Grenrör till Turbo

[Danne Engberg]

Stolen with pride" av Johan Edlund.

------------------------------------------
Med en turbomotor så bygger man vanligen grenrör lite annorlunda.

På en fyra så ska man få bäst resultat med en turbo med dubbla inlopp till turbinen. Då är det viktigt att man delar upp cylindrarna 1-4 samt 2-3. Har man bara ett inlopp spelar detta förstås ingen roll.

Anledningen till denna uppdelning är för att motverka överlappande avgastider. Om avgasventilerna är öppna hos två cylindrar samtidigt så kan gaser gå från en cylinder till en annan och på så sätt orsaka sänkt effekt, knackningar osv.
Har man fyra cylindrar och en duration på säg 250 grader så blir den totala durationen för alla cylindrar 1000 grader, detta innebär överlapp sker vid 1000-720 = 280 grader. Med enbart två cylindrar sammankopplade blir totala durationen istället 500 grader och då klarar vi oss utan överlapp (720 grader är två vevaxelvarv, dvs en cykel för en fyrtaktsmotor).

När det sedan gäller längderna så brukar man ofta vilja minimera volymen i grenröret istället för att köra med fulla längder. Med en liten volym i grenröret så når en större andel av energin i avgaserna turbinen, systemet går alltså mot att vara ett rent pulsuppladdningsystem.
När avgasventilen öppnar så är trycket i cylindern fortfarande högt, säg kanske 10 bar. Har vi då en mycket liten volym i grenröret så kommer trycket i grenröret att följa trycket i cylindern, dvs efter att ventilen öppnat så kommer trycket att bli närmare 10 bar för att sedan då trycket i cylindern sjunker att gå mot atmosfärstryck.
Motsatsen till detta är liktrycksuppladdning, dvs grenröret har en såpass stor volym att då avgasventilen öppnar så flödar avgaserna ut i grenröret vilken fungerar som "buffer". Trycket i grenröret kommer att vara konstant, säg 2 bar.
I verkligheten så har man alltid en blandning av dessa två system men med mindre volym går man mot pulsuppladdning och med större volym mot liktrycksuppladdning.
Så vad är då fördelar/nackdelarna med dessa system? Vid liktrycksuppladdning så förlorar man en stor del av den avgasenergi som finns tillgänglig, detta då trycket sjönk från 10 till 2 bar. Använder man pulsuppladdning så kan man istället utnyttja denna energi för att driva kompressorn. Nackdelen med pulsuppladdning är att turbinen fungerar mindre effektivt pga det varierande trycket vilket gör att flödet genom turbinen varierar och således kan man inte optimera turbinen för de varierande förhållandena. En annan fördel hos pulsuppladdningssystemet är att trycket i grenröret kan hållas lågt då avgasventilen är på väg att stänga, således får man lite avgasrester i cylindern.
I regel kan man säga att pulsuppladdning bör användas hos motorer som går med varierande varvtal och där man önskar en kompakt installation medans liktryckuppladdning används för att nå maximal verkningsgrad hos en motor som går med konstant varvtal som exempelvis en fartygsmotor.
Detta innebär att om man ska konstruera ett grenrör för en turbomotor för användning i en bil så är det vanligen bäst att försöka minimera volymen i grenröret för att få "pulsuppladdning", detta system kommer då svara snabbt på gaspådrag och kommer också att få igång tubon tidigare samt att hjälpa motorns andning genom lågt avgastryck då det krävs. Kombinera detta med dubbla inlopp så kan man få ett effektivt och kompakt system.

Liten volym innebär förstås inte bara korta längder utan också liten diameter.