Amikor az elmélet megpróbál útra kelni!

Turbo technológia (alap):
A motorteljesítmény arányos azzal a levegő és üzemanyag mennyiséggel, amely be tud jutni a hengerekbe. Mindent egyenlőnek tekintve, a nagyobb motorok több levegőt áramoltatnak, és így nagyobb teljesítményt adnak le. Ha azt akarjuk, hogy a kisebb motor ugyanazt nyújtsa, mint a nagy, vagy, hogy a nagyobb motor még nagyobb teljesítményt adjon, a végső cél több levegőt bejuttatni a hengerbe. Egy Garrett turbofeltöltő beépítésével egy motor ereje és teljesítménye drasztikusan megnönevelhető.

Hogyan ad egy turbofeltöltő több levegőt a motornak? Elősször nézzük meg az alábbi vázlatot.

1. Kompresszor beszívó nyílás
2. kompresszor kiüritési nyílás
3. levegő hűtő
4. Szívószelep
5. Kipufogó szelep
6. Turbina belépő nyílás
7. Turbina kilépő nyílás

Az alkatrészek, amelyek felépítenek egy turbófeltöltős rendszert:
A levegőszűrő (nincs ábrázolva), amin keresztül megy a környezeti levegő, mielőtt belépne a kompresszorba (1)

Ezután a levegő összenyomódik (komprimálódik), ami által megnövekszik a levegő sűrűsége (tömeg, térfogat egység) (2)

Sok turbótöltésű motornak van töltő levegő hűtője, (intercoolers, közbenső hűtő) ami lehűti a sűrített levegőt, hogy tovább növelje a sűrűséget és a robbanási ellenállst. (3)

Miután a levegő átmegy a beszívó csőrendszeren, (4) belép a motor hengereibe, amelyek egy fix térfogattal rendelkeznek. Mivel a levegő megemelkedett sűrűségű, minden henger megnövelt tömegű levegőáramot tud beszívni. A nagyobb levegő tömegáramlási sebesség nagyobb üzemanyag áramlási sebességet tesz lehetővé (ugyanazzal a levegő/üzemanyag aránnyal). A több üzemanyag elégetése nagyobb teljesítményt eredményez egy adott méretnél vagy lökettérfogatnál.

Miután az üzemanyag elégett a hengerben, kiürítésre kerül a kipufogó csőrendszerbe a henger kiürítési lökete során (kipufogás) (5)

A magas hőmérsékletű gáz ezután tovább megy a turbinához. A turbina ellennyomást hoz létre a motorra, ami azt jelenti, hogy a motor kiűrítési nyomása nagyobb lesz, mint az atmoszférikus nyomás. (6)

Nyomás és hőmérsékletesés (expanzió) lép fel a turbinán keresztül, ami felhasználja a kipufogógáz energiáját annak a teljesítménynek az előállításához, ami szükséges a kompresszor meghajtásához.

A turbófeltöltő alkatrészei:

Compressor Housing-kompresszorház (a benne összesűrített levegőt a motorba irányítja)

Blackplate-Hátlap tartja a kompresszorházat, ill. lezárja azt, és biztosítja az összesűrített levegő tömítetségét.

Compressor Wheel-Kompresszor kerék v. tárcsa (beszívja a levegőt és sűríti a motorba)

Ball Bearings-Golyóscsapágy (a helyén tartja a forgórészt. Ez lehet journal bearing-siklócsapágy is.)

Oil Inlet/Oil Outlet-Olaj beömlő/kiömlő nyílás

Turbine Housing-Turbinaház (összegyűjti a kipufogógázokat a motorból és a turbina tárcsára vezeti)

Turbine Wheel-Turbina tárcsa (a kipufogási energiát átalakítja a tengely forgó mozgásává mely a kompresszor tárcsa hajtásához szükséges)

Center Housing-Központi ház (tartja a csapágyakat, odavezeti a kenő olajat)

Egyéb komponensek:

Blow-Off (bypass) Valves
A lefuvató szelep (BOV) egy nyomáscsökentő szelep a turbó és a motor között, mely megelőzi a turbófeltöltő fordulatszám ingadozását. A BOV-t a kompresszor kiűrítési nyílás és a folytószelepház közzé kell beépíteni. Amikor a fojtószelep hirtelen lezár, a folyamatos légáramlás gyorsan lecsökken. Ezáltal az áramlási instabilitást és nyomásingadozást okoz. Ezek a gyorsciklusu nyomásingadozások halhatóak és bizonyítják a tultöltést és a fordulatszám ingadozást. (surge) A fordulatszám ingadozás végül a támcsapágy hibájához vezethet, ami az ezzel kapcsolatos nagy terhelésnek köszönhető.

A lefuvató szelep érzékeli a szívócső tulnyomását, egy előre beálított rugó erővel, vagy külön vezéreljük a nyitását a fojtószelep utáni vákummal. Amikor a fojtószelep lezár, a lecsökkent légáramlás (légnyelés) miatt megnőtt nyomást (boost) a BOV kiengedi az atmoszférába vagy a légszűrőházba, ezáltal segítve a fordulatszám ingadozás jelenségének kiküszöbölését.

Wastegates

A kipufogó oldalon egy wastegates szelep biztosít számunkra egy eszközt, hogy kontrolájuk a motor szívótér nyomását. Néhány Diesel motor egyáltalán nem használja a wastegates-t. Ezt a rendszer típust szabadon lebegő (free-floating) turbófeltöltőnek nevezik.
A benzinüzemü motorok nagy töbségének szüksége van a wastegates-re. Két kialakítása van a wastegates-nek, belső vagy külső. Mind a belső mind pedig a külső wastegates biztosítja a motorból kiáramló kipufogógáz számára, hogy megkerülje a turbina tárcsát. A tultöltést tehát a wastegates úgy akadájozza meg, hogy a kipufogógáz töbletenergiáját a turbinatárcsát megkerülve a kipufogó rendszerbe vezeti el.
Hasonlóan a BOV-hoz a wastegetas is a motor szívótér nyomását és a rugóerőt használja turbinán átáramló gáz szabályozására.
A belső wastegates be van építve a turbinaházba és rartalmaz egy visszacsapó szelepet, forgattyúkart, összekötőrúdat és egy pneumatikus indító szerkezetet. Fontos, hogy ezt az indító szerkezetet csak a szívótér nyomásához csatlakoztassuk. Az utcai forgalomba van olyan wastegetes felszerelt autó amely a vákum kezelésére lett tervezve, de ezeket csak a motorvezérlő elektronika tudja kezelni.

A külső wastegetes közvetlen a kipufogó leömlőre van felszerelve. Ennek előnye, hogy a felesleges kipufogógáz energiáját a turbófeltöltőtől távolabb tudjuk visszavezetni a kipufogó rendszerbe. Ez a turbina teljesítményének tökéletesítését segíti. Verseny alkalmazásoknál, ezt a wastegates kipufogó áramot közvetlenül ki lehet vezetni az atmoszférába, ügyelve a tűzveszélyre.

Olaj és Vízcsövezés:

A Garrett golyócsapágyas turbofeltöltők kevesebb olajat igényelnek, mint a siklócsapágyas turbófeltöltők. Ezért ajánlott egy olaj bemeneti szűkítő alkalmazása, ha az olajnyomás több mint 60psig. (4bar)
Az olaj kimeneti nyílást az olteknőbe kell vezetni. Mivel az olaj visszafolyást a gravitáció biztosítja, fontos, hogy az olaj visszavezető csőben ne legyen vizszintes vagy felfelé vezető szakasz. A turbófeltöltős motor forró leálítását követően elkezdődik a hő felszívása. Ez azt jelenti, hogy a hő a hengerfejtől a kipufogó könyöktől a turbinaháztól megtalálja az útját a turbó központi házához, megnövelve annak hőmérsékletét. Ezek az extrém hőmérsékletek a központi házban oljkokszolódást okoznak.
A hő visszaszívás hatásának minimalizálására vízhűtéses központi házakat vezettek be. Ez a motor hűtő közegét, vízét használja hőelnyelőként a motor leállítása után, megakadályozva az olaj kokszolódását.
A vízcsövezést úgy kell megoldani, hogy a termo szifon hatás érvényesüljön, a hővisszaszívási hőmérséklet csúcsok lecsökentéséhez a leállítás után. A csövek elrendezésénél minimalizálni kell az éles töréseket, a (hideg) víz alól megy be. Ennek segítésére előnyös a turbófeltöltőt megdönteni 5-25 fokig megdönteni a tengely forgástengelye körül. Sok Garrett turbó vízhűtéses a megnövelt tartósság miatt.

Melyik turbófeltöltő felel meg nekem? avagy én és a turbóm.

A megfelelő turbó kiválasztásához a speciális használatra sok energia kell. A Garrett Performance Distributors (Garrett Hivatalos Elosztók) segíthetnek a céljainak megfelelő turbófeltöltő kiválasztásában.
Az elsődleges szempont a megfelelő turbófeltöltő kiválasztásában, hogy meghatározzuk a reálisan elérhető lóerőt. Ennek annyira reálisnak kell lennie, amennyire lehetséges. Emlékezzünk arra. hogy a motorteljesítmény arányos a levegő és az üzemanyag áramlással. Így ha megvan a kitűzött teljesítmény szint, elkezdjük azt összehangolni a turbófeltöltő mérettel, ami nagyban függ a levegőáramlási kivánalmaktól.
Más fontos tényezők magukba foglalják a felhasználási típust. Pl. egy autócrossz gépkocsi gyors tultöltés reakciót igényel. Egy kisebb turbó vagy kisebb turbinaház lenne a legalkalmasabb ehez. Amig ez kisé lecsökkenti a végső teljesítményt a megnövekedett kipufogási ellennyomásnak köszönhetően nagyobb motor fordulatszámoknál, a kisméret miatt a turbó tultöltési reakciója kiváló lesz. Alternatívaként egy versenypályára szánt gépkocsinál a lóerőcsúcs nagyobb prioritásu, mint a nyomaték. Ezenfelül a motor fordulatszámok következetesen nagyobra tendálnak. Itt egy nagyobb turbófeltöltő vagy turbinaház csökkentett ellennyomást fog kifejteni, de nagyobb tultöltési reakció ideje lesz. Ez egy örömteli optimalizálás, ami megadja a kivánt üzemállapotot. A turbófeltöltő kiválasztása túlmegy a "mennyi túltöltést" akarunk állapoton. A kívánt teljesítmény szint és az elsődleges felhasználás az első lépés, amelyek lehetővé teszik a turbófeltöltő helyes megvállasztását magunknak, vagy a Garrett Performance Distributor-nak.

Siklócsapágy kontra golyóscsapágy.

A siklócsapágy hosszú ideig volt használatos a turbófeltöltőkben, viszont egy golyóscsapágy manapság egy olyan technológiai haladás, ami jelentős teljesítményjavulást biztosít a turbófeltöltőknek. A turbófeltöltő egy fejlesztési munka eredményeként a Garrett Motorsportnál kezdődött. Ennek során a turbófeltöltő kapott egy golyóscsapágyas patront (cartridge ball bearing). A patron egy egyszerű rendszer, ami tartalmaz 2db golyóscsapágyat melyek tengely irányban is terhelhetőek, ezek egymással szembe fordítva alkotnak egy rendszert. A hagyományos golyócsapágyas turbó 1db. golyóscsapággyal készült és szükség volt a támcsapágyra.

A turbó reakció amikor egy járművet vezetünk, amin a turbófeltöltő golyócsapágyas patronnal van szerelve, kivételesen határozottan és erőteljesen fog reagálni a folytószelep nyitására. A Garrett golyóscsapágyas turbófeltöltők 15%-kal gyorsabban felpörögnek, mint a hagyományos siklócsapágyas turbók. Ez egy tökélesített reakciót állít elő, a 0-100Km/óra tartományban. Nagyobb sebességi tartományban különös vezetési élményt biztosít. Valójában egyes Garrett golyóscsapágyas turbótöltésü motorok professzionális vezetői úgy írják le, hogy úgy érzik mintha egy sokkal nagyobb ürtltalmu motort vezetnének. A CART teszteken a turbók azt mutatták, hogy a golyóscsapágyak energiafelhasználása fele a hagyományos csapágyakénak. Az eredmény rövidebb túltöltési idő, ami jobb vezethetőséget és gyorsulást biztosít.

A motor teljesítmény szintje szintén jobb a stacionárius (folyamatos állandó terhelés) állapotban a Garrett golyóscsapággyas turbók esetében.

Turbo speed - Turbo sebesség
Time - idő
Ball Bearings - Golyócsapágyazás
Sleeve Bearings - sikló csapágyas

A golyóscsapágyas turbófeltöltő csökkentett mennyiségű olajáramlást igényel a megfelelő kenés biztosításához. Ez a kisebb olajtérfogat lecsökkenti a tömítési szivárgások esélyét. A golyóscsapágyas patron jobb lengéscsillápítást ad, növeli a megbízhatóságot mind a mindennapos, mind pedig az extrém vezetési feltételeknél. Továbbá az ellentétes szöget bezáró kontakt csapágy patron kiküszöböli a nyomcsapágy szükségességét, ami gyakran egy gyenge pont a turbófeltöltők csapágy rendszerében.

Konkurens golyóscsapágyas turbófeltöltők- Egy másik lehetőség ezek hibrid megoldások. Ez csak a kompresszor oldalon szerelik golyóscsapággyal, a turbina oldalon marad a siklócsapágy. Mivel a golyóscsapágy csak egy irányban képes az axiális (tengely irány) erőket felvenni, szükség van egy támcsapágyra is ami már hibalehetőség, és hatásfok veszteségben jelentkezik. A Garrett golyóscsapágyas patronnal a forgórész tökéletesen csapágyazva van, maximalizálva a hatásfokot, teljesítményt és tartósságot.