Rozdiel medzi turbom a kompresorom

Zobrazené 10652x

Časť motorov je tvorená turbom a časť kompresorom. Aký je rozdiel medi turbom a kompresorom? Prečo preplňovanie zvyšuje výkon pri zachovaní rovnakého objemu? Čo je turboefekt a prečo sa kompresor chová lepšie ako turbo?

picture65

VIACEJ VZDUCHU, VIACEJ VÝKONU

Aký je účel preplňovania? V skratke - slúži k zvýšeniu objemového výkonu, tzn. jednotky výkonu (kW, prípadne kone - Hp) lomeno jednotkou objemu (cm3/l, jeden liter = 1 dm3). Pokial má teda litrový motor výkon 50 kW, je pomer výkonu a objemu objem 50 kW/l.

Zaujímavejší je spôsob, akým toho dosiahneme. Základnou úlohou turba je dostať do priestoru valce maximum zmesi benzínu so vzduchom. Pomer zložiek tejto zmesi je viac-menej nemenný ako pre preplňované, tak pre atmosferické motory. Pomer benzínu a vzduchu udáva koeficient lambda, ktorý je rovný hodnote 14,7,  pre diesely o niečo málo menej. V takto vzniknutej zmesi je teda na každý gram benzínu 14,7 gramov vzduchu. Toto je ustálený pomer ingrediencií, ktorý najčastejšie papá Váš spalovací miláčik, viac-menej v reáli sa používajú i chudobnejšie zmesi vo chvíli, kedy nie je potreba výkonu, treba pri zastavení, a potom sa pomer mení.

Bohatšia zmes sa naopak využije pri chladení komponentov, pretože všetko palivo sa nespáli a nespálená časť sa iba zmení na plyn. Značenie sa potom odvodzuje od aktuálneho pomeru vzduchu ku palivu, pokiaľ je vzduchu 1,1 x viacej než u ideálnej zmesi, zapíše sa ako lambda + 0,1, prípadne lambda 1,1. Pokial je naopak zmes bohatšia, hodnoty sú nižšie než lambda.

Pokiaľ teda chceme dostať do spalovacieho priestoru viacej paliva, potrebujeme i viacej vzduchu, co sa rieši práve dúchadlom. Preplňovanie sa v zásade delí na päť skupín:

  • kompresory s mechanickým pohonom
  • turbodúchadlá
  • kombinované zariadenia
  • inerčné zariadenie (využívajú dynamické javy v saní a výfuku)
  • a náporové, kedy sa motor plní sám v závislosti na rýchlost
 Nás budú zaujímať prvé dve skupiny, ktoré sa používajú v bežných autách.

picture66 picture70



KOMPRESORY S MECHANICKÝM POHONOM

Ako už sám názov našepkáva, kompresory s mechanickým pohonom sú motorom poháňané priamo. Deje sa tak za pomoci v podstate ľubovolného prepojenia výstupu z motora a kompresoru, v reáli toto prepojenie väcšinou obstaráva súkolie vedúce od kľukovej hriadele (poväcšine remeň), kvôli nemu je mechanický pohon kompresoru odsúvaný do pozadia na úkor turba. Asi najväcším problémom mechanického pohonu je to, že pri rovnakých podmienkach nedodá na kolesá rovnaký výkon, ako turbo. Turbo totiž využíva potenciál nevyužitej energie, zatiaľ čo kompresor je poháňaný priamo motorom a teda mu uberá na výkone. Našťastie kompresor viacej výkonu pridá, než uberie.

Pokiaľ teda chceme dosiahnuť rovnakého výkonu ako u turbomotora, bude to na úkor spotreby paliva, ktorá bude u motora s kompresorom vyššia. Zaujímavým riešením je odpojovanie kompresora pri nízkom zaťažení jednoduchým rozpojením pohonu kompresora a opätovným spojením v prípade potreby. Inou nevýhodou je hluk, ktorý je logickým dopadom pohybu a trením ďalších mechanických častí. Na druhej strane je ale i velká výhoda – okamžitá reakcia na zvýšenie otáčok, nepozná tzv. turboefekt. Motor s kompresorom sa skrátka chová ako silnejší atmosferický motor a je teda pre vodičov ako celok lepšie než turbo. Od kompresoru sa však pomaly, ale isto upúšťa, v súčasnej dobe drží kompresoryvo väcších sériách už snáď iba Jaguar a Mercedes-Benz.


 picture68picture80

 


TURBODÚCHADLÁ

Jediným zásadným principiálnym rozdielom turbodúchadiel a mechanického preplňovania je systém pohonu kompresora. Ako sme už písali, hlavný rozdiel je v energii, ktorú ten systém využíva. Zatiaľ čo v kompresoroch ide o energiu, ktorá vychádza z motora kľukovou hriadeľou,  turbo roztáča inak nevyužitú energiu, ktorá prúdi výfukom. Celé to spočíva na princípe nepodobnému tomu, čo nám generuje prúd do našich zásuviek, na princípe turbíny. Turbína kompresora je pripojená k výfukovému potrubiu a mení nevyužité percentá energie uvolnené spálením pohonnej hmoty na svoje vlastné roztočenie, čím pohána kompresor, ktorý stlačuje vzduch do motora.

Znie to jednoducho, ale stále je to fyzika a vo fyzike sa vždy vyskytujú problémy. So zvyšujúcimi sa otáčkami pribúda vo výfuku splodín a z tohto dôvodu by mali takto jednoducho konštruované turbomotory najvyššiu kompresiu (tj. najväcší prísun vzduchu) pri najvyšších otáčkach, kde by bolo položené aj maximum výkonu. To by malo pre mechanické súčiastky motora priamo katastrofálne následky. Výkon je na viac kvôli úspornosti potrebu mať v nízkych otáčkach, preto sa používa niekoľko „fíglov“, jak prinútiť turbo pracovať s nižšími tlakmi efektívnejšie.

Prvým je škrtiaca klapka. Škrtiaca klapka, ako už sám názov napovedá, obmedzuje množstvo vzduchu, ktoré prúdi do motora a tým pádom znižuje tlak pri vysokých otáčkach. Toto riešenie nie je to pravé, pretože je veľmi nehospodárne, obmedzuje totiž prístup vzduchu, ktorý sme už predtým stlačili, takže časť energie príde nazmar. Na druhú stranu dobre eliminuje turboefekt, pretože turbína je roztočená stále. Ďalším spôsobom je obtokový kanál, ktorý sa s narastajúcimi otáčkami otvára, a časť prúdu exhalácií tečie ním. Tak docielime toho, že maximálnych otáčok môže turbo dosiahnuť už pri nízkych otáckach motora. Tretie riešenie je najzaujímavejšie, vraví sa mu premenná geometria lopatiek. Rovnaké objemy plynov prúdia potrubím s rôznym priemerom pod rôznym tlakom. Obecne platí, že čím užšie potrubie, tím vyšší tlak. Práve toho využíva systém VGT, teda premenná geometria lopatiek. Vďaka tomu, že zúži priestor výfuku, splodiny tu prúdia pod vyšším tlakom a môžu tak roztáčať turbo pri nižších otáčkach. Problémom väcšieho vyžitia systému VGT je maximálna teplota prechádzajúcich plynov, ktoré sú schopné splniť len vznetové motory.

picture67picture69


 

Zdroj článku: http://www.nahradnediely.sk
Zdroje obrázkov: http://www.theengines.com, http://www.youngsautofab.com, http://image.automotive.com, http://www.zavolantom.eu
 

 


REKLAMA