Vad är en turboladdare?

När det gäller att kombinera prestanda med minskad bränsleförbrukning tvingas ingenjörer nästan välja en turbomotor.

Utanför den tunna luften i superbilsvärlden, där Lamborghini fortfarande insisterar på att naturligt sugande motorer förblir det renaste och mest italienska sättet att producera kraft och buller, närmar sig tiderna för icke-turboladdade bilar sitt slut.

Det är till exempel omöjligt att få en naturligt sugen Volkswagen Golf. Efter Dieselgate spelar det förstås knappast någon roll, för ingen vill spela golf längre.

Men faktum kvarstår att stadsbilar, familjebilar, grand tourers och till och med några superbilar lämnar fartyget till förmån för en dykframtid. Från Ford Fiesta till Ferrari 488 hör framtiden till påtvingad induktion, dels på grund av emissionslagar, men också för att tekniken har utvecklats med stormsteg.

Det är ett fall av liten motorbränsleekonomi för smidig körning och stor motorkraft när du vill ha det.

När det gäller att kombinera högre prestanda med lägre bränsleförbrukning är ingenjörer nästan tvungna att designa sina senaste motorer med turboladdad teknik.

Hur kan en turbo göra mer med mindre?

Allt beror på hur motorerna fungerar, så låt oss prata lite om tekniken. För bensinmotorer säkerställer luft-bränsleförhållandet 14.7:1 fullständig förbränning av allt i cylindern. Mer juice än så här är slöseri med bränsle.

I en naturligt aspirerad motor drar det partiella vakuumet som skapas av den nedåtgående kolven luft in i cylindern och använder undertrycket inuti för att dra in luft genom insugningsventilerna. Det är ett enkelt sätt att göra saker på, men det är väldigt begränsat när det gäller lufttillförsel, som en person med sömnapné.

I den turboladdade motorn har regelboken skrivits om. Istället för att förlita sig på en kolvs vakuumeffekt använder en turboladdad motor en luftpump för att trycka in luft i en cylinder, precis som en sömnapnémask trycker upp luft i näsan.

Även om turboladdare kan komprimera luft med upp till 5 bar (72.5 psi) över standardatmosfärstrycket, arbetar de i landsvägsbilar vanligtvis med ett mer avslappnat tryck på 0.5 till 1 bar (7 till 14 psi).

Det praktiska resultatet är att vid 1 bars laddtryck får motorn dubbelt så mycket luft som om den vore naturligt sugen.

Detta innebär att motorstyrenheten kan spruta in dubbelt så mycket bränsle samtidigt som det bibehåller ett idealiskt luft-bränsleförhållande, vilket skapar en mycket större explosion.

Men det är bara hälften av turboladdarens knep. Låt oss jämföra en 4.0-liters naturligt sugmotor och en 2.0-liters turboladdad motor med ett laddtryck på 1 bar, förutsatt att de i övrigt är identiska tekniskt sett.

4.0-litersmotorn förbrukar mer bränsle även på tomgång och under lätt motorbelastning, medan 2.0-litersmotorn förbrukar mycket mindre. Skillnaden är att vid vidöppen gas kommer en turboladdad motor att använda den maximala mängden luft och bränsle som är möjligt - dubbelt så mycket som en naturligt aspirerad motor med samma slagvolym, eller exakt samma som en naturligt aspirerad 4.0-liters.

Detta innebär att den turboladdade motorn kan köras allt från ynka 2.0 liter till kraftfulla fyra liter tack vare forcerad induktion.

Så det handlar om liten motorbränsleekonomi för skonsam körning och stor motorkraft när du vill ha det.

Hur smart är det?

Som det anstår en teknisk silverkula är själva turboladdaren genialisk. När motorn är igång passerar avgaserna genom turbinen, vilket får den att snurra med otroliga hastigheter - vanligtvis mellan 75,000 150,000 och XNUMX XNUMX gånger per minut.

Turbinen är fastskruvad i luftkompressorn, vilket innebär att ju snabbare turbinen snurrar desto snabbare snurrar kompressorn, suger in frisk luft och tvingar in den i motorn.

Turbon fungerar på en glidande skala, beroende på hur hårt du trycker på gaspedalen. På tomgång finns det inte tillräckligt med avgaser för att få upp turbinen till någon meningsfull hastighet, men när du accelererar snurrar turbinen upp och ger boost.

Trycker du med högerfoten produceras mer avgaser som pressar in maximal mängd frisk luft i cylindrarna.

Så vad är haken?

Det finns naturligtvis flera anledningar till att vi inte alla kör turboladdade bilar på flera år, till att börja med komplexiteten.

Som du kan föreställa dig är det inte lätt att bygga något som kan snurra med 150,000 XNUMX RPM dag efter dag i flera år utan att explodera, och det kräver dyra delar.

Turbiner kräver också en dedikerad olje- och vattentillförsel, vilket belastar motorns smörj- och kylsystem mer.

När luften i turboladdaren värms upp var tillverkarna också tvungna att installera laddluftkylare för att sänka temperaturen på luften som kommer in i cylindern. Varm luft är mindre tät än kall luft, vilket förnekar fördelarna med en turboladdare och kan också orsaka skada och för tidig detonation av bränsle/luftblandningen.

Den mest ökända bristen med turboladdning är naturligtvis känd som lag. Som sagt måste du accelerera och skapa ett avgas för att få turbon att börja producera ett meningsfullt laddtryck, vilket gjorde att tidiga turbobilar var som en fördröjd switch - ingenting, ingenting, ingenting, ALLT.

Olika framsteg inom turboteknik har tämjt de värsta av de långsamma egenskaperna hos tidiga turboladdade Saabs och Porscher, inklusive justerbara vingar i turbinen som rör sig baserat på avgastryck och lätta komponenter med låg friktion för att minska trögheten.

Det mest spännande steget framåt inom turboladdning kan bara hittas - åtminstone för nu - i F1-racerbilar, där en liten elmotor håller turbon snurrande, vilket minskar tiden det tar att snurra upp den.

På samma sätt, i World Rally Championship, dumpar ett system som kallas anti-lag luft/bränsleblandningen direkt i avgaserna framför turboladdaren. Värme från avgasgrenröret gör att det exploderar även utan tändstift, vilket skapar avgaser och håller turboladdaren kokande.

Men hur är det med turbodieslar?

När det kommer till turboladdning är dieslar en speciell ras. Detta är verkligen ett hand i hand fall, för utan forcerad induktion skulle dieselmotorer aldrig vara så vanliga som de är.

Naturligt aspirerade dieslar kan ge ett anständigt lågt vridmoment, men det är där deras talanger slutar. Men med forcerad induktion kan dieslar dra nytta av sitt vridmoment och åtnjuta samma fördelar som sina bensinmotsvarigheter.

Dieselmotorerna är byggda av Tonka Tough för att klara de enorma belastningar och temperaturer som finns inom, vilket innebär att de enkelt kan hantera det extra trycket från en turbo.

Alla dieselmotorer - naturligt aspirerade och överladdade - fungerar genom att bränna bränsle i överskottsluft i ett så kallat magert förbränningssystem.

Den enda gången naturligt aspirerade dieselmotorer kommer nära den "ideala" luft/bränsleblandningen är på full gas när bränsleinsprutarna är vidöppna.

Eftersom diesel är mindre flyktigt än bensin, när det förbränns utan mycket luft, produceras en enorm mängd sot, även känd som dieselpartiklar. Genom att fylla cylindern med luft kan turbodieslar undvika detta problem.

Så även om turboladdning är en fantastisk förbättring för bensinmotorer, räddar dess verkliga vändning dieselmotorn från att bli en rökig relik. Även om "Dieselgate" i alla fall kan få detta att hända.

Vad tycker du om att turboladdare hittar in i nästan alla fyrhjuliga fordon? Berätta för oss i kommentarerna nedan.