Typy turbodúchadiel: Turbo, Twin turbo, Twin-scroll, poznáš všetky?
Turbo, Twin turbo, Bi-turbo, Twin-scroll alebo elektrické turbodúchadlo? Ktoré z nich je najlepšie a aké sú ich výhody či nevýhody?
Na všetky spomenuté typy turbodúchadiel sa pozrieme v tomto článku a povieme si niečo o ich konštrukcii.
Obsah
Na čo slúži turbodúchadlo?
Turbodúchadlo alebo tiež hovorovo povedané turbo je zariadenie, ktoré zvyšuje výkon spaľovacieho motora tak, že nasilu vháňa vzduch do spaľovacej komory.
Zvýšenie výkonu spočíva v tom, že motor dostáva z rovnakého objemu vzduchu oveľa viac molekúl kyslíka, pretože vzduch je stlačený a vďaka tomu je zmes výbušnejšia.
Turbodúchadlo: Na čo slúži, aké má výhody a čo je to turbolag?
Motor preplňovaný turbodúchadlom teda ľahšie akceleruje, má vyšší výkon a k tomu všetkému nespotrebuje viac paliva ako atmosférický motor. Turbodúchadlo je poháňané výfukovými plynmi, čo znamená že využíva energiu, ktorá by inak bola premárnená.
Pohon turbodúchadla pomocou výfukových plynov je veľmi efektívny, pretože turbo tak neodoberá energiu z motora narozdiel od kompresora, ktorý je poháňaný mechanicky silou motora.
Z čoho sa skladá turbodúchadlo?
Hlavnou časťou turbodúchadla je turbína, čiže vrtuľka. Tá sa dokáže točiť rýchlosťou až 300 000 ot/min a má najväčší vplyv na niektoré výkonové charakteristiky turbodúchadla. Rozmer turbíny totiž určuje množstvo vzduchu, ktoré bude prúdiť do motora. Vo všeobecnosti platí, že čím väčšia je turbína, tým väčšia je kapacita prúdenia vzduchu.
Výkon turbodúchadla je úzko spojený s jeho veľkosťou. Veľké turbodúchadlá potrebujú väčší tlak výfukových plynov, čo spôsobuje pri nízkej rýchlosti turbolag. Malé turbodúchadlá sa rýchlo otáčajú, ale nemusia mať pri vysokej akcelerácii rovnaký výkon.
Turbolag: O čo ide a ako ho eliminovať?
Pre efektívne kombinovanie výhod veľkých a malých turbodúchadiel sa používajú rôzne variácie turbodúchadiel.
Single turbodúchadlo - Najjednoduchší typ turbodúchadla
Toto jednoduché turbodúchadlo sa používalo už v dobách, kedy bolo preplňovanie tak povediac v plienkach. Jednoduché turbodúchadlo však má z hľadiska naladenia motora určité limity.
Ako už bolo spomenuté, turbodúchadlo je poháňané výfukovými plynmi. Malé turbodúchadlo má nízku zotrvačnosť a tak na roztočenie turbíny stačí v podstate len malé množstvo energie z výfukových plynov.
Výkon a krútiaci moment motora: Ktorý z týchto parametrov je dôležitejší?
Motor s takýmto turbodúchadlom poskytuje vysoký krútiaci moment už vo veľmi nízkych otáčkach, takže vyniká pružnosťou už v spodných otáčkach. Vo vysokých otáčkach však silu nemá, pretože turbína by sa chcela otáčať rýchlejšie, no dosahuje svoje maximálne otáčky dané konštrukciou.
Malé turbodúchadlo teda dosiahne svoje maximálne otáčky pri nižších otáčkach motora ako väčšie turbo. Naopak veľké turbodúchadlo pracuje až vo vysokých otáčkach motora. To znamená, že čím vyššie otáčky motor má, tým vyšší je jeho výkon.
Motor s takýmto typom turbodúchadla teda ide do určitých otáčok rovnako ako nepreplňovaný agregát. Keď však prekročí určité pásmo otáčok, prejaví sa veľmi prudkým a razantným nástupom a ťahom.
Výhody:
Cena
Spoľahlivosť
Jednoduchá konštrukcia
Nevýhody:
Značný turbo lag
Kompromis medzi výkonom a pružnosťou motora
Turbo s variabilnou geometriou lopatiek
Turbodúchadlá s variabilnou geometriou používajú pohyblivé lopatky na nastavenie prietoku vzduchu do turbíny, napodobňujú tak turbodúchadlo optimálnej veľkosti v celej výkonovej krivke. Výsledkom je turbodúchadlo bez pozorovateľného turbolagu.
Tento typ turbodúchadla sa však používa výhradne pri vznetových motoroch. Dôvodom je totiž náchylnosť mechanizmu lopatiek na vysoké teploty. Len pre ozrejmenie, teplota výfukových plynov zážihových motorov je aj o niekoľko stoviek stupňov vyššia, ako pri vznetových motoroch.
Turbodúchadlo s variabilnou geometriou lopatiek
Aj v tomto prípade však existujú výnimky a tak sa môžeš stretnúť s takýmto typom turbodúchadla aj pri zážihovom motore.
Výhody:
Pracuje v širokom spektre otáčok motora
Cena je porovnateľná s cenou jednoduchého turbodúchadla
Nevýhody:
Nižšia spoľahlivosť oproti jednoduchému turbodúchadlu
Určené primárne pre vznetové motory (pri zážihových motoroch si toto riešenie vyžaduje použitie drahých, odolnejších materiálov)
Bi-turbo, Twin-turbo
Twin-turbo alebo Bi-turbo sú dve turbodúchadlá pracujúce buď paralelne (spoločne) alebo sekvenčne (samostatne). V paralelnej konfigurácii sú obe turbodúchadla rovnako veľké, pričom jedno turbo je poháňané jednou polovicou a druhé druhou polovicou výfukových plynov z motora a obe pracujú naraz. S takýmto riešením sa môžeš stretnúť najmä pri viacvalcových motoroch.
Malé turbodúchadlá majú nízku zotrvačnosť a tak na roztočenie turbíny stačí v podstate len malé množstvo energie z výfukových plynov, preto sa často používajú dve malé turbodúchadlá namiesto dvoch veľkých.
V sekvenčnej konfigurácií, ktorá sa využíva častejšie, beží menšie turbodúchadlo pri nízkych otáčkach, v stredných bežia obe a pri vyšších vopred stanovených otáčkach motora pracuje už len veľké turbodúchadlo samostatne.
Sekvenčne pracujúce turbodúchadlá spĺňajú ako nároky na vysoký výkon, tak aj nároky na pružnosť motora v nízkych otáčkach. Táto konštrukcia si však vyžaduje zložité sady potrubí na napájanie oboch turbodúchadiel.
Výhody:
Spĺňajú nároky na vysoký výkon, ale aj nároky na pružnosť motora v nízkych otáčkach
Eliminujú turbo lag
Nevýhody:
Vysoká cena
Zložitá konštrukcia
Vyššie náklady na servis
Twin-scroll turbodúchadlo
Tento typ turbodúchadla má v turbínovej časti dva kanály pre prívod výfukových plynov. K jednému aj druhému kanálu Twin-scroll turba vedú výfukové zvody z valcov tak, aby podtlak neuberal energiu výfukovým plynom jedného valca, zatiaľ čo sa výfukový ventil iného valca ešte nezatvoril, no jeho sací ventil sa už začal otvárať.
Twin-scroll turbo: Aké sú jeho výhody a nevýhody?
Ak je zapaľovanie vo valcoch v poradí 1-3-4-2, povedú do jedného kanála zvody z valcov 1 a 4 a do druhého kanálu zvody z valcov 2 a 3. V takomto prípade nedôjde k úbytku energie výfukových plynov, pretože valec 3, ktorý by uberal energiu výfukovým plynom z valca 1, nie je napojený na rovnaké potrubie.
Nevýhodou pri Twin-scroll turbodúchadle je jeho náročná konštrukcia výfukových zvodov, ale aj to, že je potrebné mať párny počet valcov, aby do každého kanálu prúdili výfukové plyny z rovnakého počtu valcov.
Výhody:
Cena podobná ako pri jednoduchom turbodúchadle
Účinnosť podobná ako pri twin turbodúchadle
Spoľahlivosť
Nevýhody:
Náročná konštrukcia výfukových zvodov
Obtiažne konštrukčné riešenie pri motoroch s vyšším počtom valcov
Elektrické turbodúchadlo
V skutočnosti sa nejedná o turbo ale o elektrický kompresor. Tento typ turbodúchadla nepotrebuje na svoj pohon energiu z výfukových plynov, pretože na pohon používa elektromotor a špeciálny akumulátor. Vďaka tomu má elektrické turbo niekoľko predností. Asi najväčšou je úplná eliminácia turbolagu.
Elektrické turbodúchadlo totiž dokáže regulovať otáčky svojej turbíny tak, že zmení otáčky elektromotora. Tento typ turba teda nepotrebuje žiadne dodatočné zariadenia ako blow off ventil, wastegate či variabilné lopatky na reguláciu turbolagu.
Elektrické turbo: Ide o turbodúchadlo alebo o kompresor?
Toto turbodúchadlo sa však na preplňovanie motora nevyužíva samostatne. Pri vysokých otáčkach motora by totiž energia zo špeciálneho akumulátora nestačila na to, aby dokázala roztáčať turbínu dostatočnou rýchlosťou. Pri použití silnejšieho akumulátora alebo väčšieho množstva takýchto akumulátorov by zas cena elektrického turba presiahla cenu celého automobilu.
Práve preto pracuje elektrické turbodúchadlo len pri nízkych a stredných otáčkach motora a pri vysokých otáčkach sa vypne a prenechá funkciu preplňovania klasickému turbodúchadlu.
Výhody:
Úplná absencia turbolagu
Nepotrebuje dodatočné zariadenie k regulácii plniaceho tlaku
Nepodlieha vysokému tepelnému zaťaženiu
Nevýhody:
Vysoká cena
Otázka spoľahlivosti
Vyžaduje špeciálny akumulátor, ktorý toto "turbo" napája