Turbófeltöltés

2007.09.26. 11:59
4 hozzászólás

A turbófeltöltés elmélete egyszerű: a motorból kiáramló kipufogógáz elpocsékolása helyett annak energiáját fel lehet használni, hogy meghajtson egy turbinát, ami meghajt egy másik turbinát, ami a beáramló levegőt a normális légköri nyomásnál nagyobb nyomással sűríti az égéstérbe. Egy 2,0 literes turbómotor teljesítménye, ha 0,5 bar túlnyomással működik, egy 3,0 literes hagyományos motor teljesítményével hasonlítható össze. Ennek köszönhetően kisebb, könnyebb motorokat lehet alkalmazni, javul az autó gyorsulása és útfekvése.

A turbómotorok hátránya a turbólyuk néven ismert jelenség. A kipufogógáz alacsony fordulatszámon nem áramlik elég gyorsan ahhoz, hogy a turbinát meghajtsa, ezért benzines autóknál kb. 3500-as, dízeleknél 2000-es fordulatszám alatt a motor gyenge marad. Ráadásul a korai turbómotorok sűrítési arányát csökkenteni kellett, hogy amikor a turbina teljes nyomással préseli a levegőt a motorba, ne robbanjon fel a sűrű és forró benzin-levegő keverék idő előtt, szembekapva a felfelé igyekvő dugattyút. Ennek következtében alacsony fordulatszámon a turbómotorok a hasonló hengerűrtartalmú hagyományos motoroknál gyengébbek voltak. 3500-as fordulatszám felett azonban hirtelen elkezdett forogni a turbina, a motor egy szempillantás alatt vadállattá változott. A fordulatszám rohamosan emelkedett, a turbina egyre gyorsabban forgott, a teljesítmény egyre nőtt, egész addig, míg a verejtékező sofőr vissza nem vette lábát a gázpedálról. Ráadásul a turbómotorok hirtelen gázadásra többnyire lustán válaszolnak. Hirtelen padlógáz után épp elég idő vihar előtti csend jut egy gyors fohász elmondására. Érthető, hogy egy ilyen szélsőséges tulajdonságú motor hétköznapi használatra kevéssé alkalmas. Elég csupán elképzelni, ahogy egy szép esős napon munkából hazafelé egy 38 km/óra sebességgel haladó traktor mögött araszolunk, míg végre nem jön szembe senki, és kielőzhetünk, hogy-hogy nem, éppen egy enyhe kanyarban. Irányjelző ki, vissza kettes, kormány balra, padlógáz_ "Miért nem történik semmi?" - gondolnánk magunkban, mikor felsüvít a turbó, a kormány súlytalanná válik, és mire föleszmélünk, az a fránya traktor már megint előttünk van és egy szép élénkpiros kötéllel ráncigál ki minket az árokból...

További megoldást jelentett a töltőlevegő hűtő (intercooler) alkalmazása. A turbó és a motor közé hűtőt szereltek, ami a motorba áramló levegőt 50-60°C-ra hűtötte, ezzel nemcsak hogy sűrűbb lett a levegő, ami érthetően az égést javítja, de a sűrítési arányt is növelni lehetett. Nem kellett félni, hogy a motor túlmelegszik, ezzel az alacsony fordulatszámon elérhető nyomaték növekedett.

Kis nyomású turbó

Míg a korábban a papíron elérhető legnagyobb teljesítmény elérésének eszköze volt a turbó, a Saab egy használhatóbb, könnyebben kezelhető, gazdaságosabb motort dobott a piacra, lényegében a töltetlen motorok alternatívájaként. Azóta a kisnyomású turbó gyakori megoldás lett más gyártóknál is. Változó geometriájú turbó

Ezt a technológiát rendkívül ügyes fizikusok találhatták ki. A fejlesztés azon az elméleten alapul, hogy míg lassan áramlik a kipufogógáz, közel derékszögben, de minél gyorsabban áramlik, annál kisebb szögben kell a turbina lapátjaira érkeznie ahhoz, hogy a turbinát a leghatékonyabban tudja megforgatni. Egy ügyes mechanizmus a kipufogógáz érkezésének irányát változtatja meg, ezzel növeli a turbó hatékonyságát. Bár ezt a technológiát többnyire dízelmotorokon alkalmazzák, az elmélet benzinmotorok esetében is azonos. A Ram Air technológiát alkalmazó autókat könnyű megismerni a többnyire a motorháztetejükön tátongó hatalmas levegőbeömlő nyílásról. Amikor a kocsi nagy sebességgel halad, a beáramló levegő a légköri nyomásnál nagyobb nyomással préselődik a motorba, ezáltal nő a teljesítmény. Természetesen a teljesítménynövekedés nem hasonlítható össze a turbómotorok teljesítményével, de a Forma-1-es autók esetében például, ahol a Ram Air levegőbeömlő a pilóta feje felett található, a teljesítménynyereség egy 200 km/óra sebességgel száguldó kocsinál 20 lóerő körüli.

A Saab SVC motor egy zseniális mechanizmus révén az égéstér űrtartalmát, és ezzel együtt a sűrítési arányt tudja változtatni. A megoldás voltaképpen egyszerű, alig alkalmaz mozgó alkatrészeket, vagyis tartós és megbízható. Az SVC motor nagyon magas, 2.8 bar töltőnyomással működik (összehasonlításképpen a sportos Saab 9-3 Viggen feleekkora, a Porsche 911 Turbo pedig 1.94 bar turbónyomást használ). Ez olyan magas nyomás, hogy turbótöltővel ilyen nyomást nem lehet elérni, ezért a Saab az SVC-ben kompresszort használ. A motorvezérlő elektronika a fordulatszám, sebesség, terhelés és hőmérséklet figyelembevételével folyamatosan változtatja a sűrítési arányt, hogy a motor mindig optimális teljesítménnyel működhessen.

Egy másik technológia annak a csőnek a keresztmetszetének méretét változtatja, melyen a kipufogógáz a turbinához áramlik. Kis sebességnél kis lyukon keresztül jut át a gáz, ezáltal felgyorsul, ezzel növeli a turbónyomást, nagyobb sebességnél pedig nagyobb lyukon áramlik keresztül, így csökken a nyomás.

Mechanikus töltés (kompresszor)

A mechanikus töltést korábban találták ki, mint a turbótöltést. Már az 1920-as években alkalmazták az akkori versenyautókban. A kompresszort egyenesen a motor főtengelyéről hajtják meg, ezért a turbólyukhoz hasonló rántás és késés nem tapasztalható és a folyamatos töltésnek köszönhetően nő az alacsony fordulatszámon elérhető nyomaték. Hátránya viszont, hogy a konstrukció meglehetősen súlyos, magasabb fordulatszám tartományban nagy súrlódást okoz, ezért a kompresszoros motorok maximális fordulatszáma viszonylag alacsony. Ezek miatt a tulajdonságok miatt a kompresszoros motorok inkább nehezebb luxusautókba illenek, mint pehelysúlyú versenyautókba. Azért létezik a Mini Cooper S-hez is elég kicsi és könnyű, és az Aston Martinnak és a Mercedesnek is megfelelően kulturált kompresszor, csak keresni kell.

Ram Air

A Saab változó sűrítésű arányú motorja (Saab SVC)

A Saab ismét hatalmas meglepetést okozott a 2000-es Genfi autószalonon, ahol először mutatta be változó sűrítésű arányú motorját. Mint az a fentiekből is kiderült, a turbótöltés nagy hátránya, hogy ahhoz, hogy az égéstérben keletkező túl nagy nyomást és a hengerfej túlhevülését elkerüljék, a turbó és kompresszoros motorok alacsony fordulatszámon - míg a töltőlevegő meg nem emeli a nyomást a hengerekben - alacsonyabb sűrítési aránnyal működnek, mint a hagyományos motorok. Alacsony fordulatszámon tehát gyengébbek, mint hagyományos, azonos hengerűrtartalmú társaik.

A Genfben bemutatott harmadik generációs prototípus 1.6 literes, soros 5 hengeres, hengerenként 4 szelepes. A sűrítési arány 8:1 és 14:1 között változtatható. A motor teljesítménye 225 lóerő, nyomatéka 304 Nm. Ez literenként 150 lóerőt jelent, ami világrekord lenne a szériaautók között. Eközben az erőforrás minden létező környezetvédelmi előírásnak megfelel. A fenti teljesítményadatok nagyjából egy 3.2 literes V6-os hagyományos motor adataival egyeznek meg, de a Saab állítása szerint az SVC üzemanyag fogyasztása a V6-os motorénál 30%-kal alacsonyabb.

Sokak szerint ez a motor a turbótöltés feltalálása óta a legnagyobb újítás, és - bár a szériagyártás még nem kezdődött el -, lehet, hogy nincs messze az idő, amikor egyliteres sportkocsikon és félliteres városi autókon fogunk közlekedni.

1975-ben a Porsche állt elő az első megoldással. Amíg a kipufogógáz nem elég gyors, hogy meghajtsa a turbinát, egy szelep és egy körkörös csőrendszer segítségével hagyták a turbinát üresen pörögni, míg a motor egy másik csövön kapta a töltetlen levegőt. Amint elég gyorsan forgott a turbina, hogy elbírja a levegő sűrítésével járó terhelést, a szelep összekapcsolta a szívócsonkot és a turbinát. Az előzőleg felpörgetett turbina pedig kisebb rántással lépett munkába, a töltött és töltetlen állapot közötti különbség kisebb lett.
1992-ben a Saab lepte meg az autós világot, mikor előállt a Saab 9000 2.3 Ecopower modellel. Ez a kis nyomású turbómotor a hagyományos 2.3 literes motornál csupán 20 lóerővel teljesített többet és a korábbi 2.3 literes turbómotornál 30 lóerővel kevesebbet. Ami az adatokból nem derül ki: az alacsony turbónyomásnak köszönhetően a motor alacsony fordulatszámon nyomatékosabb, az autó jobban gyorsul, turbólyuk szinte nem érzékelhető, és a kedvezőbb nyomatékgörbének köszönhetően hosszabb sebességváltó áttételezés alkalmazásával a töltetlen 2.3 literes motornál kedvezőbb fogyasztási értékeket produkál.

Hirdetésblokkolóval néznéd éppen a Totalcart, és ettől mi éhen halunk.

A TC olvasása ingyen van, de a működtetése nem: szerzőink és családjaik táplálkoznak, és ami fontosabb: rendszeresen tankolnak, pénzért.

Kérjük, engedélyezd a TC-n a hirdetések megjelenítését, vagy ellehetetleníted a működését annak, amit épp olvasni szeretnél.