena
- Kompleksna gradnja
- Višji stroški storitev
Twin-scroll turbopolnilnik
Tovrstni turbopolnilnik ima dva kanala za dovod izpušnih plinov v turbinski del. Do enega in drugega kanala Twin-scroll turbo sta izpušni cevi iz valjev, tako da podtlak ne jemlje energije izpušnim plinom enega valja, medtem ko se izpušni ventil drugega cilindra še ni zaprl, vendar se je njegov sesalni ventil že začel odpirati.
Twin-scroll turbo: kakšne so njegove prednosti in slabosti?
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 težka izvedba izpušni kolektorji, a tudi dejstvo, da je potrebno imeti sodo število valjev, da se izpušni plini iz enakega števila valjev stekajo v vsak kanal.
Prednosti:
- Cena podobna enojnemu turbopolnilniku
- Podobna učinkovitost kot dvojnemu turbopolnilniku
- Zanesljivost
Slabosti:
- Težka konstrukcija izpušnih cevi
- Težka konstrukcijska rešitev za motorje z večjim številom valjev
Električni turbopolnilnik
Pravzaprav to ni turbo, ampak električni kompresor. Tovrstni turbopolnilnik za svoj pogon ne potrebuje energije iz izpušnih plinov, saj za pogon uporablja elektromotor in poseben akumulator. Zahvaljujoč temu ima električni turbo številne prednosti. Verjetno največji je popolna odprava turbolaga.
Električni turbopolnilnik lahko regulira hitrost svoje turbine s spreminjanjem hitrosti elektromotorja. Ta tip turbo zato ne potrebuje nobenih dodatnih naprav, kot so blow off ventil, wastegate ali spremenljive lopatice za regulacijo turbolag.
Električni turbopolnilnik: Je to turbopolnilnik ali kompresor?
Vendar se ta turbopolnilnik ne uporablja sam za polnjenje motorja. Pri visokih vrtljajih motorja energija iz posebnega akumulatorja ne bi zadoščala za zadostno vrtenje turbine. Ob uporabi močnejšega akumulatorja ali večjega števila takih akumulatorjev bi cena električnega turba presegla ceno celotnega avtomobila.
Zato električni turbopolnilnik deluje le pri nizkih in srednjih vrtljajih motorja, pri visokih pa se izklopi in funkcijo kompresorskega polnjenja prepusti klasičnemu turbopolnilniku.
Prednosti:
- Popolna odsotnost turbolaga
- Ne potrebuje dodatne opreme za regulacijo polnilnega tlaka
- Ni podvržen visokim toplotnim obremenitvam
Slabosti:
- Visoka cena
- Vprašanje zanesljivosti
- Zahteva posebno baterijo, ki napaja ta "turbo"