Turbo
Från Rilpedia
- För andra betydelser, se Turbo (olika betydelser).
Turbo är ett system som kan användas för att öka effekten i en förbränningsmotor.
Turboaggregatet drivs av energin från motorns egna avgaser och komprimerar den inkommande luften. Detta ger en högre effekt men kan vara oekonomiskt vid låga varvtal, eftersom en turbomatad bensinmotor vanligtvis tillverkas med lägre kompressionsförhållande än en sugmotor, för att undvika knackning (självantändning) när turbon laddar.
Innehåll |
Användningsområden
Med en lättrycksturbo (som har en annorlunda tryckklocka, och inte som många tror ett mindre turboaggregat) kan en bensinmotor tillverkas med högt kompressionsförhållande så att verkningsgraden blir bra även vid låg belastning.
Ett annat problem med turbon är att det tar en viss tid efter att gaspådraget ökats till dess turbon kan börja arbeta och höja effekten. En stor del av den utveckling som skett av turbomotorn har också gått ut på att minska denna fördröjning som i allvarliga fall resulterar i att accelerationen ökar kraftigt någon sekund efter att man börjat accelerera vilket självklart inte varit önskvärt.
SAAB har experimenterat med motorer som har variabel kompression så att de kan köras effektivt både vid hög och vid låg belastning. SAAB var också de första med att få en sk lätttrycksturbo. Den vägen fick SAABs turbomotorer snabbt mycket bättre körbarhet än vad tidigare försök med turbo på personbilar med bensinmotor fått.
BMW och Volkswagen har kompletterat turboaggregatet med en mekaniskt driven kompressor. Vid låga varvtal, innan turboaggregatet laddar, sköter kompressorn om att ladda och vid högre varvtal tar sedan turboaggregatet över.
Turboaggregat är vanliga på dieselmotorer, vilket medför effektivare bränsleanvändning, se turbodiesel. På fordon med dieselmotor hörs turbon tydligt som ett vinande ljud när fordonet accelererar framåt.
Bilmärken
1962 var det endast två bilmärken som använde turbodrift på bensinmotorer, Oldsmobile Cutlass Jetfire (Buick 215" motor) och Chevrolet Corvair Monza. Efter att SAAB i slutet på 1970-talet fick turbon att fungera mycket bättre på personbilar med hjälp av en annorlunda tryckklocka och den så kallade wastegate-ventilen ökade användningen av turbo kraftigt och i mitten på 1980-talet hade de flesta bilmärken motorer med turboladdning.
Historia
Turbon uppfanns av den schweiziske ingenjören Alfred Büchi. Hans patent för en turbo blev giltigt 1905. Ett dieselskepp och lokomotiv med turbo började synas på 1920-talet. Benämningen på aggregatet var/är egentligen överladdningsaggregat.
Turbo var vanligt förekommande på dieselmotorer redan då SAAB gjorde sina upptäckter som ledde till den moderna personbilsturbon i slutet på 1970-talet. Det som hänt sedan dess är att många tillverkare (inte minst just SAAB) exprimenterat med mindre turboaggregat samt att bi-turbo-lösningar kommit till.
Personbilsturbons historia har möjligen de sista åren undantaget varit intimt sammanknippat med bilmärket SAAB som även efter att deras första turbomodell kom har bidragit i hög grad till turbomotorns utveckling.
Teknik
Trycket som ett turboaggregat pumpar upp begränsas av en så kallad wastegate som är en variabel ventil före turbon som reglerar avgastrycket. Denna styrs av trycket som den själv reglerar. När laddtrycket når det förutbestämda värdet öppnas en ventil med hjälp av en tryckklocka (intern wastegate) eller en kolv (extern wastegate). Intern är vanligast och sitter inbyggd i turbons turbinhus, medan en extern sitter monterad på grenröret. Turboaggregat på t.ex. lastbilar saknar inte sällan wastegate, turbon är istället gjord för att nå sitt maximala laddtryck vid motorns maxvarv. Denna konstruktion ger dock alltför stor turbofördröjning med därtill hörande "ketchup-effekt" i accelerationen för att fungera på en personbil.
När wastegaten öppnas passerar avgaserna turbinen genom ventilen. Trycket på turbinen minskar då. Därmed saktar den ned och laddtrycket avtar.
Också en Dawes Device eller strypventil, en typ av luftströmsventil kan användas för att öka effekten av en turbomotor. Ventilen monteras normalt mellan turbons kompressordel och wastegate. På så sätt stryps luftflödet, enligt önskad justering, mellan de båda komponenterna och därmed "luras" turboladdaren att trycka in mera luft i insuget, vilket ger ökad motoreffekt.
En nackdel med turbodrift är värmeutvecklingen som sker i turboaggregatet, dels genom avgaserna som kan ha temperaturer på 800 °C och dels genom luften som blir varm när den komprimeras. Därför passerar luften en så kallad intercooler eller laddluftkylare, som sitter monterad efter turbon för att sänka inloppsluftens temperatur. Detta motverkar spikningar och höjer motorns verkningsgrad. Den sänkta temperaturen gör även att luften tar mindre plats och man kan då få in ännu mera luft i motorn.
Värmen är också ett problem för turbons smörjning. Turbon varvar upp till, och i vissa fall över, 200 000 rpm vilket inga kullager klarar av, och därför är axeln lagrad med ett glidlager som smörjs med motorolja. Oljan kan dock koka - om turbon inte kyls ordentligt - vilket leder till haveri. Därför kyls turbon både med oljan och vatten från motorns kylsystem. SAAB använde luftkylda turboaggregat i början vilket ofta ledde just till haveri. Detta kan nog anses vara en av de "barnsjukdommar" som tidiga turbomotorer till personbilar led av tillsammans med en stor fördröjning i turbon, trots wastegateventilens intåg.
När man varvar en turbomotor, så laddtryck byggs upp, och sedan släpper gasen (stänger gasspjället) för till exempel växling, har luftströmmen som turbon genererar ingenstans att ta vägen, utan studsar mot gasspjället, ger en tryckstöt tillbaka mot turbon och bromsar ner turbinen kraftigt. En nerbromsad turbin innebär i sin tur att turbinen behöver varva upp igen för att leverera önskat laddtryck vilket kan betyda försämrad motorrespons. Långsiktigt är detta inte bra för turbon och därför sitter det ofta en avlastningsventil monterad på något tryckrör efter turbon som släpper ut den luft som annars hade bromsat turbon. Normalt är denna återcirkulerande och leder tillbaka luften till insugsröret mellan luftfiltret och turbon. På senare tid har det dock blivit populärt att montera en så kallad öppen dumpventil, som släpper ut denna luft i atmosfären med ett ljudligt "pys"-ljud, eller ett visslande ljud.
Vissa turboaggregat, främst små lättdrivna aggregat där tryckpulsen inte blir så kraftig, saknar avlastningsventil.
|
|||||
