jak změníme výbuchy na tah?

název hry s vnitřním spalováním přeměňuje tepelnou energii na pohyb. Uvnitř motoru zapálíme palivo jako benzín a horké, rozšiřující se palivo / vzduchové plyny tlačí dolů na písty. Písty nahoru a dolů jsou spojeny s rotujícím klikovým hřídelem ve spodní části motoru, otáčení tohoto vertikálního pohybu do vratného pohybu. Zavěste to všechno na převodovku připojenou k kolům,a můžete jít!

jak uděláme větší výbuchy pro větší tah?

pokud jste někdy zapálili táborák, abyste vytvořili s ‚ mores, pravděpodobně si pamatujete tři části „požárního trojúhelníku“: vzduch, palivo a zdroj zapalování. Je to stejné u vašeho táboráku, jak je uvnitř vašeho motoru, se vzduchem proudícím do sání v kombinaci s palivem z vašich vstřikovačů paliva a zapalováním ze zapalovacích svíček.

pokud chceme zvýšit výkon, musíme se ujistit, že máme dostatek všech tří složek našeho požárního trojúhelníku. V motoru to znamená, že pokud vstřikujeme více paliva, musíme se také ujistit, že získáváme více vzduchu (a tedy více kyslíku), abychom spálili veškeré palivo, protože další palivo nebude hořet, pokud nebude mít více kyslíku, se kterým se může kombinovat a spalovat.

Chemie Má slovo pro ideální množství reaktantů v rovnici vyvážit bez zbytků: stechiometrie. V benzínovém motoru je stechiometrický poměr vzduchu obsahujícího kyslík k palivu 14,7 dílů (hmotnostně) vzduchu k 1 dílu benzínu.

zadejte nucenou indukci

„neexistuje žádná náhrada za posunutí“ je fráze z big block V8 days, kde větší výkon znamenal fyzicky větší motory, které spolkly více vzduchu a paliva. Větší válce by mohly nasávat nejen více paliva, ale více vzduchu, aby se palivo úplně spálilo, a to vám dalo více energie.

bohužel, větší velikost také znamená větší váhu, takže někteří inženýři místo toho udeřili na myšlenku dostat více vzduchu do motoru tím, že jej načerpají: místo toho, aby byl motor fyzicky větší, aby nasával více vzduchu, zatlačte více vzduchu do motoru stejné velikosti. Stlačený vzduch čerpaný do motoru se nazývá boost, s nárůstem tlaku ve srovnání s tlakem okolního vzduchu měřeným v PSI nebo bar/kilopascals.

tato první nucená indukční vzduchová čerpadla byla nazývána kompresory a jejich lopatková kompresorová kola byla poháněna samotným motorem prostřednictvím pásů nebo ozubených kol poháněných z klikového hřídele motoru. Stechiometrie znamená, že každý kousek paliva navíc vyžaduje 14.7X tolik vzduchu, takže není divu, že kompresory používají obrovské množství energie (někdy až 20% celkového výkonu motoru!) pumpovat všechen ten vzduch kolem.

více oomph s menším množstvím odpadu-turbodmychadlo

velikost a hmotnost jsou špatné věci v autech a horší věci v letadlech, což je bylo hodně časného vývoje nucené indukce. Nejen, že těžký motor je pro těžké letadlo, ale fyzicky velký motor také dělá pro objemné, non-aerodynamický trup. V letadlech, byla přidána pobídka k natlakování přiváděného vzduchu, aby se kompenzovalo ztenčení vzduchu ve vysokých nadmořských výškách, udržování výkonu motoru v pádu ve vysoké nadmořské výšce.

s výkonem a hmotností v takové prémii v letadlech měl Švýcarský letecký inženýr Alfred Büchi mozkovou vlnu, jak se zbavit 20% ztráty výkonu kompresoru: namísto použití výkonu motoru pomocí řemenu / ozubených kol k otáčení kompresoru připojte kompresorové kolo k odpovídajícímu turbínovému kolu ve výfukovém systému a zachyťte energii z jinak promarněného výfukového toku, jako Větrný mlýn zachycuje energii z vánku.

tyto rané „turbínové kompresory“ nebo „turbo-kompresory“ nakonec pokračovaly v napájení mnoha závodních letadel, bombardérů a stíhaček ve 30.a 40. letech a byly v té době považovány za pokročilou leteckou technologii, přičemž části se otáčely při stovkách tisíc otáček a turbínových kol vystavených teplotám výfukových plynů až 1800°F/1000°C. přijetí takového drahého vybavení v automobilech bylo zpočátku pomalé a experimentální, s hrstkou modelů, jako je Chevrolet Corvair, které se objevily od 50. let s volitelným turbo motorem.

vývoj turbodmychadla pochodoval ruku v ruce s vývojem plynové turbíny (proudový motor) v průběhu padesátých a šedesátých let. kromě lepších materiálů schopných odolat vysokým teplotám a tlakům na horké straně turbo bylo obecné uspořádání turbodmychadla nakonec standardizováno:

• studené boční pouzdro, které přivádí vstupní vzduch do turbo
  • kompresorové kolo, které natlakuje vzduch
  • kompresorový bypass, který se otevře, když zvednete plyn, aby se zabránilo hromadění vzduchu za uzavřenou škrticí deskou a způsobení zastavení kompresoru
• CHRA (otočná sestava středového pouzdra, někdy také nazývaná „kazeta“)
  • hřídel, na které jsou obě kola kompresoru a turbíny připevněna
  • ložiska hřídele, aby se hřídel mohla volně otáčet
  • olejování a chlazení
• horké boční pouzdro, které směruje vzduch z výfukového potrubí do turba
  • turbínové kolo, které zachycuje energii z výfuku
  • Wastegate, který se otevře, když turbo dosáhne cílového zvýšení a pošle další výfuk kolem turbíny, takže se neotáčí rychleji

byla to energetická krize 70. let, která skutečně tlačila výrobce automobilů, aby začali vážně pohlížet na turbodmychadla jako na způsob, jak zmenšit motory (a zlepšit emise a spotřebu paliva), aniž by obětovali energii.

napájení a ovládání

1970 a 1980 se také shodovaly s počítačovou revolucí a tyto pokročilé technologie řízení paliva a motoru se osvědčily pro výkon a životnost turbodmychadla. Od prvních analogových snímačů teploty a průtoku v 70. letech až po více síťových řídicích jednotek v roce 2000 a dále, systémy pokročily, aby udržely krok s poptávkou vytlačit co nejvíce energie z kapky paliva:

• systém Lambda Sond (oxygen sensor), přičemž Volvo je první automobilkou, která používá tuto kombinaci senzorů k měření paliva:
  • snímače hmotnostního proudění vzduchu, k měření množství vzduchu vstupujícího do motoru
  • elektronické vstřikování paliva, k měření správného poměru paliva ke známému množství vzduchu
  • kyslíkové (lambda 14, 7:1 stechiometrický motor běží
• Knock senzory pro měření zdraví a načasování událostí spalování
• Coil-on-plug přímé zapalování, pro nastavení časování zapalovací svíčky, aby se zabránilo klepání
• Digitial Řídící jednotky motoru (ecu) pro neustálé měření všech těchto vstupů a nastavení výstupů
• schémata řízení točivého momentu motoru na
  • A: přesně zjistěte, kolik energie řidič (pravou nohou řidiče na plynovém pedálu) žádá o
  • B: „pracujte pozpátku“ a vypočítejte nejmenší množství otevřené škrticí klapky, paliva a zvýšení potřebné k zasažení cíle výkonu řidiče

jemně řízené zatížení a teploty motoru, přísnější tolerance a vyvážení obrábění a pokročilejší slitiny hrály svou roli při zlepšování spolehlivosti a výkonu turbodmychadla. Jak 80. a 90. léta postupovala, přeplňování turbodmychadlem se stalo hlavním proudem, s předvídatelnými výkonovými výstupy a časovými opravami turbo, které nyní dosahují 100 000 mil nebo více.

Turbo design se také měnil, nejprve s počítačem řízenými vakuovými solenoidy otevírajícími a zavírajícími wastegate pro řízení celkového zvýšení, a se zásadními změnami samotného turbo, jako je twin-scroll a skříně turbíny s proměnnou geometrií, které zvyšují účinnost turbo tím, že extrahují co nejvíce energie z výfukového proudu.

jak stále pochodujeme do 21. století, turbodmychadla jsou klíčem k vytlačení maximální účinnosti ze spalovacích motorů dříve, než jsou elektrická vozidla připravena převzít v běžných automobilech. Turbo je s námi téměř stejně dlouho jako samotné auto,ale stále má nějakou práci.

podrobnější informace o součástech turbodmychadla a systémových službách naleznete v našem článku o běžných problémech s turbodmychadlem.