Stair an Turbó-luchtaithe: Conas a D'Athraigh Turbónna an Saol Gluaisteán

Is dócha gur thug tú faoi deara suaitheantas beag „turbo“ ar charr a raibh cuma ghnáthúil air ag pointe éigin. Bíonn claonadh ag déantúsóirí na suaitheantais seo a chur in áit go modhúil — beag agus i bhfolach in áiteanna nach dtarraingíonn aird. Don té nach bhfuil eolas aige, is furasta siúl thart gan iad a thabhairt faoi deara. Ach don dream a bhfuil eolas acu, is comhartha é ar fiú stopadh dó. Mar sin, cad é an scéal ar fad? Seo an scéal iomlán taobh thiar den turbó-luchtú — cá as a tháinig sé, conas a oibríonn sé, agus cén fáth a bhfuil tábhacht leis.

Cén Fáth a raibh Níos Mó Cumhachta ón Inneall Céanna ag Teastáil ó Innealtóirí

Ó laethanta tosaigh na hinnealtóireachta gluaisteán, bhí innealtóirí gafa le ceist amháin: conas a fhaightear níos mó cumhachta as inneall? Tugann dlíthe na fisice freagra soiléir — tá cumhacht innill i gcomhréir dhíreach leis an méid breosla a dhóitear i ngach timthriall oibre. Is ionann níos mó breosla dóite agus níos mó cumhachta. Simplí go leor mar theoiric. Ach go praiticiúil, tá sé i bhfad níos casta.

Is é an ocsaigin an príomhshrian. Ní dhónn breosla leis féin — dónn sé mar chuid de mheascán breosla-aeir. Agus caithfidh an meascán sin a bheith cothromaithe go beacht, gan é a mheas leis an tsúil. I gcás innill ghásailín, is é an cóimheas idéalach, go garbh:

• 1 chuid breosla in aghaidh 14–15 chuid aeir, ag brath ar an mód oibre, ar chomhdhéanamh an bhreosla, agus ar athróga eile

Ciallaíonn sé seo, más mian leat níos mó breosla a dhó, go gcaithfidh tú i bhfad níos mó aeir a sholáthar freisin. Tarraingíonn gnáthinnill aeartharraingthe nádúrtha aer isteach tríd an difríocht bhrú idir an sorcóir agus an t-atmaisféar. Is é an toradh ná teorainn dhocht: dá mhéad toirt an tsorcóra, is amhlaidh is mó ocsaigine a thagann isteach in aghaidh an timthrialla. Thug déantúsóirí Meiriceánacha lár an 20ú haois é seo chun antoisc, ag táirgeadh innill ollmhóra díláithrithe a raibh goile breosla as cuimse acu. Ach an raibh bealach níos cliste ann chun níos mó aeir a bhrú isteach sa toirt sorcóra chéanna?

Aireagán an Fhorluchtaire: Éacht Gottlieb Daimler

Tháinig an freagra ó ainm aithnidiúil — Gottlieb Wilhelm Daimler, an t-innealtóir Gearmánach céanna a bhí taobh thiar d’oidhreacht DaimlerChrysler. Siar in 1885, d’fhorbair Daimler modh chun níos mó aeir a bhrú isteach i sorcóirí innill ag baint úsáide as forluchtaire arna thiomáint go meicniúil — comhbhrúiteoir (gaothrán) go bunúsach a bhí á thiomáint go díreach ag cromsheafta an innill, a bhrúigh aer comhbhrúite isteach sna sorcóirí.

D’oibrigh sé. Ach bhí míbhuntáiste suntasach amháin ann: ghoid an comhbhrúiteoir fuinneamh go díreach ón inneall chun é féin a thiomáint. Bhí a fhios ag innealtóirí go gcaithfeadh bealach níos fearr a bheith ann.

Alfred Büchi agus Breith an Turbó-luchtaire (1905)

Seo chugainn Alfred J. Büchi, innealtóir agus aireagóir Eilvéiseach a bhí ag obair ag Sulzer Brothers, áit ar threoraigh sé forbairt inneall díosail. Bhí Büchi míshásta ar dhá bhealach:

• Bhí innill díosail na linne sin mór, trom, agus easnamhach ó thaobh cumhachta de
• Ghoid forluchtairí meicniúla fuinneamh ón inneall a bhí ag teastáil uaidh chun é féin a thiomáint

In 1905, fuair Büchi paitinn ar réiteach radacach: gléas luchtaithe nár thiomáin cromsheafta an innill é, ach a chuid gás sceite féin. Ba é seo an chéad turbó-luchtaire ar domhan.

Conas a Oibríonn Turbó-luchtaire

Tá an coincheap taobh thiar den turbó-luchtú sothuigthe simplí. Seo an bunphrionsabal, céim ar chéim:

1. Fágann gáis sceite the an t-inneall agus sreabhann siad isteach i gcásáil an tuirbín
2. Casann na gáis seo roth lannach — rótar an tuirbín — díreach mar a chasann an ghaoth muileann gaoithe, ach ar luas as cuimse
3. Tá rótar an tuirbín feistithe ar an seafta céanna le roth comhbhrúiteora
4. De réir mar a chasann an tuirbín, tiomáineann sé an comhbhrúiteoir, a bhrúnn aer comhbhrúite isteach sna sorcóirí
5. Ciallaíonn níos mó aeir sna sorcóirí gur féidir níos mó breosla a dhó — rud a fhágann aschur cumhachta níos mó

Tagann an focal „turbocharger“ féin ó na fréamhacha Laidine turbo (cuilithe) agus compressio (comhbhrú) — cur síos cuí ar a bhfuil ag tarlú istigh.

Ról an Idirfhuaraitheora

Tá píosa amháin eile sa mhír. De réir mar a théann an t-aer tríd an gcomhbhrúiteoir agus mar a théitear é ag comhpháirteanna te an turbó-luchtaire, leathnaíonn sé — rud a chiallaíonn go n-oireann níos lú ocsaigine sa toirt chéanna. Chun cur i gcoinne seo, úsáideann innill turbó-luchtaithe idirfhuaraitheoir: radaitheoir a chuirtear i gconair an aeir idir an comhbhrúiteoir agus sorcóirí an innill.

Tá obair an idirfhuaraitheora simplí ach ríthábhachtach:

• Fuaraíonn sé an t-aer comhbhrúite sula dtéann sé isteach sna sorcóirí
• Tá aer níos fuaire níos dlúithe, rud a chiallaíonn go n-oireann níos mó móilíní ocsaigine sa spás céanna
• Ceadaíonn sé seo brú treisithe níos airde fós — agus gnóthachain chumhachta níos mó fós
• Cabhraíonn sé freisin le cnag innill (pléascadh anabaí) a chosc, go háirithe in feidhmchláir ardfheidhmíochta

Príomhbhuntáistí an Turbó-luchtaithe thar an Aeartharraingt Nádúrtha

Tá na gnóthachain éifeachtúlachta ón turbó-luchtú suntasach. Murab ionann agus forluchtaire arna thiomáint go meicniúil — a ídíonn cumhacht an innill chun oibriú — baineann turbó-luchtaire fuinneamh as gáis sceite a chuirfí amú murach sin. Rud tábhachtach, ní mhoillíonn an tuirbín na gáis sin go suntasach; fuaraíonn sé iad ina ionad sin, ag aisghabháil fuinnimh sa phróiseas. I measc na bpríomhbhuntáistí tá:

• Ní ídíonn féinchothabháil an turbó-luchtaire ach ~1.5% d’fhuinneamh an innill
• Aschur cumhachta níos airde ó inneall ar lú a dhíláithriú
• Caillteanais fhrithchuimilte laghdaithe de bharr inneall níos éadroime agus níos dlúithe
• Éifeachtúlacht bhreosla níos fearr i gcomparáid le hinneall aeartharraingthe nádúrtha ar comhchumhacht
• Sceitheadh níos glaine, atá ábhartha go háirithe d’innill díosail nua-aimseartha

Is cosúil gurb é an réiteach foirfe é — ach tháinig dúshláin thromchúiseacha innealtóireachta leis an turbó-luchtú a chuir moill ar a ghlacadh forleathan ar feadh na mblianta.

Na Dúshláin: Teas Antoisceach, Luas, agus Moill Turbó

Oibríonn turbó-luchtairí i ndálaí dochracha:

• Is féidir le rótair tuirbín casadh ag suas le 200,000 RPM
• Is féidir le teochtaí gáis sceite 1,000°C (1,832°F) a bhaint amach
• Caithfidh comhpháirteanna sláine struchtúrach agus lamháltais bheachta a choinneáil faoi strus leanúnach teirmeach agus meicniúil

Mar gheall air seo, níor éirigh an turbó-luchtú forleathan ach amháin le linn an Dara Cogadh Domhanda — agus i dtosach san eitlíocht amháin, áit a raibh údar leis an infheistíocht innealtóireachta. Sna 1950idí, d’oiriúnaigh Caterpillar an teicneolaíocht go rathúil dá tharracóirí, agus d’fhorbair Cummins na chéad innill leoraí turbódíosail. Níor tháinig gluaisteáin phaisinéirí turbó-luchtaithe go dtí 1962, nuair a scaoileadh an Oldsmobile Jetfire agus an Chevrolet Corvair Monza beagnach ag an am céanna.

Seachas marthanacht, bhí dúshlán eile ann a bhain le gluaisteáin go sonrach: moill turbó. Ag luasanna ísle innill, tá toirt na ngás sceite teoranta, mar sin casann an tuirbín go mall agus is ar éigean a chruthaíonn an comhbhrúiteoir brú. D’fhéadfadh an t-inneall a bheith leadránach faoi bhun 3,000 RPM, agus ansin go tobann borradh le cumhacht os cionn 4,000–5,000 RPM. Dá mhéad an tuirbín, is amhlaidh is mó an mhoill. Laghdaíonn tuirbíní níos lú an mhoill ach íobairt a dhéanamh ar bhuaic-chumhacht.

Réitigh Nua-Aimseartha: Conas a Sháraigh Innealtóirí Moill Turbó

Thar na blianta, d’fhorbair innealtóirí roinnt cur chuige cliste chun moill turbó a íoslaghdú agus na gnóthachain chumhachta á gcaomhnú:

• Turbó dúbailte seicheamhach: Láimhseálann turbó-luchtaire beag ar bheagán táimhe RPM íseal, agus tagann aonad níos mó i bhfeidhm ag RPM ard. Úsáidte sa Porsche 959 cáiliúil, agus le fáil inniu i dturbódíosail BMW agus Land Rover. Úsáideann innill ghásailín Volkswagen forluchtaire arna thiomáint le crios in ionad an turbó bhig le haghaidh freagairt níos tapúla ag luasanna ísle.
• Turbó-luchtaire dé-scrollach (twin-scroll): Turbó aonair le dhá inlít sceite ar leith (volúití), gach ceann acu cothaithe ag grúpa difriúil sorcóirí. Coinníonn sé seo an tuirbín ag casadh go héifeachtúil ag RPM íseal agus ard araon, ag laghdú moille gan dara haonad turbó a chur leis. Coitianta in innill díreacha sé-sorcóra agus ceithre-sorcóra.
• Turbó dúbailte comhthreomhar: Dhá thurbó-luchtaire chomhionanna ag freastal ar bhuncaí sorcóra ar leith. Caighdeánach in innill V-chumraíochta, áit a bhfaigheann gach bunc a aonad féin. Chuaigh rannán M de chuid BMW níos faide leis seo le hilchruinníor sceite tras-bhuinc ar an X5 M agus X6 M, rud a cheadaigh do chomhbhrúiteoir dé-scrollach gáis a tharraingt ó bhuncaí sorcóra urchomhaireacha i gcéimeanna lasta urchomhaireacha.
• Turbó-luchtaire céimseatúil athraitheach (VGT): Athraíonn lannta inchoigeartaithe taobh istigh de chásáil an tuirbín conair sreafa na ngás sceite ag brath ar luas an innill — rud a thugann an „méid“ ceart don turbó ag gach RPM go héifeachtach. Glacadh leis ar innill díosail ar dtús (áit ar éascaigh teochtaí sceite níos ísle an cur i bhfeidhm), agus tugadh chuig innill ghásailín é faoi dheireadh ag Porsche leis an 911 Turbo.

An Turbó-luchtú Inniu: Ó Fheidhmíocht go hÉifeachtúlacht

Tá an méid a thosaigh mar dhúshlán innealtóireachta eitlíochta anois ar an teicneolaíocht cheannasach i gcórais chumhachta gluaisteán nua-aimseartha. Inniu, ní bhaineann an turbó-luchtú le feidhmíocht amháin a thuilleadh — tá sé lárnach do choigilteas breosla agus do chaighdeáin astaíochtaí. Iompraíonn beagnach gach inneall díosail ar an margadh an réimír „turbó“ mar rud cinnte. Agus i saol an ghásailín, tá innill turbó-luchtaithe ar bheagán díláithrithe tar éis aonaid aeartharraingthe nádúrtha níos mó a athsholáthar den chuid is mó ar fud na n-earnálacha príomhshrutha, só, agus feidhmíochta araon.

Insíonn an suaitheantas beag modhúil ar chúl carr atá gnáthúil ar shlí eile scéal a chlúdaíonn níos mó ná céad bliain — ó phaitinn Büchi in 1905 go dtí na córais dé-scrollacha, chéimseata athraitheacha atá ann inniu. Agus níl an scéal sin críochnaithe go fóill.

Is aistriúchán é seo. Is féidir leat an bunleagan a léamh anseo: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e3703.html