Turbodúchadlá vs. Superchargery: Váš úvod do nútenej indukcie

Turbodúchadlá sú všade. V skutočnosti takmer každá automobilka ponúka motory s turbodúchadlom. Ako však tieto malé prostriedky na zvýšenie výkonu fungujú a prečo sú také populárne?

Riaditeľ

Turbodúchadlá aj kompresory v podstate fungujú tak, že dodávajú viac vzduchu do motora. Kyslík je jednou nohou spaľovacej pyramídy spolu s palivom a zdrojom vznietenia – známym ako „iskra“. Pre Aby spaľovanie prebiehalo čo najefektívnejšie, musí existovať starostlivá rovnováha medzi kyslíkom, palivom a iskra.

Nájsť túto rovnováhu bol dlho problém pre konštruktérov motorov. Väčšinu histórie vnútorného spaľovania spočíval problém v dodávke dostatočného množstva paliva. Vďaka nedávnemu vývoju supervysokotlakového priameho vstrekovania paliva je to v podstate vyriešené. Teraz ide o to zabezpečiť dostatok vzduchu, aby motor mohol dýchať.

Skutočne vysokovýkonný motor bude musieť každú minútu nasať vzduch v hodnote približne detskej izby – pomyslite si Dodge Hellcat. Fyzikálne zákony to zvyčajne nedovoľujú, pretože jediná sila, ktorá ťahá vzduch do motora, je nízka tlak vytvorený pri stiahnutí valcov motora – presne ako to, čo sa stane, keď sa piest stiahne späť na a striekačka.

Táto sila jednoducho nie je dostatočne silná, aby držala krok s množstvom paliva, ktoré môžu moderné motory vstreknúť do svojich valcov. Turbodúchadlá aj kompresory sa to pokúšajú riešiť procesom nazývaným nútená indukcia, čo je famózny výraz pre vháňanie väčšieho množstva vzduchu do motora. Každý to robí rôznymi spôsobmi, aj keď s rôznymi výhodami a nevýhodami.

Turbodúchadlá

Najbežnejšou formou nútenej indukcie sú turbodúchadlá. Výrobcovia automobilov ich milujú, pretože aspoň teoreticky môžu byť použité na zlepšenie výkonu aj hospodárnosti.

Zdalo by sa, že všetko, čo dokáže, musí byť neuveriteľne zložité, ale turbá sú v skutočnosti klamlivo jednoduché. Pod ich zvláštne vodne vyzerajúcimi škrupinami sú turbodúchadlá v podstate dvojica ventilátorov spojených nápravou.

Horúci výfuk motora roztáča prvý ventilátor, ktorý zase poháňa druhý, ktorý sa používa na stlačenie vzduchu. Tento stlačený vzduch je potom tlačený späť do motora. Ako je uvedené vyššie, tento pridaný vzduch znamená, že sa môže vstreknúť viac paliva a že akékoľvek palivo, ktoré tam je, môže byť úplnejšie spálené.

Z hľadiska výkonu sú výhody jasné. Turbodúchadlá zvýšili objem vzduchu, čo umožnilo použiť viac paliva v každom spaľovacom cykle, čo vedie k vyššiemu výkonu. V podstate to umožňuje malému motoru predstierať, že je oveľa väčší.

Pokiaľ ide o efektivitu, výhody preplňovania turbodúchadlom sú o niečo ťažšie pochopiteľné. Na začiatok môžu turbodúchadlá ponúknuť určité výhody. Turbodúchadlá môžu pomôcť zlepšiť účinnosť tým, že zabezpečia dostatok vzduchu na to, aby bolo každé spaľovanie dokončené. Môžu tiež pomôcť zlepšiť termodynamickú účinnosť motora zvýšením jeho prevádzkovej teploty. Najlepšie zo všetkého je, že keďže turbá sú poháňané v podstate „bezplatnou“ energiou (výfukové plyny motora), ich prítomnosť vôbec nepoškodzuje účinnosť.

Skutočný dôvod, prečo automobilky milujú turbodúchadlá, súvisí menej s inžinierstvom a viac s ľudským správaním. Priemerný vodič používa plný plyn menej ako jedno percento času. Vo veľkom motore s prirodzeným nasávaním to znamená, že sa stratí veľa energie, zatiaľ čo samotná veľkosť motora stále znižuje účinnosť.

Naproti tomu turbodúchadlá sú poháňané výfukovými plynmi motora, ktorých sa produkuje v dostatočnom množstve len vtedy, keď motor tvrdo pracuje. To znamená, že keď vodič netlačí plyn tvrdo, turbodúchadlo nepridáva viac vzduchu a motor nepridáva viac paliva. Jedným zo spôsobov, ako uvažovať o turbodúchadle, je vytvoriť motor, ktorý môže byť taký veľký alebo malý, ako si situácia vyžaduje.

To je teoreticky skvelé, pretože auto má potenciál byť efektívne a zároveň výkonné. Realita, ako to často býva, nie je taká ružová. Od turbodúchadlom preplňovaných motorov možno očakávať, že dodajú buď výkonové údaje, alebo údaje o hospodárnosti, ale nie oboje súčasne. Jazdite na plný plyn na aute s turbodúchadlom a spotreba paliva nebude o nič lepšia ako pri aute s väčším motorom. Jazdite pomaly a turbo sa jednoducho nepoužíva.

Takže asi najlepší spôsob, ako si predstaviť turbodúchadlá, je poskytnúť vodičom flexibilitu. Môžu si vybrať, ako efektívne chcú byť a koľko zábavy chcú zažiť. Bohužiaľ, turbá nie sú magické, takže nemôžu vždy poskytnúť oboje súčasne.

Preplňovače

Kompresory môžu fungovať na rovnakom princípe ako turbodúchadlá, sú však o niečo komplikovanejšie.

Namiesto toho, aby boli kompresory poháňané výfukovými plynmi, sú poháňané mechanicky. Kompresory sú zvyčajne spojené s kľukovým hriadeľom motora pomocou reťaze alebo remeňa. Výkon motora sa potom využíva na pohon jedného z dvoch typov kompresorov.

Väčšina kompresorov používa nejakú variáciu dúchadla typu „Roots“. Tieto kompresory používajú na stlačenie vzduchu dva prekrývajúce sa rotory. Rootsov dizajn je relatívne jednoduchý a dá sa vyrobiť podľa širokej škály špecifikácií. Pokročilé kompresory vyrobené Etonom možno nájsť na širokej škále vozidiel, ako je napríklad odchádzajúci Cadillac CTS-V a Audi S4.

Menej bežným dizajnom je obežné koleso „Lysholm“. Tento dizajn tlačí vzduch medzi dve prekrývajúce sa Archimedove skrutky, čím ho stláča na ohromne vysoké tlaky. Kompresory s obežným kolesom sú účinné a dodávajú výkon v širokom rozsahu otáčok motora, ale ich výroba je nákladná. Dvojité skrutky musia dokonale zapadať, čo si vyžaduje neuveriteľne jemné výrobné tolerancie. Z tohto dôvodu sa kompresory Lysholm zvyčajne nachádzajú vo veľmi výkonných aplikáciách, ako sú automobily Mercedes AMG alebo Dodge Hellcats.

V oboch prípadoch poskytujú kompresory niekoľko dôležitých výhod v porovnaní s turbodúchadlami poháňanými výfukovými plynmi. Kompresory nemajú oneskorenie, pretože sú poháňané priamo hnacím hriadeľom. Toto je obzvlášť dôležité pri nízkootáčkových motoroch s veľkým objemom, a preto sú vysokovýkonné americké osemvalce často preplňované namiesto turbodúchadla.

Kompresory tiež poskytujú krútiaci moment v širšom rozsahu otáčok motora, čím sú atraktívne z hľadiska výkonu.

Bohužiaľ, existujú aj nevýhody. Kompresory bývajú mechanicky zložitejšie ako turbodúchadlá, kvôli ich priamemu spojeniu s motorom. Jednoducho povedané, kompresory využívajú energiu na vytváranie energie. Sú tiež veľké, ťažké a vo všeobecnosti je potrebné ich namontovať priamo na motor, čo je vážny problém pre moderné automobilky, pre ktoré je priestor na prvom mieste.

Na rozdiel od turbodúchadiel kompresory znižujú účinnosť motora, pretože kompresor neustále využíva časť výkonu motora na otáčanie. Keď nie je potrebný veľký výkon, táto energia sa v podstate míňa. To je dôvod, prečo sa kompresory zriedka – ak vôbec niekedy – nachádzajú mimo výkonových aplikácií.

Záver

Každý, kto si v najbližších rokoch kúpi auto, bude pravdepodobne čeliť voľbe, či si zaobstarať model s turbodúchadlom alebo nie. Jednoduchá odpoveď neexistuje. Stojí však za zmienku, že hoci ponúkajú veľké množstvo výhod, najmä pokiaľ ide o výkon, nie vždy splnia svoj prísľub účinnosti.

Turbodúchadlá síce nie sú striebornou guľkou, no môžu byť výborným kompromisom. Ponúkajú dodatočný výkon, keď je to potrebné – alebo len chcené – a zároveň dokážu udržať mpg pri normálnej jazde. Na druhej strane kompresory sú o výkone 24/7.

Pre kupujúcich, ktorí chcú zažiť veľký objemový výkon V8, je kompresor vynikajúcou voľbou. Na chvíľu sa zamyslite nad tým, že niektoré z najzaujímavejších áut tohto roka prichádzajú s veľkými ventilátormi: nové Cadillac CTS-V, Corvette Z06a mocní Dodge Hellcats.

V konečnom dôsledku rozhodnutie o kúpe turbodúchadla, kompresora alebo žiadneho z nich bude závisieť od auta a štýlu jazdy kupujúceho. Bez ohľadu na to má nútená indukcia veľa čo ponúknuť pre takmer akýkoľvek typ vodiča.

Odporúčania redaktorov

• Tesla Destination Chargers vs. Superchargery: Aký je rozdiel?