cum transformăm exploziile în împingere?

numele jocului de combustie internă este transformarea energiei termice în mișcare. În interiorul unui motor, aprindem un combustibil ca benzina, iar gazele fierbinți, în expansiune, împing pistoanele. Pistoanele în sus și în jos sunt conectate la arborele cotit rotativ din partea inferioară a motorului, transformând această mișcare verticală în mișcare alternativă. Conectați totul la o transmisie conectată la roți și plecați!

cum facem explozii mai mari pentru mai multă împingere?

dacă ați aprins vreodată un foc de tabără pentru a face s ‘ mores, probabil vă amintiți cele trei părți ale „triunghiului de foc”: aer, combustibil și sursa de aprindere. Este la fel la focul de tabără ca și în interiorul motorului, cu aer care curge în admisie, combinându-se cu combustibil de la injectoarele de combustibil și obținerea aprinderii de la bujii.

dacă vrem să creștem puterea, trebuie să ne asigurăm că avem suficiente din toate cele trei componente ale triunghiului nostru de foc. Într-un motor, asta înseamnă că dacă injectăm mai mult combustibil, trebuie să ne asigurăm că obținem mai mult aer (și, prin urmare, mai mult oxigen) pentru a arde tot combustibilul, deoarece combustibilul suplimentar nu va arde decât dacă are mai mult oxigen cu care să combine și să ardă.

chimia are un cuvânt pentru cantitatea ideală de reactanți într-o ecuație pentru a echilibra fără resturi: stoichiometrie. Într-un motor pe benzină, raportul stoichiometric dintre aerul care conține oxigen și combustibil este de 14,7 părți (în masă) aer la 1 parte benzină.

introduceți inducția forțată

„nu există înlocuitor pentru deplasare” este o frază din Big block V8 days, unde mai multă putere însemna motoare fizic mai mari, care înghițeau mai mult aer și combustibil. Cilindrii mai mari ar putea aspira nu doar mai mult combustibil, ci mai mult aer pentru a arde complet cu combustibilul, iar acest lucru V-a oferit mai multă putere.

din păcate, mai multe dimensiuni înseamnă, de asemenea, mai multă greutate, astfel încât unii ingineri au lovit în schimb ideea de a introduce mai mult aer în motor prin pomparea acestuia: în loc să faceți motorul fizic mai mare pentru a aspira mai mult aer, împingeți mai mult aer către motorul de aceeași dimensiune. Aerul sub presiune care este pompat în motor se numește boost, cu creșterea presiunii în comparație cu presiunea aerului înconjurător măsurată în PSI sau bar/kilopascali.

aceste prime pompe de aer cu inducție forțată au fost numite supraalimentatoare, iar roțile lor de compresor cu lamă au fost alimentate de motorul însuși prin curele sau angrenaje acționate de pe arborele cotit al motorului. Stoichiometria înseamnă că fiecare pic de combustibil suplimentar necesită 14.De 7 ori mai mult aer, deci nu este de mirare că supraalimentatoarele folosesc o cantitate imensă de energie (uneori până la 20% din puterea totală a motorului!) pentru a pompa tot aerul din jur.

mai mult oomph cu mai puține deșeuri – turbocompresorul

dimensiunea și greutatea sunt lucruri rele în mașini și lucruri mai rele în avioane, care au avut loc o mulțime de dezvoltare timpurie a inducției forțate. Nu numai că un motor greu face pentru un avion greu, dar un motor fizic mare face, de asemenea, pentru un fuselaj voluminos, non-aerodinamic. În aeronave, s-a adăugat stimulent pentru presurizarea aerului de intrare pentru a compensa subțierea aerului la altitudini mari, împiedicând puterea motorului să cadă la altitudine mare.

cu putere și greutate la o astfel de primă în aeronave, inginerul aeronautic elvețian Alfred B, a avut o undă cerebrală pentru a scăpa de acea pierdere de putere de supraalimentare de 20% : în loc să folosiți puterea motorului printr-o centură/angrenaje pentru a roti compresorul, conectați roata compresorului la o roată de turbină potrivită în sistemul de evacuare, captând energia din fluxul de evacuare altfel irosit, așa cum o moară de vânt captează energia din Briză.

aceste „turbine supraalimentatoare” sau „turbo-supraalimentatoare” timpurii au continuat în cele din urmă să alimenteze multe avioane de curse, bombardiere și luptători în anii 1930 și 1940 și au fost considerate tehnologii aerospațiale avansate la acea vreme, cu piese care se roteau la sute de mii de RPM-uri și roți de turbină expuse la temperaturi ale gazelor de eșapament de până la 1800 Corvair apărând începând cu anii 1950 cu un motor turbo opțional.

dezvoltarea turbocompresorului a mărșăluit mână în mână cu dezvoltarea turbinei cu gaz (motor cu reacție) de-a lungul anilor 1950 și 1960. în plus față de materiale mai bune capabile să reziste la temperaturile și presiunile ridicate din partea fierbinte a turbo-ului, aspectul general al turbocompresorului a fost în cele din urmă standardizat:

• carcasă laterală rece, care direcționează aerul de admisie către roata compresorului turbo
  • , care presurizează aerul
  • Bypass compresor, care se deschide atunci când ridicați gazul pentru a împiedica creșterea aerului să se acumuleze în spatele plăcii de accelerație închise și să provoace blocarea compresorului
• CHRA (ansamblul rotativ al carcasei centrale, denumit uneori și „cartuș”)
  • arbore pe care sunt atașate ambele roți ale compresorului și turbinei
  • rulmenți pentru a permite arborelui să se rotească liber
  • ungere și răcire
• carcasă laterală fierbinte, care direcționează aerul din galeria de evacuare către roata turbinei turbo
  • , care captează energia din evacuarea
  • Wastegate, care se deschide atunci când turbo atinge impulsul țintă și trimite evacuare suplimentară pe lângă turbină, astfel încât să nu se rotească mai repede

crizele energetice din anii 1970 au împins cu adevărat producătorii auto să înceapă să privească serios turbocompresoarele ca o modalitate de a reduce motoarele (și de a îmbunătăți emisiile și economia de combustibil) fără a sacrifica puterea.

putere și control

anii 1970 și 1980 au coincis, de asemenea, cu Revoluția computerului, iar aceste tehnologii avansate de control al combustibilului și al motorului s-au dovedit potrivite pentru performanța și longevitatea turbocompresorului. De la primii senzori analogici de temperatură și debit din anii 1970 până la mai multe unități de control în rețea din anii 2000 și nu numai, sistemele au avansat pentru a ține pasul cu cererea de a stoarce cât mai multă energie posibil dintr-o picătură de combustibil:

• sistemul Lambda sondă (senzor de oxigen), cu Volvo fiind primul producator de automobile pentru a utiliza această combinație de senzori pentru a contoriza combustibil:
  • senzori de flux de aer de masă, pentru a măsura cantitatea de aer merge la motor
  • injecție electronică de combustibil, pentru a contoriza raportul corect de combustibil pentru a merge cu cantitatea cunoscută de aer
  • oxigen (lambda) senzori de măsurare combustibil rămas sau oxigen în evacuare pentru a vedea cât de aproape de 14,7:1 stoichiometric motorul funcționează
• senzori de detonație pentru a măsura starea de sănătate și calendarul evenimentelor de ardere
• aprindere directă cu bobină la priză, pentru a regla sincronizarea bujiei pentru a preveni detonația
• unități de Control digitale ale motorului (ECU) pentru a măsura continuu toate aceste intrări și a regla ieșirile
• scheme de gestionare a motorului cu solicitare de cuplu, la
  • A: aflați exact câtă putere solicită șoferul (prin piciorul drept al șoferului pe pedala de gaz) pentru
  • b: „lucrați înapoi”, calculând cea mai mică cantitate de accelerație deschisă, combustibil și impuls necesare pentru a atinge ținta de putere a șoferului

sarcina și temperaturile motorului controlate fin, toleranțele și echilibrul de prelucrare mai stricte și aliajele mai avansate au jucat un rol în îmbunătățirea fiabilității și performanței turbocompresorului. Pe măsură ce anii 80 și 90 au progresat, turbocompresia a devenit mai obișnuită, cu ieșiri de putere previzibile și revizii turbo între timp ajungând acum la 100.000 de mile sau mai mult.

designul Turbo se schimba și el, mai întâi cu solenoizi de vid controlați de computer deschizând și închizând gatul de deșeuri pentru a controla creșterea generală și cu modificări fundamentale ale turbo-ului în sine, cum ar fi carcasele turbinei cu două defilări și geometrie variabilă, sporind eficiența turbo prin extragerea cât mai multă energie posibilă din fluxul de evacuare.

pe măsură ce continuăm să mărșăluim în secolul 21, turbocompresoarele sunt esențiale pentru a stoarce eficiența maximă din motoarele cu combustie înainte ca vehiculele electrice să fie gata să preia mașinile obișnuite. Turbo-ul este cu noi de aproape atâta timp cât mașina în sine, dar mai are ceva de făcut.

pentru informații mai detaliate despre componentele turbocompresorului și serviciul de sistem, consultați articolul nostru despre problemele turbo comune.