Hva er en turbolader?

Når det gjelder å kombinere ytelse med redusert drivstofforbruk, er ingeniører nesten tvunget til å velge en turbomotor.

Utenfor den tynne luften i superbilverdenen, der Lamborghini fortsatt insisterer på at naturlig aspirerte motorer forblir den reneste og mest italienske måten å produsere kraft og støy på, går dagene med ikke-turboladede biler mot slutten.

Det er for eksempel umulig å få en naturlig aspirert Volkswagen Golf. Etter Dieselgate spiller dette selvfølgelig neppe noen rolle, for ingen vil spille golf lenger.

Faktum er imidlertid at bybiler, familiebiler, grand tourers og til og med noen superbiler forlater skipet til fordel for en dykkefremtid. Fra Ford Fiesta til Ferrari 488 tilhører fremtiden tvungen induksjon, delvis på grunn av utslippslover, men også fordi teknologien har utviklet seg med stormskritt.

Det er et tilfelle av liten motor drivstofføkonomi for jevn kjøring og stor motorkraft når du vil ha det.

Når det gjelder å kombinere høyere ytelse med lavere drivstofforbruk, er ingeniører nesten tvunget til å designe sine nyeste motorer med turboladet teknologi.

Hvordan kan en turbo gjøre mer med mindre?

Alt kommer ned til hvordan motorene fungerer, så la oss snakke litt om teknikken. For bensinmotorer sørger luft-drivstoffforholdet på 14.7:1 for fullstendig forbrenning av alt i sylinderen. Mer juice enn dette er sløsing med drivstoff.

I en naturlig aspirert motor trekker det delvise vakuumet skapt av det synkende stempelet luft inn i sylinderen, ved å bruke undertrykket på innsiden for å trekke luft inn gjennom inntaksventilene. Det er en enkel måte å gjøre ting på, men den er veldig begrenset når det gjelder lufttilførsel, som en person med søvnapné.

I den turboladede motoren er regelboken skrevet om. I stedet for å stole på vakuumeffekten til et stempel, bruker en turboladet motor en luftpumpe for å presse luft inn i en sylinder, akkurat som en søvnapnémaske skyver luft opp i nesen din.

Selv om turboladere kan komprimere luft med opptil 5 bar (72.5 psi) over standard atmosfærisk trykk, opererer de i landeveisbiler med et mer avslappet trykk på 0.5 til 1 bar (7 til 14 psi).

Det praktiske resultatet er at ved 1 bar ladetrykk mottar motoren dobbelt så mye luft som om den var naturlig aspirert.

Dette betyr at motorkontrollenheten kan injisere dobbelt så mye drivstoff samtidig som den opprettholder et ideelt luft-drivstoffforhold, noe som skaper en mye større eksplosjon.

Men det er bare halvparten av turboladerens triks. La oss sammenligne en 4.0-liters naturlig aspirert motor og en 2.0-liters turbomotor med ladetrykk på 1 bar, forutsatt at de ellers er identiske når det gjelder teknologi.

4.0-liters motoren bruker mer drivstoff selv på tomgang og under lett motorbelastning, mens 2.0-liters motoren bruker mye mindre. Forskjellen er at ved åpen gass vil en turboladet motor bruke maksimalt mulig mengde luft og drivstoff – dobbelt så mye som en naturlig aspirert motor med samme slagvolum, eller nøyaktig det samme som en naturlig aspirert 4.0-liter.

Dette betyr at den turboladede motoren kan kjøre alt fra magre 2.0 liter til kraftige fire liter takket være tvungen induksjon.

Så det er et tilfelle av liten motor drivstofføkonomi for skånsom kjøring og stor motorkraft når du vil ha det.

Hvor smart er det?

Som det sømmer seg en ingeniørkule av sølv, er selve turboladeren genial. Når motoren går, passerer eksosgassene gjennom turbinen, og får den til å spinne med utrolige hastigheter - typisk mellom 75,000 150,000 og XNUMX XNUMX ganger i minuttet.

Turbinen er boltet til luftkompressoren, noe som betyr at jo raskere turbinen snurrer, jo raskere snurrer kompressoren, suger inn frisk luft og tvinger den inn i motoren.

Turboen fungerer på en glidende skala, avhengig av hvor hardt du trykker på gasspedalen. Ved tomgang er det ikke nok eksos til å få turbinen opp i noen meningsfylt hastighet, men når du akselererer, snurrer turbinen opp og gir boost.

Trykker du med høyre fot, produseres det mer avgasser som komprimerer maksimalt med frisk luft inn i sylindrene.

Så hva er fangsten?

Det er selvfølgelig flere grunner til at vi ikke alle kjører turboladede biler på flere år, og starter med kompleksitet.

Som du kan forestille deg, er det ikke lett å bygge noe som kan snurre med 150,000 XNUMX RPM dag etter dag i årevis uten å eksplodere, og det krever dyre deler.

Turbiner krever også en dedikert olje- og vannforsyning, noe som legger mer belastning på motorens smøre- og kjølesystemer.

Ettersom luften i turboladeren varmes opp, måtte produsentene også installere intercooler for å senke temperaturen på luften som kommer inn i sylinderen. Varm luft er mindre tett enn kald luft, noe som opphever fordelene med en turbolader og kan også forårsake skade og for tidlig detonasjon av drivstoff/luftblandingen.

Den mest beryktede mangelen ved turbolading er selvfølgelig kjent som lag. Som sagt må du akselerere og lage en eksos for å få turboen til å begynne å produsere meningsfylt ladetrykk, noe som gjorde at tidlige turbobiler var som en forsinket bryter - ingenting, ingenting, ingenting, ALT.

Ulike fremskritt innen turboteknologi har temmet de verste av de saktegående egenskapene til tidlige turboladede Saab-er og Porscher, inkludert justerbare skovler i turbinen som beveger seg basert på eksostrykk, og lette, lavfriksjonskomponenter for å redusere treghet.

Det mest spennende skrittet fremover innen turbolading kan bare finnes - i hvert fall foreløpig - i F1-racere, der en liten elektrisk motor holder turboen i gang, og reduserer tiden det tar å spinne den opp.

Tilsvarende, i World Rally Championship, et system kjent som anti-lag dumper luft/drivstoff-blandingen direkte inn i eksosen foran turboladeren. Varme fra eksosmanifolden får den til å eksplodere selv uten tennplugg, noe som skaper eksosgasser og holder turboladeren kokende.

Men hva med turbodiesel?

Når det kommer til turbolading er diesel en spesiell rase. Dette er virkelig en hånd i hånd sak, for uten tvungen induksjon ville dieselmotorer aldri vært så vanlige som de er.

Naturlig aspirerte dieselmotorer kan gi anstendig low-end dreiemoment, men det er der talentene deres slutter. Men med tvungen induksjon kan dieselmotorer utnytte dreiemomentet og nyte de samme fordelene som bensin-motpartene.

Dieselmotorene er bygget av Tonka Tough for å håndtere de enorme belastningene og temperaturene inne i, noe som betyr at de enkelt kan håndtere det ekstra trykket fra en turbo.

Alle dieselmotorer - naturlig aspirert og superladet - opererer ved å brenne drivstoff i overflødig luft i et såkalt magert forbrenningssystem.

Den eneste gangen naturlig aspirerte dieselmotorer kommer i nærheten av den "ideelle" luft/drivstoffblandingen er på full gass når drivstoffinjektorene er vidåpne.

Fordi diesel er mindre flyktig enn bensin, når det brennes uten mye luft, produseres det en enorm mengde sot, også kjent som dieselpartikler. Ved å fylle sylinderen med luft kan turbodiesel unngå dette problemet.

Så selv om turbolading er en fantastisk forbedring for bensinmotorer, redder dens sanne vending dieselmotoren fra å bli en røykfylt relikvie. Selv om "Dieselgate" i alle fall kan føre til at dette skjer.

Hva synes du om det faktum at turboladere finner veien inn i nesten alle firehjulskjøretøy? Fortell oss i kommentarene nedenfor.