Słyszałem termin overboost dość często.
Co to jest “zły” overboost?
Co to jest problem z overboostem?
Co się stanie z moim silnikiem turbo jeśli tego nie naprawię?
Edycja: najwyraźniej istnieje dobry typ, w którym silnik produkuje więcej mocy przez 5 sekund lub więcej. Dlaczego tylko przez powiedzmy 5 sekund, a nie przez cały czas?
tl;dr: Overboost to zbyt dużo powietrza, zazwyczaj w zbyt wysokiej temperaturze. Detonacja jest prawdopodobna.
Pamiętaj, że silnik jest tylko pompą powietrza (https://mechanics.stackexchange.com/a/2739/57). Wszystko, co robi turbo, to ułatwia cząsteczkom powietrza przedostanie się do wlotu silnika. Oczywiście, turbo ma skończoną wydajność: wpycha więcej cząsteczek powietrza, ale jednocześnie zwiększa ich energię netto (np. wzrasta temperatura zasysanego powietrza).
Silnik musi dodać wystarczająco dużo cząsteczek paliwa, aby spalić się z tymi cząsteczkami powietrza. Ze względu na wzrost temperatury powietrza, czasami musi dodać jeszcze więcej paliwa jako chłodziwa (co wydaje się marnotrawstwem, ponieważ nim jest). Celem silnika jest upewnienie się, że istnieje odpowiednia mieszanka paliwowo-powietrzna w odpowiedniej temperaturze, aby zapłon nastąpił dokładnie wtedy, kiedy powinien.
Zbyt duże doładowanie (overboost) może prowadzić do dwóch dużych problemów (cóż, wiele możliwych problemów, ale pozostańmy na razie na poziomie podstawowym):
Lean is bad: Jeśli masz zbyt mało paliwa na zbyt dużo powietrza, masz stan lean. W tej sytuacji, mieszanka paliwowo-powietrzna jest łatwiejsza do zapłonu przy rosnącej temperaturze (np. przy doładowaniu). W rzeczywistości, czasami może dojść do nagłego zapłonu z powodu gorących miejsc w cylindrze lub po prostu faktu, że cała mieszanka jest powyżej jej energii aktywacji .
Cytując Corky'ego Bella z Maximum Boost sławy:
Wszelkie niewypały przy pełnym gazie wywołane przez stan odchudzenia są poważne i muszą być usunięte przed ponowną pracą na tym poziomie doładowania. Brak paliwa gwałtownie podnosi temperaturę komory spalania. Ciepło jest przyczyną detonacji, która jest nemezis dla wysokich osiągów.
Konsekwencją jest to, że mieszanka w cylindrze zapala się w niewłaściwym momencie. Powoduje to wszelkiego rodzaju problemy mechaniczne, brzmi okropnie, może zepsuć silnik i z pewnością nie sprawi, że poczujesz się szybszy.
Detonacja końcowa jest dokładnie tym, na co wygląda: krytyczne części silnika eksplodują.
Zbyt dużo energii jest złe: Możliwe jest posiadanie zbyt dużej ilości energii w systemie, nawet gdy wszystko idzie “idealnie”. Wyobraź sobie teoretyczny system, w którym twoje turbo jest w 100% wydajne (nie dodaje ciepła podczas sprężania), twój system paliwowy może pompować dowolne ilości paliwa, a komputer silnika może nadążyć za wszystkimi wymaganiami. Nawet w tej wysoce wyimaginowanej sytuacji, jeśli włożysz w cylinder wystarczająco dużo energii, ulegnie on uszkodzeniu. Podstawowe elementy konstrukcyjne systemu w końcu zawiodą przy wystarczającym obciążeniu.
W prawdziwym życiu, taki doskonały system jest rzadki do niemożliwego, biorąc pod uwagę nasze ograniczone budżety. Jednakże, …
najwyraźniej istnieje dobry typ, w którym silnik wytwarza więcej mocy przez około 5 sekund. Dlaczego tylko przez powiedzmy 5 sekund, a nie przez cały czas?
Odpowiedzią jest matematyka (konkretnie prawdopodobieństwo). Ten rodzaj funkcji jest najbardziej przydatny w wyścigach samochodowych, gdzie kierowca potrzebuje tej małej dodatkowej przewagi, aby wykonać krytyczny przejazd. Zamieniają oni przypływ energii na wzrost temperatury układu, obciążenie netto silnika i krótko zwiększone ryzyko całkowitej awarii układu. Rzuć kostką i miej nadzieję, że w ciągu tych pięciu sekund nie okaże się, że to oczy węża.
W wyścigu, to często rozsądny kompromis. Oczywiście, ci z nas, którzy jeżdżą po ulicy, zazwyczaj nie mają do dyspozycji budżetu zespołu wyścigowego.
Co ciekawe, overboost jest zazwyczaj prosty do skorygowania. To prawie na pewno problem z wastegate ](https://en.wikipedia.org/wiki/Wastegate):
wastegate jest zaworem, który przekierowuje spaliny z dala od koła turbiny w systemie turbodoładowanego silnika.
Poprzez odprowadzenie spalin komputer silnika może utrzymać turbinę na maksymalnej prędkości obrotowej. W konsekwencji, po stronie sprężarki również zostanie ograniczona do wartości szczytowej. Jeśli coś się stanie, że wastegate nie będzie działać jak trzeba, turbo będzie próbowało przyspieszać do nieskończoności.
Jak już mówiliśmy, nie uda się tego osiągnąć. Boom!
Boost powoduje, że do silnika dostaje się więcej paliwa i powietrza. Z większą ilością paliwa i powietrza uzyskuje się większą moc, ale jeśli wpakuje się ich za dużo, mieszanka paliwowo-powietrzna może ulec przedwczesnemu zapłonowi. Zjawisko to znane jest jako zapłon. Zapłon ma wiele przyczyn, ale w tym przypadku, gdy zbyt dużo paliwa i powietrza jest sprężane, mieszanka staje się zbyt gorąca i ulega spontanicznemu zapłonowi. Zapłon wstępny prowadzi do detonacji. Detonacja lub pining to zderzenie dwóch frontów płomienia. Pierwszy front płomienia jest spowodowany przez zapłon, a drugi przez świecę zapłonową w odpowiednim czasie. Stan ten ma bardzo wyraźny dźwięk.
Zarówno zapłon, jak i detonacja są złe. Sam zapłon powoduje powstanie przeciwstawnych sił obrotowych w silniku, co jest uciążliwe dla korbowodów i wału korbowego. Detonacja uwalnia ogromną ilość energii, gdy zderzają się fronty płomieni. To uwolnienie energii przez dłuższy czas uszkadza elementy silnika, niszczy zawory, wybija dziury w tłokach, rozbija pierścienie itd…
Silniki zazwyczaj mają pewien margines błędu, co oznacza, że są dostrojone tak, aby produkować mniej doładowania niż maksymalna ilość, którą mogą tolerować. Overboost przesuwa doładowanie do maksymalnej wartości lub poza nią.
Overboost to wyższe ciśnienie wyjściowe turbosprężarki niż wartość znamionowa. Silnik turbo ma ciśnienie znamionowe, a zawór upustowy lub spustowy jest uruchamiany, gdy ciśnienie wzrośnie do wyższej wartości.
Istnieją 2 rodzaje overboost:
Obecnie niektóre silniki są tak skonstruowane, że pozwalają na pewien stopień overboost (np. +0,3 bar przez 30 sekund). Oznacza to, że silnik może bezpiecznie obsłużyć dodatkowe doładowanie. Limit czasowy jest zazwyczaj limitem termicznym: więcej doładowania oznacza więcej ciepła w silniku, a system chłodzenia może nie mieć wystarczającej wydajności, aby poradzić sobie z tym w nieskończoność. ECU kontroluje poziom doładowania i obniża ciśnienie doładowania (poprzez otwarcie zaworu upustowego lub spustowego) po upływie limitu czasowego.
Ta strategia uznaje, że rzadko potrzebujesz pełnej mocy przez długi okres czasu. Pozwala więc na uzyskanie dodatkowej mocy, gdy jest ona naprawdę potrzebna, bez konieczności instalowania większego silnika, który może obsługiwać moc szczytową w nieskończoność.
Przypadkowy overboost może być spowodowany np. przez wadliwie działającą bramkę waste gate lub zawór blowoff, gdzie ECU nie może już kontrolować ciśnienia doładowania.