Pengecas turbo

Sebuah pengecas turbo merupakan daripada satu kipas pemampat kecil yang digerakkan oleh gas ekzos enjin. Sebuah pengecas turbo terdiri daripada satu turbin dan satu pemampat pada aci yang sama. Turbin menukarkan gas ekzos kepada daya putaran, yang seterusnya menggerakkan pemampat. Pemampat menarik masuk udara dan mengepamnya ke rongga masukan pada tekanan yang lebih tinggi, menghasilkan lebih banyak jisim udara yang memasuki enjin pada setiap lejang masukan.

Objektif pengecas turbo adalah sama seperti pengecas lampau; iaitu untuk meningkatkan kecekapan volumetrik enjin dengan menyelesaikan had kardinalnya. Sesebuah enjin pernafasan biasa hanya menggunakan gerakan lejang omboh ke bawah untuk menghasilkan kawasan tekanan rendah untuk menarik udara masuk ke silinder melalui injap masukan. Oleh kerana tekanan atmosfera adalah tidak melebihi 1 atm (lebih kurang 101.3 kPa), sudah tentulah terdapat had perbezaan tekanan merentasi injap masukan dan seterusnya jumlah udara masuk ke kebuk pembakaran. Oleh kerana pengecas turbo meningkatkan tekanan udara masuk ke silinder, maka lebih banyak udara (oksigen) akan dipaksa masuk ke silinder apabila tekanan rongga masukan meningkan. Aliran udara tambahan ini membolehkan enjin untuk mengekalkan tekanan kebuk pembakaran dengan beban udara/bahan api walaupun pada kelajuan enjin yang tinggi, meningkatkan keluaran kuasa kuda serta kilasan enjin.

Oleh kerana tekanan udara tidak boleh naik terlalu tinggi untuk mengelakkan ketukan enjin serta kerosakan fizikal yang lain, tekanan udara masuk mestilah dikawal dengan mengawal kelajuan putaran pengecas turbo. Fungsi tersebut dilakukan oleh wastegate, yang mengalirkan sebahagian gas ekzos memintasi turbin ekzos. Ia mengawal kelajuan aci dan mengawal tekanan udara pada rongga masukan.

Pengecas turbo dicipta oleh seorang jurutera Switzerland bernama Alfred Büchi. Beliau memohon paten untuk pengecas turbo ciptaannya pada tahun 1905.^[1] Kapal dan lokomotif diesel dengan pengecas turbo mula dikeluarkan pada sekitar tahun 1920an.

Semasa Perang Dunia Pertama, jurutera Perancis, Auguste Rateau^[2] memasang pengecas turbo pada enjin-enjin Renault yang digunakan pada pelbagai pesawat pejuang Perancis dengan sedikit kejayaan.^[3]

Pada tahun 1918, jurutera General Electric Sanford Moss memasang turbo pada enjin kapal terbang V12 Liberty. Enjin tersebut diuji di Pikes Peak di Colorado pada ketinggian 4,300 m untuk demonstrasi sama ada ia boleh menghapuskan kehilangan kuasa yang dialami pada enjin pembakaran dalaman yang diakibatkan oleh ketumpatan dan tekanan udara yang berkurangan pada altitud tinggi.^[4]

Pengecas turbo mula dikeluarkan pada enjin kapal terbang pengeluaran pada tahun 1930an sebelum Perang Dunia Kedua. Tujuan utama penggunaan pada kapal terbang adalah untuk membolehkan kapal terbang untuk terbang pada ketinggian yang lebih tinggi, dengan meningkatkan tekanan atmosfera yang rendah pada altitud tinggi. Kapal terbang seperti P-38 Lightning, B-17 Flying Fortress, dan P-47 Thunderbolt kesemuanya menggunakan pengecas turbo bagi meningkatkan kuasa kuda enjin pada altitud tinggi.

Lori turbo pertama dikeluarkan oleh "Schweizer Maschinenfabrik Saurer" (Swiss Machine Works Saurer) pada tahun 1938.^[5]

 

Enjin turbo kereta pengeluaran pertama dikeluarkan oleh General Motors pada tahun 1962. Kereta Oldsmobile Cutlass Jetfire dan Chevrolet Corvair Monza Spyder kedua-duanya dipasang dengan pengecas turbo.^{[perlu rujukan]} Saab merupakan pengeluar kereta pertama yang berjaya memasang pengecas turbo pada kereta pengeluaran biasa. Ia terhasil daripada pengenalan injap wastegate yang berfungsi melegakan tekanan berlebihan.^[6]

Enjin kereta turbodiesel pertama di dunia ialah kereta Mercedes 300SD dan Peugeot 604, kedua-duanya diperkenalkan pada tahun 1978. Kini, sebahagian besar kereta diesel menggunakan pengecas turbo.

Terdapat lima komponen utama dalam sesebuah sistem pengecas turbo iaitu pemampat, turbin, injap "wastegate" dan injap "blow-off".

• Pemampat - Pemampat bagi sistem turbo adalah dari jenis pemampat bilah jejari yang berfungsi memaksa udara masuk ke enjin dan memampatkannya pada tekanan tinggi. Ia disambung ke turbin melalui satu aci dan ditempatkan bersama-sama dengan turbin di dalam perumah yang sama.
• Turbin - Seperti pemampat, turbin juga terdiri daripada jenis turbin bilah jejari yang bersambungan dengan pemampat. Ia digerakkan oleh gas ekzos enjin itu sendiri dengan kelajuan putaran sehingga setinggi lebih 120,000 rpm. Putaran turbin yang sangat tinggi ini memerlukan ia disokong oleh alas khas yang dilincirkan oleh aliran minyak pelincir yang berterusan.
• Injap "wastegate" - Injap ini berfungsi sebagai injap kawalan tekanan gas ekzos agar tekanan gas ekzos tidak akan menyebabkan turbin berputar terlalu tinggi sehingga merosakkan turbin itu sendiri. Pada tekanan boost yang ditetapkan, injap "wastegate" membuka satu laluan sampingan yang memintas turbin untuk mengawal putaran maksimum turbin.
• Injap "blow-off" - Injap ini secara ringkasnya adalah injap pelega tekanan yang melepaskan sebahagian tekanan udara termampat apabila pendikit dilepaskan agar tekanan udara masuk tidak merosakkan unit pengecas turbo kerana tiada jalan keluar.
• Penyejuk perantara - Penyejuk perantara adalah alat penukar haba yang menyerupai radiator dan berfungsi menyejukkan udara termampat bertekanan tinggi untuk meningkatkan ketumpatannya. Walau bagaimanapun, sesetengah sistem pengecas turbo dengan tekanan boost yang rendah tidak memerlukan penyejuk perantara.

•  
  Pemampat
•  
  Turbin
•  
  Injap "wastegate"

• Pernafasan paksaan
• Enjin pernafasan biasa
• Pengecas lampau
• Pengecas berkembar

• Don Sherman (2006). "Happy 100th Birthday to the Turbocharger". Automobile Magazine. Unknown parameter |month= ignored (bantuan)
• Andrew Noakes (18 March 2005). "Audi Quattro". Pistonheads.
• NASA Oil Free Turbocharger Diarkibkan 2009-05-05 di Wayback Machine