Turbocharger: jantung dari sistem dorongan udara

Turbocharger digunakan untuk meningkatkan tenaga mesin pembakaran internal tanpa gangguan radikal pada desainnya.Unit ini meningkatkan tekanan di saluran masuk mesin, memberikan peningkatan jumlah campuran bahan bakar-udara ke ruang bakar.Dalam hal ini, pembakaran terjadi pada suhu yang lebih tinggi dengan pembentukan volume gas yang lebih besar, yang menyebabkan peningkatan tekanan pada piston dan, sebagai akibatnya, peningkatan karakteristik torsi dan tenaga mesin.

Penggunaan turbocharger memungkinkan Anda meningkatkan tenaga mesin sebesar 20-50% dengan peningkatan biaya yang minimal (dan dengan modifikasi yang lebih signifikan, pertumbuhan tenaga dapat mencapai 100-120%).Karena kesederhanaan, keandalan, dan efisiensinya, sistem tekanan berbasis turbocharger banyak digunakan pada semua jenis kendaraan bermesin pembakaran internal.

Jenis dan karakteristik turbocharger

Saat ini, terdapat berbagai macam turbocharger, tetapi turbocharger dapat dibagi menjadi beberapa kelompok sesuai dengan tujuan dan penerapannya, jenis turbin yang digunakan, dan fungsionalitas tambahannya.

Berdasarkan tujuannya, turbocharger dibedakan menjadi beberapa jenis:

• Untuk sistem tekanan satu tahap - satu turbocharger per mesin, atau dua atau lebih unit yang beroperasi pada beberapa silinder;
•Untuk sistem inflasi seri dan seri-paralel (berbagai varian Twin Turbo) - dua unit identik atau berbeda yang beroperasi pada kelompok silinder yang sama;
• Untuk sistem tekanan dua tahap, terdapat dua turbocharger dengan karakteristik berbeda, yang bekerja berpasangan (berurutan satu demi satu) untuk satu kelompok silinder.

Yang paling banyak digunakan adalah sistem tekanan satu tahap yang dibangun berdasarkan turbocharger tunggal.Namun, sistem seperti itu mungkin memiliki dua atau empat unit yang identik - misalnya, pada mesin berbentuk V, turbocharger terpisah digunakan untuk setiap baris silinder, pada mesin multi-silinder (lebih dari 8) empat turbocharger dapat digunakan, masing-masing dari yang bekerja pada 2, 4 atau lebih silinder.Yang kurang umum adalah sistem tekanan dua tahap dan berbagai variasi Twin-Turbo, mereka menggunakan dua turbocharger dengan karakteristik berbeda yang hanya dapat bekerja berpasangan.

Berdasarkan penerapannya, turbocharger dapat dibagi menjadi beberapa kelompok:

• Berdasarkan jenis mesin - untuk unit tenaga berbahan bakar bensin, solar dan gas;
• Dalam hal volume dan tenaga mesin - untuk unit tenaga berdaya kecil, sedang dan tinggi;untuk mesin berkecepatan tinggi, dll.

Turbocharger dapat dilengkapi dengan salah satu dari dua jenis turbin:

• Radial (radial-aksial, sentripetal) - aliran gas buang diumpankan ke pinggiran impeller turbin, bergerak ke pusatnya dan dibuang ke arah aksial;
• Aksial - aliran gas buang disuplai sepanjang sumbu (ke tengah) impeler turbin dan dibuang dari pinggirannya.

Saat ini, kedua skema tersebut digunakan, tetapi pada mesin kecil Anda sering dapat menemukan turbocharger dengan turbin aksial radial, dan pada unit daya yang kuat, turbin aksial lebih disukai (walaupun ini bukan aturannya).Terlepas dari jenis turbinnya, semua turbocharger dilengkapi dengan kompresor sentrifugal - di dalamnya udara disuplai ke bagian tengah impeler dan dikeluarkan dari pinggirannya.

Turbocharger modern dapat memiliki fungsi berbeda:

• Saluran masuk ganda - turbin memiliki dua masukan, masing-masing menerima gas buang dari satu kelompok silinder, solusi ini mengurangi penurunan tekanan dalam sistem dan meningkatkan stabilitas dorongan;
• Geometri variabel - turbin memiliki bilah yang dapat digerakkan atau cincin geser, yang melaluinya Anda dapat mengubah aliran gas buang ke impeler, hal ini memungkinkan Anda mengubah karakteristik turbocharger tergantung pada mode pengoperasian mesin.

Terakhir, turbocharger berbeda dalam karakteristik kinerja dan kemampuan dasarnya.Karakteristik utama dari unit-unit ini harus disorot:

• Tingkat kenaikan tekanan - rasio tekanan udara di saluran keluar kompresor dengan tekanan udara di saluran masuk, berada pada kisaran 1,5-3;
• Pasokan kompresor (aliran udara melalui kompresor) - massa udara yang melewati kompresor per satuan waktu (detik) terletak pada kisaran 0,5-2 kg/s;
• Kisaran kecepatan operasi berkisar dari beberapa ratus (untuk lokomotif diesel bertenaga, mesin diesel industri dan lainnya) hingga puluhan ribu (untuk mesin paksa modern) putaran per detik. Kecepatan maksimum dibatasi oleh kekuatan turbin dan impeler kompresor, jika kecepatan putaran terlalu tinggi akibat gaya sentrifugal, roda bisa roboh.Pada turbocharger modern, titik periferal roda dapat berputar dengan kecepatan 500-600 m/s atau lebih, yaitu 1,5-2 kali lebih cepat dari kecepatan suara, hal ini menyebabkan terjadinya peluit khas turbin;

• Suhu operasi/maksimum gas buang pada saluran masuk turbin berada pada kisaran 650-700 °C, dalam beberapa kasus mencapai 1000 °C;
• Efisiensi turbin/kompresor biasanya 0,7-0,8, dalam satu satuan efisiensi turbin biasanya lebih kecil dari efisiensi kompresor.