A turbófeltöltők és kompresszorok közötti különbségek a Honda Civicben
Napjainkban már alig kapni szívómotoros autót, minden kétséget kizáróan beköszöntött a turbókorszak.
Azonban a belsőégésű motorok felöltése nem új keletű módszer, már a múlt évszázad elején is előszeretettel alkalmazták, természetesen másfajta megvalósításokkal.
Ezúttal a motorok feltöltése kerül terítékre: dióhéjban bemutatjuk, hogy mit tud a turbó és mit nem, miért jó a kompresszor és miért nem, s természetesen a Volkswagen rövid életű G-ladere sem maradhat ki a felsorolásból.
A belsőégésű motorok egyik fontos jellemzője a töltési fok, amely nem más, mint a hengerekbe jutó levegő (közvetett befecskendezésű benzinmotoroknál keverék) mennyiségnek, valamint rendelkezésre álló térfogatának - praktikusan a hengerek lökettérfogatának - a hányadosa.
Ez a szívómotorok esetében nem éri el az egyet, de ezt minél jobban megközelíti az adott konstrukció, annál jobb hatásfokkal töltődik meg a henger.
Civic kipufogó leömlő választék
Innen pedig egyszerű a képlet: minél jobban fel tudjuk tölteni a motorunk hengereit levegővel illetve keverékkel, annál nagyobb teljesítményt tudunk adott lökettérfogat mellett elérni.
Nem nehéz belátni, hogy a töltési fok egy olyan tényező, amely nagyban meghatározza az adott méretű erőforrásból kifacsarható teljesítmény korlátait.
Maga a töltési fok is sok tényezőtől függ, elég csak elképzelni, hogy a szívócső, a pillangószelep és a szívósor egyéb elemei alapvetően rontják az áramlás hatásfokát, tehát magát a töltési fokot is.
Van azonban egy módszer a mérnökök kezében, amivel könnyedén túllendülhetnek a töltési fokon történő görcsölésen - ez volna a feltöltés.
Az elv egyszerű: ahelyett, hogy a dugattyú lefelé mozgása révén létrejövő depresszió nyomán áramoljon a hengerekbe a friss töltet, kívülről, plusz nyomással kell a közeget a motorba préselni.
Ezáltal a szívómotorok töltetéhez képest jóval nagyobb mennyiségű levegő áramolhat a hengerekbe, amely révén több tüzelőanyaggal keverve jóval nagyobb (liter)teljesítmény érhető el.
Az előnyök pedig vitathatatlanok, hiszen adott térfogat mellé több lóerő társulhat, miközben részterhelésen, amikor nincs szükség a nagy teljesítményre, takarékosan üzemelhet az erőforrás.
Emellett a feltöltéses motorok alkalmazása a "downsizing" folyamatának szinte alapvető eleme - a nagyobb literteljesítmény és az emiatt alkalmazható kisebb motorok révén súly takarítható meg, könnyebb lefaragni az emissziós normákból és a fogyasztásban is jelentős megtakarítás érhető el azonos teljesítményű motorokat (szívó és feltöltött) összehasonlítva.
A feltöltésre persze számos módszert dolgoztak ki az autóipari szakemberek, elsőként az 1900-as évek elején a mechanikus feltöltőket előnyben részesítve.
Ezek a szerkezetek általában térfogatkiszorításos elven működnek és a feltöltéshez közvetlenül a motorról hajtva nyerik a szükséges energiát.
Műszaki adatok: Honda CB500 (1998)
Többféle létezik belőlük, a legismertebb és legelterjedtebb a csavar kompresszor és a Roots-fúvó.
Hogy a mechanikus feltöltő fogaskerékhajtással, szíjjal vagy más módon kerül meghajtásra, azt az adott konstrukció határozza meg.
A mechanikus feltöltők nyomásviszonya nem olyan nagy, mint a turbófeltöltő esetében, viszont a közvetlen meghajtásnak köszönhetően vitathatatlan előnyük, hogy gázadásra azonnal reagálnak.
Az áttételezésnek köszönhetően a kompresszorok fordulatszáma relatíve alacsony, így robosztusak, kevésbé hajlamosak a károsodásra.
Természetesen nincs rózsa tövis nélkül, így a kompresszorok hátrányait sem hagyhatjuk figyelmen kívül.
A velük elért többletteljesítmény mellett aránytalanul magasabb az üzemanyag-fogyasztás, ami leginkább a motorral való közvetlen kapcsolatnak köszönhető.
Mechanikai veszteségei nagyok, ráadásul minden üzemállapotban történik a hajtás, ha van rá szükség, ha nincs, ráadásul a jóval hangosabb működés ugyancsak ellene szól.
A felsorolt negatívumok miatt ma már a kompresszort, mint mechanikus feltöltőt elavult megoldásnak tartják, azonban néhány gyártó még kitart a klasszikus technológia mellett és a mérnökök okos megoldásokkal igyekeznek kiküszöbölni a megoldás hátrányait.
Speciális és kihagyhatatlan érdekesség még a Volkswagen által régen alkalmazott G-töltő.
Noha a németek csak a ’80-as évek végén alkalmazták, ráadásul csak szűk számban, mégis szinte mindenki emlékezik a Corradókra, amelyekben ott dohogott a G-60.
Ez a szerkezet nem más, mint egy spirálkompresszor, amelyet a motorról szíj hajt meg; háza és forgórésze is egy-egy azonos geometriájú spirálgörbéből áll.
A forgórész és a ház tengelye excentrikusan helyezkedik el, úgy, hogy a két alkatrész többszörös érintkezésbe kerüljön egymással.
Ilyen módon a két spirál a közbezárt teret több egymástól tömített cellára osztja.
A forgórész bolygó mozgása során - a forgórész a saját tengelye körül nem fordul el - a cellák fokozatosan vándorolnak a spirális mentén, kiszorítva a gázt.
Rövid élettartama miatt azonban sosem terjedhetett el széles körben a 'G-Lader'.
A népszerű és manapság szinte minden gyártó által alkalmazott megoldást azonban a dinamikus elven működő kompresszor és az azt hajtó turbina együttese jelenti, természetesen a turbófeltöltő személyében.
A turbó zsenialitása abban rejlik, hogy nem igényel jelentős plusz energiát a hajtása, hanem az amúgy veszendőbe menő, forró kipufogógázban lévő energiatartalmat hasznosítja - a nagy sebességű égéstermék hajtja meg a turbófeltöltő gázturbináját, így egyúttal a vele egy tengelyre csapágyazott kompresszort, ami a friss levegőt beszívja és a légkörinél magasabb nyomáson a hengerekhez juttatja.
A turbófeltöltő a motor mechanikus részeivel nincs kapcsolatban, de a kipufogócsőben persze keletkezik többletnyomás, ami visszahat a teljesítményre.
A turbófeltöltőre jellemző a nagy fordulatszám, ami 100.000-200.000/perc is lehet, üzemállapottól függően.
A feltöltőben végbemenő nyomásemelés során a gáztörvényeknek megfelelően az áthaladó levegő hőmérséklete jelentősen megnő, így a feltöltés hatásfokát javítandó, egy úgynevezett töltőlevegő-visszahűtő (intercooler) közbeiktatása szükséges.
A visszahűtés célja, hogy a növelt nyomású levegő sűrűbb legyen, azaz több oxigént tartalmazzon, ami ugye elengedhetetlen az égéshez.
Hogyan működik egy turbófeltöltő?
A turbók egyik, ha nem a legnagyobb hátránya egyben hatékonysági előnye: hogy a motor főtengelye és a turbótengely között nincs mechanikus kapcsolat, így gázadásra bizonyos késedelemmel reagál, amit a köznyelv turbólyuknak nevez.
Manapság azonban ez kevésbé jellemző, a gyártók kisméretű, hamar felpörgő feltöltőkkel vagy úgynevezett változó geometriájú turbókkal kerülik el a nemkívánatos jelenséget.
Utóbbi esetben a turbina oldalon állítható álló lapátozás szolgálja azt, hogy alacsony gázsebességnél is hatékonyan pöröghessen fel a szerkezet.
A fentieken kívül léteznek még szofisztikáltabb konstrukciók, bizonyos (nagyobb) motorok esetében a szekvenciális feltöltés eredményez még hatékonyabb működést.
Ilyenkor a turbók nem párhuzamosan üzemelnek, hanem egymást kiegészítve: alacsony fordulaton a kisebb „csiga” biztosítja a turbólyukmentességet, míg magasabb fordulatszámon egy nagyobbik, illetve mindkét feltöltő üzemel a kellő mennyiségű levegő szállításához.
Persze létezik még bonyolultabb konstrukció például a BMW három turbós dízelmotorja formájában, sőt a bajorok már négyfeltöltős rendszert is kiszellőztettek.
A turbófeltöltő által generált nyomást persze szabályozni is kell, hiszen a turbónyomás önmagában véve a terheléssel együtt emelkedne.
Ennek korlátozására, egy adott maximális töltőnyomás beállítására szolgál az úgynevezett 'wastegate', amely lényegében egy megkerülő szelepként képzelhető el.
Amikor a kipufogógáz nyomása a turbó után egy bizonyos nyomásértéket átlép, akkor a wastegate kinyit, és a kipufogó gáz a turbót megkerülve, annak további pörgetése nélkül távozik a motorból.
Emellett a turbó szerkezetének megóvása érdekében egy további szelep, úgynevezett lefújószelep alkalmazása is szükséges.
A szívó és turbós benzinmotorok esetében ugyanis nem szabad megfeledkezni arról, hogy a töltet áramlást egy pillangószelep szabályozza.
Markáns gyorsításkor a turbó meghatározott nyomással tölt, a gázpedálról való lelépéskor azonban a pillangószelep zár, holott a feltöltő még mindig nyomná a szívócsőbe a komprimált levegőt.
Ilyenkor, hogy a turbót ne terhelje meg a hirtelen megnövekedett gáznyomás visszahatása, egy szelep leengedi a felesleges nyomást a szívórészből.
Ennek további előnye, hogy a turbó fordulatszáma nem torpan meg, hanem tovább foroghat, s a következő gázadásnál már késedelem nélkül képes reagálni.
A hosszú élettartam érdekében a turbóval szerelt motorok használata további gondosságot igényel.
tags: #honda #civic #turbo #kompresszor #különbségek