Dingen die u moet weten over motoren met turbocompressor

Heb je gehoord over het krachtige invoerapparaat in een verbrandingsmotor, nou, het geheim is de turbocompressor . Het is ook bekend als een turbo die in het begin van de twintigste eeuw werd uitgevonden door een ingenieur in Zwitsers land, Alfred Buchi. Hij introduceerde een prototype om het vermogen van dieselmotoren te vergroten.

Tegenwoordig is turbolader een standaardapparaat geworden voor de meeste benzine- en dieselmotoren. Er wordt nog steeds onderzoek gedaan naar manieren om de ontwerpen van turboladers te verbeteren voor betere prestaties tegen lagere productiekosten. Hoewel door trillingen veroorzaakte spanningen en lagerprestaties belangrijke faalfactoren zijn. Om deze reden zou een rotodynamische analyse een belangrijk onderdeel moeten zijn van het ontwerpproces van de turbocompressor, nou ja, misschien!

In een automotor wordt vermogen geproduceerd in de verbrandingskamer met een inlaatlucht-brandstofmengsel, toch! Na de compressie komt het mengsel vrij als uitlaatgas dat afvalproducten wordt en zelfs de atmosfeer vervuilt. Maar in plaats van het uitlaatgas nutteloos te maken, gebruikt de turbocompressor het om de motor sneller te laten lopen. Laat het me uitleggen.

Lees alles wat u moet weten over autozuigers

Vandaag zullen we kijken naar de definitie, functies, toepassingen, onderdelen, geschiedenis, diagram, typen, werkingsprincipe en de voor- en nadelen van een turbolader. Dit artikel is breed, dus ik dring er bij u op aan om door te lezen om de kennis te verwerven.

Definitie turbocompressor

Een turbocompressor is een door een turbine aangedreven krachtinductieapparaat dat de efficiëntie en het vermogen van interne verbrandingsmotoren verhoogt door extra perslucht in de verbrandingskamer te persen. Deze heteluchtinductie lijkt te werken omdat de compressor meer lucht en verhoudingsgewijs meer brandstof in de verbrandingskamer kan persen dan de normale atmosferische druk.

Een turbocompressor is een apparaat dat op de motor van een voertuig is gemonteerd om de algehele efficiëntie te verbeteren en de prestaties van de motor te verhogen. turbocompressoren zijn oorspronkelijk bekend als turbosuperchargers omdat alle apparaten voor geforceerde inductie zijn geclassificeerd als superchargers. Een supercharger is een term die wordt gegeven aan een mechanisch aangedreven apparaat voor gedwongen inductie.

Het verschil tussen een turbocompressor en een conventionele supercharger is dat een turbocompressor wordt aangedreven door een turbine die wordt aangedreven door het uitlaatgas van een motor. Terwijl een supercharger mechanisch wordt aangedreven door de krukas van de motor, vaak verbonden met een riem. Turbocompressoren zijn echter efficiënter, maar minder responsief. De term Twin-charger verwijst naar een motor met een turbocompressor en een supercharger.

Lees Dingen die u moet weten over drijfstang

Geschiedenis

Een korte geschiedenis over turbocompressoren, de eer gaat naar de oprichter Alfred J Buchi (1879 - 1932) die in dienst was bij een auto-ingenieurswerkplaats bij de Gebruder Sulzer Engine Company uit Winterthur, Zwitserland. Het project werd een jaar voor de Eerste Wereldoorlog ontwikkeld, dat in 1905 in Duitsland werd gepatenteerd. Hij zette de verbetering van het project voort tot zijn dood na vier decennia.

Enkele andere ingenieurs verdienen ook een vermelding voor het turbocompressorproject. Enkele jaren eerder was Sir Dugald Clark (1854 – 1932) een Schotse uitvinder van een tweetaktmotor. hij experimenteerde met het scheiden van de compressie- en expansiefasen van interne verbranding met behulp van twee afzonderlijke cilinders.

Zijn experiment werkte als superchargen, waarbij zowel de luchtstroom naar de cilinders als de hoeveelheid brandstof die kon worden verbrand toenam. Andere ingenieurs, zoals Louis Renault, Gottlieb Daimler en Lee Chadwick, nemen ook deel aan de superchargersystemen.

Functies van turbolader

De primaire functie van een turbocompressor is het verhogen van de werkefficiëntie van een automotor. hieronder zijn redenen waarom turbo altijd zal blijven bestaan, ondanks enkele van zijn beperkingen.

• Extra uitstraling wordt geboden, zonder het motorvermogen te vergroten.
• Laat de motor sneller draaien zonder de verbrandingssnelheid van de brandstof te verhogen.
• Gebruik koolstof II-oxide (uitlaatgas) in plaats van vervuiling te veroorzaken.

Toepassingen van de turbolader

Een turbocompressor wordt vaak gebruikt in automotoren zoals vrachtwagens, auto's, treinen, vliegtuigen en bouwmachines. moderne versie van verbrandingsmotoren met Otto-cyclus en dieselcyclus zijn voorzien van turbocompressoren.

Duik erin om enkele toepassingen van turboladers uit te leggen:

Benzine- en dieselauto's: Zoals eerder vermeld, is het gebruikelijk dat auto's met turbocompressor bij benzine- en dieselauto's hun vermogen verhogen voor een bepaalde capaciteit. Het verhoogt ook het brandstofverbruik, waardoor een motor met een kleinere cilinderinhoud mogelijk is. Deze motoren verloren ongeveer 10% aan gewicht en besparen tot 30% aan brandstofverbruik en leveren nog steeds hetzelfde piekvermogen.

De eerste personenauto met turbocompressor was de Oldsmobile Jetfire-optie. Het gebruikt het onderdeel tot een 215 cu in alle aluminium V8 en op Chevrolet-producten genaamd corvairs. Het wordt in eerste instantie Monza Spyder gekoelde platte zescilindermotor genoemd.

Dieselauto's zijn sterk afhankelijk van turbocompressoren sinds het gebruik van verbeterde efficiëntie, rijeigenschappen en prestaties van dieselmotoren. Het wordt geproduceerd op personenauto's die in 1978 door Mercedes met turbocompressor Garrett werden geïntroduceerd.

Vrachtwagens: Voor hetzelfde voordeel hebben dieselmotoren van vrachtwagens sinds 1938 een turbolader.

Vliegtuig: In de loop van het jaar verhoogt het effect van de turbolader ook de efficiëntie van vliegtuigen.

Motorfietsen: De meeste Japanse bedrijven produceerden sinds het begin van de jaren tachtig hoogwaardige motorfietsen met turbocompressor. Hoewel er maar weinig motorfietsen met turbocompressor zijn, komt dit door een overvloed aan grotere cilinderinhoud. De motor met natuurlijke aanzuiging die beschikbaar is, biedt de voordelen van koppel en vermogen van een motor met een kleinere cilinderinhoud en een turbocompressor, maar levert meer lineaire vermogenskenmerken op.

Lezen:Onderdelen van een verbrandingsmotor

Delen van turboladers

Hieronder staan ​​de belangrijkste onderdelen van een turbocompressor en hun functies:

• Patronen (volledig geassembleerde en uitgebalanceerde turbocompressorkernen)
• Vacuümaandrijvingen en pneumatische aandrijvingen
• Elektronische actuatoren (elektrische servoaandrijvingen)
• Compressorbehuizingen (de behuizingen van het koude gedeelte/onderdeel van de turbocompressor)
• Turbocompressorreparatiesets (sets/sets met reserveonderdelen voor een snelle kleine reparatie)
• Compressorwielen (turbocompressorwielen)
• As en wielen (turbo-assen met turbinewiel, turbinerotoren)
• Behuizingen van mondstukringen (behuizingen voor bedieningselementen met VNT-geometrie)
• Lagerbehuizingen (patroonbehuizingen, turbokernbehuizingen)
• Achterplaten (kernplaat turbocompressor vanaf compressorzijde)
• VNT-mondstukringen (ringen met mondstukken voor VNT-turbocompressoren, VNT-geometriecontroleknooppunten)
• Hitteschilden (hitteschilden van turbocompressor)
• Pakkingsets (pakkingsets/sets voor turbocompressor)
• Actorsensoren (druksensoren, positiesensoren
• VNT-pakkingen (interne pakkingen voor VNT-turbocompressoren)
• Turbinebehuizingen (de behuizingen van het hete gedeelte/onderdeel van de turbocompressor)
• Elektronische actuatoronderdelen (elektromotoren, assen, tandwielen van servoaandrijvingen voor turbocompressoren).

Soorten turboladers

Hieronder staan ​​de verschillende soorten turboladers die er zijn:

Enkele turbo:

De enkele turbo is het eenvoudigste, meest voorkomende en goedkoopste type turbocompressor dat er bestaat. Het heeft onbeperkte variabiliteit en omdat het een kleinere turbo is, biedt het een betere low-end grunt omdat ze sneller spoelen. De enkele turbo heeft een kogellager en een glijlager die de compressor en turbine minder wrijving geven om op te draaien.

De voordelen van de enkele turbochargers zijn dat kleinere motoren ook een turbo mogen hebben, er is ook gekeken naar kosteneffectiviteit, eenvoud en eenvoudiger te installeren. Het verhoogt ook de efficiëntie van de motor.

Ondanks de voordelen zijn er nog steeds enkele beperkingen, waaronder; met een redelijk smal effectief toerentalbereik. Enkele turbo's maken de dimensionering een probleem, omdat men moet kiezen tussen een beter vermogen in het hoge toerental of een goed koppel bij het lage toerental. Ten slotte kan de reactie traag zijn in vergelijking met andere turbotypes.

Twin Turbo's:

De twin-turbo is een andere optie die een enkele turbolader voor elke cilinderbank mogelijk maakt (v8, v12 enz.). Als alternatief kan een enkele turbocompressor worden gebruikt voor lage toerentallen en een bypass naar een grotere turbocompressor voor hoge toerentallen. Twee turbo's van vergelijkbare grootte, waarvan er één wordt gebruikt bij lage toerentallen en beide bij hogere toerentallen (14, 16). BMW x5 M en x6 M gebruiken twin-scroll turbo's, één aan elke kant van de v8.

Het voordeel van twin-turbo wanneer deze sequentieel is of op de turbo bij lage toerentallen en beide bij hoge toerentallen. Het zorgt voor een bredere, vlakkere koppelcurve, een beter koppel bij lage toerentallen, maar het vermogen neemt niet af bij hoge toerentallen zoals bij een enkele turbo. Beperkingen bij deze turbocompressoren zijn onder meer de kosten en complexiteit, aangezien het onderdeel bijna verdubbeld is. En er zijn andere alternatieven om een ​​vergelijkbaar resultaat te bereiken dat lichter is.

Lezen:Verschil tussen benzine- en dieselmotor

Twin-Scroll Turbo:

In bijna alle opzichten zijn twin-scroll turbo's beter dan single-scroll turbo's, omdat bij het gebruik van twee scrolls de uitlaatgassen worden verdeeld. Bijvoorbeeld, in viercilindermotoren met een ontstekingsvolgorde van 1 3 4 2, kunnen cilinders 1 en 4 worden toegevoerd aan één scroll van een turbo. Terwijl cilinders 2 en 3 worden gevoed om de scroll te scheiden. Het doel van dit soort turbo's is dat er overlap is in de cilinder. Stel dat de cilinder zijn arbeidsslag beëindigt als de zuiger het onderste dode punt bereikt en de uitlaatklep zal openen. Gedurende deze tijd beëindigt cilinder twee zijn uitlaatslag door de klep te sluiten en de inlaatklep te openen.

Een traditioneel single-scroll turbospruitstuk is heel anders, de uitlaatdruk van cilinder één zal interfereren met cilinder twee die verse lucht aanzuigt omdat beide uitlaatkleppen tijdelijk open zijn. Dit vermindert hoeveel druk de turbo bereikt en interfereert met hoeveel lucht de tweede cilinder naar binnen trekt.

De voordelen van de turbocompressor zijn dat er meer energie naar de uitlaatturbine wordt gestuurd en dat een groter toerentalbereik voor een effectieve boost wordt bereikt. Dit komt door de verschillende scroll designs. Kortom, er is meer klepoverlap zonder de afvoer van uitlaatgassen te belemmeren, wat leidt tot meer afstemmingsflexibiliteit.

Beperkingen zijn dat de kosten en complexiteit hoog zijn in vergelijking met de enkele turbo's en dat het een specifieke motorlay-out en uitlaatontwerp vereist.

Turbocompressor met variabele geometrie (VGT):

De typen met variabele geometrie van een turbocompressor komen veel voor bij dieselmotoren en zijn beperkt in productie. Dit komt door de kosten en exotische materiaalvereisten. Interne schoepen in de turbocompressor wijzigen de A/R-verhouding tussen oppervlakte en straal om overeen te komen met het toerental. Dat wil zeggen, bij een laag toerental wordt een lage A/R-verhouding gebruikt om de uitlaatgassnelheid te verhogen en de turbocompressor snel op te spoelen. Als het toerental stijgt, neemt de A/R-verhouding toe om de luchtstroom te vergroten, wat resulteert in een lage turbovertraging. Het leidt ook tot een lage boostdrempel en een brede en soepele koppelband.

Het voordeel van dit type turbo is dat er een brede, vlakke koppelkromme ontstaat. Dat is effectief bij een zeer breed toerentalbereik. Het vereist een enkele turbo, waardoor een sequentiële turbo-opstelling wordt vereenvoudigd tot iets compacter. De beperkingen zijn dat het alleen wordt gebruikt in dieseltoepassingen waar de uitlaatgassen lager zijn, zodat de schoepen niet door het hoofd worden vernietigd. Bij gebruik van de turbo op een benzinemotor zullen dure exotische metalen worden gebruikt om de betrouwbaarheid te behouden.

Variabele Twin-Scroll-turbocompressor:

De variabele twin-scroll-turbo is aanzienlijk goedkoper dan VGT's, waardoor hij de voorkeur heeft voor turboladers op benzine. Het combineert een VGT met een twin-scroll-opstelling, dus bij een lage omwenteling is een van de scrolls volledig gesloten en wordt alle lucht in de andere geperst. Naarmate de motor sneller draait, gaat er een klep open om lucht in de andere scroll te laten komen en worden goede high-end prestaties verkregen.

Voordelen van de turbocompressor zijn dat deze een brede, vlakke koppelkromme mogelijk maakt en robuuster van ontwerp is dan de VGT. Kosten en complexiteit zijn ook de beperkingen en technologie was eerder ongewenst.

Elektrische turboladers:

Door de toepassing van een elektromotor in een turbocompressor worden de eigenschappen ervan verbeterd en wordt de motor onmiddellijk een boost gegeven. Laag koppel wordt gemakkelijk geproduceerd, vertraging wordt geëlimineerd. Deze turbocompressor is gewoon de beste van allemaal, misschien kan een nieuwe versie hem naar beneden halen.

de voordelen zijn dat een breder effectief toerentalbereik met een gelijkmatig koppel wordt geproduceerd. Verspilde energie wordt teruggewonnen doordat een elektromotor rechtstreeks op de uitlaatturbine wordt aangesloten. En zoals eerder vermeld, kunnen turbovertraging en onvoldoende uitlaatgassen vrijwel worden geëlimineerd door de compressor indien nodig elektrisch te laten draaien.

Complexiteit en kosten zijn een van de nadelen van de turbocompressor aangezien er nu rekening wordt gehouden met de elektromotor. Verpakking en gewicht zijn ook een probleem, vooral met de toevoeging van een batterij aan boord, die voldoende vermogen aan de turbo levert wanneer dat nodig is. Soortgelijke voordelen kunnen worden verkregen bij andere typen, zoals de VGT's of twin-scrolls.

Werkingsprincipe

Met een basiskennis van hoe een straalmotor werkt, zal het veel gemakkelijker zijn om auto's met een turbolader te begrijpen. Laat het me uitleggen, een straalmotor zuigt frisse lucht aan de voorkant, en gebruikt het in de kamer om te mengen en te verbranden met brandstof. Vervolgens blaast hij hete lucht door zijn rug. Het hete brult langs een turbine gemaakt van een compacte metalen windmolen, die de compressor (luchtpomp) aan de voorkant van de motor aandrijft. de motor gebruikt het om lucht in de motor te duwen om de brandstof goed te laten branden.

Een soortgelijk proces wordt toegepast op de turbocompressor op een zuigermotor van een auto. uitlaatgassen worden gebruikt om de turbine aan te drijven, die een luchtcompressor laat draaien die extra lucht in de cilinders duwt. Het zorgt ervoor dat er in een seconde meer brandstof wordt verbrand, waardoor een auto met turbocompressor meer vermogen kan produceren. Dat is meer energie per seconde.

Turbocompressoren bestaan ​​uit twee helften die door een as met elkaar zijn verbonden. Een ervan bevat een turbine die wordt rondgedraaid door hete uitlaatgassen, de andere hel bevat ook een turbine die lucht naar binnen zuigt en in de motor comprimeert. Deze compressie biedt extra kracht en efficiëntie aan de motor. Naarmate er meer lucht in de verbrandingskamer komt, wordt er meer brandstof toegevoegd, wat extra vermogen oplevert.

Merk op dat de perslucht heet is, die minder dicht is en stijgt boven radiatoren. Deze hete lucht is minder effectief bij het verbranden van brandstof. Daarom moet de lucht die uit de compressor komt, worden gekoeld voordat deze de cilinders ingaat. Daarom gaat de hete lucht van de compressor over een warmtewisselaar die extra warmte afvoert voordat deze de verbrandingskamer binnengaat.

Lees:Classificaties van verbrandingsmotoren

Waar komt het extra vermogen vandaan en hoeveel je kunt krijgen

De meeste mensen denken dat een turbinemotor extra vermogen levert uit het ontvangen uitlaatgas, maar dat is niet waar. Het uitlaatgas wordt gebruikt om de compressor aan te drijven die lucht naar de verbrandingskamer transporteert, waardoor de motor elke seconde meer brandstof kan verbranden. Het extra vermogen wordt verkregen uit de extra brandstof die sneller wordt verbrand.

De hoeveelheid extra vermogen die de turbocompressor geeft, wordt bepaald door hoe groot de componenten zijn. Turbocompressoren kunnen worden verbeterd om de motor krachtiger te maken, afhankelijk van het gewenste vermogen. Maar er is een grens aan verbetering. Cilinders zijn zo groot dat ze veel lucht en brandstof kunnen opnemen om te mengen.

Voor- en nadelen van turboladers

Voordelen:

Hieronder staan ​​de voordelen van turboladers:

• Er wordt extra vermogen aan de motor geboden.
• Gratis vermogen wordt aan de motor gegeven met behulp van uitlaatgassen. er is geen motorvermogen voor nodig om het aan te drijven.
• Het wordt gebruikt in zowel diesel- als benzinemotoren.
• Verbeter het brandstofverbruik van motoren.

Nadelen:

Ondanks de voordelen van turbocompressoren zijn er nog steeds twee belangrijke beperkingen. Hieronder staan ​​de nadelen van de turbocompressor:

Een van de grote problemen met een turbocompressor staat bekend als turbolag. Dit gebeurde wanneer het gaspedaal wordt ingedrukt, het duurt even voordat de motor op gang komt. Dat wil zeggen, turbocompressoren hebben tijd nodig om het motortoerental weer te geven.

Wanneer het motortoerental laag is, zijn er niet genoeg uitlaatgassen om de compressor te laten draaien om het benodigde vermogen te leveren. De vereiste uitlaat zal worden gecreëerd nadat de gashendel is ingedrukt. Dit effect wordt verminderd door terug te schakelen naar een lagere versnelling, maar ervaren bestuurders merken soms de vertraging in de reactie op.

De tweede beperking van turbocompressoren komt niet voor in dagelijkse rijomstandigheden. Het gebeurt alleen wanneer de motor tot het uiterste wordt geduwd. De warmte die door de uitlaatgassen wordt geproduceerd, wordt erg heet en zorgt ervoor dat de turbocompressor rood gaat gloeien.

Dit is de reden waarom de meeste sportwagens met turbocompressor zijn ontworpen met ventilatieopeningen aan de onderkant van de motor. Deze ventilatieopening houdt de luchtcirculatie constant en koelt de onderdelen.

Lees:Werking en effectiviteit van een schroefas

Tot slot hebben we u de verschillende functies van turboladers laten zien. Een daarvan is het verbeteren van de werking en het brandstofverbruik van motoren. Ook zien we de verschillende soorten turbo's en hun werkingsprincipe. Voor- en nadelen worden ook onthuld.

Ik hoop dat de kennis wordt verkregen, zo ja, becommentarieer, deel en beveel deze site aan bij andere technische studenten. Bedankt!