19.01.2016

Prináša výkon, spôsobuje problémy – viete aké turbo máte podkapotou?

Jednoduché nasávanie motora pomáha zlepšiť preplňovanie, spôsobov je niekoľko.

Existuje ešte možnosť s kompresorom, tú dnes necháme bokom. Pozrieme sa na zúbky asi najrozšírenejšiemu spôsobu zvýšenia výkonu pomocou turbodúchadla. Postupom času konštruktéri vyvinuli šesť základných druhov. Rôzne typy turbodúchadiel (v skratke iba turbo) sú rôzne efektívne a rôzne drahé. Viete aké majú výhody a nevýhody? Medzi nevýhody patrí nutnosť naučiť sa s takým motorom žiť. Turbo má totiž svoje nároky, ktoré keď zanedbáte, znížite si jeho životnosť a výmena nie je lacná vec. Najlepšie by bolo spojiť výhody malého turba spolu s veľkým do jedného riešenia. Nezaobíde sa to bez kompromisov. Veď nie každý motor pod kapotou je rovnaký. Navyše iné sa hodia na malé motory, iné na väčšie. Dieselové motory používajú iné turbodúchadlá, ako benzínové.

Na začiatku bolo jedno, takmer rovnaké turbodúchadlo pre všetkých. Lenže dodávať viac vzduchu pre naplnenie valcov odlišných motorov prinášalo postupne viac riešení. Od celkom jednoduchých, až po rôzne zložité. Nie sú úplne optimálne, ale približujú sa k tomu. Mať v motore dve „turbá“ neznamená, že by polovica motora roztáčala jedno a druhá polovica zasa to druhé. Je tiež rozdiel, keď nájdete označenie „twin scroll turbo“ a „twin turbo“. Nie je to iba dvojaké označenie rovnakého systému. V prvom prípade máte totiž pod kapotou jedno turbodúchadlo, v druhom prípade sú turbá dve. Neraz odlišne veľké, zapojené za sebou, alebo vedľa seba. Okrem výfukových plynov ich môže poháňať elektrina.
Jason Fenske absolvoval na North Carolina State University v Raleigh, USA v oblasti strojárstva v roku 2012. Je fanúšikom áut, preto založil stránku Engineering Explained, ako partnerský produkt pre magazín CarTrhottle.com, tiež kanál na YouTube a venuje sa vzdelávaniu ľudí z oblasti automobilových technológií. Pred časom pripravil veľmi zaujímavé články na rôzne témy, z ktorých sme si dovolili čerpať. Teraz vybral šesť typov preplňovania motorov turbodúchadlom. Ale nie všetky sú aj v sériových autách. Dôvody sú rôzne: niektoré sú príliš drahé, niečo je zasa príliš nové, preto sa to (zatiaľ) nepoužíva.

1. Jednoduché turbodúchadlo

Princíp fungovania preplňovania jedným jednoduchým turbodúchadlom je celkom jednoduchý - výfukové plyny poháňajú lopatky turbíny, ktorá tlačí do valcov viac vzduchu, než by sa do nich podarilo nasať prirodzenou cestou. Podľa toho ako veľké turbodúchadlo je namontované, mení sa charakteristika motora: veľké turbodúchadlá znamenajú veľký tlak a veľa výkonu vo vysokých otáčkach, ale tiež významné oneskorenie po zošliapnutí plynu v nízkych otáčkach. Malé turbodúchadlo sa rýchlejšie roztáča a dodáva viac tlaku pri nižších otáčkach, ale vo vysokých to už motoru nestačí.
Tento typ preplňovanie turbodúchadlom je zo všetkých najlacnejší a najjednoduchší na montáž. Jeho nevýhodou je, že takéto turbo pracuje najlepšie v pomerne úzkom spektre otáčok a odozva motora na plyn je najpomalšia.
 

2. Dve turbodúchadlá

Systém známy ako „bi-turbo“ alebo aj „twin turbo“ podľa jazyka, v ktorom sa dáva na známosť, že sú turbá pod kapotou dve. Jedno môže roztáčať jedna polovica motora, druhé turbo druhá polovica. Alebo môže byť na celý motor jedno menšie turbodúchadlo v nízkych otáčkach a vo vyšších otáčkach, keď je výfukových plynov viac, sa presmeruje na druhé väčšie turbo. Prípadne ak sú rovnako veľké, prúdi k obom naraz.
Pri paralelných turbách (každé pre jednu polovicu motora) sú výhody a nevýhody podobné pri jednom turbe. Sekvenčné preplňovanie, keď najprv funguje menšie turbo a potom väčšie, prípadne obidve, prináša plochšiu krivku krútiaceho momentu resp. výkonu motora. Nevýhody sú najmä v nákladoch, zložitosti a v pridanej hmotnosti.

3. Turbodúchadlo twin-scroll

V tomto prípade je pod kapotou iba jedno turbodúchadlo, hoci to niektorým môže pripomínať dvojicu. Má v turbínovej časti na rozdiel od jednoduchého turba namiesto jedného kanála pre prívod výfukových plynov dva. Ku každému z týchto kanálov vedú zvody tak, aby podtlak vo chvíli, keď sa výfukový ventil jedného valca ešte poriadne nezavrel, ale jeho sací sa už otvára, neuberal energiu výfukovým plynom, ktoré práve začínajú vychádzať z iného valca.
Teda názorne - ak je zapaľovanie vo valcoch v poradí 1 - 3 - 4 - 2 (čísla valcov), idú do jedného kanála zvody z valcov 1 a 4 a do druhého z valcov 2 a 3. Takto nenastane spomenutý problém, lebo tretí valec, ktorý by uberal energiu výfukovým plynom z prvého valca, nie je napojený na rovnaké potrubie. Spájajú sa až pri turbíne. Výhody sú jasné - viac energie smerujúcej na lopatky turbíny znamená vyššie otáčky turbíny, rýchlejšie roztáčanie a viac tlaku na druhej strane turba. Rôznym riešením sa dá dosiahnuť širšie pásmo využiteľných otáčok. Nevýhodou je náročnosť a cena tohto riešenia. Treba mať aj motor s istým počtom valcov, aby do každého kanála turba prúdili výfukové plyny z rovnakého počtu valcov. Najlepšie napríklad radový štvorvalec alebo V8, ktorý by dostal dve twin-scroll turbá.

4. Turbo s premenlivou geometriou lopatiek

Označuje sa ako VGT (variable geometry turbochargers), alebo VNT (variable nozzle turbochargers). Lopatky v turbodúchadle spôsobujú, akoby sme mali dve turbá spojené do jedného - malé aj veľké. Keď sú pri nízkych otáčkach motora lopatky privreté, výfukové plyny prúdia k turbíne rýchlejšie, lebo majú menší priestor, akoby bolo dúchadlo fyzicky malé. Rýchlejšie sa roztáča, má menšie oneskorenie turba a väčší tlak v nízkych otáčkach motora. Pri vysokých otáčkach motora sa lopatky otvoria, lebo je výfukových plynov viac. Natočením lopatiek sa vytvorí viac priestoru pre výfukové plyny ako vo fyzicky veľkom turbe. Znamená to maximálny tlak pri vysokých otáčkach.
Lopatky otáča obruč mimo turbíny. Na ňu sú napojené všetky lopatky a k posunu sa využíva elektromotor. Tento typ turbodúchadiel je spomedzi konvenčných druhov najzložitejší, najdrahší a najnáročnejší na použité materiály. V benzínových motoroch sa používa iba zriedka, lebo majú vyššie teploty výfukových plynov, ktoré môžu ľahšie poškodiť lopatky. Preto sa vyrábajú z drahých materiálov.
Pri dieselových motoroch sú turbá s variabilnou geometriou lopatiek bežné, nižšia teplota výfukových plynov znamená menšie nároky na lopatky a nižšie náklady na turbodúchadlo ako celok. Výhodou tohto typu turba je samozrejme plochšia krivka krútiaceho momentu resp. výkonu a širšie pásmo otáčok, v ktorom dáva turbo maximálny tlak. Je to tiež vzhľadom na hmotnosť ľahší a jednoduchší systém ako dve samostatné turbodúchadlá.

5. Variabilné turbodúchadlo twin-scroll

Zatiaľ sa tento typ turba označovaný ako VTG (Variable Turbine Geometry) nepoužíva vo veľkom rozsahu. Patrí k pomerne nedávnym vynálezom spoločnosti Borg Warner. Predstavila ho na veľtrhu SEMA v minulom roku. Funguje na princípe turbodúchadla twin-scroll, čo znamená, že vždy dva a dva valce majú až po turbodúchadlo oddelené zvodové kanály. Variabilita spočíva v tom, že počas štandardnej situácie, keď je ešte málo výfukových plynov, vedú sa všetky do jednej polovice klasického turba twin-scroll. Tak sa zvýši rýchlosť prúdenia plynov, turbína sa roztáča rýchlejšie a výsledkom je vyšší tlak a menšie oneskorenie. Čím viac rastú otáčky motora a rastie aj množstvo výfukových plynov, klapka sa začína otvárať. Do dovtedy uzavretej polovice turba twin-scroll začína prepúšťať výfukové plyny. Postupne sa klapka otvára až do chvíle, keď sa kanály úplne oddelia a všetko funguje ako pri klasickom twin-scroll dúchadle, ktoré roztáčajú plyny z oboch kanálov. Maximum výfukových plynov tak získa maximum priestoru.
Princíp fingovania je podobný ako pri turbe s variabilnou geometriou lopatiek, čiže akoby sa spojilo niekoľko dúchadiel rôznej fyzickej veľkosti do jedného. Výhodou je, že tu nie je niekoľko klapiek tesne pri turbíne, ale jedna veľká a pritom teplu odolná ďalej od turbíny. Takto je teoreticky dúchadlo lacnejšie a odolnejšie. Výhody zostávajú zachované - plochšia krivka výkonu v širšom spektre otáčok motora. K nevýhodám patrí vyššia zložitosť ako pri klasickom twin-scroll turbe a nápad s klapkou vo zvodoch. Navyše priestor, ktorý sa zužuje pre priechod výfukových plynov – toto tu už bolo, ale sa príliš neujalo, aj vtedy išlo o trocha iný princíp fungovania.

6. Elektrické turbodúchadlá

Pridaním elektromotora k turbodúchadlu eliminujete niekoľko neduhov turba naraz. Neprekáža mu napríklad malé množstvo výfukových plynov v nízkych otáčkach pri veľkom turbe, lebo roztočeniu pomôže elektrina. Eliminuej sa tým takmer úplne oneskorenie a turbo môže dávať maximálny tlak v najširšom spektre otáčok, aj keď použijete iba jedno veľké a jednoduché turbo.
Má to samozrejme aj nevýhody. Niekde treba vziať elektrinu a iba alternátor nestačí. Rieši sa to pridaním mikrohybridného systému. Čo znamená ďalší elektromotor/generátor, ktorý bude vyrábať elektrinu pri spomaľovaní vozidla a na uchovanie elektriny akumulátory alebo kondenzátory, ktoré elektrinu uschovajú, než sa bude dať využiť pri roztočení turbodúchadla. No a to všetko sú náklady a hmotnosť navyše. Napriek tomu v poslednom čase tomuto riešeniu z moderných vynálezov verí najviac. Zatiaľ hlavne vo Formule 1. Až s odstupom času sa ukáže, či aj oprávnene.

red
ZDROJ: carthrottle.com - Engineering Explained

Komentáre k článku


© Copyright 2017 Zoznam s.r.o. Všetky práva vyhradené. Napíšte nám Kontakt na redakciu.
Obsah on-line magazínu www.podkapotou.sk je chránený autorských zákonom. Prepis, šírenie, či ďalšie sprístupnenie obsahu alebo jeho časti verejnosti, a to akýmkoľvek spôsobom je bez predchádzajúceho súhlasu redakcie zakázané.