A turbófeltöltés elve

Egy belső égésű motor teljesítménye attól a levegő és megfelelő üzemanyag-mennyiségtől függ, amely az égetéshez a motorban rendelkezésre áll. Amennyiben a motor teljesítményét növelni szeretnénk, úgy több levegőt és üzemanyagot kell bevezetnünk.

Szívómotoroknál a teljesítményt úgy tudjuk növelni, hogy megnöveljük a lökettérfogatot, vagy emeljük a fordulatszámot. A lökettérfogat emelésével ill. új hengerek beiktatásával természetesen nagyobb, nehezebb, és drágább motorokra van szükség. A fordulatszám megemelése pedig műszaki problémák sorát hozza magával, mert ez nagyobb terhelést jelent az összes alkatrészre.

Mégis lehetséges azonban a teljesítmény növelése, egyszerűen a hengerek feltöltésével fokozni. Ez azt jelenti, hogy a hengerekbe bejuttatott levegőt, előzőleg már sűrítjük. Ezáltal ugyanakkora hengerűrtartalom, és azonos fordulatszám mellett, sokkal nagyobb specifikus teljesítmény lehetséges.

Megkülönböztetünk különféle feltöltési elveket:

mechanikusan meghajtott kompresszorok

A mechanikus feltöltésnél a nyomást, a forgattyús tengely által meghajtott kompresszorral juttatjuk a motorba, azaz mechanikus összeköttetés van a motor és a feltöltő között.

nyomáshullám feltöltés

A nyomáshullám feltöltésnél az energiát a sűrítésre, közvetlenül a kipufogógázból vesszük, de a szerkezet pótlólagosan, egy mechanikus meghajtást is igényel. ( Pl.: Mazda Komprex )

kipufogó gázfeltöltés

A kipufogógáz feltöltésnél, a kipufogó gázok szállítják az energiát a kompresszor üzemeltetéséhez, így csak áramlástechnikai összeköttetés van a motor és a turbó között.

Egy kis történelem

A turbófeltöltés elméletét, már 1905-ben fejlesztette ki egy Büchi nevű mérnök. De csak az utóbbi évtizedekben lett ez a megoldás szériaérett , és került alkalmazásra a motorépítésben.

Működés közben

Általánosságban egy turbófeltöltő, egy kompresszorból és egy egyfokozatú turbinából áll, amelyek merev tengellyel vannak összekötve. Ezáltal minden esetben ugyanazzal a sebességgel és ugyanabban az irányban forognak. A kipufogógázok mikor elhagyják az égésteret bizonyos túlnyomásuk, és hőmérsékletük van ( 700-800 C° ), azaz energiát tartalmaznak, amit a kompresszor meghajtására fordíthatunk.

A turbinaház kialakítása, és formája gondoskodik arról, hogy ez az energia kinetikus mozgási energiává alakuljon át. A gázok rendkívüli mértékben felgyorsulnak, és igen nagy sebességgel a turbinalapátoknak ütköznek. Ezáltal megforgatva a turbina tengelyét.

A forgás következtében a kompresszor friss levegőt szív be, és összesűrítve a motorba pumpálja azt. A nyomás alatt lévő levegőhöz többlet üzemanyagot adunk, és az égést követően magas teljesítmény leadásra serkenthető a motor. Így az égés hatásfoka saját magától emelkedik, és a motor gazdaságosabban üzemel.

A turbó fordulatszáma nem függ a motor fordulatszámától, hanem a motor által leadott teljesítménytől és terheléstől függ. Egy olyan feltöltőnél, aminél nem alkalmaznak töltőnyomás szabályzást, ott a turbina által leadott teljesítmény azonos a motor kipufogógázának energiájával, így túl magas töltőnyomáshoz vezet.

Olyan motoroknál, amelyek magas fordulaton dolgoznak, alkalmaznak olyan megoldásokat, hogy a töltőnyomást szabályozzák. A jó teljesítmény-leadás érdekében, olyan szűk turbinaházat alkalmaznak, ami már alacsony motorfordulattól magas töltőnyomást eredményez. Ezért a motor magas fordulatszám-tartományában kritikus lenne a töltőnyomás értéke. Ennek elkerülés érdekében egy megkerülő rendszert építenek be a turbinaházba. Amin keresztül elvezethető a kipufogógáz, ezzel tehermentesítve a turbó tengelyét.

A kipufogógáz elvezetése következtében csökken a turbó fordulatszáma, és ezzel arányosan a töltőnyomás is. Ennek a rendszernek a szabályzása történhet mechanikusan (nyomás), elektro-pneumatikusan (vákuum), és elektronikus úton.