Hvad er en turbolader?

Når det kommer til at kombinere ydeevne med reduceret brændstofforbrug, er ingeniører nærmest tvunget til at vælge en turbomotor.

Uden for den tynde luft af superbilverdenen, hvor Lamborghini stadig insisterer på, at naturligt aspirerede motorer forbliver den reneste og mest italienske måde at producere kraft og støj på, er dagene med ikke-turboladede biler ved at være slut.

Det er for eksempel umuligt at få en naturlig aspireret Volkswagen Golf. Efter Dieselgate er det selvfølgelig usandsynligt, at det betyder noget, for ingen vil spille golf længere.

Men faktum er, at bybiler, familiebiler, grand tourers og endda nogle superbiler forlader skibet til fordel for en dykkerfremtid. Fra Ford Fiesta til Ferrari 488 hører fremtiden til tvungen induktion, dels på grund af emissionslovene, men også fordi teknologien har udviklet sig med stormskridt.

Dette er et tilfælde af lille motor brændstoføkonomi for jævn kørsel og stor motorkraft, når du ønsker det.

Når det kommer til at kombinere højere ydeevne med lavere brændstofforbrug, er ingeniører nærmest tvunget til at designe deres nyeste motorer med turboladet teknologi.

Hvordan kan en turbo mere med mindre?

Det kommer helt an på hvordan motorerne fungerer, så lad os tale lidt om teknikken. For benzinmotorer sikrer luft-brændstofforholdet 14.7:1 fuldstændig forbrænding af alt i cylinderen. Mere juice end dette er spild af brændstof.

I en naturligt aspireret motor trækker det delvise vakuum, der skabes af det nedadgående stempel, luft ind i cylinderen ved at bruge undertrykket indeni til at trække luft ind gennem indsugningsventilerne. Det er en nem måde at gøre tingene på, men den er meget begrænset med hensyn til lufttilførsel, som en person med søvnapnø.

I den turboladede motor er regelbogen blevet omskrevet. I stedet for at stole på vakuumeffekten af ​​et stempel, bruger en turboladet motor en luftpumpe til at skubbe luft ind i en cylinder, ligesom en søvnapnømaske skubber luft op i næsen.

Selvom turboladere kan komprimere luft med op til 5 bar (72.5 psi) over standard atmosfærisk tryk, kører de i landevejsbiler typisk ved et mere afslappet tryk på 0.5 til 1 bar (7 til 14 psi).

Det praktiske resultat er, at motoren ved 1 bar ladetryk modtager dobbelt så meget luft, som hvis den var naturligt aspireret.

Dette betyder, at motorkontrolenheden kan indsprøjte dobbelt så meget brændstof, mens den opretholder et ideelt luft-brændstofforhold, hvilket skaber en meget større eksplosion.

Men det er kun halvdelen af ​​turboladerens tricks. Lad os sammenligne en 4.0-liters naturlig indsuget motor og en 2.0-liters turboladet motor med et ladetryk på 1 bar, forudsat at de ellers er identiske rent teknologisk.

4.0-liters motoren bruger mere brændstof selv i tomgang og under let motorbelastning, mens 2.0-liters motoren bruger meget mindre. Forskellen er, at ved åbent gasspjæld vil en turboladet motor bruge den maksimalt mulige mængde luft og brændstof - dobbelt så meget som en naturligt indsuget motor med samme slagvolumen, eller nøjagtig det samme som en naturlig indsuget 4.0-liter.

Det betyder, at den turboladede motor kan køre alt fra sølle 2.0 liter til kraftige fire liter takket være tvungen induktion.

Så det er et tilfælde af lille motor brændstoføkonomi til skånsom kørsel og stor motorkraft, når du ønsker det.

Hvor smart er det?

Som det sømmer sig for en ingeniørsølvkugle, er selve turboladeren genial. Når motoren kører, passerer udstødningsgasserne gennem turbinen, hvilket får den til at spinde med utrolige hastigheder – typisk mellem 75,000 og 150,000 gange i minuttet.

Turbinen er boltet til luftkompressoren, hvilket betyder, at jo hurtigere turbinen drejer, jo hurtigere drejer kompressoren, suger frisk luft ind og tvinger den ind i motoren.

Turboen arbejder på en glidende skala, alt efter hvor hårdt du trykker på gaspedalen. I tomgang er der ikke nok udstødningsgas til at få turbinen op på nogen meningsfuld hastighed, men mens du accelererer, snurrer turbinen op og giver boost.

Hvis du skubber med højre fod, produceres der flere udstødningsgasser, som komprimerer den maksimale mængde frisk luft ind i cylindrene.

Så hvad er fangsten?

Der er selvfølgelig flere grunde til, at vi ikke alle kører turboladede biler i årevis, startende med kompleksitet.

Som du kan forestille dig, er det ikke let at bygge noget, der kan dreje med 150,000 RPM dag efter dag i årevis uden at eksplodere, og det kræver dyre dele.

Turbiner kræver også en dedikeret olie- og vandforsyning, hvilket lægger mere pres på motorens smøre- og kølesystemer.

Da luften i turboladeren varmes op, måtte producenterne også installere intercoolere for at sænke temperaturen på luften, der kommer ind i cylinderen. Varm luft er mindre tæt end kold luft, hvilket ophæver fordelene ved en turbolader og kan også forårsage skade og for tidlig detonation af brændstof/luftblandingen.

Den mest berygtede mangel ved turboopladning er selvfølgelig kendt som lag. Som sagt skal du accelerere og skabe en udstødning for at få turboen til at begynde at producere et meningsfuldt ladetryk, hvilket betød, at de tidlige turbobiler var som en forsinket kontakt – intet, ingenting, ingenting, ALT.

Forskellige fremskridt inden for turboteknologi har tæmmet de værste af de langsomtgående egenskaber hos tidlige turboladede Saabs og Porscher, herunder justerbare vinge i turbinen, der bevæger sig baseret på udstødningstrykket, og lette, lavfriktionskomponenter for at reducere inerti.

Det mest spændende skridt fremad inden for turboladning kan kun findes - i hvert fald for nu - i F1-racere, hvor en lille elmotor holder turboen i gang, hvilket reducerer den tid, det tager at dreje den op.

Tilsvarende i World Rally Championship dumper et system kendt som anti-lag luft/brændstofblandingen direkte i udstødningen foran turboladeren. Udstødningsmanifoldens varme får den til at eksplodere selv uden et tændrør, hvilket skaber udstødningsgasser og holder turboladeren i kog.

Men hvad med turbodiesel?

Når det kommer til turboladning, er dieselmotorer en speciel race. Dette er virkelig en hånd i hånd sag, for uden tvungen induktion ville dieselmotorer aldrig være så almindelige som de er.

Naturligt aspirerede dieselmotorer kan levere et anstændigt drejningsmoment i den lave ende, men det er her, deres talenter slutter. Men med tvungen induktion kan dieselmotorer udnytte deres drejningsmoment og nyde de samme fordele som deres benzinmodstykker.

Dieselmotorerne er bygget af Tonka Tough til at klare de enorme belastninger og temperaturer, der er indeholdt indeni, hvilket betyder, at de nemt kan klare det ekstra tryk fra en turbo.

Alle dieselmotorer - naturligt indsuget og superladet - fungerer ved at forbrænde brændstof i overskydende luft i et såkaldt magert forbrændingssystem.

Den eneste gang naturligt aspirerede dieselmotorer kommer tæt på den "ideelle" luft/brændstofblanding er ved fuld gas, når brændstofinjektorerne er helt åbne.

Fordi diesel er mindre flygtigt end benzin, når det forbrændes uden meget luft, produceres der en enorm mængde sod, også kendt som dieselpartikler. Ved at fylde cylinderen med luft kan turbodiesel undgå dette problem.

Så selvom turboopladning er en fantastisk forbedring for benzinmotorer, redder dens sande flip dieselmotoren fra at blive et røgfyldt levn. Selvom "Dieselgate" under alle omstændigheder kan få dette til at ske.

Hvordan har du det med, at turboladere finder vej ind i næsten alle firehjulede køretøjer? Fortæl os i kommentarerne nedenfor.