Turboladdning är en av metoderna för aggregattrycksättning , baserad på användningen av avgasenergi . Huvudelementet i systemet är turbinen .
Principen för turboladdning patenterades av Alfred Buchi 1911 vid US Patent Office [1] .
Historien om utvecklingen av turboladdare började ungefär samtidigt som konstruktionen av de första proverna av förbränningsmotorer. Åren 1885-1896 utförde Gottlieb Daimler och Rudolf Diesel forskning inom området för att öka den genererade effekten och minska bränsleförbrukningen genom att komprimera luften som sprutades in i förbränningskammaren. År 1905 var den schweiziske ingenjören Alfred Büchi den förste som framgångsrikt utförde insprutning med avgaser, samtidigt som han fick en effektökning på upp till 120 %. Denna händelse markerade början på den gradvisa utvecklingen och implementeringen av turboteknologier.
Omfattningen av de första turboladdarna var begränsad till extremt stora motorer, i synnerhet fartyg. Inom flyget användes turboladdare med viss framgång på Renault-drivna jaktplan redan under första världskriget. Under andra hälften av 1930-talet gjorde den tekniska utvecklingen det möjligt att skapa riktigt framgångsrika turboladdare för flygplan, som med kraftigt förstärkta motorer främst användes för att öka höjden. Amerikanerna uppnådde störst framgång i detta, och installerade turboladdare på P-38- jaktflygplan och B-17- bombplan 1938. 1941 skapade USA stridsflygplanet P-47 med en turboladdare, vilket försåg det med enastående flygegenskaper på höga höjder.
Inom bilsektorn var lastbilstillverkarna de första som använde turboladdare. 1938 byggdes den första turbomotorn för en lastbil på Swiss Machine Works Sauer. De första masstillverkade personbilarna utrustade med turbiner var Chevrolet Corvair Monza och Oldsmobile Jetfire som kom in på den amerikanska marknaden 1962 – 1963. Trots de uppenbara tekniska fördelarna ledde den låga tillförlitligheten till att dessa modeller snabbt försvann.
Introduktionen av turbomotorer i sportbilar, särskilt Formel 1 , på 1970-talet ledde till en betydande ökning av populariteten för turboladdare. Prefixet "turbo" började komma på modet. På den tiden erbjöd nästan alla biltillverkare minst en modell med bensinturbomotor. Men efter några år började modet för turbomotorer att blekna, eftersom det visade sig att turboladdaren, även om den låter dig öka kraften hos en bensinmotor, ökar bränsleförbrukningen avsevärt. Till en början var förseningen i turboladdarens reaktion tillräckligt stor, vilket också var ett allvarligt argument mot att installera en turbin på en bensinmotor.
En grundläggande vändpunkt i utvecklingen av turboladdare inträffade med installationen 1973 av en turboladdare på en BMW 2002 turboproduktionsbil, och redan 1974 en Porsche 911 turbo och sedan 1978 med lanseringen av Mercedes-Benz 300 SD, den första personbil utrustad med en dieselturbomotor. 1981 följdes Mercedes-Benz 300 SD av VW Turbodiesel, samtidigt som den bibehöll betydligt lägre bränsleförbrukning. Generellt sett har dieselmotorer ett högre kompressionsförhållande och på grund av adiabatisk expansion under kraftslaget har deras avgaser en lägre temperatur. Detta minskar turbinens krav på värmebeständighet och möjliggör billigare eller mer sofistikerade konstruktioner. Det är därför turbiner på dieselmotorer är mycket vanligare än på bensinmotorer, och de flesta av de nya produkterna (till exempel turbiner med variabel geometri) dyker först upp på dieselmotorer.
Funktionsprincipen är baserad på användningen av energi från avgaser. Flödet av avgaser kommer in i turbinhjulet (fixerat på axeln), och snurrar därigenom det och kompressorbladen som finns på samma axel med det, vilket pumpar luft in i motorcylindrarna. Eftersom när man använder överladdning tvingas luft in i cylindrarna (under tryck), och inte bara på grund av det vakuum som skapas av kolven (detta vakuum kan bara ta en viss mängd luft-bränsleblandning), mer luft-bränsleblandning kommer in i motorn. Som ett resultat, under förbränning, ökar volymen brännbart bränsle med luft, den resulterande gasen är under högt tryck och följaktligen finns det en stor kraft som trycker på kolven.[ stil ]
Som regel har turbomotorer mindre specifik effektiv bränsleförbrukning (gram per kilowattimme , g / (kW h)) och högre litereffekt (effekt borttagen från en enhet av motorvolym - kW / l), vilket gör det möjligt att öka effekten hos en liten motor utan att öka motorvarvtalet.
På grund av ökningen av mängden luft som komprimeras i cylindrarna ökar temperaturen vid slutet av kompressionsslaget markant och det finns risk för detonation . Därför ger utformningen av turbomotorer ett reducerat kompressionsförhållande, högoktaniga bränslekvaliteter används och en efterkylare ( intercooler ) tillhandahålls, som är en kylare för kylluft. En minskning av lufttemperaturen krävs också så att dess densitet inte minskar på grund av uppvärmning från kompression efter turbinen, annars kommer effektiviteten i hela systemet att sjunka avsevärt.[ stil ] Turboladdning är särskilt effektiv i dieselmotorer på tunga lastbilar. Den ökar kraften och vridmomentet med en liten ökning av bränsleförbrukningen. Hittar användningen av turboladdning med variabel geometri hos turbinbladen , beroende på motorns driftsätt.
De mest kraftfulla (i förhållande till motoreffekt) turboladdare används på dieselmotorer. Till exempel på en D49-dieselmotor med en effekt på 4000 hk. en turboladdare med en kapacitet på 1100 hk installerades.
Turboladdaren till marinmotorer har den högsta (i absoluta värden) effekten, som når flera tiotusentals kilowatt ( MAN B&W- motorer ).
Förutom turboladdaren och laddluftkylaren innehåller systemet: en reglerventil (wastegate) (för att bibehålla det inställda trycket i systemet och avlasta trycket i avgasröret), en bypassventil (för att leda tillbaka laddluften till insugningsrören) till turbinen i fall gasspjället är stängt) och/eller en "avluftningsventil" (avblåsningsventil - för att släppa ut laddluft i atmosfären med ett karakteristiskt ljud, i händelse av en gasreglage stängs, förutsatt att det inte finns någon massaluft flödessensor), ett avgasgrenrör som är kompatibelt med en turboladdare, eller ett anpassat stuprör, och även tätade rör: luft för att tillföra luft till intaget, olja för att kyla och smörja turboladdaren.
Turboladdarfördröjning ("turbofördröjning") är den tid som krävs för att uteffekten ska ändras efter en förändring i gasreglagetillståndet, vilket visar sig som ett långsammare svar på gasreglagets öppning jämfört med en motor med naturligt sug. Detta beror på att avgassystemet och turboladdaren tar tid att snurra upp för att ge det nödvändiga laddluftflödet. Tröghet, friktion och stress på kompressorn är de främsta orsakerna till turboladdarens fördröjning.
Idag kan turbomotorer ha 2 eller till och med 4 turbo. Av denna anledning kan deras konfigurationer vara i en annan ordning och själva turbos kan skilja sig åt.
| Konfiguration | kvantitet | Beskrivning |
|---|---|---|
| Enkel boost | ett | Den mest talrika typen av turboladdare idag har en enkel men effektiv design. |
| Biturbo | 2 | Två boosters, inte alltid lika i tryck och andra parametrar, installerade i serie i en luftkanal, blåser genom alla cylindrar, medan en av boostererna kan vara den huvudsakliga och den andra kan vara extra. Fördelen är att vid ett haveri av en boost kan den andra fortsätta att fungera och alla cylindrar, om än i mindre utsträckning, kommer att blåsa. Nackdelen är komplexiteten i reparation och konstruktion. |
| dubbelturbo | 2 | 2 är cylinderblock oftast fördelade mellan två dubbla överladdare, till exempel på V-formade motorer blåser varje överladdning sitt cylinderblock genom höger respektive vänster genom sina luftkanaler, som inte alltid är sammankopplade. Fördelen med denna konfiguration är mycket stark turboladdning och viss enkelhet jämfört med biturbo. Nackdelen är det faktum att fel på en av boosters i fallet med icke-relaterade luftkanaler kommer att orsaka ojämn drift av cylindrarna i vänster och höger block med alla konsekvenser |
| Quadturbo | fyra | Sådan turboladdning är endast relevant för mycket kraftfulla sportbilsbensinmotorer, med antalet cylindrar, en multipel av 4 (8, 12 eller 16 cylindrar). Det är extremt sällsynt, denna typ av turbo används endast av mycket dyra bilar, som Bugatti Chiron (1500 hk) och nyare modeller av detta märke, Hennessy Performance Venom F5 (1700 hk), SSC Tuatara (2500 hk) och Devel Sixteen (5007 HP). |
| Twinbiturbo | fyra | I själva verket representerar det två identiska biturbo-scheman med distribution till deras cylinderblock. Hittills finns det inte en enda fabriksbil med denna konfiguration, men denna design används ibland i trimningsprocessen . |
| Fordonsdesign | |||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Se även: Fordonsdesign | |||||||||||||||||||||||||||||||||