GBR. 65Cara Kerja

Turbocharger: simulator interaktif langkah demi langkah

Pada model mesin 2,0 liter ini, sebuah poros yang berputar 142.000 rpm memasukkan hampir dua kali lipat udara ke setiap silinder.

Turbocharger: simulator interaktif langkah demi langkah
Memuat model

Perangkat ini tidak dapat menampilkan model 3D. Langkah-langkah panduan di bawah dapat dibaca sebagai teks.

1 / 8 Turbo pada mesin empat silinderTurbo di antara mesin dan intercooler dibelah sepanjang porosnya, dan bidang merah adalah bekas potongan. Titik jingga adalah gas buang; titik biru adalah udara segar dan berubah ungu saat memanas. Angka di panel dihitung dari pengaturan di Kontrol.

Seret untuk memutar. Gulir atau cubit untuk memperbesar.

Diperbarui Sumber diperiksa
Iklan

Apa yang ditunjukkan model ini

Injak pedal gas mobil kecil bermesin turbo pada kecepatan rendah, dan selama sekitar satu detik tidak banyak yang terjadi. Lalu mobil menarik seolah mesinnya membesar. Jeda dan dorongan itu sama-sama berasal dari bagian di tengah model ini: turbocharger, kipas kecil yang digerakkan oleh gas buang mesin itu sendiri dan meniupkan udara tambahan ke dalam silinder.

Modelnya adalah mesin bensin empat silinder 2,0 liter dengan satu turbo, intercooler di depan, dan pipa-pipa yang menghubungkannya. Turbo dibelah sepanjang porosnya, dan bidang merah adalah bekas potongan. Titik jingga adalah gas buang. Titik biru adalah udara segar; titik itu berubah ungu saat udara memanas dan kembali ke biru saat udara mendingin. Titik kuning adalah oli. Panel angka menunjukkan putaran poros turbo, tekanan boost, suhu udara setelah kompresor dan setelah intercooler, udara yang masuk ke tiap silinder, dan tenaga. Semuanya dihitung dari pengaturan di Kontrol dengan rumus yang ada di bagian bawah halaman ini. Grafik di bawahnya menampilkan delapan detik terakhir, jadi Anda bisa melihat turbo menyusul saat katup gas digeser.

Angka-angkanya adalah nilai model untuk mesin bensin turbo kecil yang umum. Angka ini tidak diambil dari data pabrikan mana pun, dan bagian menjelang akhir mendaftar apa saja yang tidak dimasukkan ke model.

Mengapa mesin butuh udara yang lebih padat

Mesin bensin membakar bahan bakar dengan oksigen dari udara yang dihirupnya, dan jumlah bahan bakar yang bisa dibakar dibatasi oleh udara itu. Di pameran mesin empat langkah, setiap silinder terisi sekali tiap dua putaran poros engkol. Volume yang diisinya ditentukan oleh diameter dan langkah, jadi satu-satunya cara memasukkan lebih banyak udara adalah membuat udara lebih padat sebelum tiba.

Dalam model ini, tiap silinder dari keempatnya memiliki volume langkah setengah liter dan terisi sampai 90 persen (itulah efisiensi volumetriknya). Udara luar pada 25 °C dan tekanan normal di permukaan laut memiliki massa jenis 1,184 kg/m³, sehingga silinder yang bernapas sendiri mengambil

0,9 × 0,0005 m³ × 1,184 kg/m³ = 533 mg udara pada setiap langkah isap.

Pada 6.000 rpm, itu berarti 107 gram udara per detik untuk seluruh mesin. Bila dibakar dengan perbandingan udara-bahan bakar 14,7 dan efisiensi efektif 30 persen, bahan bakar yang bisa dibakar oleh udara itu menghasilkan 94 kW. Dengan turbo disetel pada boost satu bar dan intercooler bekerja, silinder yang sama mendapat 984 mg dan mesin menghasilkan 173 kW. Mesinnya tidak membesar; udaranya dipadatkan.

Gas buang memutar turbin, poros memutar kompresor

Gas buang yang keluar dari silinder panas dan bertekanan, dan pada mesin tanpa turbo energi itu terbuang lewat knalpot. Di sini, empat saluran manifold buang mengalirkannya ke rumah turbin, rumah keong dari besi tuang yang melingkari roda turbin satu kali dan makin menyempit. Penyempitan itu mempercepat gas dan membuatnya berpusar, lalu gas mengalir ke dalam melewati sebelas sudu roda sebelum keluar sepanjang sumbu menuju downpipe. Dorongan gas pada sudu-sudu memutar roda.

Di ujung lain poros baja yang sama terpasang roda kompresor, jadi roda ini berputar dengan kecepatan yang persis sama. Udara dari saringan masuk sepanjang sumbu, dan sudu-sudu yang melengkung melemparnya keluar di tepi. Rumah keong aluminium di sekeliling kompresor makin melebar, sehingga udara yang cepat itu melambat dan kecepatannya berubah menjadi tekanan. Pasangan gagasan yang sama, turbin yang mengambil kerja dari gas panas dan kompresor yang memberikannya ke udara dingin, juga menggerakkan mesin jet, hanya saja di sini tidak ada ruang bakar di antara keduanya; pembakaran dilakukan oleh silinder mesin.

Seberapa cepat putarannya? Garrett, salah satu pabrikan terbesar, menyebut turbo terbesarnya berputar hingga 63.000 rpm dan yang terkecil lebih dari 300.000 rpm. Roda kompresor model berdiameter 50 mm, dan untuk memberi boost satu bar roda itu harus berputar sekitar 142.000 rpm. Tepinya lalu bergerak dengan kecepatan

2π × 0,025 m × 142.300 / 60 s = 373 m/s,

lebih cepat daripada kecepatan suara di udara luar. Di layar, roda-roda berputar 2.000 kali lebih lambat daripada angka di panel.

Poros yang mengambang di atas oli

Kebanyakan turbo menopang poros dengan bus biasa dan lapisan oli, dan sebagian turbo performa tinggi memakai bantalan peluru khusus sebagai gantinya. Dalam model, selang anyaman membawa oli mesin dari saluran utama ke bagian atas rumah tengah. Oli mengisi celah di sekeliling dua bus perunggu yang mengambang di antara poros dan rumahnya, dan poros berputar di atas lapisan itu tanpa menyentuh logam. Bantalan aksial di dekat kompresor menahan dorongan sepanjang poros. Lalu oli jatuh lewat lubang pembuangan besar di bawah dan kembali ke bak oli, karena itu selang pembuangannya besar dan mengarah lurus ke bawah.

Oli juga membawa panas. Sisi turbin terendam gas buang sementara sisi kompresor menghirup udara luar, dan rumah tengah adalah jembatan di antara keduanya. Karena alasan yang sama, sebagian turbo menambahkan mantel cairan pendingin di rumah tengah agar oli tidak terlalu panas.

Memampatkan udara membuatnya panas

Pompa ban sepeda dan tabung pompanya menjadi hangat. Kompresor melakukan hal yang sama jauh lebih cepat, dan udara tidak sempat melepaskan panasnya. Untuk kompresor ideal tanpa rugi, suhu keluarnya adalah

T₂ = T₁ × PR^((γ−1)/γ),

dengan PR rasio tekanan dan γ bernilai 1,4 untuk udara. Boost satu bar di atas tekanan luar 1,013 bar berarti rasio tekanan 1,987. Mulai dari 298,15 K (25 °C):

298,15 K × 1,987^0,286 = 362,8 K, atau sekitar 90 °C.

Kompresor sungguhan membuang sebagian kerjanya sebagai panas tambahan. Model memakai efisiensi 72 persen, yang membagi kenaikan suhu:

T₂ = 298,15 × (1 + (1,2168 − 1) / 0,72) = 387,9 K, atau sekitar 115 °C.

Itulah baris "Setelah kompresor" di panel. Naikkan batas boost ke 1,5 bar dan suhunya naik menjadi 148 °C. Kerja itu butuh tenaga: 90 kJ untuk setiap kilogram udara, sekitar 18 kW pada 6.000 rpm, semuanya diambil turbin dari gas buang.

Mendinginkan muatan mengembalikan kepadatan

Udara panas adalah udara renggang. Hukum gas ideal mengaitkan ketiganya sebagai ρ = p / (R T), dengan R = 287 J/(kg·K) untuk udara. Pada boost satu bar, udara yang keluar dari kompresor bertekanan 201.325 Pa dan bersuhu 387,9 K:

ρ = 201.325 / (287,05 × 387,9) = 1,808 kg/m³.

Tekanannya hampir dua kali lipat, tetapi massa jenisnya hanya naik 1,53 kali, karena sebagian besar keuntungannya berubah menjadi panas. Udara panas yang masuk ke silinder juga membuat campuran lebih dekat ke knocking, saat bahan bakar menyala sendiri sebelum percikan busi.

Intercooler adalah radiator untuk udara masuk. Muatan mengalir lewat tabung-tabung pipih sementara aliran udara di depan mobil berembus melewati sirip di antara tabung itu. Intercooler model membuang 75 persen kenaikan suhu:

T₃ = 387,9 − 0,75 × (387,9 − 298,15) = 320,6 K, atau sekitar 47 °C.

Pada tekanan yang sama, massa jenisnya kini 201.325 / (287,05 × 320,6) = 2,188 kg/m³, 1,85 kali udara luar. Matikan intercooler di Kontrol dan tenaga pada 4.000 rpm turun dari 115 kW menjadi 95 kW tanpa perubahan boost sama sekali.

Menahan boost pada batasnya

Pada putaran mesin tinggi, gas buang jauh lebih banyak daripada yang dibutuhkan turbo. Dalam model, pada 6.000 rpm dan katup gas terbuka penuh, gas buang bisa mendorong kompresor sampai rasio tekanan sekitar 3, jauh di atas yang sanggup ditahan mesin. Katup wastegate mencegahnya. Katup ini berupa pintu kecil di dalam rumah turbin yang membuka jalan langsung ke saluran keluar, sehingga sebagian gas melewati roda turbin. Aktuator, sebuah tabung tertutup berisi pegas dan diafragma, mendorong pintu itu terbuka saat tekanan boost mencapai batas. Garrett menjelaskannya begini: pada tingkat yang sudah disetel, wastegate membuka dan membiarkan gas buang melewati turbin.

Penggeser "Batas boost" menggeser tingkat yang disetel itu. Pada 4.000 rpm pintu terbuka sekitar 16 persen; pada 6.000 rpm terbuka kira-kira setengahnya, dan panel menunjukkan boost tetap di satu bar sementara putaran mesin naik. Setel batasnya ke nol dan pintu tetap terbuka lebar; mesin lalu bernapas seperti mesin tanpa turbo dan menghasilkan sekitar 94 kW pada 6.000 rpm.

Iklan

Mengapa tenaga datang terlambat

Turbo hanya bisa berputar makin cepat secepat gas buang mendorongnya, dan saat Anda melaju dengan katup gas sedikit terbuka, gas buangnya tidak banyak. Injak pedal penuh dan mesin mula-mula hanya mendapat udara yang bisa dihirupnya sendiri. Itu memberi sedikit lebih banyak gas buang, yang memutar turbo sedikit lebih cepat, yang memberi sedikit lebih banyak boost, dan seterusnya sampai mencapai batas. Penantian itu disebut turbo lag.

Model memperlakukan putaran poros seolah naik menuju targetnya dengan jeda yang makin panjang bila gas buang makin sedikit. Pada 2.000 rpm, dari katup gas 15 persen ke terbuka penuh, poros naik dari sekitar 19.800 ke 101.600 rpm; setengah jalan setelah 0,7 detik dan 90 persen setelah 2,4 detik. Pada 3.500 rpm, langkah yang sama butuh 1,7 detik untuk mencapai 90 persen. Langkah terakhir tur menjalankan uji ini, dan grafik menunjukkan garis merah putaran poros dan garis biru boost tertinggal di belakang garis abu-abu katup gas.

Ada efek kedua yang terpisah. Pada putaran mesin rendah, gas buang tidak bisa memutar turbo cukup cepat untuk boost penuh, berapa lama pun Anda menunggu. Dalam model, katup gas penuh pada 2.000 rpm hanya memberi 0,45 bar, dan boost penuh baru datang di atas sekitar 3.500 rpm. Itulah ambang boost. Pabrikan melawan keduanya dengan roda yang lebih kecil dan ringan, rumah twin-scroll, sudu variabel di turbin, dan belakangan motor listrik pada poros.

Bedanya model ini dengan turbo sungguhan

  • Turbo digambar kira-kira sesuai skala, tetapi dinding rumah, bentuk sudu, dan jalur pipa disederhanakan.
  • Efisiensi kompresor, efektivitas intercooler, dan efisiensi volumetrik mesin adalah angka tetap. Pada mesin sungguhan nilainya berubah mengikuti aliran dan putaran, dan pabrikan menggambarkan kompresor dengan peta, bukan satu angka.
  • Sisi gas buang hanya satu rumus untuk tekanan yang bisa diberikan turbin, dan wastegate mengambil sisanya. Denyut dari tiap silinder, tekanan balik, dan suhu gas buang tidak dimodelkan.
  • Mesin membakar bahan bakarnya dengan perbandingan udara-bahan bakar tetap 14,7 dan efisiensi tetap 30 persen. Mesin turbo sungguhan memakai campuran lebih kaya pada boost penuh dan memundurkan pengapian untuk menghindari knocking.
  • Rugi tekanan di saringan, pipa, dan intercooler diabaikan, begitu pula katup blow-off yang melepaskan tekanan saat katup gas menutup.

Dari mesin kapal ke mobil bensin kecil

Paten tahun 1905 milik insinyur Swiss Alfred Büchi biasanya dianggap sebagai awal turbocharging. Brown Boveri menyelesaikan turbocharger pertamanya untuk mesin besar, VT402, pada Juni 1924, dan kapal penumpang Jerman Preussen dan Hansestadt Danzig, yang diluncurkan pada 1926, menjadi kapal pertama bermesin turbo, dibangun di bawah pengawasan Büchi. Lalu menyusul pesawat: sejak akhir 1930-an, Boeing B-17 terbang dengan turbo General Electric yang menjaga tenaga mesinnya di udara tipis pada ketinggian. Di mobil, turbo lag dan ukurannya lama menahan perkembangannya. Kini turbo adalah cara umum untuk mendapat tenaga lebih besar dari mesin yang lebih kecil, yang oleh para insinyur disebut downsizing.

Mengapa satu bar tidak tepat menggandakan jumlah udara

Pengukur boost biasanya menunjukkan tekanan di atas tekanan atmosfer, sedangkan hukum gas memakai tekanan absolut yang dihitung dari vakum. Untuk contoh yang sengaja dibulatkan, anggap atmosfer bertekanan absolut 1 bar dan suhu udara masuk tidak berubah. Boost 1 bar berarti tekanan absolut 2 bar. Dari ρ = p / (R T), tekanan absolut dua kali lipat menghasilkan massa jenis dua kali lipat, sehingga volume silinder yang sama memuat dua kali massa udara. Namun, tambahan satu bar tidak selalu menggandakan udara: dari tekanan absolut 2 bar, tambahan satu bar menghasilkan perbandingan 3 / 2.

Suhu mengubah hasilnya. Bayangkan kompresi menaikkan suhu dari 300 K menjadi 400 K sambil menggandakan tekanan absolut. Ini asumsi untuk penjelasan, bukan pengaturan model yang lain. Perbandingan massa jenis menjadi 2 × 300 / 400 = 1,50. Jika udara didinginkan menjadi 330 K pada tekanan sama, perbandingannya menjadi 2 × 300 / 330 = 1,82. Dalam perhitungan ini pendingin tidak menambah tekanan, tetapi memungkinkan lebih banyak massa menempati volume yang tersedia. Suhu harus memakai kelvin. Membagi suhu Celsius akan salah karena skala itu tidak dimulai dari nol mutlak.

Pameran memakai tekanan atmosfer 1,013 bar, bukan angka bulat 1 bar. Karena itu, boost 1 bar pada model memiliki rasio tekanan sedikit di bawah 2. Pembacaan suhu dan massa jenisnya sedikit berbeda dari contoh tadi. Intercooler nyata juga menimbulkan kehilangan tekanan, dan filter tersumbat menurunkan tekanan masuk kompresor. Panduan peta kompresor Garrett memasukkan kerugian di sisi masuk dan keluar saat menghitung rasio tekanan sebenarnya. Angka pada dasbor saja tidak dapat menunjukkan seberapa berat kompresor bekerja.

Daya juga sering disalahpahami. Tambahan oksigen memungkinkan lebih banyak bahan bakar dibakar, bukan menggantikan bahan bakar. Dengan campuran dan efisiensi tetap pada pameran, kenaikan massa udara secara proporsional menghasilkan kenaikan daya hitungan secara proporsional. Pengendali mesin nyata dapat membatasi torsi, memundurkan pengapian atau mengubah campuran. Dua mesin dengan angka boost sama dapat memiliki suhu masuk, kapasitas dan daya berbeda. Boost memberi informasi berguna, tetapi tidak langsung mengukur tenaga kuda atau keamanan mekanis.

Mengapa roda yang lebih besar tidak bisa terus dipercepat

Perhitungan kecepatan keliling sebelumnya menghubungkan pembacaan putaran poros dengan kecepatan nyata ujung sudu. Untuk roda model berdiameter 50 mm, 100.000 rpm menghasilkan sekitar 262 m/s. Pada 250.000 rpm, perhitungan sama menghasilkan sekitar 654 m/s. Ini contoh geometri dalam rentang putaran yang mungkin dijumpai pada turbo kecil, bukan titik operasi yang diizinkan untuk roda ini. Kemampuan roda nyata bertahan bergantung pada bahan, bentuk sudu dan batas putaran pabrikan. Partikel berwarna dan putaran yang sengaja diperlambat tidak memperlihatkan tegangan tersebut.

Pada jari-jari tetap, percepatan yang diperlukan agar bagian sudu bergerak melingkar meningkat sebanding kuadrat kecepatan sudut. Putaran dua kali lipat memerlukan percepatan sentripetal empat kali lipat. Jari-jari lebih besar juga menaikkan kecepatan ujung pada rpm yang sama. Karena itulah turbo industri besar dapat berputar jauh lebih lambat daripada turbo mobil kecil tanpa menghasilkan kerja berguna yang lebih sedikit. Kuliah MIT membahas tegangan sentrifugal sebagai pembatas putaran kompresor. Mengutip rpm tinggi tanpa ukuran roda menghilangkan banyak persoalan tekniknya.

Peta kompresor menambahkan batas lain. Garrett menempatkan laju aliran massa pada sumbu mendatar dan rasio tekanan absolut pada sumbu tegak. Kurva menunjukkan putaran poros, sedangkan pulau efisiensi menandai daerah dengan lebih sedikit kerja poros terbuang menjadi panas. Pada sisi aliran rendah, surge berarti kondisi aliran tidak stabil, bukan sekadar keluaran rendah. Di batas aliran tinggi, aliran tersumbat atau choke dan turunnya efisiensi membatasi operasi berguna; memaksa tekanan naik dapat menimbulkan putaran berlebih. Kompresor lebih besar tidak otomatis lebih baik: titik operasi mesin harus sesuai dengan petanya di seluruh rentang yang diperlukan.

Menutup katup gas mendadak dapat menggeser titik operasi ke arah surge karena mesin berhenti menerima banyak udara sementara roda masih berputar. Sistem nyata memakai katup bypass atau blow-off kompresor untuk meredakannya. Katup ini berbeda dari wastegate pada sisi buang. Pameran tidak menyertakan katup itu maupun peta kompresor, sehingga tidak dapat memprediksi bunyi surge atau memastikan kecocokan turbo pengganti. Uji katup gas menunjukkan keterlambatan boost, bukan semua ketidakstabilan dalam saluran masuk nyata.

Memisahkan pulsa gas buang atau mengubah saluran masuk turbin

Turbin twin-scroll tetap memiliki satu roda turbin. Rumahnya mempunyai saluran buang terpisah, dan manifold terbagi menjaga kelompok silinder tertentu tetap terpisah sampai gas mencapai roda. Pemisahan ini mempertahankan pulsa yang berguna dan mengurangi gangguan antarsilinder. Uraian teknis BorgWarner untuk penerapan enam silinder produksi menjelaskan perbaikan respons putaran rendah tersebut. Twin-scroll bukan twin-turbo. Menambah sekat rumah tanpa mempertahankan pemisahan saluran manifold yang sesuai tidak menghasilkan susunan lengkap yang sama.

Geometri variabel mengubah bagian lain. Sudu pengarah yang dapat bergerak di sekitar turbin mengatur bukaan masuk efektif. Garrett menjelaskan bahwa sudu VGT dieselnya menutup pada putaran mesin rendah untuk menaikkan daya turbin dan boost, lalu membuka pada putaran tinggi agar lebih banyak gas lewat dan putaran berlebih terhindar. Ukuran roda sendiri tidak berubah. Pengendali dapat menyesuaikan turbin dengan kondisi aliran yang lebih luas dibanding rumah tetap, tetapi kerumitan aktuator dan lingkungan gas panas tetap harus ditangani.

Kedua rancangan tetap memerlukan energi untuk mempercepat rotor. Pemanfaatan pulsa atau saluran masuk yang lebih sesuai dapat mempercepat respons, tetapi aliran buang lemah tetap membatasi energi yang tersedia. Turbin kecil dapat membantu respons rendah sambil menghambat aliran besar. Turbin lebih besar dapat mengurangi hambatan itu tetapi lebih sulit dipercepat. Pilihan yang tepat bergantung pada mesin dan tugasnya, bukan peringkat rancangan yang berlaku untuk semuanya. Rumah alternatif tersebut tidak dapat dipilih dalam pameran. Turbin yang terlihat adalah contoh geometri tetap dengan wastegate yang dijelaskan sebelumnya.

Kapan pengecilan mesin menghemat bahan bakar

Downsizing mengganti mesin besar dengan mesin kecil yang memakai boost saat daya tinggi diperlukan. Daya tariknya adalah banyak kegiatan berkendara biasa hanya membutuhkan sebagian daya puncak. Mesin kecil dapat memiliki gesekan lebih rendah dan bekerja dengan pencekikan lebih sedikit pada kebutuhan jalan yang sama. Turbo mengembalikan performa yang seharusnya hilang ketika kapasitas dikecilkan. Ini perbandingan sistem mesin lengkap yang melakukan pekerjaan sama, bukan klaim bahwa menambah turbo pada mesin apa pun otomatis menghemat bahan bakar.

Laporan Automotive Trends EPA mengelompokkan turbo bersama teknologi mesin lain dan membahas pengaruh gabungannya pada performa serta efisiensi kendaraan. Data armada seperti itu menggambarkan adopsi teknologi dan kendaraan utuh, bukan memisahkan jaminan penghematan akibat turbo saja. Massa kendaraan, rasio transmisi, beban jalan dan kalibrasi semuanya memengaruhi hasil. Perbandingan adil memerlukan kendaraan setara pada jadwal berkendara sama. Tidak ada persentase tunggal penghematan yang dapat disimpulkan dari angka daya pameran karena tidak ada model kendaraan atau siklus berkendara.

Boost tinggi juga memiliki batas. Tekanan dan suhu masuk lebih tinggi dapat membuat campuran yang belum terbakar pada mesin bensin menyala sendiri sebelum habis oleh nyala normal. Osilasi tekanan cepat yang dihasilkan adalah knocking, bukan penyalaan busi yang direncanakan. Pendinginan membantu, begitu pula bahan bakar yang cukup tahan knocking dan waktu pengapian yang sesuai. Rasio kompresi juga penting, tetapi merupakan perbandingan geometris volume silinder, bukan rasio tekanan kompresor. Keduanya menjelaskan proses berbeda dan tidak boleh dijumlahkan. Model menetapkan campuran dan efisiensi serta tidak menghitung knocking. Angka daya meningkat bukan izin untuk menaikkan batas boost mobil nyata.

Supercharger yang digerakkan sabuk mengambil kerja kompresor dari poros engkol dan dapat merespons tanpa menunggu percepatan turbin buang. Kebutuhan daya poros itu tetap mengurangi daya mesin. Turbo berbantuan listrik menambahkan torsi motor pada poros bersama turbin dan kompresor. Dokumen eTurbo BorgWarner juga menjelaskan operasi generator memakai energi turbin berlebih. Produk terpisahnya, eBooster, adalah kompresor listrik yang membantu turbo biasa, bukan perangkat yang sama dengan motor pada poros turbo. Energi baterai, kerugian listrik dan pembuangan panas tetap masuk neraca energi. Tidak ada perangkat ini yang menghasilkan udara bertekanan secara gratis.

Tiga perbandingan di layar

Untuk membandingkan pendinginan, pertahankan 4000 rpm, katup gas penuh dan batas boost 1 bar. Tunggu kurva poros dan boost stabil sebelum mencatat daya. Ubah hanya intercooler. Model menghasilkan sekitar 115 kW dengan pendinginan dan 95 kW tanpa pendinginan. Selain boost, bandingkan suhu masuk mesin dan udara per silinder. Ini menguji massa jenis pada tekanan hampir tetap, bukan perubahan ukuran mesin.

Untuk membandingkan respons, atur 2000 rpm dan biarkan sistem stabil pada bukaan gas 15%. Buka penuh dan amati grafik 8 s terakhir. Kurva gas bergerak dahulu; boost mengikuti respons rotor. Ulangi pada 3500 rpm dengan bukaan awal yang sama. Jangan membandingkan kurva tepat setelah beberapa pengaturan diubah karena putaran poros awalnya berbeda. Hukum tunda sederhana membuat uji ini dapat diulang, tetapi bukan uji percepatan terukur mesin produksi.

Untuk membandingkan wastegate, pertahankan gas penuh dan batas boost sama sambil menaikkan putaran dari 4000 rpm menjadi 6000 rpm. Bukaan wastegate bertambah sementara boost stabil tetap dibatasi. Bukaan lebih besar bukan berarti turbo berhenti bekerja: gas buang masih memutar roda, tetapi bagian yang melewatinya melalui jalur pintas bertambah. Terakhir, atur batas boost ke nol dan bandingkan daya setelah stabil. Percobaan ini membedakan pendinginan, respons transien dan pengaturan boost tanpa mengklaim simulasi konsumsi, knocking atau rancangan turbin lain.

Pertanyaan

Bagaimana turbocharger menambah tenaga?

Turbocharger memasukkan lebih banyak udara ke setiap silinder. Udara yang lebih banyak membuat mesin bisa membakar lebih banyak bahan bakar di setiap langkah. Dalam model, boost satu bar dengan intercooler bekerja menaikkan udara per silinder dari 533 mg menjadi 984 mg.

Apakah turbo digerakkan oleh poros engkol mesin?

Tidak. Turbin diputar oleh gas buang, dan kompresor berada di poros yang sama. Versi yang digerakkan poros engkol lewat sabuk atau roda gigi disebut supercharger.

Seberapa cepat turbocharger berputar?

Garrett memberi rentang hingga 63.000 rpm untuk turbo terbesarnya sampai lebih dari 300.000 rpm untuk yang terkecil. Kompresor 50 mm pada model butuh sekitar 142.000 rpm untuk boost satu bar dan 166.000 rpm untuk 1,5 bar.

Mengapa udara yang dimampatkan menjadi panas?

Kompresor melakukan kerja pada udara, dan karena tidak ada waktu untuk melepas panas, kerja itu menaikkan suhunya. Dari 25 °C, boost satu bar memberi sekitar 90 °C pada kompresor ideal dan sekitar 115 °C pada kompresor model yang efisiensinya 72 persen.

Apa fungsi intercooler?

Intercooler mendinginkan udara di antara kompresor dan mesin. Udara yang lebih dingin pada tekanan yang sama lebih padat, jadi lebih banyak yang muat di tiap silinder, dan risiko knocking juga turun. Dalam model, intercooler menurunkan suhu udara dari 115 °C ke 47 °C dan menaikkan massa jenis dari 1,53 menjadi 1,85 kali udara luar.

Untuk apa wastegate?

Wastegate membatasi boost. Saat tekanan mencapai batas yang disetel, wastegate membuka jalan yang membiarkan sebagian gas buang melewati turbin, sehingga poros berhenti bertambah cepat.

Apa itu turbo lag?

Jeda antara membuka katup gas dan datangnya boost, karena gas buang butuh waktu untuk mempercepat turbo. Ini berbeda dari ambang boost, yaitu putaran mesin yang di bawahnya turbo sama sekali tidak bisa menghasilkan boost penuh.

Apakah boost satu bar selalu menggandakan daya mesin?

Tidak. Di dekat permukaan laut, tekanan absolut masuk kira-kira menjadi dua kali lipat, tetapi pemanasan mengurangi kenaikan massa jenis. Daya juga bergantung pada pasokan bahan bakar, efisiensi mesin dan batas pengendalian.

Apakah twin-scroll sama dengan twin-turbo?

Tidak. Twin-scroll memisahkan saluran buang yang menuju satu roda turbin. Twin-turbo berarti ada dua turbocharger.

Apakah kompresor listrik sama dengan turbo listrik?

Tidak. Kompresor listrik dapat berupa unit terpisah pada saluran masuk. Turbo berbantuan listrik menambahkan motor pada poros turbin-kompresor dan juga dapat memulihkan energi listrik.

Dapatkah model memprediksi penghematan atau batas modifikasi aman?

Tidak. Model tidak memiliki siklus berkendara, peta kompresor atau perhitungan knocking. Angka daya dan jedanya menjelaskan model sederhana yang dinyatakan, bukan batas operasi aman mesin nyata.

Istilah

  • Boost: tekanan udara masuk di atas tekanan udara luar, di sini dalam bar.
  • Rasio tekanan (PR): tekanan keluar kompresor dibagi tekanan masuknya.
  • Efisiensi kompresor: kerja ideal (tanpa rugi) dibagi kerja yang benar-benar dilakukan kompresor.
  • Efektivitas intercooler: bagian dari kenaikan suhu akibat kompresi yang dibuang intercooler.
  • Efisiensi volumetrik: udara yang masuk ke silinder sebagai bagian dari isi volume langkahnya pada kondisi udara masuk.
  • Wastegate: katup yang membiarkan gas buang melewati turbin untuk membatasi boost.
  • Turbo lag: jeda sebelum boost terbentuk setelah katup gas dibuka.
  • Ambang boost: putaran mesin yang di bawahnya turbo tidak bisa mencapai boost penuh.
  • Rumah tengah: badan di antara turbin dan kompresor yang menampung bantalan dan saluran oli.

Sumber

Referensi teknis tambahan

Iklan

Sematkan pameran ini

Tempelkan kode ini ke halaman web atau tulisan blog untuk menampilkan model yang dapat dijalankan di sana.

Buka