Garretten Greddy: A turbóforradalom verseny- és utcai kalandja

Az 1905-ben szabadalmaztatott turbófeltöltő a kipufogógázokkal elpazarolt energiát motorsportban 1000 lóerős szörnyeteggé alakítva egészen az utcákig jutott el.
Az 1905-ben szabadalmaztatott turbófeltöltő a kipufogógázokkal elpazarolt energiát motorsportban 1000 lóerős szörnyeteggé alakítva egészen az utcákig jutott el.

Az oldal megosztása

A turbófeltöltő egy mechanikus szerkezet, amely visszanyeri a kipufogógáz energiáját, és nagyobb levegőt présel a motorba; első szabadalmát 1905-ben kapta, és a versenypályákon átjárva mára a sorozatgyártású személyautók gerincévé vált. Ezen az oldalon egyetlen idővonal mentén követheted végig a történetet: az 1938-as első teherautó-alkalmazástól az 1962-es első sorozatgyártású személyautókig, a Porsche 1000 lóerős Can-Am szörnyeitől a Formula 1 turbókorszakáig, valamint az olajválság után a kisorrású turbómotorok felemelkedéséig.

Kiemelt adatok

  • Az első turbófeltöltött sorozatgyártású személyautók: 1962 Chevrolet Corvair Monza Spyder és Oldsmobile Jetfire
  • Porsche 917/30 Can-Am: az időmérő edzéseken 1500 LE felett, 32 psi feltöltésnyomás
  • Formula 1 turbókorszak: 1977-1988, a csúcson literenként becsült 1000 LE
  • A Porsche 917/30 Talladegában 221,160 mph as köridő-rekordot ért el (1975)
  • A modern leszorításos (downsizing) kis turbómotoroknál 20-30% üzemanyag-fogyasztási előny

A turbófeltöltő története: a kipufogóból született ötlet

A turbófeltöltő alapelve egyszerű, és mérnöki szempontból rendkívül elegáns: a motorból kiszoruló kipufogógáz eleve hordoz energiát; ezt egy turbinával megpörgetve, ugyanazon a tengelyen lévő kompresszorral a beszívott levegőt sűrítjük össze. A mechanikus feltöltővel ellentétben ez az erő nem a motor főtengelyéből, hanem többnyire kárba vesző kipufogóáramból származik. Az ötlet 1905 dátumú első szabadalmával vált hivatalossá, de az autóba való bejutása több mint negyven évig tartott.

Az első kereskedelmi járműalkalmazás egy közúti járműben valósult meg: a svájci Saurer gyártó 1938-ban mutatta be turbófeltöltött teherautómotorját. Európában a turbódízel közúti teherautók a II. világháború küszöbén jelentek meg, a háború repülése pedig éretté tette a technológiát. A P-38, B-17 és P-47 típusú turbófeltöltött katonai repülőgépek a mechanikus feltöltővel ellentétben a kipufogó energiáját hasznosítva nagy magasságban is meg tudták tartani teljesítményüket.

1962: Az első turbófeltöltött sorozatgyártású személyautók az utakon

A turbófeltöltő első találkozása a sorozatgyártású személyautókkal ugyanabban a modellévben két különböző GM terméknél történt: Chevrolet Corvair Monza Spyder és Oldsmobile Jetfire. Az Oldsmobile a 215 köbhüvelykes V8-ast turbóval 155 LE-ről 215 LE-re emelte, a Chevrolet pedig a 145 köbhüvelykes soros hatcilindert 98-ról 150 LE-re növelte. Mindkét rendszer körülbelül 5 psi feltöltésnyomással és karburátoros "suck-through" elrendezéssel működött - a mai mércével mérve rendkívül szerény, de a korhoz képest forradalmi teljesítménynövekedés.

A Jetfire útja rövidebbnek bizonyult. Az alacsony kompressziójú motoroknál elkerülhetetlen detonáció szabályozásához a modellnek Turbo-Rocket fluid nevű metil-alkohol-víz befecskendező rendszerre volt szüksége, és körülbelül 9600 darabos gyártásával két modellév után kikerült a gyártásból. A Corvair viszont öt évig kapható volt, 50000-nél többet adott el belőle, és az opciót az 1966-os modellév végén törölték. Röviden: a turbófeltöltő első kísérlete technológiailag helyes, kereskedelmi szempontból korai ötlet volt.

Turbó a versenypályákon: az Indy 500-től a Can-Am óriásaiig

Porsche 917/10 ve 917/30, Can-Am serisinde egzozdan yaklaşık 1.500 beygire ulaşan ikiz turboşarjıyla dönemin en güçlü yarış araçlarından biri oldu.

A turbófeltöltő belépése a motorsportba a sorozatgyártást megelőzte. 1952-ben a Cummins 6,4 literes turbódízel motorral szerelt Kurtis Kraft különleges versenyautója pole pozíciót szerzett Fred Agabashian-nal az Indy 500-ön; azonban a pályatörmeléket beszívó légszűrő miatt kiesett a versenyből. Az igazi robbanás 1966-ban kezdődött, amikor az első turbófeltöltéses Offenhauser megjelent a rajtrácson; 1968-ben Bobby Unser turbó-Offy-vel nyerte meg az Indy 500-öt, és ezek a motorok az időmérő edzéseken 54 psi töltőnyomással 1200 lóerőt voltak képesek leadni. Az 1973-as halálos baleseteket követően a töltőnyomást kb. 39 psi -ra korlátozták.

Porsche 917/10 és 917/30: 1500 lóerő a kipufogóból

A Porsche a 3 literes motorszabály miatt nem folytathatta a 917 4,5 literes motorjával. Ferdinand Piëch vezetésével a Hans Mezger és Valentin Schäffer irányítása alatt álló csapat ikerkipufogós turbófeltöltővel 1000 PS-re (735 kW) növelte a motor teljesítményét. 1971. július 30-án Jo Siffert először használta a turbófeltöltéses 917/10-est a Hockenheimringen. A később érkező 917/30, 5,4 literes ikerturbós flat-12-vel az időmérő edzéseken 1500 lóerő feletti teljesítményt termelt, a töltőnyomás 32 psi-ig emelkedett. Mark Donohue az 1973-as Can-Am szezonban 8 versenyből 6-ot nyert meg; 1975-ben Talladegán 221,160 mph körrekordot állított fel. Ez az autó, amelyben versenyző által vezérelt töltőnyomás-beállítás is volt, az 1972-es verzió gázreakciójának "kapcsoló" jellegű leírásával a turbólyuk legradikálisabb arcát mutatta.

A Formula 1 turbókorszaka: 1977-től 1988-ig

A Renault RS01, 1977-ben Silverstone-ban elindította a Formula 1 turbókorszakát. Egyetlen turbóval és 500 lóerővel pályára álló autót a riválisok "yellow teapot" - sárga teáskanna - néven gúnyoltak. A lebecsülés nem tartott sokáig: 1979-ben az RS10 ikerturbot és intercoolert hozott, Jean-Pierre Jabouille dijon-i győzelme pedig a turbót komoly opcióvá tette. 1983-ra a BMW, a Honda, a Renault, az Alfa Romeo, a Hart és a TAG/Porsche turbómotorokat szállított; az időmérő edzéseken 45 psi töltőnyomásról és 700 lóerőről beszéltek. 1985-ben 5,5 bar (kb. 82 psi) töltőnyomás és becsült 1500 lóerő - literenként 1000 lóerő, 1200 fontos autóknak.

A korszak fináléja egy show volt: 1988-ban a McLaren MP4/4 és a Honda RA168E ikerturbós V6-val Senna és Prost a 16 versenyből 15-öt nyert meg. A FIA a 1989 -es szezontól kezdve betiltotta a turbómotorokat; ezért egyes naptárak a korszakot 1988-ban, mások 1989-ben zárják le - a gyakorlati különbség mindössze egy szezonnyi eltolódás az utolsó autók versenyzési éve és a tilalom hatályba lépése között.

Leszállás az utcai autókra: a 70-es évek nehéz felemelkedése és a 80-as évek aranykora

A versenytechnológia utcára való visszatérése nem volt egyenes vonalú. BMW 2002 Turbo (1973-74) 170 lóerőt és 240 lb-ft nyomatékot termelt, mindössze 6,9:1 kompresszióaránnyal, 1672 darab gyártható belőle, és az USA-ba hivatalosan nem importálták. Ugyanebben az évben a Porsche 911 Turbo (930) 1975-ös modelljével 3,0 literes motorral, és 260 LE sunuyordu; "whale tail" kanadının altındaki performans, belirli turbin késlekedéssel és snap oversteer hajlammal együtt járt. Ezek a járművek azt mutatták, hogy a turbókésleltetés és az irányíthatóság kérdése még mindig megoldatlan volt.

Csendesebb, de tartósabb lépés a Mercedestől érkezett: OM617A turbódízel, 1978-ben a W116 sedannal az első sorozatgyártású turbódízel autó lett, és a turbófeltöltőt a üzemanyag-hatékonyság és az alacsony károsanyag-kibocsátás szavával együtt emlegető korszak kapuját nyitotta meg. A 80-as években a karakterek változatossá váltak: Ferrari 288 GTO (1984) 2,8 literes ikasz IHI turbo V8 motorjával 400 LE teljesítményt adott, mindössze 277 darabot gyártottak belőle, és megalapozta az F40-ot. Buick Grand National / GNX (1987) 547 darabos GNX változattal a 0-60-ot ~5 másodpercre csökkentette, a negyed mélt 13,2 másodperc alatt abszolválva korának leggyorsulóbb GM terméke lett. A Chrysler oldalon a 1984 es Dodge Daytona és Plymouth Laser 146 LE s Garrett turbót kínált; az 1986-os Shelby GLHS ezt 175 LE-re emelte. Az első sorozatgyártású változó geometriájú turbó (VGT) alkalmazás 1989-ben egy Chrysler CSX változatban jelent meg.

A japán gyártók 80-es évekbeli robbanása

A 80-es években a japán gyártók a turbófeltöltést a könnyű alvázakkal és a motorsportból származó technológiával ötvözve feszegették a határokat; a korszak turbófeltöltős Nissanokkal, rotációs Mazdákkal és a Honda magas fordulatszágú motorjaival "aranykorként" ismert. Ez a vonal a 90-es években Nissan Skyline GT-R R32-R34, Honda NSX, Mazda RX-7 FD, Toyota Supra MK4 és Subaru Impreza WRX STI ikonokkal folytatódott. A Porsche versenyszárnya sem hagyta el a turbót: 1982-es 956 a 2,8 literes ikasz turbómotorjával egy-két-három célbaérést ért el Le Mans-ban; az USA piacra fejlesztett 962 pedig 1984-től kezdve 4 egymást követő IMSA bajnokságot nyert.

Olajválság és downsizing: miért uralkodott el a turbófeltöltő a sorozatgyártáson?

A turbófeltöltés második tavasza az utcai autókban nem annyira a teljesítménycélból, mint inkább gazdasági kényszerből eredt. 1973 Az OPEC embargó után az USA autóiban teljesítménycsökkenés következett be; a kicsinyítés közvetlenül erre a válságra adott válaszként kezdődött, és megszületett a CAFE üzemanyag-gazdaságossági szabvány. Bár a kis autókra való áttérés az első embargó előtt elkezdődött, a válság folyamat tette tartóssá. Az 1970 előtti nagy V8-asok 5,7-7,5 literes ürtartalmukkal és magas lóerőikkel szabványosak voltak; ez a kép elkezdett bezárni.

A modern motorkicsinyítésben a nagy, szívó motorok helyett kis turbómotorok használatával 20-30% üzemanyag-gazdaságossági nyereséget érnek el; a Ford előrejelzése, hogy flottájának nagy része EcoBoost-tal fog működni, ezt az irányt foglalja össze. A hengerblokkok közé beépített turbós hot-vee elrendezés is a Formula 1-ből fejlődött ki, és a sorozatgyártásban először a BMW N63 motorral jelent meg; a BMW és a Mercedes ebben az elrendezésben 600 LE feletti teljesítményt állítanak elő.

Mi a turbókésleltetés, és a mérnökök hogyan győzték le?

A turbólyuk (turbo lag) az a késleltetés, ami akkor lép fel, amikor gázt adunk, és a turbina még nem érte el a megfelelő fordulatszámot, így a teljesítmény nem érkezik meg azonnal; a 70-es évek 911 Turbo-jában ez a késleltetés a vezetési karakter meghatározója volt. A mérnöki válasz három fő vonalon haladt:

  • Twin-scroll turbó: A kipufogógáz-áramokat külön csatornákon juttatja el a turbinához, ezzel csökkenti a turbólyukat és gyorsítja a reakciót; osztott bemenetű turbina házat és sörtéjt (manifold) igényel.
  • Párhuzamos twin-turbo: Két kisebb turbót használnak; mivel mindegyik turbó kisebb térfogatot tölt, gyorsabban pörög fel, és azonos teljesítmény mellett csökken a késleltetés.
  • Kis turbó + hatékony áramlás: A kisebb turbina alacsonyabb fordulatszámon is hatékonyan működik; a twin-scroll kialakítás ezen áramlást optimalizálva jelentősen csökkenti a késleltetést.

A történelmi eredetre is emlékezni kell: a Porsche 917/30-ban alkalmazott, vezérrel szabályozott töltésnyomás-beállítás a késleltetés első kezelési módjai közé tartozott a versenysport világában. Ma pedig a twin-scroll és a hot-vee elrendezések a késleltetést a mindennapi használatban érzékelhetetlen szintre csökkentették.

Eredmény: a pályától az útig, az úttól a motorig

A turbófeltöltés története nem egy alkatrész, hanem egy szemlélet története: az energia megőrzése. A Saurer teherautótól a Jetfire-ig, az Offy-ktől az RS01-ig, a 917/30-tól az MP4/4-ig ívelő vonal minden lépésben ugyanazt a fizikai elvet alkalmazta más-más léptékben. Az olajválság utáni méretcsökkentési hullám ebből a technológiából nem választható opciót, hanem standardot csinált. Ma a 600 lóerőt meghaladó hot-vee motorokban is ugyanaz az 1905-ös ötlet működik - csak sokkal csendesebben, hatékonyabban és turbólyuk nélkül.

Források