Přeplňování – princip činnosti, výhody a nevýhody

Článek o tom, co je přeplňování, jak funguje, jeho hlavní výhody a nevýhody. Na konci článku – video o vlastnostech a principech přeplňování.

Obsah článku:

Motor automobilu musí mít takové vlastnosti, které by mu umožňovaly držet krok s moderní dobou. Technická vylepšení jsou každým rokem stále obtížnější, protože nikdo nechce vynalézat kolo, ale je nutné zlepšit kvalitu motoru.

Proto je velmi dobrým řešením použití systému nuceného vstřikování vzduchu do spalovací komory. Nejnovější konstrukční návrhy zahrnují nejen zlepšení nuceného vstřikování vzduchu do palivového systému, ale také instalaci stejného zařízení do systému výfukových plynů.

K čemu slouží turbodmychadlo?

Přeplňování - princip činnosti, výhody a nevýhody

Abyste pochopili důležitost přeplňování a jeho fungování, musíte vědět, že motor nemůže spotřebovávat čisté palivo. K blikání benzínu v uzavřené nádobě je zapotřebí vzduch, jinak motor nebude fungovat.

To znamená, že směs obsahující palivo a vzduch ve správném poměru musí vstoupit do spalovací komory. Tato směs se spaluje ve válci. Spalovací plyny vykonávají svou hlavní práci a jsou poté odváděny výfukovým systémem.

Konvenční turbodmychadlo umožňuje zvýšit výkon motoru vstřikováním dalšího tlaku vzduchu do válce. Díky tomu se hořlavost směsi mnohonásobně zvyšuje a samozřejmě se také zvyšuje výkon motoru.
Jednoduše řečeno, pomocí turbodmychadla je vzduch stlačován a do spalovací komory vstupuje ve větším množství než při atmosférickém tlaku.

Konstrukce a princip činnosti turbodmychadla

Přeplňování - princip činnosti, výhody a nevýhody

Hlavní součástí dmychadla, která vykonává hlavní funkci, je oběžné kolo s lopatkami. Při otáčení obrovskou rychlostí (200 tisíc ot./min) a jako kompresor pumpuje vzduch do komory turbíny.

Poté je vzduch stlačen, čímž se sníží objem, který tento vzduch zabírá. Je však již dlouho známo, že podle fyzikálních zákonů má vzduch tendenci se při kompresi zahřívat. A to je hlavní nevýhoda systému přeplňování.

Tento problém samozřejmě nemohl uniknout pozornosti návrhářů. Při řešení tohoto problému se odborníci pokusili použít přechodové chlazení vzduchem při přechodu na motor.

Výsledkem je mezichladič. Toto zařízení využívá účinek tepelného výměníku, který má schopnost chladit vzduch pomocí chladiva. Mezichladič je schopen zvýšit výkon motoru až o 20% a zároveň snížit pravděpodobnost detonace výfukových plynů.

Mezi přeplňovaným zážehovým a vznětovým motorem je velmi malý rozdíl. Jediný rozdíl je ve stupni podpory. Dieselové motory vyžadují větší tlak, a proto jsou vybaveny výkonnějšími dmychadly. V benzínových motorech jsou instalována dmychadla s nižším výkonem, protože pokud je tlak ve spalovací komoře příliš vysoký, může dojít k detonaci.

Výhody přeplňování

Přeplňování - princip činnosti, výhody a nevýhody

"Zdarma" dodatečné napájení. Existuje konvenční moudrost: přítomnost další turbíny na sběrném výfukovém potrubí motoru generuje další energii, která musí otáčet přesně stejnou turbínou na vstupu, v důsledku čehož se výfukové plyny stávají volným zdrojem energie pro kompresor.

Tento koncept je však velmi kontroverzní, protože existuje takzvaná odolnost proti uvolnění. Automobiloví designéři pracovali po celá desetiletí na snížení tohoto odporu, protože právě zde se zvýší výkon motoru.

K tomu je v systému instalováno speciální generátorové zařízení, které výrazně snižuje výstupní impedanci. Bylo by tedy nesprávné uvažovat o práci přeplňování na volné energii. „Levná dodatečná energie“ – bude to znít přesněji.

Technicky tento proces není obtížný. Kompresor je zařízení skládající se ze dvou kol – kompresoru a turbíny. Turbínové kolo zachycuje výfukové plyny, které jej pohánějí. Výsledkem je, že se kolo kompresoru začne otáčet, což slouží ke stlačování vzduchu.

Kompresor musí být v kontaktu s chladicím systémem, protože během provozu jeho teplota stoupá poměrně vysoko. Vyfukovací síla je regulována obtokovým ventilem. Pokud je to nutné, může přenášet část výfukových plynů za turbínu za účelem snížení tlaku v systému.

Zvýšení výkonu motoru bez zvýšení jeho objemu a hmotnosti. Technologie přeplňování umožňuje zvýšit výkon motoru, aniž by se zvýšil objem válců a jejich počet. Díky tomu získají lehké a malé motory vynikající vlastnosti a navíc se sníží celková hmotnost vozu, sníží se brzdná dráha a doba zrychlení.

Ziskovost. Spotřeba paliva motorů vybavených systémem přeplňování je několikanásobně nižší než spotřeba paliva motoru se stejným výkonem s jednoduchým vstřikováním atmosférického vzduchu. To je způsobeno skutečností, že ve válcích s turbodmychadlem se díky úplnému spalování spotřebuje mnohem méně paliva na jeden zdvih pístu. To znamená, že chudá směs je kompenzována dodatečným tlakem vzduchu a v důsledku toho se zvyšuje výkon.

nevýhody

Přeplňování - princip činnosti, výhody a nevýhody

Závislost na otáčkách. „Turboyama“. Problém je v tom, že při akceleraci při nízkých rychlostech nedochází k žádné aktivní akceleraci. Dynamika zrychlení je slabá, nižší než u automobilů s atmosférickým tlakem. Jde o to, že při nízkých rychlostech je energie výfukových plynů slabá a turbína kompresoru se tedy také slabě otáčí, čímž vytváří minimální tlak směsi ve spalovací komoře. To znamená, že k požadovanému efektu přeplňování dochází pouze při vysokých otáčkách motoru.

Kromě toho existuje další problém: pomalost procesu vstřikování vzduchu. Ve skutečnosti, aby se vytvořil požadovaný vstupní tlak, to nějakou dobu trvá. Odborníci v této oblasti provádějí inženýrský výzkum a do určité míry bylo možné tento interval v dynamice provozu kompresoru snížit.

Přítomnost variátoru nebo automatické převodovky navíc umožňuje automobilu během akcelerace automaticky přepnout na nižší převodový stupeň. Díky tomu jsou eliminovány škodlivé účinky setrvačnosti kompresoru.

Dnes existují následující řešení problému setrvačnosti turba:

  • biturbocharging (dvojité přeplňování);
  • turbína s adaptivní geometrií;
  • kombinované přeplňování.

Zdvojené přeplňování využívá dvě malé turbíny, které společně běží mnohem rychleji než jedna z nominálních velikostí. Počet válců je mezi tyto turbíny rozdělen rovnoměrně. Analogem takového systému může být použití několika kompresorů, které se uvedou do pohybu při různých otáčkách motoru, každý ve svém vlastním režimu.

Turbína s adaptivní geometrií je schopna měnit velikost sacího otvoru a tím regulovat tok výfukových plynů, což také zvyšuje účinnost systému.

Kombinované přeplňování se skládá z turbodmychadla a mechanického přeplňování. Přeplňovaný kompresor vytváří požadovaný tlak při nízkých otáčkách, ale jakmile se rychlost zvýší na určitou hodnotu, zapne se turbodmychadlo.

Teplo. Jak již bylo zmíněno, stlačování vzduchu má za následek jeho zahřívání, což se projevuje v provozu motoru ne nejlepším způsobem. Proto je často nutné připojit další chlazení a část energie se na to vynakládá.

Navzdory uvedeným nevýhodám je však turbodmychadlo vynikajícím nástrojem pro zvýšení výkonu a účinnosti spalovacího motoru i jeho hospodárnosti. Mnoholeté zkušenosti specialistů navíc ukazují, že možnosti pro zlepšení tohoto systému ještě nebyly vyčerpány.

Video o vlastnostech a principech přeplňování: