miten voimme muuttaa räjähdykset työntövoimaksi?

polttopelin nimi on lämpöenergian muuntaminen liikkeeksi. Moottorin sisällä syttyy polttoaine kuten bensiini, ja kuumat, laajenevat polttoaine/ilmakaasut painavat mäntiä alas. Ylös-ja alas-männät on kytketty moottorin pohjassa olevaan pyörivään kampiakseliin, jolloin tämä pystysuuntainen liike muuttuu edestakaiseksi liikkeeksi. Kiinnitä kaikki vaihteistoon, joka on kytketty pyöriin,ja menoksi!

miten tehdään isompia räjähdyksiä, jotta saadaan lisää työntövoimaa?

jos olet joskus sytyttänyt nuotion s ’ Moresin valmistamiseksi, muistat todennäköisesti ”tulikolmion” kolme osaa: Ilman, polttoaineen ja sytytyslähteen. Se on sama leirinuotiolla kuin se on moottorin sisällä, ilman virratessa sisäänottoaukkoon, yhdistyen polttoaineruiskujen polttoaineeseen ja saaden sytytyksen sytytystulpista.

jos haluamme lisätä tehoa, meidän on varmistettava, että tulikolmiomme kaikkia kolmea komponenttia on riittävästi. Moottorissa se tarkoittaa, että jos ruiskutamme enemmän polttoainetta, meidän on myös varmistettava, että saamme enemmän ilmaa (ja siten enemmän happea) polttaaksemme kaiken polttoaineen, koska ylimääräinen polttoaine ei pala, ellei siinä ole enemmän happea, johon yhdistää ja polttaa.

kemialla on yhtälössä sana reaktanttien ihanteelliselle määrälle, jolla tasapainotetaan ilman tähteitä: Stoikiometria. Bensiinimoottorissa happea sisältävän ilman stoikiometrinen suhde polttoaineeseen on 14,7 massaosaa ilmaa 1 osaan bensiiniä.

Enter forced induction

”there’ s no replacement for displacement” on lause isolta block V8-päivältä, jossa suurempi teho tarkoitti fyysisesti suurempia moottoreita, jotka kuluttivat enemmän ilmaa ja polttoainetta. Isommat sylinterit pystyivät imemään sisäänsä paitsi enemmän polttoainetta, myös enemmän ilmaa, joka paloi täysin polttoaineen mukana, ja tämä antoi lisää tehoa.

valitettavasti suurempi koko tarkoittaa myös enemmän painoa, joten jotkut insinöörit keksivät sen sijaan saada enemmän ilmaa moottoriin pumppaamalla sitä sisään: sen sijaan, että moottori olisi fyysisesti suurempi imemään enemmän ilmaa, työnnä enemmän ilmaa samankokoiseen moottoriin. Moottoriin pumpattavaa paineistettua ilmaa kutsutaan boostiksi, jolloin paine kasvaa verrattuna PSI-tai bar/kilopascaleina mitattuun ilmanpaineeseen.

näitä ensimmäisiä pakkoinduktioilmapumppuja kutsuttiin ahtimiksi, ja niiden teräkäyttöiset kompressoripyörät saivat voimansa itse moottorista Moottorin kampiakselilta ajettujen hihnojen tai hammaspyörien kautta. Stoikiometria tarkoittaa, että jokainen pieni lisäpolttoaine vaatii 14.7X niin paljon ilmaa, joten ei ole mikään yllätys, että ahtimet käyttävät valtavasti energiaa (joskus jopa 20% Moottorin kokonaistehosta!) pumppaamaan ilmaa ympäriinsä.

More oomph with less waste-turboahdin

koko ja paino ovat huonoja asioita autoissa ja huonompia asioita lentokoneissa, mikä oli paljon varhaista pakkoinduktiokehitystä. Raskas moottori ei ainoastaan tee raskaasta koneesta, vaan fyysisesti suuri moottori tekee myös tilaa vievän, ei-aerodynaamisen rungon. Lentokoneissa kannustettiin lisäksi paineistamaan saapuvaa ilmaa, jotta korkeuksissa oheneva ilma kompensoitaisiin, jolloin moottoritehot eivät putoaisi korkeuksissa.

sveitsiläisellä Ilmailumoottorilla Alfred Büchillä oli aivoaalto päästä eroon 20%: n ahtimen tehohäviöstä.: sen sijaan, että käyttäisit moottorin tehoa vyön/vaihteiden kautta kompressorin pyörittämiseen, liitä kompressoripyörä vastaavaan turbiinipyörään pakokaasujärjestelmässä, syömällä energiaa muuten hukkaan menevästä pakokaasuvirrasta kuin tuulimylly kaappaa energiaa tuulesta.

nämä varhaiset ”turbiini-ahtimet” tai ”turbiini-ahtimet” lopulta tulivat voimanlähteiksi monille kilpakoneille, pommikoneille ja hävittäjille 1930-ja 1940-luvuilla, ja niitä pidettiin tuolloin edistyksellisenä ilmailu-ja avaruusteknologiana, jonka osat pyörivät sadoissatuhansissa Kierrosluvuissa ja turbiinipyörät altistuivat Pakokaasun lämpötiloille jopa 1800°F/1000°C. näin kalliin laitteen käyttöönotto autoissa oli siis aluksi hidasta ja kokeellista.Corvair ilmestyi 1950-luvulta lähtien lisävarusteisella turbomoottorilla varustettuna.

Turboahdinkehitys marssi käsi kädessä kaasuturbiinin (suihkumoottorin) kehityksen kanssa koko 1950-ja 1960-luvun ajan. turbon kuuman puolen korkeita lämpötiloja ja paineita kestävien materiaalien lisäksi turboahdin yleinen rakenne lopulta standardisoitiin:

• kylmä kylkikotelo, joka ohjaa tuloilman turboon
  • Kompressoripyörä, joka paineistaa ilmaa
  • Kompressorin ohitus, joka avautuu, kun nostat kaasun pois, jotta boost-ilmaa ei muodostu suljetun kaasulevyn taakse ja aiheuttaa kompressorin sakkauksen
• CHRA (keskirungon pyörivä kokoonpano, joskus myös ”patruuna”)
  • akseli, johon kompressori-ja turbiinipyörät on kiinnitetty
  • Akselilaakerit, jotta akseli voi pyöriä vapaasti
  • öljyäminen ja jäähdytys
• kuuma sivukotelo, joka ohjaa ilmaa pakosarjasta turboon
  • Turbiinipyörään, joka kaappaa energiaa pakokaasusta
  • Wastegate, joka avautuu, kun turbo saavuttaa tavoitevoiman ja lähettää ylimääräisen Pakokaasun turbiinin ohi, jotta se ei pyöri nopeammin

se oli 1970-luvun energiakriisit, jotka todella saivat autonvalmistajat ryhtymään vakavasti tarkastelemaan turboahtimia keinona pienentää moottoreita (ja parantaa päästöjä ja polttoainetaloutta) tehosta tinkimättä.

teho ja ohjaus

myös 1970-ja 1980-luvut osuivat yhteen tietokoneen vallankumouksen kanssa, ja nämä kehittyneet polttoaineen ja Moottorin ohjaustekniikat sopivat hyvin turboahtimen suorituskykyyn ja pitkäikäisyyteen. Ensimmäisistä analogisista lämpötila-ja virtausnopeusantureista 1970-luvulla useisiin verkottuneisiin ohjausyksiköihin 2000-luvulla ja sen jälkeen, järjestelmät kehittyivät pitämään yllä kysyntää puristamaan mahdollisimman paljon energiaa polttoainepisarasta.:

• Lambda Sovd (happianturi) – järjestelmä, jossa Volvo on ensimmäinen autonvalmistaja, joka käyttää tätä anturiyhdistelmää polttoaineen mittaamiseen:
  • Massailmavirta-anturit, jotka mittaavat moottoriin menevän ilman määrän
  • Elektroninen polttoaineen ruiskutus, mittaamaan polttoaineen oikean suhteen, jotta se sopisi tunnettuun ilmamäärään
  • happi (lambda) – anturit, jotka mittaavat mitä tahansa jäännös polttoainetta tai happea Pakokaasun nähdä, kuinka lähellä 14.7:1 stoikiometrinen moottori on käynnissä
• Nakutusanturit, jotka mittaavat palamistapahtumien kuntoa ja ajoitusta
• Käämitulpan suora sytytys, sytytystulpan ajoituksen säätämiseksi, jotta estetään sytytys
• digitaaliset Moottorinohjausyksiköt (ECU), jotta voidaan jatkuvasti mitata kaikkia näitä syötteitä ja säätää ulostuloja
• Vääntömomenttipyyntö Moottorin hallintajärjestelmät, jotta
  • A: selvittää tarkasti, kuinka paljon tehoa kuljettaja (kuljettajan oikean jalan kautta kaasupolkimelle) pyytää
  • b: ”work taaksepäin”, laskemalla pienin määrä auki kaasu, polttoaine, ja boost tarvitaan saavuttaa kuljettajan teho tavoite

hienosti ohjattu moottorin kuormitus ja lämpötilat, tiukempi koneistus toleranssit ja tasapaino, ja kehittyneempiä seoksia kaikki oli osansa parantaa turboahtimen luotettavuutta ja suorituskykyä. 80-ja 90-lukujen edetessä turboahdin tuli valtavirtaisemmaksi, ennustettavissa olevien teholähtöjen ja turbo-aika välillä-uudistusten saavuttaessa nyt 100 000 mailia tai enemmän.

Turbon rakenne oli muuttumassa, ensin tietokoneohjatut tyhjiösolenoidit avasivat ja sulkivat jäteveden säätääkseen kokonaisbuustia, ja itse turboon tehtiin perustavanlaatuisia muutoksia, kuten twin-scroll ja variable geometry turbiinikotelot, jotka lisäsivät turbon tehokkuutta ottamalla mahdollisimman paljon energiaa pakokaasuvirrasta.

marssiessamme 2000-luvulle Turboahtimet ovat avainasemassa puristettaessa polttomoottoreista mahdollisimman suuri hyötysuhde ennen kuin sähköautot ovat valmiita valtavirran autoihin. Turbo on ollut meillä lähes yhtä kauan kuin itse auto, mutta siinä on vielä tekemistä.

tarkempia tietoja turboahtimen osista ja järjestelmän huollosta löytyy artikkelistamme, jossa käsitellään yleisiä turbo-ongelmia.