AUTORIDE | Web o autech od autíčkářů

Typy turbodmychadel: Turbo, Twin turbo, Twin-scroll, znáš všechny?

Publikováno
Článek byl automaticky přeložen z autoride.sk (link na originál)

Turbo, Twin turbo, Bi-turbo, Twin-scroll nebo elektrické turbodmychadlo? Které z nich je nejlepší a jaké jsou jejich výhody či nevýhody?

Na všechny zmíněné typy turbodmychadel se podíváme v tomto článku a povíme si něco o jejich konstrukci.

Obsah

K čemu slouží turbodmychadlo?

Turbodmychadlo nebo také hovorově řečeno turbo je zařízení, které zvyšuje výkon spalovacího motoru tak, že násilím vhání vzduch do spalovací komory.

Zvýšení výkonu spočívá v tom, že motor dostává ze stejného objemu vzduchu mnohem více molekul kyslíku, neboť vzduch je stlačený a díky tomu je směs výbušnější.

Turbodmychadlo: K čemu slouží, jaké má výhody a co je to turbolag?

Souvisejíci článek - Turbodmychadlo: K čemu slouží, jaké má výhody a co je to turbolag?

Motor přeplňovaný turbodmychadlem tedy snáze akceleruje, má vyšší výkon ak tomu všemu nespotřebuje více paliva než atmosférický motor. Turbodmychadlo je poháněno výfukovými plyny, což znamená, že využívá energii, která by jinak byla promarněna.

Pohon turbodmychadla pomocí výfukových plynů je velmi efektivní, protože turbo tak neodebírá energii z motoru narozdíl od kompresoru, který je poháněn mechanicky silou motoru.

Z čeho se skládá turbodmychadlo?

Hlavní částí turbodmychadla je turbína neboli vrtulka. Ta se dokáže točit rychlostí až 300 000 ot/min a má největší vliv na některé výkonové charakteristiky turbodmychadla. Rozměr turbíny totiž určuje množství vzduchu, které bude proudit do motoru. Obecně platí, že čím větší je turbína, tím větší je kapacita proudění vzduchu.

Výkon turbodmychadla je úzce spojen s jeho velikostí. Velká turbodmychadla potřebují větší tlak výfukových plynů, což způsobuje při nízké rychlosti turbolag. Malá turbodmychadla se rychle otáčejí, ale nemusí mít při vysoké akceleraci stejný výkon.

Turbolag: O co jde a jak jej eliminovat?

Souvisejíci článek - Turbolag: O co jde a jak jej eliminovat?

Pro efektivní kombinování výhod velkých a malých turbodmychadel se používají různé variace turbodmychadel.

Single turbodmychadlo - Nejjednodušší typ turbodmychadla

Toto jednoduché turbodmychadlo se používalo již v dobách, kdy bylo přeplňování tak říkajíc v plenkách. Jednoduché turbodmychadlo však má z hlediska naladění motoru určité limity.

Jak již bylo zmíněno, turbodmychadlo je poháněno výfukovými plyny. Malé turbodmychadlo má nízkou setrvačnost a tak k roztočení turbíny stačí v podstatě jen malé množství energie z výfukových plynů.

Výkon a točivý moment motoru: Který z těchto parametrů je důležitější?

Souvisejíci článek - Výkon a točivý moment motoru: Který z těchto parametrů je důležitější?

Motor s takovým turbodmychadlem poskytuje vysokýtočivý moment již ve velmi nízkých otáčkách, takže vyniká pružností již ve spodních otáčkách. Ve vysokých otáčkách však sílu nemá, protože turbína by se chtěla otáčet rychleji, ale dosahuje svých maximálních otáček dané konstrukcí.

Malé turbodmychadlo tedy dosáhne svých maximálních otáček při nižších otáčkách motoru než větší turbo. Naopak velké turbodmychadlo pracuje až ve vysokých otáčkách motoru. To znamená, že čím vyšší otáčky motor má, tím vyšší je jeho výkon.

Motor s takovým typem turbodmychadla tedy jde do určitých otáček stejně jako nepřeplňovaný agregát. Když však překročí určité pásmo otáček, projeví se velmi prudkým a razantním nástupem a tahem.

Výhody:

  • Cena

  • Spolehlivost

  • Jednoduchá konstrukce

Nevýhody:

  • Značný turbo lag

  • Kompromis mezi výkonem a pružností motoru

Turbo s variabilní geometrií lopatek

Turbodmychadla s variabilní geometrií používají pohyblivé lopatky k nastavení průtoku vzduchu do turbíny, napodobují tak turbodmychadlo optimální velikosti v celé výkonové křivce. Výsledkem je turbodmychadlo bez pozorovatelného turbolagu.

Tento typ turbodmychadla se však používá výhradně u vznětových motorů. Důvodem je totiž náchylnost mechanismu lopatek na vysoké teploty. Jen pro ozřejmění, teplota výfukových plynů zážehových motorů je io několik stovek stupňů vyšší, než u vznětových motorů.

Turbodmychadlo s variabilní geometrií lopatek

Souvisejíci článek - Turbodmychadlo s variabilní geometrií lopatek

I v tomto případě však existují výjimky a tak se můžeš setkat s takovým typem turbodmychadla i při zážehovém motoru.

Výhody:

  • Pracuje v širokém spektru otáček motoru

  • Cena je srovnatelná s cenou jednoduchého turbodmychadla

Nevýhody:

  • Nižší spolehlivost oproti jednoduchému turbodmychadlu

  • Určeno primárně pro vznětové motory (u zážehových motorů toto řešení vyžaduje použití drahých, odolnějších materiálů)

Bi-turbo, Twin-turbo

Twin-turbo nebo Bi-turbo jsou dvě turbodmychadla pracující buď paralelně (společně) nebo sekvenčně (samostatně). V paralelní konfiguraci jsou obě turbodmychadla stejně velká, přičemž jedno turbo je poháněno jednou polovinou a druhé druhou polovinou výfukových plynů z motoru a obě pracují najednou. S takovým řešením se můžeš setkat zejména u víceválcových motorů.

Malá turbodmychadla mají nízkou setrvačnost a tak k roztočení turbíny stačí v podstatě jen malé množství energie z výfukových plynů, proto se často používají dvě malá turbodmychadla namísto dvou velkých.

V sekvenční konfiguraci, která se využívá častěji, běží menší turbodmychadlo při nízkých otáčkách, ve středních běží obě a při vyšších předem stanovených otáčkách motoru pracuje už jen velké turbodmychadlo samostatně.

Sekvenčně pracující turbodmychadla splňují jak nároky na vysoký výkon, tak i nároky na pružnost motoru v nízkých otáčkách. Tato konstrukce však vyžaduje složité sady potrubí pro napájení obou turbodmychadel.

Výhody:

  • Splňují nároky na vysoký výkon, ale i nároky na pružnost motoru v nízkých otáčkách

  • Eliminují turbo lag

Nevýhody:

  • Vysoká cena

  • Složitá konstrukce

  • Vyšší náklady na servis

Twin-scroll turbodmychadlo

Tento typ turbodmychadla má v turbínové části dva kanály pro přívod výfukových plynů. K jednomu i druhému kanálu Twin-scroll turba vedou výfukové svody z válců tak, aby podtlak neubíral energii výfukovým plynem jednoho válce, zatímco se výfukový ventil jiného válce ještě nezavřel, ale jeho sací ventil se již začal otevírat.

Twin-scroll turbo: Jaké jsou jeho výhody a nevýhody?

Souvisejíci článek - Twin-scroll turbo: Jaké jsou jeho výhody a nevýhody?

Pokud je zapalování ve válcích v pořadí 1-3-4-2, povedou do jednoho kanálu svody z válců 1 a 4 a do druhého kanálu svody z válců 2 a 3. V takovém případě nedojde k úbytku energie výfukových plynů, protože válec 3, který by ubíral energii výfukovým plynem z válce 1, není napojen na stejné potrubí.

Nevýhodou u Twin-scroll turbodmychadla je jeho náročná konstrukce výfukových svodů, ale i to, že je třeba mít sudý počet válců, aby do každého kanálu proudily výfukové plyny ze stejného počtu válců.

Výhody:

  • Cena podobná jako u jednoduchého turbodmychadla

  • Účinnost podobná jako u twin turbodmychadla

  • Spolehlivost

Nevýhody:

  • Náročná konstrukce výfukových svodů

  • Obtížné konstrukční řešení u motorů s vyšším počtem válců

Elektrické turbodmychadlo

Ve skutečnosti se nejedná o turbo ale o elektrický kompresor. Tento typ turbodmychadla nepotřebuje ke svému pohonu energii z výfukových plynů, protože k pohonu používá elektromotor a speciální akumulátor. Díky tomu má elektrické turbo několik předností. Asi největší je úplná eliminace turbolagu.

Elektrické turbodmychadlo totiž dokáže regulovat otáčky své turbíny tak, že změní otáčky elektromotoru. Tento typ turba tedy nepotřebuje žádná dodatečná zařízení jako blow off ventil, wastegate či variabilní lopatky pro regulaci turbolagu.

Elektrické turbo: Jedná se o turbodmychadlo nebo o kompresor?

Souvisejíci článek - Elektrické turbo: Jedná se o turbodmychadlo nebo o kompresor?

Toto turbodmychadlo se však k přeplňování motoru nevyužívá samostatně. Při vysokých otáčkách motoru by totiž energie ze speciálního akumulátoru nestačila k tomu, aby dokázala roztáčet turbínu dostatečnou rychlostí. Při použití silnějšího akumulátoru nebo většího množství takových akumulátorů by zase cena elektrického turba přesáhla cenu celého automobilu.

Právě proto pracuje elektrické turbodmychadlo jen při nízkých a středních otáčkách motoru a při vysokých otáčkách se vypne a přenechá funkci přeplňování klasickému turbodmychadlu.

Výhody:

  • Úplná absence turbolagu

  • Nepotřebuje dodatečné zařízení k regulaci plnícího tlaku

  • Nepodléhá vysokému tepelnému zatížení

Nevýhody:

  • Vysoká cena

  • Otázka spolehlivosti

  • Vyžaduje speciální akumulátor, který toto "turbo" napájí