Hvordan slår vi eksplosjoner inn i trykk?

navnet på forbrenningsspillet konverterer varmeenergi til bevegelse. Inne i en motor tenner vi et drivstoff som bensin, og de varme, ekspanderende drivstoff/luftgassene presser ned på stemplene. Opp-og-ned stempler er koblet til den roterende veivakselen i bunnen av motoren, snu denne vertikale bevegelse i frem-og tilbakegående bevegelse. Koble det hele opp til en overføring koblet til hjulene,og du går!

Hvordan lager vi større eksplosjoner for mer trykk?

hvis du noen gang har stoked et bål for å lage s ‘mores, husker du sannsynligvis de tre delene av «branntrekanten»: luft, drivstoff og tennkilde. Det er det samme på bålet som det er inne i motoren, med luft som strømmer inn i inntaket kombinere med drivstoff fra drivstoff injektorer og få tenning fra tennplugger.

hvis vi ønsker å øke kraften, må vi sørge for at vi har nok av alle tre komponentene i vår branntrekant. I en motor betyr det at hvis vi injiserer mer drivstoff, må vi også sørge for at vi får mer luft (og dermed mer oksygen) for å brenne alt drivstoffet, da det ekstra drivstoffet ikke vil brenne med mindre det har mer oksygen å kombinere og forbrenne.

Kjemi har et ord for den ideelle mengden reaktanter i en ligning for å balansere uten rester: støkiometri. I en bensinmotor er det støkiometriske forholdet mellom oksygenholdig luft og drivstoff 14,7 deler (etter masse) luft til 1 del bensin.

Skriv inn tvungen induksjon

«Det er ingen erstatning for forskyvning» er et uttrykk fra big block V8 days, hvor mer kraft betydde fysisk større motorer som gulped mer luft og drivstoff. Større sylindere kunne suge inn ikke bare mer drivstoff, men mer luft for å forbrenne helt med drivstoffet, og dette ga deg mer kraft.

Dessverre betyr mer størrelse også mer vekt, så noen ingeniører slo i stedet på ideen om å få mer luft inn i motoren ved å pumpe den inn: i stedet for å gjøre motoren fysisk større for å suge inn mer luft, skyv mer luft inn i samme størrelse motor. Trykkluften som pumpes inn i motoren kalles boost, med trykkøkning i forhold til omgivende lufttrykk målt i PSI eller bar/kilopascals.

disse første tvungen induksjonsluftpumpene ble kalt superchargere, og deres bladede kompressorhjul ble drevet av motoren selv via belter eller gir drevet av motorens veivaksel. Støkiometri betyr at hver liten bit ekstra drivstoff krever 14.7X så mye luft, så det er ingen overraskelse superchargere bruker mye energi (noen ganger så mye som 20% av total motorkraft!) å pumpe all den luften rundt .

Mer oomph med mindre avfall – turboladeren

Størrelse og vekt er dårlige ting i biler og verre ting i fly, noe som var mye tidlig tvungen induksjonsutvikling fant sted. Ikke bare gjør en tung motor for et tungt fly, men en fysisk stor motor gir også en stor, ikke-aerodynamisk fuselage. I fly ble det lagt til incitament til å presse innkommende luft for å kompensere for at luften blir tynnere ved høye høyder, slik at motorkraften ikke faller av i høy høyde.

Med kraft og vekt på en slik premie i fly, Hadde Swiss aeronautical enginer Alfred Bü en hjernebølge på å bli kvitt det 20% supercharger strømtap: i stedet for å bruke motorkraft via et belte/gir for å spinne kompressoren, koble kompressorhjulet til et matchende turbinhjul i eksosanlegg, fange energi fra den ellers bortkastede eksosstrømmen som en vindmølle fanger energi fra brisen.

disse tidlige «turbinoverladere» eller «turboladere» fortsatte til slutt å drive mange racingfly, bombefly og jagerfly på 1930-og 1940-tallet, og ble ansett som avansert luftfartsteknologi på den tiden, med deler som roterer på hundretusenvis Av Rpm og turbinhjul utsatt for avgasstemperaturer så høyt som 1800°F/1000°C. Å Vedta et slikt dyrt utstyr i biler var dermed sakte og eksperimentelt først, med en håndfull modeller som Chevrolet corvair dukket opp fra 1950-tallet og Fremover med en valgfri turbomotor.

Turboladerutvikling marsjerte hånd i hånd med utvikling av gassturbin (jetmotor) gjennom 1950-og 1960-tallet. I tillegg til bedre materialer som kunne motstå høye temperaturer og trykk i den varme siden av turboladeren, standardiserte den generelle utformingen av turboladeren til slutt:

• Kald sidehus, som ruter innløpsluft inn i turboen
  • Kompressorhjul, som presser luften
  • Kompressor bypass, som åpnes når du løfter av gassen for å holde boostluften fra å bygge opp bak den lukkede gasspjeldet og forårsaker kompressorstall
• CHRA (senterhus roterende montering, også noen ganger kalt «patron»)
  • Aksel som kompressor-og turbinhjulene er festet på
  • Aksellager slik at akselen kan spinne fritt
  • Olje og kjøling
• Varm sidehus, som ruter luft fra eksosmanifolden inn i turboen
  • Turbinhjulet, som fanger energi fra eksosen
  • Wastegate, som åpnes når turboen når målet boost og sender ekstra eksos forbi turbinen slik at den ikke spinner raskere

det var energikrisene på 1970-tallet som virkelig presset bilprodusentene til å begynne å se på turboladere som en måte å redusere motorer (og forbedre utslipp og drivstofføkonomi) uten å ofre kraft.

Kraft og kontroll

1970-og 1980-tallet sammenfalt også med datarevolusjonen, og disse avanserte drivstoff-og motorstyringsteknologiene viste seg godt egnet til turboladerens ytelse og levetid. Fra de første analoge temperatur-og strømningshastighetssensorene på 1970-tallet til flere nettverkskontrollenheter på 2000-tallet og utover, avanserte systemer for å holde tritt med etterspørselen om å presse så mye energi som mulig ut av en dråpe drivstoff:

• Lambda Sond (oxygen sensor) – systemet, Der Volvo er Den første bilprodusenten som bruker denne kombinasjonen av sensorer til å måle drivstoff:
  • masseluftstrømssensorer, for å måle mengden luft som går inn i motoren
  • Elektronisk drivstoffinnsprøytning, for å måle ut det riktige forholdet mellom drivstoff for å gå med den kjente mengden luft
  • Oksygen (lambda) sensorer som måler alle typer drivstoff. leftover drivstoff eller oksygen i eksos for å se hvor nær 14.7:1 støkiometrisk motoren går
• Knock sensorer for å måle helsen og tidspunktet for forbrenningshendelser
• Coil-on-plug direkte tenning, for å justere tennpluggtimingen for å hindre knock
• Digitalmotorkontrollenheter (Ecu) for kontinuerlig å måle alle disse inngangene og justere utgangene
• Dreiemomentforespørsel motorstyringssystemer, til
  • A: finn ut nøyaktig hvor mye strøm føreren (via førerens høyre fot på gasspedalen) spør For
  • b: «arbeid bakover», beregne den minste mengden åpen gass, drivstoff og boost som trengs for å treffe førerens kraftmål

Finstyrt motorbelastning og-temperaturer, strammere bearbeidingstoleranser og balanse, og mer avanserte legeringer spilte alle sin rolle i å forbedre turboladerens pålitelighet og ytelse. Etter hvert som 80-og 90-tallet utviklet seg, ble turboladningen mer vanlig, med forutsigbare effektutganger og turbo-overhalinger nå nå 100.000 miles eller mer.

Turbodesignet endret seg også, først med datastyrte vakuummagneter som åpnet og lukket wastegate for å kontrollere total boost, og med grunnleggende endringer i turboen selv som twin-scroll og variabel geometri turbinhus som øker turboeffektiviteten ved å trekke ut mye energi som mulig fra eksosstrømmen.

mens vi fortsetter å marsjere inn i det 21.århundre, er turboladere nøkkelen til å klemme maksimal effektivitet ut av forbrenningsmotorer før elektriske biler er klare til å ta over i vanlige biler. Turbo har vært med oss nesten like lenge som bilen selv, men det har fortsatt noe arbeid å gjøre.

for mer detaljert informasjon om turboladerkomponenter og systemservice, se vår artikkel om vanlige turboproblemer.