Hal-hal yang perlu Anda ketahui tentang Mesin Turbocharged

Pernahkah Anda Mendengar tentang perangkat input berdaya tinggi di mesin pembakaran internal, nah, rahasianya adalah turbocharger . Ini juga dikenal sebagai turbo yang ditemukan pada awal abad kedua puluh oleh seorang insinyur di tanah Swiss, Alfred Buchi. Dia memperkenalkan prototipe untuk meningkatkan kekuatan mesin diesel.

Saat ini, turbocharging telah menjadi perangkat standar untuk sebagian besar mesin bensin dan diesel. Penelitian masih berlangsung tentang cara meningkatkan desain turbocharger untuk kinerja yang lebih baik dengan biaya produksi yang lebih rendah. Meskipun tegangan akibat getaran dan kinerja bantalan merupakan faktor kegagalan utama. Untuk alasan ini, analisis rotodinamik harus menjadi bagian penting dari proses desain turbocharger, mungkin!

Pada mesin mobil, tenaga dihasilkan di ruang bakar dengan campuran bahan bakar/udara yang masuk, kan! Setelah kompresi, ia melepaskan campuran sebagai gas buang yang menjadi produk limbah dan bahkan menyebabkan polusi ke atmosfer. Namun alih-alih membuang gas buang, turbocharger memanfaatkannya untuk membuat mesin berjalan lebih cepat. Biar saya jelaskan.

Baca Semua yang perlu Anda ketahui tentang piston mobil

Hari ini kita akan melihat definisi, fungsi, aplikasi, suku cadang, sejarah, diagram, jenis, prinsip kerja serta kelebihan dan kekurangan turbocharger. Artikel ini luas sehingga saya mendorong Anda untuk membaca untuk mendapatkan pengetahuan.

Definisi Turbocharger

Turbocharger adalah perangkat induksi gaya yang digerakkan turbin yang meningkatkan efisiensi dan output daya mesin pembakaran internal dengan memaksa udara bertekanan ekstra ke dalam ruang bakar. Induksi udara panas ini tampaknya berhasil karena kompresor dapat memaksa lebih banyak udara dan secara proporsional lebih banyak bahan bakar ke dalam ruang bakar daripada tekanan atmosfer normal.

Turbocharger adalah perangkat yang dipasang pada mesin kendaraan untuk meningkatkan efisiensi secara keseluruhan dan meningkatkan kinerja mesin. turbocharger awalnya dikenal sebagai turbosupercharger karena semua perangkat induksi paksa diklasifikasikan sebagai supercharger. Supercharger adalah istilah yang diberikan untuk perangkat induksi paksa yang digerakkan secara mekanis.

Perbedaan antara turbocharger dan supercharger konvensional adalah turbocharger ditenagai oleh turbin yang digerakkan oleh gas buang mesin. Padahal, supercharger digerakkan secara mekanis oleh poros engkol mesin, sering dihubungkan dengan sabuk. Namun, turbocharger lebih efisien tetapi kurang responsif. Istilah Twin-charger mengacu pada mesin dengan turbocharger dan supercharger.

Baca Hal-hal yang harus Anda ketahui tentang batang penghubung

Sejarah

Sejarah singkat tentang turbocharger, penghargaan diberikan kepada pendiri Alfred J Buchi (1879 – 1932) yang dipekerjakan di bengkel insinyur otomotif oleh Gebruder Sulzer Engine Company di Winterthur, Swiss. Proyek ini dikembangkan setahun sebelum Perang Dunia I pertama yang dipatenkan di Jerman pada tahun 1905. Dia melanjutkan peningkatan proyek sampai kematiannya setelah empat dekade.

Beberapa insinyur lain juga layak untuk dikreditkan pada proyek turbocharger. Beberapa tahun sebelumnya, Sir Dugald Clark (1854 – 1932) adalah seorang penemu mesin dua langkah Skotlandia. dia bereksperimen dengan memisahkan tahap kompresi dan ekspansi pembakaran internal menggunakan dua silinder terpisah.

Eksperimennya bekerja seperti supercharging, meningkatkan aliran udara ke dalam silinder dan jumlah bahan bakar yang dapat dibakar. Insinyur lain seperti Louis Renault, Gottlieb Daimler, dan Lee Chadwick, juga mengambil bagian dalam sistem supercharging.

Fungsi Turbocharger

Fungsi utama dari turbocharger adalah untuk meningkatkan efisiensi kerja mesin mobil. di bawah ini adalah alasan mengapa turbo akan selalu ada meskipun ada beberapa keterbatasan.

• Keuletan ekstra disediakan, tanpa menambah kapasitas mesin.
• Buat mesin berjalan lebih cepat tanpa meningkatkan laju pembakaran bahan bakar.
• Manfaatkan karbon II oksida (gas buang) daripada menyebabkan polusi.

Aplikasi Turbocharger

Turbocharger umumnya digunakan pada mesin otomotif seperti truk, mobil, kereta api, pesawat terbang, dan peralatan konstruksi. rilis modern mesin pembakaran internal siklus Otto dan siklus diesel dilengkapi turbocharger.

Mari selami untuk menjelaskan beberapa aplikasi turbocharger:

Mobil berbahan bakar bensin dan diesel: Seperti disebutkan sebelumnya mobil turbocharged adalah umum dari mobil bertenaga bensin dan diesel untuk meningkatkan output daya mereka untuk kapasitas tertentu. Hal ini juga meningkatkan efisiensi bahan bakar, memungkinkan mesin perpindahan yang lebih kecil. Mesin ini kehilangan bobot sekitar 10% dan menghemat konsumsi bahan bakar hingga 30% dan masih menghasilkan tenaga kuda puncak yang sama.

Mobil penumpang turbocharged pertama adalah opsi Oldsmobile Jetfire. Ini menggunakan komponen 215 cu di semua aluminium V8 dan pada produk Chevrolet yang disebut corvairs. Awalnya disebut mesin enam silinder datar berpendingin Monza Spyder.

Mobil diesel sangat bergantung pada turbocharger karena penggunaan peningkatan efisiensi, kemampuan berkendara, dan kinerja mesin diesel. Itu diproduksi pada mobil penumpang adalah Mercedes Garrett-turbocharged yang diperkenalkan pada tahun 1978.

Truk: Untuk manfaat yang sama, mesin truk diesel telah dilengkapi turbocharging sejak tahun 1938.

Pesawat: Sepanjang tahun, efek turbocharger juga meningkatkan efisiensi pesawat terbang.

Sepeda Motor: Sebagian besar perusahaan Jepang memproduksi sepeda motor berperforma tinggi yang dilengkapi turbocharged sejak awal 1980-an. Meskipun ada beberapa sepeda motor turbocharged di luar sana, ini karena banyaknya perpindahan yang lebih besar. Tersedia mesin yang disedot secara alami yang menawarkan manfaat torsi dan daya dari mesin berkapasitas lebih kecil dengan turbocharger tetapi mengembalikan karakteristik daya yang lebih linier.

Baca:Komponen mesin pembakaran internal

Bagian Turbocharger

Di bawah ini adalah bagian utama dari turbocharger dan fungsinya:

• Kartrid (inti turbocharger yang dirakit lengkap dan seimbang)
• Aktuator vakum dan aktuator pneumatik
• Aktuator elektronik (penggerak servo listrik)
• Rumah kompresor (rumah dari bagian/bagian dingin turbocharger)
• Kit perbaikan turbocharger (kit/set suku cadang untuk perbaikan kecil cepat)
• Roda kompresor (roda kompresor turbocharger)
• Poros dan roda (poros turbocharger dengan roda turbin, rotor turbin)
• Rumah Nozzle Ring (Rumah untuk elemen kontrol geometri VNT)
• Rumah Bantalan (Rumah kartrid, Rumah inti Turbo)
• Pelat belakang (pelat inti turbocharger dari sisi kompresor)
• Cincin Nozzle VNT (Cincin dengan nozel untuk turbocharger VNT, node kontrol geometri VNT)
• Pelindung panas (pelindung panas inti turbocharger)
• Perlengkapan paking (perlengkapan/set paking turbocharger)
• Sensor aktuator (sensor tekanan, sensor posisi
• VNT Gasket (gasket internal untuk turbocharger VNT)
• Rumah turbin (rumah bagian/bagian panas turbocharger)
• Suku cadang aktuator elektronik (motor listrik, poros, roda gigi penggerak servo turbocharger).

Jenis Turbocharger

Di bawah ini adalah macam-macam jenis turbocharger yang ada :

Turbo tunggal:

Turbo tunggal adalah jenis turbocharger paling sederhana, paling umum dan termurah yang ada. Ini memiliki variabilitas tak terbatas dan menjadi turbo yang lebih kecil, ia memberikan dengusan low-end yang lebih baik karena mereka berputar lebih cepat. Turbo tunggal memiliki bantalan bola dan bantalan jurnal yang mengurangi gesekan untuk memutar kompresor dan turbin.

Keuntungan dari turbocharger tunggal adalah bahwa mesin yang lebih kecil juga diperbolehkan untuk menampilkan turbo, efektivitas biaya juga dipertimbangkan, kesederhanaan dan lebih mudah untuk dipasang. Ini juga meningkatkan efisiensi mesin.

Beberapa keterbatasan masih terjadi meskipun memiliki kelebihan yang meliputi; memiliki kisaran rpm efektif yang cukup sempit. Turbo tunggal membuat ukuran menjadi masalah karena kita harus memilih antara daya high-end yang lebih baik atau torsi low-end yang baik. Terakhir, responsnya mungkin lambat dibandingkan tipe turbo lainnya.

Turbo Kembar:

Twin-turbo adalah pilihan lain yang memungkinkan turbocharger tunggal untuk setiap bank silinder (v8, v12 dll). Atau, turbocharger tunggal dapat digunakan untuk rpm rendah dan bypass ke turbocharger yang lebih besar untuk rpm tinggi. Dua turbo berukuran sama di mana satu digunakan pada rpm rendah dan keduanya digunakan pada rpm tinggi (14, 16). BMW x5 M dan x6 M menggunakan turbo gulir kembar, satu di setiap sisi v8.

Manfaat twin-turbo saat berurutan atau pada turbo di rpm rendah dan keduanya di rpm tinggi. Ini memungkinkan kurva torsi yang lebih lebar dan rata, torsi low-end yang lebih baik, tetapi tenaga tidak akan berkurang pada rpm tinggi seperti turbo tunggal. Keterbatasan dengan turbocharger ini termasuk biaya dan kerumitan, karena komponennya hampir dua kali lipat. Dan, ada alternatif lain untuk mencapai hasil serupa yang lebih ringan.

Baca:Perbedaan Mesin Bensin dan Diesel

Turbo Gulir Kembar:

Dalam hampir semua hal, turbocharger gulir kembar lebih baik daripada turbo gulir tunggal karena saat menggunakan dua gulungan, pulsa buang terbagi. Misalnya, dalam mesin empat silinder yang memiliki urutan pembakaran 1 3 4 2, silinder 1 dan 4 dapat diumpankan ke satu gulungan turbo. Sedangkan silinder 2 dan 3 diumpankan untuk memisahkan gulungan. Tujuan dari turbocharger jenis ini adalah agar ada tumpang tindih di dalam silinder. Katakanlah silinder mengakhiri langkah tenaganya saat piston mencapai titik mati bawah, dan katup buang akan terbuka. Selama waktu ini, silinder dua mengakhiri langkah buangnya dengan menutup katup dan membuka katup masuk.

Manifold turbo gulir tunggal tradisional sangat berbeda, tekanan buang dari silinder satu akan mengganggu silinder dua menarik udara segar karena kedua katup buang terbuka sementara. Ini mengurangi berapa banyak tekanan yang mencapai turbo dan mengganggu seberapa banyak udara yang ditarik oleh silinder kedua.

Keuntungan dari turbocharger adalah lebih banyak energi yang dikirim ke turbin buang dan jangkauan rpm yang lebih luas dari dorongan efektif tercapai. Ini karena desain gulir yang berbeda. Pada dasarnya, ada lebih banyak tumpang tindih katup tanpa menghambat pembuangan gas buang, sehingga menghasilkan fleksibilitas penyetelan yang lebih banyak.

Keterbatasannya adalah biaya dan kerumitannya tinggi dibandingkan dengan turbo tunggal dan memerlukan tata letak mesin dan desain knalpot khusus.

Variable Geometry Turbocharger (VGT):

Jenis geometri variabel turbocharger umum pada mesin diesel dan produksinya terbatas. Ini karena biaya dan persyaratan material yang eksotis. Baling-baling internal di dalam turbocharger mengubah rasio area-ke-radius A/R agar sesuai dengan rpm. Artinya, pada rpm rendah, rasio A/R rendah digunakan untuk meningkatkan kecepatan gas buang dan dengan cepat menggulung turbocharger. Jika putaran naik, rasio A/R meningkat untuk meningkatkan aliran udara yang menghasilkan turbo lag yang rendah. Ini juga menghasilkan ambang batas dorongan yang rendah dan pita torsi yang lebar dan mulus.

Keunggulan turbo jenis ini adalah kurva torsi yang dihasilkan lebar dan rata. Yang efektif pada rentang rpm yang sangat lebar. Ini membutuhkan turbo tunggal, menyederhanakan pengaturan turbo berurutan menjadi sesuatu yang lebih kompak. Keterbatasannya hanya digunakan pada aplikasi diesel di mana gas buang lebih rendah sehingga baling-baling tidak akan hancur oleh kepala. Menggunakan turbo pada mesin bensin, logam eksotis yang mahal akan digunakan untuk menjaga keandalan.

Variable Twin-Scroll Turbocharger:

Variable twin-scroll turbo jauh lebih murah daripada VGT, menjadikannya pilihan yang lebih disukai untuk turbocharging bensin. Ini menggabungkan VGT dengan pengaturan gulungan kembar, sehingga, pada putaran rendah, salah satu gulungan benar-benar tertutup memaksa semua udara masuk ke gulungan lainnya. Saat mesin dipercepat, katup terbuka untuk memungkinkan udara masuk ke gulungan lain dan diperoleh kinerja kelas atas yang baik.

Keuntungan turbocharger adalah memungkinkan kurva torsi datar yang lebar dan desainnya lebih kokoh daripada VGT. Biaya dan kerumitan juga merupakan keterbatasan dan teknologinya tidak diinginkan sebelumnya.

Turbocharger Listrik:

Dengan penerapan motor listrik dalam turbocharger, ia meningkatkan fitur-fiturnya dan memberikan dorongan instan ke mesin. Torsi low-end mudah diproduksi, lag dihilangkan. Turbocharger ini adalah yang terbaik dari semuanya, mungkin versi baru dapat menurunkannya.

manfaatnya adalah bahwa rentang rpm efektif yang lebih luas dengan torsi yang merata dihasilkan. Energi yang terbuang dikembalikan sebagai motor listrik yang terhubung langsung ke turbin buang. Dan seperti yang disebutkan sebelumnya turbo lag dan gas buang yang tidak mencukupi dapat dihilangkan secara virtual dengan memutar kompresor dengan tenaga listrik bila diperlukan.

Kompleksitas dan biaya adalah salah satu kelemahan turbocharger karena sekarang sudah termasuk motor listrik. Pengemasan dan bobot juga menjadi masalah, terutama dengan penambahan baterai onboard, yang memasok daya yang cukup ke turbo saat dibutuhkan. Manfaat serupa dapat diperoleh dari jenis lain seperti VGT atau gulungan kembar.

Prinsip kerja

Memiliki pengetahuan dasar tentang cara kerja mesin jet, memahami mobil dengan turbocharger akan jauh lebih mudah. Mari saya jelaskan, mesin jet menyedot udara segar di bagian depan, dan menggunakannya di dalam ruang untuk mencampur dan membakar bahan bakar. Ia kemudian menyemburkan udara panas melalui punggungnya. Panas menderu melewati turbin yang terbuat dari kincir angin logam kompak, yang menggerakkan kompresor (pompa udara) di bagian depan mesin. mesin menggunakannya untuk mendorong udara ke dalam mesin untuk membuat bahan bakar terbakar dengan benar.

Proses serupa diterapkan pada turbocharger pada mesin piston mobil. gas buang digunakan untuk menggerakkan turbin, yang memutar kompresor udara yang mendorong udara ekstra ke dalam silinder. Hal ini menyebabkan lebih banyak bahan bakar yang terbakar dalam hitungan detik, itulah sebabnya mobil turbocharged dapat menghasilkan lebih banyak tenaga. Itu lebih banyak energi per detik.

Turbocharger terbuat dari dua bagian yang disatukan oleh sebuah poros. Salah satunya berisi turbin yang diputar oleh gas buang panas, yang lain juga berisi turbin yang menyedot udara dan memampatkannya ke dalam mesin. Kompresi ini menawarkan tenaga ekstra dan efisiensi ke mesin. Semakin banyak udara yang masuk ke ruang bakar, semakin banyak bahan bakar yang ditambahkan yang menghasilkan tenaga ekstra.

Perhatikan bahwa udara terkompresi panas yang kurang padat dan naik di atas radiator. Udara panas ini kurang efektif membantu bahan bakar terbakar. Karena itu, udara yang berasal dari kompresor perlu didinginkan sebelum masuk ke silinder. Inilah sebabnya mengapa udara panas dari kompresor melewati penukar panas yang menghilangkan panas ekstra sebelum masuk ke ruang bakar.

Baca:Klasifikasi Mesin Pembakaran Dalam

Dari mana kekuatan ekstra itu berasal dan berapa banyak yang bisa Anda dapatkan

Kebanyakan orang berpikir mesin turbin menawarkan tenaga ekstra dari gas buang yang diterima, tapi itu tidak benar. Gas buang digunakan untuk menggerakkan kompresor yang mentransfer udara ke ruang bakar yang memungkinkan mesin membakar lebih banyak bahan bakar setiap detik. Tenaga ekstra diperoleh dari bahan bakar ekstra yang dibakar lebih cepat.

Jumlah tenaga ekstra yang diberikan turbocharger ditentukan oleh seberapa besar komponennya. Turbocharger dapat ditingkatkan untuk membuat mesin lebih bertenaga, tergantung pada besar daya yang diinginkan. Tapi ada batas perbaikan. Silinder sangat besar sehingga dapat menerima banyak udara dan bahan bakar untuk bercampur.

Keuntungan dan Kerugian Turbocharger

Keuntungan:

Di bawah ini adalah manfaat turbocharger:

• Daya ekstra ditawarkan ke mesin.
• Daya gratis diberikan ke mesin menggunakan limbah gas buang. tidak memerlukan tenaga mesin apa pun untuk menggerakkannya.
• Ini digunakan di mesin diesel dan bensin.
• Meningkatkan efisiensi bahan bakar mesin.

Kekurangan:

Terlepas dari kelebihan turbocharger, dua keterbatasan utama masih terjadi. Di bawah ini adalah kerugian dari turbocharger:

Salah satu masalah besar dengan turbocharger dikenal sebagai turbo lag. Hal ini terjadi ketika throttle ditekan, butuh waktu bagi mesin untuk mempercepat. Artinya, turbocharger membutuhkan waktu untuk mencerminkan kecepatan engine.

Ketika kecepatan mesin rendah, tidak ada cukup gas buang untuk memutar kompresor untuk menawarkan daya yang dibutuhkan. Knalpot yang dibutuhkan akan dibuat setelah throttle ditekan. Efek ini dikurangi dengan menurunkan gigi ke gigi yang lebih rendah, tetapi pengemudi ahli terkadang menyadari adanya jeda jeda sebagai respons.

Keterbatasan kedua turbocharger tidak terjadi pada kondisi berkendara sehari-hari. Itu terjadi hanya ketika mesin didorong ke batasnya. Panas yang dihasilkan dari gas buang menjadi sangat panas dan menyebabkan turbocharger mulai menyala merah.

Inilah sebabnya mengapa sebagian besar mobil sport turbocharged dirancang dengan ventilasi di bagian bawah mesin. Ventilasi ini menjaga sirkulasi udara tetap konstan dan mendinginkan bagian-bagiannya.

Baca:Cara kerja dan efektivitas poros baling-baling

Sebagai kesimpulan, kami telah memaparkan kepada Anda berbagai fungsi turbocharger. Salah satunya adalah meningkatkan kerja dan efisiensi bahan bakar mesin. Kami juga melihat berbagai jenis turbo dan prinsip kerjanya. Keuntungan dan kerugian juga terungkap.

Saya berharap ilmunya tercapai, jika demikian, silakan berkomentar, bagikan, dan rekomendasikan situs ini kepada mahasiswa teknik lainnya. Terima kasih!