Turbo punjači i kompresori – četvrti deo

Kratka istorija kompresora

Ukoliko se pitate ko je napravio prvi kompresor, odgovor je Gotlib Dajmler (da, da, Dajmler Benz ili u skorije vreme Dajmler Krajsler). Ovaj Nemacki inženjer je patentirao pumpu koja je omogucavala povecanu kompresiju smese unutar komore cilindara. Taj sistem nije nazvao “turbo punjac”, ali ono što je opisao u dokumentu je opis rodjenja prvog automobilskog kompresora. Gotlib je svoj automobilski kompresor dizajnirao po ugledu na dvo-rotorni industrijski “pomerac vazduha“ koji je izmišljen i patentiran 40 godina ranije od strane Frensisa Rutsa iz Indijane, SAD 1860. godine. Isti princip se i danas koristi, a odmah zatim je i Nemacki inženjer Krigar izimislio pumpu za vazduh pomocu koje se i danas koristi u tzv. Lysholm kompresorima. Ubrzo nakon toga kompresori su pornašli veliku primenu tokom I Svetskog Rata u avionskim motorima, a posle rata Mercedes 1921. godine postiže veliki uspeh time što pocinje serijsku proizvodnju automobila koji ima motor sa turbo kompresorom. Na trkackoj sceni, automobili koji su koristili kompresore su imali mnogo uspeha. 1924. godine  kompresori su se pojavili u Indy 500, a širom sveta trkacki automobili su masovno koristili novu tehniku povecanja snage motora. Sredinom 30tih godina prošlog veka, Robert Pakston MekKuloh je napravio MekKuloh Inžinjering koja je prav specijalizovana firma koja je pravila kompresore koji su se koristili na motorima u Americkim putnickim vozilima i to je momenat u kome turbo punjaci postaju ono što su i danas. Posle II Svetskog Rata kompresori su doneli novu živost u sportska takmicenja širom sveta. Alfa Romeo i Britanski Trkacki Motori (BRM) su koristili turbo kompresore na njihovim „Grand Prix“ bolidima, a na kojima je nedugo zatim njihova upotreba i zabranjena, dok u Indy ligi takvog ogranicenja nije bilo pa su automobili sa kompresorima osvojli veliki broj nagrada. 50-tih godina MekKuloh je osnovao Pakston Inžinjering kao posebnu firmu koja je preuzela razvoj kompresora na sebe i kao cilj je imala pravljenje jeftinog turbo kompresora koji bi se lako plasirao na širokom tržištu. Posle potrošenih 700000$ i dve godine testiranja, model VS57 kompresora je bio spreman da se predstavi javnosti i to 1953. godine. U pocetku je funkcionisao samo na Fordovim automobilma proizvedenim 1950. – 1953. godine, a 1954. su poceli sa prodajom kompleta za skoro sve komercijalne modele automobila koji su imali 6 ili 8 cilindara. Nakon velikog uspeha tog VS57, Pakston Inžinjering je nastavio sa pravljenjem velikog broja novih modela.

Paxton turbo kompresor Paxton VS 57 turbo kompresor

Nacini kompresije vazduha

„Roots“ kompresor – „duvac“
Roots kompresor je inicijalno zamišljen kao uredjaj za ventilaciju u industrijskim zgradama. Sastoji se od dve lopatice koje se okrecu u suprotnom pravcu i prkaticno „zgrcu“ vazduh sa ulaza i izbacuju ga na izlaz. Ovaj kompresor je „fiksne zapremine“ tj. On pokrece fiksnu kolicinu vazduha u jedinici vremena pa je on nezavistan od broja obrtaja motora tj. veoma je dobar za korišcenje na malom i srednjem broju obrtaja što ga cini idealnim u primeni na kamionskim i teretnim vozilima. Ovakvi kompresori su i samo-podmazujuci, a uz to su i najjednostavniji konstrukcijski pa im je cena umerena i veoma su pouzdani. Iz tog razloga ovakav tip kompresora koriste GM, Ford, Mercedes i Toyota. Jedina mana ovog tipa kompresora je da generiše velike kolicine toplote. Jedan od razloga je što ovaj kompresor parkticno samo ubrzava vazduh, ali se sama kompresija odigrava u usisnoj grani motora tj. van kompresora.

Roots turbo kompresor Roots kompresor

Kompresor sa “dva vijka”
Ovakav kompresor sa na prvi pogled ne ralikuje previše od “roots” kako spolja tako i iznutra. Ova dva pristupa jesu slicna, medjutim postoje i znacajne razclike. Centralni deo ovog kompresora jesu dva rotora tj. “vijka” koji se okrecu jedan ka drugom i tako uvlace vazduh sa ulaza u kompresor, a okretanjem vijaka se vazduh pomera ka njegovom izlazu i istovremeno se kompresuje. U ovom slucaju kompresija vazduha se odigrava unutar samog kompresora pa ovakav dizajn generiše manje toplote od roots dizajna, a on još bolje funkcioniše na malom i srednjem broju obrtaja pa se i ovaj kompresor koristi kod kamionskih i drugih teretnih vozila. Za razliku od roots kompresora gde se lopatice dodiruju kod ovog tipa kompresora nema fizickog kontakta izmedju delova tj. vijaka pa je samim tim i neposotjece trošenje bilo kog elementa. Samim tim i pouzdanost ovog tipa je veoma velika. Jedina mana ovog dizajna je da ovaj kompresor radi uvek (i kretanje na leru ili kocenje) pa u tim trenutcima on prakticno koristi snagu motora i umanjuje je da bi vazduh koji je kompresovan bio izbacen pomocu ventila koji zaobilazi usisnu granu.

Turbo kompresor sa dva vijka Kompresor sa dva vijka
Sistem rada turbo kompresora sa dva vijka Sistem rada kompresora sa dva vijka

Centrifugalni kompresor

Centrifugalni kompresor Turbo kompresor sa impelerom

Iako je ovaj tip kompresora zasnovan na mnogo novijoj tehnologiji nego prethodna dva, ovo je prvi uspešno primenjen kompresor u automobilskoj industriji. Nasuprot prethodnim kompresorima ovaj nema “fiksnu zapreminu” tj. ne pokrece istu kolicinu vazduha u jedinici vremena. On funkcioniše kao veoma brzi propeler tj. impeler (propeler koji ima obratnu funkciju) usisavajuci vazduh u sredinu kompresora, a izbacujuci ga po obodu impelera koji se okrece na velikim brzinama (preko 40000 obrtaja u minuti). Vazduh pod centrifugalnom silom se krece po obodu elisa impelera sve do oboda gde se taj vazduh usmerava ka izlazu, a pri tome pomocu venturija se kompresuje vazduh. Vazduh se dalje krece ka izlazu duž levka koji se sužavai time smanjuje brzinu vazduha i dodatno poveceva pritisak. Ovaj dizajn ima nekoliko veoma bitnih osobina. Veoma je jednostavan i samim tim pouzdan, zatim proizvodi jako malo toplote zato što se kompresija odigrava unutar kompresora, a istovremeno je veoma kompaktan i svestran pošto se može “otkaciti” i time dozvoliti da motor direktno kroz kompresor usisava vazduh bez rada kompresora. Takodje je veoma termalno efikasan, tj. proizvodi kompresovan vazduh koji ima najnižu temperaturu od sva tri predstavljena dizajna. Jedina mana je što je potrebna velika brzina impelera da bi kompresor poceo sa proizvodnjom dovoljno kompresovanog vazduha pa je veoma neefikasan na malom broju obrtaja, ali mu efikasnost raste sa brojem obrtaja. Ovakvi kompresori nisu samo-podmazjuci vec je potrebno da se prikljuce na sistem za protok ulja iz motora, mada neki proizvodjaci prave ovakve kompresore koji imaju mogucnost samo-podmazivanja.

Izgled impelera turbo punjača Izgled impelera

G punjac – Nastanak i razvoj

Obzirom da su Vokswagen-ov modeli Polo G40, Golf 2 G60 kao i Corrado G60 bili veoma popularni i svojevrsne ikone sa pocetka 90-tih, evo kratkog opisa kako G-punjac radi.

U vreme kad je u modi svih proizvodjaca automobila bila ugradnja turbo punjaca, vodeci covek tadašnjeg Volkswagenovog Odeljenja za razvoj, preuzeo je osnovnu ideju francuza L. Creuxa o punjacu u obliku zavojnice. Uvideo je mogucnosti koje nudi ovakav punjac u odnosu na tadašenje alternativu – turbo punjacima. Prvi pokušaji s spiralnim punjacem obecavali su rešenja postavljenih zahteva šefova iz VW-a: spontan odaziv u donjem dijelu obrtaja, snaga raspoloživa duž ceelog podrucja obrtaja, smanjena buka, idealno za masovnu proizvodnju, upotrebljivo za razlicite koncepte motora.

1987. godine, pocinje maloserijska proizvodnja motora s G-punjacem u VW Polo GT G40 sa snagom od 115 KS. Naziv G40 je nastao od oblika i, jer dužina zavojnice u „ubrzavajucem pužu“ (nalik na G) ima i širinu u radnom delu punjaca, koja iznosi 40 mm.

1988. godine slijedi ugradnja G60 punjaca sa vecim „ubrzavajucim pužem“ (60 mm široko radno podrucje) u VW Corrado 1,8 sa 160 KS. U istoj godini je proizveden i VW Golf Rallye s G60 motorm i pogonom na sve tockove, u otprilike 5000 komada, prvenstveno zbog homologacije za rally trke, ali zbog restrikcija koje su se zahtevale na usisu, zaustavljena su službena ucešca na trkama, te je tako oslobodjen prostor za Audi Quattro. 1989. godine G60 se ugradjuje u VW Passat GT Syncro, a godinu poslije i u VW Golf GTI G60.

Najsnažniji motor pogonjen G-punjacem je proizveden od strane VW Motorsporta, 1,8 16v G60 snage 210 KS i obrtnim momentom od 250 Nm pri 5000 obrtaja u minuti, a isporucivan je u verzijama VW Golfa II sa petorim vratima.

I u današnje vrijeme tehnika G-punjaca odoleva zubu vremena, iako je Volkswagen vec odavno prestao s njegovom proizvodnjom. Glavni razlozi za to su relativno visoki troškovi proizvodnje i ne tako zanemarujuca mogucnost kvarova (snaga vozila se cesto precjenjivala od strane vozaca). Ono što je još zanimljivo je da G punjac prati prilicno loša reputacija kao kvarjivog uredjaja, a kako Nemacki VW sajtovi kažu krivac je loše zamišljena osovina oko koje se okrece kaiš za pokretanje punjaca i preporucuju ugradnju druge koja rešava bukvalno sve probleme.

G punjač – Tehnički podaci

G60 je mehanicki pogonjen punjac (kompresor) koji je ime dobio po obliku slova G, a 60 oznacava širinu spiralnih propelera izražena u mm. U spiralnom kompresoru, usisani vazduh iz motora prolazi kroz kucište, nalik pužu, gdje se sabija do 0,7 bara. Ovaj kompresor, koji sam troši i do 18 KS, pogonjen je zupcastim remenom. Velika prednost mu je snaga duž svih brojeva okretaja. A slabosti? Kada motor dosegne 5800 o/min, mala spirala u kompresoru se vrti na 11 000 okr/min, te je to granicno podrucje na kojem pocinju kriticne vibracije u kompresoru te to može biti kobno za cijeli motor. Inace, za G60 motore, najveci obrtni moment je na 5600 obrtaja u minuti.

Turbo ili kompresor

To je jedno od cešcih pitanja i koja, na žalost, nemaju jednostavan odgovor. Tacnije odgovor jeste jednostavan, ali on glasi: „zavisi“. Ovaj deo teksta ce prednosti i mane kompresora navesti i pomoci Vam da sagledate u kojim slucajevima je bolje primeniti odgovarajuci sistem.

Sličnosti
I kompresori i turbo punjaci su sistemi koji omogucavaju usis vazduha pod pritiskom i samim tim im je cilj isti – da što više sabiju vazduha u cilindre motora u odnosu na ono što atmosferski pritiskak normalno omogucva. Prednost je što ce motor tada moci da izgori više goriva u jednom ciklusu sagorevanja, a to dovodi do povecanja snage. Iz tog razloga turbo kompresori i turbo punjaci omogucavaju 40 – 100 % povecanja snage (u zavisnosti od pritiska kojim se sabija vazduh) nego atmosferski motori iste zapremine.

Cena
Cena kompresora i turbo punjača za isti motor su prakticno iste pa cena ne igra nikakvu ulogu u izboru jednog od ova dva sistema.

Lag
Nedostatak laga je jedna od najvecih prednosti turbo kompresora u odnosu na turbo punjace. Turbo punjaci su pogonjeni izduvnim gasovima pa se zbog toga pojavljuje ta zadrška dok se impeler ne zavrti do brzine koja omogucava odgovarajucu kompresiju vazduha Turbo punjaci se pogone kaišem koji je sa druge strane zakacen na radilicu i time prakticno rade od najmanjeg broja obrtaja.

Efikasnost
Ovo je najveca prednost turbo punjaca. Turbo punjaci su u principu ekonomicniji zato što se pokrecu pomocu izduvnih gasova koji su da kažemo, besplatni tj. ne služe nicemu, dok kompresor koristi snagu radilice i time umanjuje snagu koja je dostupna za pokretanje automobila. Turbo punjaci ipak nisu potpuno efikasni zato što okretanje lopatica turbine pravi podpritisak na izduvnoj grani tako da motor ima odredjen otpor kada izbacuje izduvne gasove.

Toplota
Kako je turbo punjac montiran na izduvnu granu koja je uvek veoma zagrejana time se samo kucište turbine greje, a time se dodatno vazduh koji turbo sabija dodatno greje što negativno utice na gustinu kompresovanog vazduha pa se cesto koristi interkuler kako bi se taj vazduh ohladio, a time se komplikuje instalacija sistema. Kod kompresora centrifugalni kompresor generiše veoma hladan kompresovan vazduh pa ne postoji potreba za montiranjem interkulera za pritiske ispod 0,8 bar, dok u slucaju korišcenja roots kompresora kompresovani vazduh ima daleko vecu temperaturu pa je potrebno koristiti interkuler i pri malim pritiscima.

Udar snage
Kako turbo punjaci imaju zadršku (lag) postoji tzv. udar snage kada se vejstgejt otvori tj. kada turbo punjac proradi. Ovaj udar je veoma štetan po automobil, a posebno po nosace motora, ogibljenje i sistem za upravljanje i može da ucini automobil teško upravljivim. Povratni pritisak Turbo punjaci svojom montažom na izduvnoj grani prave parazitski povratni pritisak u samoj grani i time motor troši više energije da bi izbacio izduvne gasove za onoliko koliko je potrebno da se taj parazitski pritisak savlada. Taj pritisak umanjuje efikasnost turbo punjaca.

Buka
Turbo punjaci su u principu tiši od kompresora, a položaj turbine na izduvnoj grani može samo da umanju kolicinu buke koju generiše motor i time utišavaju motor. Turbo kompresori imaju specifican zvuk, a pogotovu centrifugalni i mogu biti veoma glasni (naravno vecina vozaca ovaj zvuk naprosto obožava).

Pouzdanost
Kompresori su, generalno, daleko pouzdaniji od turbo punjaca. Kada se automobil (i motor) ugasi vreli motor i izduvna grana mogu da visokom temperaturom oštete ulje koje je unutar turbo punjaca koje pšodmazuje lagere. Dodatno, veliki broj obrtaja turbine (do 150000 obrtaja u minuti) može da dovede do problema sa ležajevima u turbini ida time skrati životni vek turbo punjaca.

Maksimalna snaga
Turbo punjaci su slavu stekli zato što imaju mogucnost da se okrecu veoma brzo i time generišu fantasticno visoke pritiske kompresije (preko 2 bar-a) i time naravno prave daleko više snage nego turbo kompresori.

Mogućnost poboljšanja performansi samih turbo punjača/kompresora – tjuniranje

Turbo punjaci zbog svoje kompleksnosti i zavisnosti od izduvnih gasova su zloglasno teški za modifikacije.Kompresori, sa druge strane, su po tom pitanju lakši i dodatno zahtevaju samo manje intervencije na sistemima za ubrizgavanje goriva i paljenje.

Izvor: Nacionalna Klasa

PROSLEDITE ČLANAK PRIJATELJIMA ILI POSLOVNIM PARTNERIMA.