Beth yw turbocharger?

O ran cyfuno perfformiad â llai o ddefnydd o danwydd, mae peirianwyr bron yn cael eu gorfodi i ddewis injan turbo.

Y tu allan i awyr denau'r byd supercar, lle mae Lamborghini yn dal i fynnu mai peiriannau â dyhead naturiol yw'r ffordd lanaf a mwyaf Eidalaidd o hyd i gynhyrchu pŵer a sŵn, mae dyddiau ceir di-turbocharged yn dod i ben.

Mae'n amhosibl, er enghraifft, cael Volkswagen Golf â dyhead naturiol. Ar ôl Dieselgate, wrth gwrs, mae hyn yn annhebygol o fod o bwys, oherwydd nid oes unrhyw un eisiau chwarae golff mwyach.

Fodd bynnag, erys y ffaith bod ceir dinas, ceir teulu, twristiaid mawreddog a hyd yn oed rhai supercars yn gadael y llong o blaid dyfodol sgwba. O'r Ford Fiesta i'r Ferrari 488, mae'r dyfodol yn perthyn i ymsefydlu gorfodol, yn rhannol oherwydd deddfau allyriadau, ond hefyd oherwydd bod y dechnoleg wedi datblygu gan lamau a therfynau.

Mae'n achos o economi tanwydd injan fach ar gyfer gyrru llyfn a phŵer injan fawr pan fyddwch ei eisiau.

O ran cyfuno perfformiad uwch â defnydd llai o danwydd, mae peirianwyr bron yn cael eu gorfodi i ddylunio eu peiriannau diweddaraf gyda thechnoleg turbocharged.

Sut gall turbo wneud mwy gyda llai?

Mae'r cyfan yn dibynnu ar sut mae'r injans yn gweithio, felly gadewch i ni siarad ychydig am y dechneg. Ar gyfer peiriannau gasoline, mae'r gymhareb aer-danwydd 14.7:1 yn sicrhau hylosgiad cyflawn o bopeth yn y silindr. Mae unrhyw fwy o sudd na hyn yn wastraff tanwydd.

Mewn injan â dyhead naturiol, mae'r gwactod rhannol a grëir gan y piston disgynnol yn tynnu aer i mewn i'r silindr, gan ddefnyddio'r pwysau negyddol y tu mewn i dynnu aer i mewn trwy'r falfiau cymeriant. Mae'n ffordd hawdd o wneud pethau, ond mae'n gyfyngedig iawn o ran cyflenwad aer, fel person ag apnoea cwsg.

Yn yr injan turbocharged, mae'r llyfr rheolau wedi'i ailysgrifennu. Yn hytrach na dibynnu ar effaith gwactod piston, mae injan turbocharged yn defnyddio pwmp aer i wthio aer i mewn i silindr, yn union fel mwgwd apnoea cwsg yn gwthio aer i fyny'ch trwyn.

Er y gall turbochargers gywasgu aer hyd at 5 bar (72.5 psi) uwchlaw pwysau atmosfferig safonol, mewn ceir ffordd maent fel arfer yn gweithredu ar bwysau mwy hamddenol o 0.5 i 1 bar (7 i 14 psi).

Y canlyniad ymarferol yw bod yr injan, ar 1 bar o bwysau hwb, yn derbyn dwywaith cymaint o aer â phe bai'n cael ei allsugnu'n naturiol.

Mae hyn yn golygu y gall yr uned rheoli injan chwistrellu dwywaith cymaint o danwydd tra'n cynnal cymhareb aer-danwydd delfrydol, gan greu ffrwydrad llawer mwy.

Ond dim ond hanner triciau'r turbocharger yw hynny. Gadewch i ni gymharu injan 4.0-litr â dyhead naturiol ac injan turbocharged 2.0-litr gyda phwysedd hwb o 1 bar, gan dybio eu bod fel arall yn union yr un fath o ran technoleg.

Mae'r injan 4.0-litr yn defnyddio mwy o danwydd hyd yn oed yn segur ac o dan lwyth injan ysgafn, tra bod yr injan 2.0-litr yn defnyddio llawer llai. Y gwahaniaeth yw y bydd injan wedi'i wefru gan dyrbo yn defnyddio'r aer a'r tanwydd mwyaf posibl wrth throtl agored eang - dwywaith cymaint ag injan allsugnedig naturiol o'r un dadleoliad, neu'n union yr un fath â 4.0-litr a allsugnwyd yn naturiol.

Mae hyn yn golygu y gall yr injan turbocharged redeg yn unrhyw le o 2.0 litr prin i bedwar litr pwerus diolch i anwythiad gorfodol.

Felly mae'n achos o economi tanwydd injan fach ar gyfer gyrru ysgafn a phŵer injan fawr pan fyddwch ei eisiau.

Pa mor smart yw hynny?

Fel sy'n gweddu i fwled arian peirianneg, mae'r turbocharger ei hun yn ddyfeisgar. Pan fydd yr injan yn rhedeg, mae'r nwyon gwacáu yn mynd trwy'r tyrbin, gan achosi iddo droelli ar gyflymder anhygoel - fel arfer rhwng 75,000 a 150,000 gwaith y funud.

Mae'r tyrbin wedi'i folltio i'r cywasgydd aer, sy'n golygu po gyflymaf y mae'r tyrbin yn troelli, y cyflymaf y mae'r cywasgydd yn troelli, gan sugno awyr iach a'i orfodi i mewn i'r injan.

Mae'r turbo yn gweithio ar raddfa symudol, yn dibynnu ar ba mor galed rydych chi'n pwyso'r pedal nwy. Yn segur, nid oes digon o nwy gwacáu i godi'r tyrbin i unrhyw gyflymder ystyrlon, ond wrth i chi gyflymu, mae'r tyrbin yn troelli ac yn rhoi hwb.

Os byddwch yn gwthio gyda'ch troed dde, cynhyrchir mwy o nwyon gwacáu, sy'n cywasgu'r uchafswm o awyr iach i'r silindrau.

Felly beth yw'r dalfa?

Mae yna, wrth gwrs, nifer o resymau pam nad ydym ni i gyd yn gyrru ceir â thwrboeth am flynyddoedd, gan ddechrau gyda chymhlethdod.

Fel y gallwch ddychmygu, nid yw'n hawdd adeiladu rhywbeth a all droelli ar 150,000 RPM ddydd ar ôl dydd am flynyddoedd heb ffrwydro, ac mae angen rhannau drud arno.

Mae tyrbinau hefyd angen cyflenwad olew a dŵr pwrpasol, sy'n rhoi mwy o straen ar systemau iro ac oeri'r injan.

Wrth i'r aer yn y turbocharger gynhesu, roedd yn rhaid i weithgynhyrchwyr hefyd osod rhyng-oeryddion i ostwng tymheredd yr aer sy'n mynd i mewn i'r silindr. Mae aer poeth yn llai dwys nag aer oer, gan negyddu manteision turbocharger a gall hefyd achosi difrod a tanio cynamserol i'r cymysgedd tanwydd/aer.

Wrth gwrs, gelwir y diffyg mwyaf gwaradwyddus o wefru tyrbo. Fel y dywedwyd, mae angen i chi gyflymu a chreu gwacáu i gael y turbo i ddechrau cynhyrchu pwysau hwb ystyrlon, a oedd yn golygu bod ceir turbo cynnar fel switsh oedi - dim byd, dim byd, dim byd, POPETH.

Mae datblygiadau amrywiol mewn technoleg turbo wedi amharu ar y gwaethaf o nodweddion araf Saabs a Porsches â thyrbo-wefru cynnar, gan gynnwys asgelloedd y gellir eu haddasu yn y tyrbin sy'n symud yn seiliedig ar bwysau gwacáu, a chydrannau ysgafn, ffrithiant isel i leihau syrthni.

Dim ond mewn raswyr F1 y gellir dod o hyd i'r cam mwyaf cyffrous ymlaen mewn turbocharging - o leiaf am y tro - lle mae modur trydan bach yn cadw'r turbo yn troelli, gan leihau'r amser y mae'n ei gymryd i'w droelli.

Yn yr un modd, ym Mhencampwriaeth Rali'r Byd, mae system o'r enw gwrth-lag yn gollwng y cymysgedd aer/tanwydd yn syth i'r gwacáu cyn y turbocharger. Mae gwres manifold gwacáu yn achosi iddo ffrwydro hyd yn oed heb plwg gwreichionen, gan greu nwyon gwacáu a chadw'r turbocharger i ferwi.

Ond beth am turbodiesels?

O ran tyrbo-wefru, mae disel yn frid arbennig. Mae hwn yn achos llaw yn llaw mewn gwirionedd, oherwydd heb anwythiad gorfodol, ni fyddai peiriannau diesel byth mor gyffredin ag y maent.

Gall disel â dyhead naturiol ddarparu trorym pen isel gweddus, ond dyna lle mae eu doniau'n dod i ben. Fodd bynnag, gyda sefydlu gorfodol, gall disel fanteisio ar eu trorym a mwynhau'r un buddion â'u cymheiriaid gasoline.

Mae'r peiriannau diesel yn cael eu hadeiladu gan Tonka Tough i drin y llwythi a'r tymereddau enfawr sydd ynddynt, sy'n golygu eu bod yn gallu ymdopi'n hawdd â phwysau ychwanegol turbo.

Mae pob injan diesel - sy'n cael ei allsugno'n naturiol ac wedi'i gwefru'n fawr - yn gweithredu trwy losgi tanwydd mewn aer dros ben mewn system hylosgi darbodus fel y'i gelwir.

Yr unig amser y daw injans disel â dyhead naturiol yn agos at y cymysgedd aer/tanwydd "delfrydol" yw'r sbardun llawn pan fydd y chwistrellwyr tanwydd yn llydan agored.

Oherwydd bod tanwydd disel yn llai cyfnewidiol na gasoline, pan gaiff ei losgi heb lawer o aer, cynhyrchir llawer iawn o huddygl, a elwir hefyd yn gronynnau disel. Trwy lenwi'r silindr ag aer, gall turbodiesels osgoi'r broblem hon.

Felly, er bod turbocharging yn welliant anhygoel ar gyfer peiriannau gasoline, mae ei fflip gwirioneddol yn arbed yr injan diesel rhag dod yn grair myglyd. Er y gall "Dieselgate" mewn unrhyw achos achosi hyn i ddigwydd.

Sut ydych chi'n teimlo am y ffaith bod turbochargers yn canfod eu ffordd i mewn i bron bob cerbyd pedair olwyn? Dywedwch wrthym yn y sylwadau isod.