Ce este un turbocompresor?
Când vine vorba de combinarea performanței cu consumul redus de combustibil, inginerii sunt aproape forțați să opteze pentru un motor turbo.
În afara aerului subțire al lumii supermașinilor, unde Lamborghini încă insistă că motoarele cu aspirație naturală rămân cel mai curat și italian mod de a produce putere și zgomot, zilele mașinilor fără turbo se apropie de sfârșit.
Este imposibil, de exemplu, să obțineți un Volkswagen Golf aspirat natural. După Dieselgate, desigur, acest lucru este puțin probabil să conteze, pentru că nimeni nu mai vrea să joace golf.
Cu toate acestea, rămâne faptul că mașinile de oraș, mașinile de familie, mașinile de mare tur și chiar unele supercaruri părăsesc nava în favoarea unui viitor scuba. De la Ford Fiesta la Ferrari 488, viitorul aparține inducției forțate, parțial din cauza legilor privind emisiile, dar și pentru că tehnologia a evoluat cu salturi și limite.
Acesta este un caz de economie de combustibil a motorului mic pentru o conducere lină și o putere mare a motorului atunci când doriți.
Când vine vorba de combinarea performanțelor mai mari cu un consum mai mic de combustibil, inginerii sunt aproape forțați să-și proiecteze cele mai recente motoare cu tehnologie turbo.
Cum poate un turbo să facă mai mult cu mai puțin?
Totul se reduce la modul în care funcționează motoarele, așa că hai să vorbim puțin despre tehnică. Pentru motoarele pe benzină, raportul aer-combustibil de 14.7:1 asigură arderea completă a tot ce se află în cilindru. Mai mult suc decât acesta este o risipă de combustibil.
Într-un motor cu aspirație naturală, vidul parțial creat de pistonul descendent atrage aer în cilindru, folosind presiunea negativă din interior pentru a aspira aer prin supapele de admisie. Este un mod ușor de a face lucrurile, dar este foarte limitat în ceea ce privește alimentarea cu aer, ca o persoană cu apnee în somn.
La motorul turbo, regulamentul a fost rescris. În loc să se bazeze pe efectul de vid al unui piston, un motor turbo folosește o pompă de aer pentru a împinge aerul într-un cilindru, la fel cum o mască de apnee în somn împinge aerul în sus.
Deși turbocompresoarele pot comprima aerul la până la 5 bari (72.5 psi) peste presiunea atmosferică standard, în mașinile rutiere funcționează de obicei la o presiune mai relaxată de 0.5 până la 1 bar (7 până la 14 psi).
Rezultatul practic este că la 1 bar de presiune de supraalimentare, motorul primește de două ori mai mult aer decât în cazul în care ar fi aspirat natural.
Aceasta înseamnă că unitatea de control al motorului poate injecta de două ori mai mult combustibil, menținând în același timp un raport ideal aer-combustibil, creând o explozie mult mai mare.
Dar asta este doar jumătate din trucurile turbocompresorului. Să comparăm un motor aspirat de 4.0 litri și un motor turbo de 2.0 litri cu o presiune de supraalimentare de 1 bar, presupunând că altfel sunt identice din punct de vedere tehnologic.
Motorul de 4.0 litri consumă mai mult combustibil chiar și la ralanti și la sarcină ușoară a motorului, în timp ce motorul de 2.0 litri consumă mult mai puțin. Diferența este că la accelerația larg deschisă, un motor turbo va folosi cantitatea maximă de aer și combustibil posibil - de două ori mai mult decât un motor cu aspirație naturală de aceeași cilindree, sau exact la fel ca un motor aspirat natural de 4.0 litri.
Acest lucru înseamnă că motorul turbo poate funcționa oriunde, de la 2.0 litri până la patru litri, datorită inducției forțate.
Deci, este un caz de economie de combustibil a motorului mic pentru conducere blândă și putere mare a motorului atunci când doriți.
Cât de inteligent este?
După cum se potrivește unui glonț de argint de inginerie, turbocompresorul în sine este ingenios. Când motorul funcționează, gazele de eșapament trec prin turbină, determinând-o să se rotească la viteze incredibile - de obicei între 75,000 și 150,000 de ori pe minut.
Turbina este fixată cu șuruburi la compresorul de aer, ceea ce înseamnă că, cu cât turbina se învârte mai repede, cu atât compresorul se învârte mai repede, aspirând aer proaspăt și forțându-l în motor.
Turbo-ul funcționează pe o scară glisantă, în funcție de cât de tare apăsați pedala de accelerație. La ralanti, nu există suficiente gaze de eșapament pentru a aduce turbina la orice viteză semnificativă, dar pe măsură ce accelerați, turbina se rotește și oferă un impuls.
Dacă împingi cu piciorul drept, se produc mai multe gaze de evacuare, care comprimă cantitatea maximă de aer proaspăt în cilindri.
Deci, care este captura?
Există, desigur, mai multe motive pentru care nu conducem cu toții mașini cu turbo de ani de zile, începând cu complexitatea.
După cum vă puteți imagina, a construi ceva care se poate învârti la 150,000 rpm zi după zi ani de zile fără să explodeze nu este ușoară și necesită piese scumpe.
Turbinele necesită, de asemenea, o alimentare dedicată cu ulei și apă, ceea ce pune mai mult stres pe sistemele de lubrifiere și răcire ale motorului.
Pe măsură ce aerul din turbocompresor se încălzește, producătorii au fost nevoiți să instaleze și intercooler pentru a scădea temperatura aerului care intră în cilindru. Aerul cald este mai puțin dens decât aerul rece, anulând beneficiile unui turbocompresor și poate provoca, de asemenea, deteriorarea și detonarea prematură a amestecului combustibil/aer.
Cel mai infam deficiență al turboalimentării este, desigur, cunoscut sub numele de lag. După cum s-a spus, trebuie să accelerezi și să creezi o eșapament pentru ca turbo să înceapă să producă o presiune de supraalimentare semnificativă, ceea ce a însemnat că mașinile turbo timpurii erau ca un comutator întârziat - nimic, nimic, nimic, TOTUL.
Diverse progrese în tehnologia turbo au îmblânzit cele mai rele dintre caracteristicile de mișcare lentă ale Saab-urilor și Porsche-urilor cu turbocompresor timpurii, inclusiv palete reglabile în turbină care se mișcă în funcție de presiunea de evacuare și componente ușoare, cu frecare redusă, pentru a reduce inerția.
Cel mai interesant pas înainte în domeniul turboalimentării poate fi găsit – cel puțin pentru moment – doar la cursele de F1, unde un mic motor electric menține turbo-ul în funcțiune, reducând timpul necesar pentru a-l învârti.
În mod similar, în Campionatul Mondial de Raliuri, un sistem cunoscut sub numele de anti-lag aruncă amestecul aer/combustibil direct în evacuarea înaintea turbocompresorului. Căldura galeriei de evacuare face ca aceasta să explodeze chiar și fără bujie, creând gaze de eșapament și menținând turbocompresorul în fierbere.
Dar ce zici de turbodiesel?
Când vine vorba de turboalimentare, dieselurile sunt o rasă specială. Acesta este într-adevăr un caz mână în mână, deoarece fără inducția forțată, motoarele diesel nu ar fi niciodată atât de comune ca acestea.
Motoarele cu aspirație naturală pot oferi un cuplu decent la nivel scăzut, dar aici se termină talentele lor. Cu toate acestea, cu inducția forțată, motoarele diesel își pot valorifica cuplul și se pot bucura de aceleași beneficii ca și omologii lor pe benzină.
Motoarele diesel sunt construite de Tonka Tough pentru a face față sarcinilor și temperaturilor enorme conținute în interior, ceea ce înseamnă că pot face față cu ușurință presiunii suplimentare a unui turbo.
Toate motoarele diesel - aspirate natural și supraalimentate - funcționează prin arderea combustibilului în exces de aer într-un așa-numit sistem de ardere slabă.
Singurul moment în care motoarele diesel cu aspirație naturală se apropie de amestecul „ideal” aer/combustibil este la accelerație maximă când injectoarele de combustibil sunt larg deschise.
Deoarece motorina este mai puțin volatilă decât benzina, atunci când este ars fără mult aer, se produce o cantitate imensă de funingine, cunoscută și sub numele de particule de motorină. Prin umplerea cilindrului cu aer, turbodieselele pot evita această problemă.
Deci, în timp ce turboalimentarea este o îmbunătățire uimitoare pentru motoarele pe benzină, adevărata sa răsturnare salvează motorul diesel de a deveni o relicvă fumurie. Deși „Dieselgate” în orice caz poate provoca acest lucru.
Ce părere aveți despre faptul că turbocompresoarele își găsesc drum în aproape toate vehiculele cu patru roți? Spune-ne în comentariile de mai jos.
