hvordan vender vi eksplosioner ind til stød?

navnet på det forbrændingsspil konverterer varmeenergi til bevægelse. Inde i en motor antænder vi et brændstof som gas, og de varme, ekspanderende brændstof / luftgasser skubber ned på stempler. Op-og nedstemplerne er forbundet med den roterende krumtapaksel i bunden af motoren, hvilket gør denne lodrette bevægelse til frem-og tilbagegående bevægelse. Hook det hele op til en transmission forbundet til hjulene, og off you go!

Hvordan laver vi større eksplosioner for mere tryk?

hvis du nogensinde har stoket et lejrbål for at lave s ‘ mores, husker du sandsynligvis de tre dele af “ildtrekanten”: luft, brændstof og antændelseskilde. Det er det samme ved dit lejrbål, som det er inde i din motor, med luft, der strømmer ind i indtaget, der kombinerer med brændstof fra dine brændstofinjektorer og får tænding fra dine tændrør.

hvis vi ønsker at øge strømmen, skal vi sørge for, at vi har nok af alle tre komponenter i vores brandtrekant. I en motor betyder det, at hvis vi injicerer mere brændstof, skal vi også sørge for, at vi får mere luft (og dermed mere ilt) til at brænde alt brændstof, da det ekstra brændstof ikke brænder, medmindre det har mere ilt til at kombinere og forbrænde.

kemi har et ord for den ideelle mængde reaktanter i en ligning for at afbalancere uden rester: støkiometri. I en bensinmotor er det støkiometriske forhold mellem iltholdig luft og brændstof 14,7 dele (efter masse) luft til 1 del bensin.

indtast tvungen induktion

“der er ingen erstatning for forskydning” er en sætning fra den store blok V8 dage, hvor mere kraft betød fysisk større motorer, der slugte mere luft og brændstof. Større cylindre kunne suge ikke kun mere brændstof, men mere luft til at forbrænde helt med brændstoffet, og det gav dig mere strøm.

desværre betyder mere Størrelse også mere vægt, så nogle ingeniører slog i stedet på ideen om at få mere luft ind i motoren ved at pumpe den ind: i stedet for at gøre motoren fysisk større for at suge mere luft ind, skal du skubbe mere luft ind i motoren i samme størrelse. Den trykluft, der pumpes ind i motoren, kaldes boost, med trykstigningen sammenlignet med det omgivende lufttryk målt i PSI eller bar/kilopascal.

disse første luftpumper med tvungen induktion blev kaldt superladere, og deres bladede kompressorhjul blev drevet af selve motoren via bælter eller gear, der blev drevet af motorens krumtapaksel. Støkiometri betyder, at hver lille smule ekstra brændstof kræver 14.7 gange så meget luft, så det er ikke overraskende, at superladere bruger en enorm mængde energi (nogle gange så meget som 20% af den samlede motoreffekt!) at pumpe al den luft rundt.

mere oomph med mindre affald – turboladeren

størrelse og vægt er dårlige ting i biler og værre ting i fly, hvilket er var en masse tidlig tvungen induktionsudvikling fandt sted. Ikke kun gør en tung motor til et tungt fly, men en fysisk stor motor giver også en voluminøs, ikke-aerodynamisk skrog. I fly blev der tilføjet incitament til at presse indkommende luft for at kompensere for, at luften blev tyndere i høje højder, hvilket forhindrede motoreffekten i at falde af i høj højde.

med kraft og vægt på en sådan præmie i fly, havde den svenske luftfartsmotor Alfred B Lartchi en hjernebølge på at slippe af med det 20% supercharger strømtab: i stedet for at bruge motorkraft via et bælte/gear til at dreje kompressoren, skal du forbinde kompressorhjulet til et matchende turbinehjul i udstødningssystemet og fange energi fra den ellers spildte udstødningsstrøm, som en vindmølle fanger energi fra brisen.

disse tidlige “turbine superchargers” eller “turbo-superchargers” fortsatte til sidst med at drive mange racerfly, bombefly og krigere i 1930 ‘erne og 1940’ erne og blev betragtet som avanceret luftfartsteknologi på det tidspunkt med dele, der drejede med hundreder af tusinder af omdrejningstal og turbinehjul udsat for udstødningsgastemperaturer så høje som 1800 liter F/1000 Corvair vises fra 1950 ‘ erne og fremefter med en valgfri turbomotor.

Turboladerudvikling marcherede hånd i hånd med gasturbine (jetmotor) udvikling gennem 1950 ‘erne og 1960’ erne. ud over bedre materialer, der er i stand til at modstå de høje temperaturer og tryk i den varme side af turboen, blev turboladerens generelle layout til sidst standardiseret:

• koldt sidehus, der fører indløbsluft ind i turboen
  • Kompressorhjul, der trykker luften
  • kompressor bypass, der åbnes, når du løfter gassen af for at forhindre boost-luft i at opbygges bag den lukkede gasspjældsplade og forårsage kompressorbås
• CHRA (centerhus roterende samling, også undertiden kaldet “patron”)
  • aksel, hvorpå kompressoren og turbinehjulene begge er fastgjort
  • aksellejer for at lade akslen dreje frit
  • oliering og afkøling
• varmt sidehus, der dirigerer luft fra udstødningsmanifolden ind til turboen
  • turbinehjul, der fanger energi fra udstødningen
  • affald, der åbnes, når turboen når målforstærkning og sender ekstra udstødning forbi turbinen, så den ikke roterer hurtigere

det var energikriserne i 1970 ‘ erne, der virkelig pressede bilproducenter til alvorligt at se på turboladere som en måde at nedskære motorer (og forbedre Emissioner og brændstoføkonomi) uden at ofre strøm.

strøm og kontrol

1970 ‘erne og 1980’ erne faldt også sammen med computerrevolutionen, og disse avancerede brændstof-og motorstyringsteknologier viste sig at være velegnede til turboladerens ydeevne og levetid. Fra de første analoge temperatur-og strømningshastighedssensorer i 1970 ‘erne til flere netværksstyringsenheder i 2000’ erne og derefter avancerede systemer for at holde trit med efterspørgslen efter at presse så meget energi som muligt ud af en dråbe brændstof:

• Lambda Sond (iltføler) – systemet, hvor Volvo er den første bilproducent, der bruger denne kombination af sensorer til at måle brændstof:
  • masseluftstrømssensorer til at måle mængden af luft, der går ind i motoren
  • elektronisk brændstofindsprøjtning, til at måle det rigtige forhold mellem brændstof og den kendte mængde luft
  • ilt (lambda) sensorer, der måler enhver mængde luft, der resterende brændstof eller ilt i udstødningen for at se, hvor tæt på 14,7:1 støkiometrisk motoren kører
• Knock sensorer til at måle sundhed og timing af forbrændingshændelser
• spole-on-plug direkte tænding, for at justere tændrør timing for at forhindre banke
• Digitalmotorstyringsenheder (ECU) til løbende at måle alle disse indgange og justere udgangene
• Drejningsmomentanmodning motorstyringsordninger, til
  • A: find ud af nøjagtigt, hvor meget strøm føreren (via førerens højre fod på gaspedalen) beder dig om at til
  • B: “arbejd baglæns”, beregning af den mindste mængde åben gas, brændstof og boost, der er nødvendig for at ramme førerens strømmål

Finstyret motorbelastning og-temperaturer, strammere bearbejdningstolerancer og balance og mere avancerede legeringer spillede alle deres rolle for at forbedre turboladerens pålidelighed og ydeevne. Efterhånden som 80 ‘erne og 90’ erne skred frem, blev turboladning mere mainstream med forudsigelige effektudgange og turbo-tid-mellem-eftersyn, der nu når 100.000 miles eller mere.

Turbo-design ændrede sig også, først med computerstyrede vakuumsolenoider, der åbner og lukker affaldspladen for at kontrollere det samlede boost, og med grundlæggende ændringer i selve turboen som dobbeltrulle og turbinehuse med variabel geometri, der øger turboeffektiviteten ved at udtrække meget energi som muligt fra udstødningsstrømmen.

da vi fortsætter med at marchere ind i det 21.århundrede, er turboladere nøglen til at presse maksimal effektivitet ud af forbrændingsmotorer, før elbiler er klar til at overtage i almindelige biler. Turboen har været med os næsten lige så længe som selve bilen, men den har stadig noget arbejde at gøre.

For mere detaljerede oplysninger om turboladerkomponenter og systemtjeneste, se vores artikel om almindelige turboproblemer.