A turbófeltöltő (köznyelvben "turbónak" nevezik) a három ismert ismert feltöltőrendszer egyike, amelyet általában égés- és robbanómotorokban (benzin vagy dízel) használnak, és amelyek célja a teljesítménysűrűség növelése - a másik kettő a mechanikus kompresszor és a gáz injekció.
A turbófeltöltő szerepe az oxigénszint növelése (O 2) minden hengerben a beszívott levegő összenyomásával.
Az elv az, hogy növeljék a beengedett gázok nyomását, lehetővé téve a hengerek jobb feltöltését levegő / üzemanyag keverékkel ( sztöchiometrikus arány ), lehetővé téve akár a szívó motor teljesítményének növelését, vagy a fogyasztás csökkentését alacsonyabb motorral elmozdulás.
Ezt a kompresszor- típust egy turbina hajtja (innen kapta a nevét), amelyet a motortömbből kilépő kipufogógázok sebessége hajt , amelyek kinetikus energiájuk egy részét a turbina megfordításához adják , anélkül, hogy energiát fogyasztanának a motor tengelyén.
Ezeknek a motoroknak a korai fejlesztése során javasolták az égésű motorok turbófeltöltésének és a robbanás elvét . Louis Renault 1902-ben szabadalmat nyújtott be a ventilátorral vagy kompresszorral történő feltöltés elve alapján, amelyet versenyben használt, de amelyet még nem határoztak meg turbófeltöltőként.
A 1905. november 13, a turbófeltöltő elvére vonatkozó szabadalmat Alfred Büchi svájci mérnöknek a Deutsches Reichspatent (DRP) és a 1905. november 16, egy másik a belső égésű motorra történő alkalmazásához. Ez egy centrifugális kompresszor volt, amelyet ezúttal a kipufogógázok hajtottak. Az egyik első bejelentések az alkalmazkodás a mérnök Auguste Rateau turbófeltöltő a motor Renault 12 Fe , a V12 a 320 LE szerelni a felderítő repülőgép Breguet XIV A2 során első világháború .
A második világháború idején jelentősen fejlődött a turbófeltöltő, ahol a "turbó" elengedhetetlen volt ahhoz, hogy a dugattyús motorral rendelkező repülőgépek nagy magasságban repülhessenek. Valójában a levegő 3000 és 4000 méter között egyre ritkábbá válik, a légköri motor elveszíti erejét és "leáll" a levegőben lévő kevés oxigén miatt.
1962-ben az Oldsmobile F-85 Turbo Jetfire volt a turbófeltöltős kompresszoros motor első kereskedelmi változata. Ez a motor a Turbo-Rocket volt, egy V8-as motor, kis átmérőjű Garrett T5 turbófeltöltővel .
A feltöltés technikáját nagyon gyakran alkalmazzák a versenyautók motorjain . Például a Forma-1- ben forradalmasította az 1977-es motorozást a Renault-val, és számos sikert ért el, mielőtt 1989-ben betiltották volna. A 2014-es bajnoki szezonban visszatért a fegyelemhez egy 1600 cm-es V6-os motorral. 3 turbós.
A főleg a Renault által az 1980-as években elindított divatjelenség mellett ( R5 Turbo , Alpine turbo , R5 GT Turbo , stb ), egy másik megjelenés fogja bizonyítani, hogy a turbó nem csak használják, hogy „felfújja kis fény autók alacsonyabb költségek mellett.” Valójában a mennydörgő Porsche 911 Turbo 3.0 L (930-as típus) érkezése viszont a nagy túraautók (GT) rajongóinak egész generációját indítja útjára, utóbbiakkal annak megjelenése idején gyakorlatilag páratlan. az akkori lenyűgöző teljesítményének köszönhetően .
A XXI . Században ezt az elvet széles körben alkalmazzák a modern dízelmotoroknál , és kisebb mértékben a benzinmotoroknál is az öngyulladás veszélye miatt, amikor a levegő-üzemanyag keverék nyomása megnő. A befecskendezés és a gyújtás jobb szabályozása azonban lehetővé tette többek között a turbófeltöltésű benzinmotorok tervezését a leépítéssel összefüggésben .
A dugattyús motor hatékonysága a tömörítési arányának , a hengeren belüli tömörítési aránynak a függvénye . Minél magasabb, annál jobb a hozam.
A benzinmotor határértéke az öngyulladás (vagy kopogás ) kockázatával függ össze , amely egy bizonyos nyomáson túl a hozamok csökkenését okozza. A turbófeltöltésű benzinmotor általában célja egy tömörítési arány kisebb, mint 10 / 1 , de néhány motorblokkok még csepp alatti 7 / 1 a blokkok névleges kimenetek feletti 100 LE / L és boost nyomások - feletti 1 bar relatív nyomáson. Az optimális teljesítmény a kompresszoros motortervezők számára az lenne, ha magas kompressziós arányt érnének el ugyanolyan magas nyomáson, hogy a lehető legnagyobb mértékben elkerüljék a turbófeltöltő pozitív töltése alatti büntetési sebességeket, amit a jelenlegi üzemanyagok miatt is nehéz elérni. hogy a zörgés , az utóbbi küszöbértéke továbbra is kimutatható és kezelhető a fedélzeti számítógépek technológiai fejlődésével.
A motort elhagyó kipufogógáz- áramlásba helyezett turbinát nagy sebességgel hajtják (a fotó piros része). Ez köti össze a tengely egy kompresszor elhelyezett motor által beszívott csatorna (kék rész). Ez a centrifugális típusú kompresszor beszívja és összenyomja a környezeti levegőt, elküldi a hengerekbe, esetleg áthaladva egy levegő / légcserélőn (angolul intercooler ), vagy ritkábban levegővel / vízzel a hűtés érdekében a következő három okból:
A sűrített levegő hengerekbe juttatása lehetővé teszi az utóbbiak töltésének javítását, amelyeket, ha nem, a lefelé haladó dugattyú által létrehozott vákuum tölti be, és ezáltal lehetővé teszi a levegő mennyiségének jelentős növelését. levegő / keverék: üzemanyag, amely lehetővé teszi a teljesítménysűrűség javítását és a nagyobb térfogatú motorral megegyező teljesítmény elérését, miközben csökkenti a nagy lökettérfogattal járó mechanikai veszteségeket.
Az egyre növekvő ökológiai megfontolások azt jelentik, hogy a nagyobb gyártók egyre inkább annak a jelenségnek vagyunk tanúi, hogy " leépítjük " az autómotorokat. Az elv célja a szennyezőanyag-kibocsátás és a fogyasztás csökkentése a motor lökettérfogatának csökkentésével. Mivel a kis lökettérfogatú motor szükségszerűen kevésbé hatékony, ezt a veszteséget a turbófeltöltővel kompenzálják.
Előnyök:
Hátrányok:
Az utóbbi két idézett hátrányt szinte megoldják a modern turbófeltöltők, az úgynevezett „változó geometriájú” turbófeltöltők, amelyek alacsony sebességnél hatékonyabbak .
A turbófeltöltő fő problémája az indítás késése, mivel a turbina kerekének tehetetlensége miatt sok "bi-turbo" (vagy "twin-turbó" szekvenciális) motorral felszerelt sportautó található. turbófeltöltő a fordulatszám alacsony fordulatszámú feltöltésére, majd egy nagyobb által továbbítva a hengerek feltöltésére, ha a motor fordulatszámon jár. Az ilyen típusú szerelvény előnye a válaszidő virtuális hiánya és az erőátviteli rángások hiánya, amelyet egyetlen nagy turbófeltöltő nyomása okoz, és a nyomatéktartomány egyenletesebben oszlik meg. De ez a rendszer több helyet foglal el a motortérben, és komoly karbantartást igényel, hogy idővel megbízható maradjon. Ez az úgynevezett "szekvenciális" szerelvény felszereli a Mazda RX-7 FD3S-t vagy a Porsche 959-et . Van egy klasszikusabb két turbós rendszer is , mint például a Nissan 300ZX Z32 és 24S V6 motorja , amelyre mindegyik turbó csak három hengeres bankot tölt fel, a turbók a V6 mindkét oldalára vannak felszerelve. Ne feledje, hogy más gyártók, például a BMW, ezt az elvet használják, de úgy, hogy a turbókat a V belsejébe helyezik, a szívócső kívülről van.
Az 1997-es dízelmotorokra történő beépítésük óta bizonyos turbófeltöltők „változó geometriájúak”. Ez a megoldás a motor sokkal lineárisabb viselkedését és a turbófeltöltő válaszát teszi lehetővé 1500 fordulat / perc sebességtől a hagyományos turbófeltöltőkön gyakran 3 és 4000 fordulat / perc közötti válasz helyett . Például olyan autókról, mint a sorozatgyártású Peugeot 205 Turbo 16 vagy a Ferrari F40 , azt mondják, hogy alacsony fordulatszámon "üregesek", és az összes teljesítmény nagyon hirtelen jelenik meg egy bizonyos motorfordulat után. Ezzel szemben a változó geometriájú Porsche 911 Turbo 997 típusú (2006-tól) azonnal elosztja lóerejét a gázpedál legkisebb igénye mellett. A dízelmotorok turbófeltöltőit a motor közelében helyezik el, hogy a kipufogógázok és a sűrített levegő útja a lehető legrövidebb legyen. Legtöbbször még közvetlenül a motorblokkon is található.
A sorozatgyártású Peugeot 405 Turbo 16 volt az első, változó geometriájú turbóval felszerelt alapkivitelű autó.
A turbófeltöltőn két fő feszültség van: a turbina tengelyének súrlódása és a kipufogógázok hőmérséklete.
Annak érdekében, hogy megóvja ezt az elemet a kopástól és lehűtse, a turbófeltöltő ugyanazt az olajkenési rendszert használja a motorral . Ennek a funkciónak az a hátránya, hogy leállítja a turbófeltöltő kenését, amikor a motor leáll, mert az olajszivattyú már nem hajtott, ami hosszú távon károsíthatja a készüléket. Valójában a tengely és a turbina csapágya között ekkor jelen lévő olaj túlzottan melegíteni kezd, mert a turbina hőmérséklete 1000 ° C -ra vagy még ennél is magasabbra emelkedhet . Ezután káros maradvány keletkezik, amely nagyon koptató szilárd testekből áll, amelyek idővel túlzott játékot eredményeznek (ezt az olaj „kokszolásának” nevezik). Ezenkívül a turbina, amelyet még mindig a tehetetlensége hajt , már nem kenhető vagy hűl, és a túlzott hő- és mechanikai igénybevételek miatt megszakadhat. Ennek a problémának a kiküszöbölése érdekében célszerű a motortól függően körülbelül egy-három percig járni alapjáraton a gyújtás kikapcsolása előtt, hogy a belső turbina megforduljon. A motor, tehát a turbófeltöltő kenése továbbra is zajlik, és elvezeti a hőt a rendszerből. A mechanizmus hűtésének másik módja, ha az utazás lehetővé teszi, lassan, mérsékelt sebességgel haladjon néhány kilométert. Ez az ajánlás általánosabban ajánlott motorokhoz is, még a szívó motorokhoz is, vagy fékekhez, ha ezeket mostanában erősen használták. Ha ezt a neofita által oly gyakran elfelejtett eljárást néha nem lehet végrehajtani, már csak a megvalósításához szükséges idő miatt is, utángyártott felszerelést felszerelhet az autóipari kiegészítők szakembere: turbó időzítő , amelynek csak a a motor leállításának feladata, miután a turbó megfelelően lehűlt, még akkor is, ha a gyújtást a kulccsal kikapcsolták. Mivel azonban a legtöbb jelenlegi jármű turbófeltöltővel van felszerelve, a gyártók általában külön olajszivattyúkkal látják el járműveiket, amelyek garantálják a csapágyak kenését a turbó tengelyének forogásához szükséges idő alatt, amint a jármű motorja kikapcsol garantálni a rendszer élettartamát, miközben e technológia követelményeit teljesen átláthatóvá kell tenni a felhasználó szokásai számára.
Egyes autógyártók, köztük a BMW vagy a PSA, motorjaikat olyan rendszerrel szerelik fel, amely lehetővé teszi az elektromos vízszivattyú működését, még a motor kikapcsolása után is. Ez jelen van, különösen a Peugeot 405 T16 (sorozatgyártású változat) 1992, valamint a Renault 21 2 L Turbo vagy újabban felszerelt járműveken a 1,6 L PSA / BMW motor kis sport autók , mint a Mini Cooper S , vagy a Peugeot 207 RC .
Egyes modellek sajátossága, hogy tengelyüket a golyóscsapágyakra támasztják, ami idővel nagyobb megbízhatóságot tesz lehetővé.
A turbófeltöltő meghibásodása, ami a motor hőmérsékletének emelkedését okozza, a jármű kigyulladását okozhatja.
A turbófeltöltő olyan centrifugális vagy axiális kompresszor, amelyet egy gőz (gőzturbina) vagy egy másik gáz (gázturbina), vagy egy gáz tágulása ( tágulási turbina ) hajt meg .
A turbófeltöltő elérheti a forgási sebessége mintegy 250.000 rpm de az átlagos sebesség között 100.000 és 200.000 rpm . Jelenleg a legnagyobb elért sebesség 280 000 fordulat / perc egy Smart Diesel-ben.
A turbó két lapátos kerekének kerülete által tapasztalt centrifugális gyorsulás általában meghaladja a 100 000 g-ot . Ez a gyorsulás jelentős korlátozásokat generál, amelyek megkövetelik a két elem szigorú gyártását, amelyek megmunkálásának és kiegyensúlyozásának meg kell felelnie a pontos tűréseknek (egy apró egyensúlyhiány elegendő lehet az egység működésképtelenné tételéhez).