Apa itu mesin mobil turbocharged?

Mesin dengan turbocharger

Mesin turbo. Tugas meningkatkan tenaga mesin dan torsi selalu relevan. Tenaga mesin berhubungan langsung dengan perpindahan silinder dan jumlah campuran udara-bahan bakar yang dipasok ke dalamnya. Artinya, semakin banyak bahan bakar yang terbakar di dalam silinder, semakin banyak tenaga yang dihasilkan oleh unit tenaga. Namun, solusi paling sederhana adalah meningkatkan tenaga mesin. Peningkatan volume kerjanya menyebabkan peningkatan dimensi dan berat struktur. Jumlah campuran kerja yang disediakan dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kecepatan putaran poros engkol. Dengan kata lain, pelaksanaan lebih banyak siklus kerja dalam silinder per satuan waktu. Tetapi akan ada masalah serius yang terkait dengan peningkatan gaya inersia dan peningkatan tajam beban mekanis pada bagian unit daya, yang akan mengurangi masa pakai mesin.

Efisiensi mesin turbo

Cara paling efektif dalam situasi ini adalah kekuasaan. Bayangkan langkah masuk dari mesin pembakaran internal. Mesin, saat bekerja sebagai pompa, juga sangat tidak efisien. Saluran udara memiliki filter udara, tikungan intake manifold, dan mesin bensin juga memiliki katup throttle. Semua ini, tentu saja, mengurangi pengisian silinder. Untuk meningkatkan tekanan di bagian atas katup masuk, lebih banyak udara akan ditempatkan di dalam silinder. Pengisian ulang meningkatkan muatan baru di dalam silinder, yang memungkinkannya untuk membakar lebih banyak bahan bakar di dalam silinder dan dengan demikian memperoleh lebih banyak tenaga mesin. Tiga jenis amplifikasi digunakan dalam mesin pembakaran internal. Resonansi yang menggunakan energi kinetik volume udara di intake manifold. Dalam hal ini, tidak diperlukan pengisian / peningkatan tambahan. Mekanis, dalam versi ini kompresor digerakkan oleh sabuk motor.

Turbin gas atau mesin turbo

Turbin gas atau turbocharger, yaitu turbin yang digerakkan oleh aliran gas buang. Setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri, yang menentukan bidang aplikasi. Manifold asupan pribadi. Untuk pengisian silinder yang lebih baik, tekanan di depan katup masuk harus ditingkatkan. Sementara itu, peningkatan tekanan umumnya tidak diperlukan. Ini cukup untuk menaikkannya pada saat menutup katup dan memuat sebagian udara tambahan ke dalam silinder. Untuk peningkatan tekanan jangka pendek, gelombang kompresi yang bergerak di sepanjang intake manifold saat mesin bekerja sangat ideal. Cukup dengan menghitung panjang pipa itu sendiri sehingga gelombang yang dipantulkan beberapa kali dari ujungnya mencapai katup pada waktu yang tepat. Teorinya sederhana, tetapi implementasinya membutuhkan banyak kecerdikan. Katup tidak terbuka pada kecepatan poros engkol yang berbeda dan oleh karena itu menggunakan efek amplifikasi resonansi.

Mesin turbo - tenaga dinamis

Dengan intake manifold yang pendek, mesin bekerja lebih baik pada putaran tinggi. Sedangkan pada kecepatan rendah, jalur hisap yang panjang lebih efisien. Pipa hisap dengan panjang variabel dapat dibuat dengan dua cara. Baik dengan menghubungkan ruang resonansi, atau dengan beralih ke saluran input yang diinginkan atau menghubungkannya. Yang terakhir ini juga disebut kekuatan dinamis. Tekanan resonansi dan dinamis dapat mempercepat aliran menara pemasukan udara. Efek amplifikasi yang disebabkan oleh fluktuasi kisaran tekanan aliran udara dari 5 hingga 20 mbar. Sebagai perbandingan, dengan turbocharger atau dorongan mekanis, Anda bisa mendapatkan nilai dalam kisaran 750 hingga 1200 mbar. Untuk melengkapi gambar, perhatikan juga penguat inersia. Di mana faktor utama untuk menciptakan tekanan berlebih di bagian atas katup adalah kepala aliran bertekanan tinggi di pipa saluran masuk.

Meningkatkan tenaga mesin turbo

Ini memberikan sedikit peningkatan tenaga pada kecepatan tinggi lebih dari 140 kilometer per jam. Banyak digunakan pada sepeda motor. Pengisi mekanis memungkinkan cara yang agak sederhana untuk meningkatkan tenaga mesin secara signifikan. Dengan menggerakkan mesin langsung dari poros engkol mesin, kompresor mampu memompa udara ke dalam silinder tanpa penundaan pada kecepatan minimum, meningkatkan tekanan dorong secara proporsional dengan kecepatan mesin. Tetapi mereka juga memiliki kekurangan. Mereka mengurangi efisiensi mesin pembakaran internal. Karena sebagian daya yang dihasilkan oleh catu daya digunakan untuk menggerakkan mereka. Sistem tekanan mekanis membutuhkan lebih banyak ruang dan membutuhkan aktuator khusus. Timing belt atau kotak roda gigi mengeluarkan banyak suara. Pengisi mekanis. Ada dua jenis blower mekanis. Volumetrik dan sentrifugal. Pengisi curah yang khas adalah supergenerator Roots dan kompresor Lysholm. Desain Roots menyerupai pompa roda gigi oli.

Fitur mesin turbo

Keunikan dari desain ini adalah bahwa udara tidak dikompresi di supercharger, tetapi di luar di dalam pipa, masuk ke ruang antara rumahan dan rotor. Kerugian utama adalah jumlah keuntungan yang terbatas. Tidak peduli seberapa akurat bagian pengisi dipasang, ketika tekanan tertentu tercapai, udara mulai mengalir kembali, mengurangi efisiensi sistem. Ada beberapa cara untuk bertarung. Tingkatkan kecepatan rotor atau buat supercharger dua atau bahkan tiga tahap. Dengan demikian, dimungkinkan untuk meningkatkan nilai akhir ke tingkat yang dapat diterima, tetapi desain multi-tahap tidak memiliki keunggulan utamanya - kekompakan. Kerugian lainnya adalah pelepasan saluran keluar yang tidak merata, karena udara disuplai dalam porsi. Desain modern menggunakan mekanisme putar segitiga, dan jendela masuk dan keluar berbentuk segitiga. Berkat teknik ini, supercharger besar praktis menghilangkan efek denyut.

Pemasangan mesin turbo

Kecepatan rotor yang rendah dan karenanya daya tahan, ditambah dengan tingkat kebisingan yang rendah, telah menghasilkan merek-merek terkenal seperti DaimlerChrysler, Ford dan General Motors dengan murah hati melengkapi produk mereka. Pemindahan supercharger meningkatkan kurva tenaga dan torsi tanpa mengubah bentuknya. Mereka sudah efektif pada kecepatan rendah hingga sedang dan ini paling mencerminkan dinamika akselerasi. Satu-satunya masalah adalah bahwa sistem seperti itu sangat mewah untuk dibuat dan dipasang, yang berarti harganya cukup mahal. Cara lain untuk secara bersamaan meningkatkan tekanan udara di intake manifold diusulkan oleh insinyur Lisholm. Desain alat kelengkapan Lysholm agak mengingatkan pada penggiling daging konvensional. Dua pompa sekrup tambahan dipasang di dalam rumahan. Berputar ke arah yang berbeda, mereka menangkap sebagian udara, mengompresnya dan menempatkannya di dalam silinder.

Mesin turbo - penyetelan

Sistem ini dicirikan oleh kompresi internal dan kerugian minimal karena jarak bebas yang dikalibrasi secara tepat. Selain itu, tekanan baling-baling efektif pada hampir seluruh rentang kecepatan engine. Tenang, sangat ringkas, tetapi sangat mahal karena kerumitan pembuatannya. Namun, mereka tidak diabaikan oleh studio tuning terkenal seperti AMG atau Kleemann. Pengisi sentrifugal memiliki desain yang mirip dengan turbocharger. Tekanan yang berlebihan pada intake manifold juga menciptakan roda kompresor. Pisau radialnya menangkap dan mendorong udara di sekitar terowongan menggunakan gaya sentrifugal. Perbedaan dari turbocharger hanya terletak pada penggeraknya. Blower sentrifugal memiliki cacat inersia yang serupa, meskipun kurang terlihat. Tetapi ada satu fitur penting lagi. Faktanya, tekanan yang dihasilkan sebanding dengan kecepatan kuadrat roda kompresor.

Mesin turbo

Sederhananya, itu harus berputar sangat cepat untuk memompa muatan udara yang dibutuhkan ke dalam silinder. Terkadang sepuluh kali kecepatan mesin. Kipas sentrifugal yang efisien pada kecepatan tinggi. Sentrifugal mekanis kurang ramah pengguna dan lebih tahan lama dibandingkan sentrifugal gas. Karena mereka bekerja pada suhu ekstrim yang lebih rendah. Kesederhanaan dan, karenanya, murahnya desain mereka telah mendapatkan popularitas di bidang penyetelan amatir. Intercooler mesin. Rangkaian kontrol beban berlebih mekanis cukup sederhana. Pada beban penuh, penutup bypass ditutup dan choke terbuka. Semua aliran udara masuk ke mesin. Selama operasi beban sebagian, katup kupu-kupu menutup dan peredam pipa terbuka. Udara berlebih dikembalikan ke saluran masuk blower. Udara pendingin pengisian intercooler merupakan komponen yang hampir tak bisa dipisahkan tidak hanya mekanis tetapi juga sistem power-up turbin gas.

Pengoperasian mesin dengan turbocharger

Udara terkompresi telah didinginkan sebelumnya dalam intercooler sebelum dimasukkan ke dalam silinder mesin. Berdasarkan desainnya, ini adalah radiator konvensional, yang didinginkan oleh aliran udara masuk atau oleh pendingin. Menurunkan suhu udara bermuatan sebesar 10 derajat memungkinkan untuk meningkatkan kepadatannya sekitar 3%. Hal ini, pada gilirannya, memungkinkan tenaga mesin ditingkatkan sekitar persentase yang sama. Turbocharger mesin. Turbocharger lebih banyak digunakan pada mesin mobil modern. Sebenarnya, ini adalah kompresor sentrifugal yang sama, tetapi dengan rangkaian penggerak yang berbeda. Ini adalah perbedaan yang paling penting dan mungkin mendasar antara supercharger mekanis dan turbocharging. Ini adalah rantai penggerak yang sangat menentukan karakteristik dan aplikasi berbagai desain.

Keunggulan mesin turbo

Dalam sebuah turbocharger, impeler terletak pada poros yang sama dengan impeler, yaitu turbin. Yang dibangun ke dalam manifold knalpot mesin dan digerakkan oleh gas buang. Kecepatannya bisa melebihi 200 rpm. Tidak ada koneksi langsung ke poros engkol mesin dan pasokan udara dikontrol oleh tekanan gas buang. Kelebihan dari turbocharger meliputi. Meningkatkan efisiensi dan penghematan mesin. Penggerak mekanis mengambil tenaga dari mesin, yang sama menggunakan energi dari knalpot, oleh karena itu efisiensinya meningkat. Jangan bingung dengan spesifikasi mesin dan efisiensi keseluruhan. Secara alami, pengoperasian mesin yang tenaganya meningkat akibat penggunaan turbocharger membutuhkan bahan bakar lebih banyak daripada mesin serupa dengan daya lebih rendah dengan aspirator alami.

Tenaga mesin turbo

Faktanya, mengisi silinder dengan udara ditingkatkan, seperti yang kita ingat, untuk membakar lebih banyak bahan bakar di dalamnya. Tetapi fraksi massa bahan bakar per unit daya per jam untuk mesin yang dilengkapi sel bahan bakar selalu lebih rendah daripada desain serupa dari unit bertenaga tanpa amplifikasi. Turbocharger memungkinkan Anda mencapai karakteristik tertentu dari unit daya dengan ukuran dan berat yang lebih kecil. Dibandingkan dengan penggunaan mesin yang disedot secara alami. Selain itu, mesin turbo memiliki performa lingkungan terbaik. Tekanan di ruang bakar menyebabkan penurunan suhu dan, akibatnya, terjadi penurunan pembentukan nitrogen oksida. Saat mengisi bahan bakar mesin bensin, pembakaran bahan bakar lebih sempurna, terutama dalam kondisi transien. Pada mesin diesel, pasokan udara tambahan memungkinkan Anda untuk mendorong batas munculnya asap, mis. mengontrol emisi partikel jelaga.

Mesin turbo diesel

Mesin diesel jauh lebih cocok untuk meningkatkan secara umum dan turbocharging pada khususnya. Tidak seperti mesin bensin, di mana tekanan dorongan dibatasi oleh bahaya ketukan, mereka tidak menyadari fenomena ini. Mesin diesel dapat diberi tekanan hingga tekanan mekanis yang ekstrim dalam mekanismenya. Selain itu, kurangnya throttle udara masuk dan rasio kompresi yang tinggi memberikan tekanan gas buang yang lebih tinggi dan suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin bensin. Turbocharger lebih mudah dibuat, yang terbayar dengan sejumlah kerugian yang melekat. Pada putaran mesin rendah, jumlah gas buang rendah, dan oleh karena itu efisiensi kompresor rendah. Selain itu, mesin turbocharged biasanya memiliki apa yang disebut Turboyama.

Rotor turbo logam keramik

Kesulitan utama adalah tingginya suhu gas buang. Rotor turbin logam keramik sekitar 20% lebih ringan daripada yang terbuat dari paduan tahan panas. Dan itu juga memiliki momen inersia yang lebih rendah. Sampai saat ini, masa pakai seluruh perangkat terbatas pada kehidupan kamp. Mereka pada dasarnya adalah busing seperti poros engkol yang dilumasi dengan oli bertekanan. Keausan bantalan konvensional seperti itu, tentu saja, bagus, tetapi bantalan bola tidak dapat menahan kecepatan luar biasa dan suhu tinggi. Solusinya ditemukan ketika dimungkinkan untuk mengembangkan bantalan dengan bola keramik. Penggunaan keramik, bagaimanapun, tidak mengherankan, bantalan diisi dengan pasokan pelumas yang konstan. Menyingkirkan kekurangan turbocharger memungkinkan tidak hanya untuk mengurangi inersia rotor. Tetapi juga penggunaan sirkuit kontrol tekanan dorongan tambahan, terkadang cukup rumit.

Cara kerja mesin turbo

Tugas utama dalam hal ini adalah mengurangi tekanan pada kecepatan engine tinggi dan meningkatkannya pada kecepatan rendah. Semua masalah dapat diselesaikan sepenuhnya dengan turbin geometri variabel, turbin nosel variabel. Misalnya, dengan bilah yang dapat digerakkan, parameternya dapat diubah dalam rentang yang luas. Prinsip pengoperasian VNT turbocharger adalah mengoptimalkan aliran gas buang yang diarahkan ke roda turbin. Pada kecepatan engine rendah dan volume knalpot rendah, turbocharger VNT mengarahkan seluruh aliran gas buang ke roda turbin. Jadi, meningkatkan kekuatannya dan meningkatkan tekanannya. Pada kecepatan tinggi dan laju aliran gas tinggi, turbocharger VNT menjaga blade bergerak tetap terbuka. Meningkatkan luas penampang dan menghilangkan sebagian gas buang dari impeler.

Perlindungan mesin turbo

Perlindungan kecepatan berlebih dan pemeliharaan tekanan dorong pada tingkat engine yang diperlukan, penghapusan beban berlebih. Selain sistem amplifikasi tunggal, amplifikasi dua tahap juga umum. Tahap pertama penggerak kompresor memberikan dorongan yang efisien pada kecepatan engine rendah. Dan yang kedua, turbocharger, menggunakan energi dari gas buang. Segera setelah unit daya mencapai kecepatan yang cukup untuk pengoperasian normal turbin, kompresor secara otomatis mati, dan jika jatuh, kompresor akan hidup kembali. Banyak pabrikan memasang dua turbocharger pada mesin mereka sekaligus. Sistem seperti itu disebut biturbo atau twin-turbo. Tidak ada perbedaan mendasar di antara mereka, dengan satu pengecualian. Biturbo mengasumsikan penggunaan turbin dengan diameter berbeda, dan karenanya kinerjanya. Selain itu, algoritme untuk penyertaannya dapat berupa paralel atau sekuensial.

Pertanyaan dan Jawaban:

Untuk apa turbocharger? Peningkatan tekanan udara segar di dalam silinder memastikan pembakaran campuran udara-bahan bakar yang lebih baik, yang meningkatkan tenaga mesin.

Apa yang dimaksud dengan mesin turbocharger? Dalam desain unit daya seperti itu, ada mekanisme yang memberikan peningkatan aliran udara segar ke dalam silinder. Untuk ini, turbocharger atau turbin digunakan.

Bagaimana cara kerja turbocharging pada mobil? Gas buang memutar impeller turbin. Di ujung poros yang lain, impeller pemompaan dipasang di intake manifold.