Turbo punjači i kompresori – treći deo

Problemi koji se javljaju kod turbo punjača

1.Previše pritiska
Kada se vazduh sabija u cilindre pod pritiskom koji pravi turbo punjac koje zatim klip dodatno sabija postoji povecana opasnost od samozapaljivanja smeše. Samozapaljivanje smeše se pojavljuje kada se smeša vazduha i goriva kompresuje preko kriticne tacke cime dolazi do detonacije u cilindru iako svecica nije zapalila smešu što može oštetiti motor. Automobili sa turbo punjacima obicno koriste visoko oktanska goriva (koja imaju vecu otpornost ka samozapaljivanju) da bi izbegli ovaj problem. Problem se takodje može rešiti smanjenjem kompresije motora što naravno dovodi i do smanjenja snage motora.

2. Turbo Lag
Jedan od najlakše uocivih problema turbo punjaca je da oni rade istog tretnutka kada pritisnete pedalu gasa, vec je potrebno da motor obezbedi odgovarajucu kolicinu gasova, a onda je potrebno još nekoliko trenutaka da se turbina zavrti da bi pocela sa radom što ima za rezultat da automobil naglo dobije snagu tek nekoliko trenutaka po pritiskanju pedale gasa. Jedan od nacina za smanjenje ovog efekta (lag = zadrška prim.prev.) je da se smanji intertnost pokretnih delova, tj. umanjenje njihove težine. Ovo omogucava turbini i kompresoru vazduha da se brzo zavrte i pocnu ranije sa povecanjem snage motora.

3. Mali ili veliki turbo punjač?
Siguran nacin za smanjenje inertnosti turbine i kompresora vazduha je da se turbo punjac nacini što manjim. Mali turbo punjac ce daleko brže obezbediti pritisak i na manjem broju obrtaja motora, ali nece biti sposoban da obezbedi dovoljno pritiska kada se motor zavrti i kada su mu potrebne velike kolicine vazduha da bi zadržao potreban pritisak. Dodatna opasnost je da se mala turbina na visokom broju obrtaja motora može vrteti prebrzo što može dovesti do njenog oštecenja.
Veliki turbo punjac može da obezbedi veliki pritisak na visokom broju obrtaja motora, ali je on težak i inertan te mu je potrebno više vremena da ubrza svoju tešku turbinu i kompresor vazduha.

… i njihova rešenja

Ventil za ispuštanje viška vazduha (vejst gejt – eng. wastegate)
Vecina automobilskih turbo punjaca imaju ventil za ispuštanje viška vazduha koji omogucava manjim turbo punjacima da se ne vrte previše brzo na visokom broju obrtaja, a istovremeno time što su mali umanjuju lag. Ventil za ispuštanje viška vazduha omogucava izduvnim gasovima da ne prelaze preko lopatica turbine. Ventil „oseca“ promenu pritiska i ako pritisak predje odredjenu granicu to je indikator da se turbina okrece prebrzo i tada ventil ispušta deo izduvnih gasova tako da ne prelaze preko turbine i time omogucava turbini da uspori.

Turbo ventili Wastegate ventili – desno se nalazi fabrcki, levo je visoko performansni

Lageri
Neki turbo punjaci koriste bolje lagere umesto umesto lagera u tecnosti kao oslanjanje osovine turbine. To, naravno, nisu obicni lageri – to super precizno napravljeni lageri, a materijali od kojih se prave su posebne legure koje mogu da izdrže velike brzine i temperature koje proizvodi turbina. Oni omogucavaju da se osovine turbine zavrte sa manje otpora nego uz pomoc korišcenja tecnosti umesto lagera koji se koriste u vecini turbo punjaca. Oni takodje omogucavaju korišcenje manjih i lakših osovina što opet pomaže turbo punjacu da se brže pokrene i time dodatno smanji turbo lag.

Lageri turbo punjača Lageri

Keramicke lopatice na turbinama
Keramicke lopatice na turbinama su lakše nego one od celika koje se najcešce koriste na turbo punjacima. Naravno ovo opet omogucava brži start turbine što opet umanjuje lag. Lopatice od keramike se recimo koriste kod IHI turbine na Mitcubishi Lanceru EVO.

Interkuleri
Kada je vazduh kompresovan (po zakonima termodinamike) on se greje, a kada se vazduh greje on se širi. Tako jedan deo od povecanja pritiska turbo pujnaca je rezultat zagrevanja vazduha pre nego on udje u motor. Da bi se povecala snaga motora, cilj je povecati broj molekula vazduha u motor, a ne neophodno povecati pritisak vazduha. Interkuler je dodatna komponenta sistema koja lici na hladnjak, samo što vazduh prolazi kako kroz interkuler tako i oko njega. Vazduh koji treba da udje u motor prolazi kroz interkuler i time se hladi, dok se spoljašnji vazduh pomocu ventilatora duva preko interkulera. Interkuler povecava snagu automobila tako što hladi vazduh pod pritiskom koji izlazi iz turbine pre nego što udje u motor. To znaci da turbo punjac koji radi na 0,5 bar pritiska uz pomoc interkulera ubacuje hladan vazduh na 0,5 koji sadrži daleko više molekula vazduha obzirom da hladniji vazduh je gušci nego topliji.

Interkuler turbo punjača Interkuler

Dvostruki (Twin) Turbo – Paralelni ili sekvencijalni?

Korišcenje duplih turbo punjaca je pitanje željene efikasnosti i mogucnosti da se oni negde fizicki i postave. Za vece motore, recimo preko 2,5l, je bolje koristiti 2 manja turbo punjaca umesto jednog velikog – kao što je to Porše radio na ranim modelima 911 Turbo. Kada su u pitanju V ili bokser konstrukcija motora takodje je poželjno koristiti dupli turbo zato što jedan turbo opslužuje jednu stranu motora i time se skracuje dužina creva turbo punjaca što umanjuje lag. Neki motori koji imaju dupli turbo imaju takav sistem koji izduvne gasove sa jedne turbine vode ka drugoj turbini i to je takozvani koncept “povratne sprege” koja obezbedjuje balansirani dovod snage u obe strane motora. Motori koji imaju paralelni dupli turbo su motori koji imaju po jednu turbinu za svaku stranu motora. S druge strane sekvencijalni dupli turbo je dizajniran da ubrza odgovor turbine i dodatno umanji lag. Takav sistem radi kako mu ime kaže sekvencijalno tj. na malom broju obrtaja radi mala turbina, a veca nije aktivna i time se postiže brz odgovor na srednjem broju obrtaja. Kada se kolicina izduvnih gasova dovoljno poveca ukljucuje se i druga turbina koja na dodatno povecava pritisak. Ono što je mana kod sekvencijalnih duplih turboa je velika kolicina creva koja je potrebna da bi sistem radio (izduvni gasovi moraju da dopru do obe turbine posebno kao i izlazi iz obe turbine moraju doci do usisnih grana motora) i samim tim je u poslednje vreme napuštena tehnika od strane proizvodjaca. Auotomobili koji koriste ovakav sistem turbina su Porše 959, Mazda RX7 trece generacije, Tojota Supra i Subaru Legasi.

Sekvencijalni twin turbo motor Sekvencijalni twin turbo – motor Mazde RX7
Paralelni twin turbo motor Paralelni twin turbo – motor Toyote Supre

Turbo niskog pritiska (Light Pressure Turbo – LPT)
Poslednjih nekoliko godina je ovo veoma popularan nacin korišcenja turbina. Saab kao pionir u ovoj oblasti je prvi put iskoristio LPT u masovnoj proizvodnji 1992. godine kada je prikazao, tada, novi model Saab 9000 2,3l Turbo Ecopower. Taj motor je imao samo 170KS, tj. 20KS više u odnosu na identiacan motor bez turbo punjaca, a 30KS manje od standardnog 2,3l Turbo motora. Dok su ostali proizvodjaci želeli što vecu cifru snage ili obrtnog momenta, Saab je pametno zakljucio da iako je takav motor slabiji od konkurentskih, uz pomoc malog turba motor ima solidan obrtni momenat što omogucava dobro ubrzanje, ali je daleko lakši za vožnju obzirom da je turbo lag prakticno nepostojeci, a odogovor na komandu gasa kao i kod atmosferskih motora. Saab je zbog bolje krive obrtnog momenta produžio odnos menjaca pa je time dodatno uspeo i da umanji potrošnju i svede je na manje od atmosferskog motora iste velicine.

U prošlosti, loše vozne osobine i visoka potrošnja goriva su sprecavale da se turbo punjaci koriste u automobilima koji su namenjeni širokom krugu ljudi. Proteklih godina taj trend je potpuno drugaciji zbog potražnje za vecim prostorom i komforom što je dovelo do povecanja težine automobila pa da bi se perfromanse zadržale na prethodnom nivou potrebno je više snage, a za to se ili ugradjuje veci motor ili se dodaje turbo punjac. Kada u igru udje i cena tj. želja za što manjim troškovima svakog proizvodjaca turbo ima nesumnjivu prednost i to je svakako tendencija koja ce u narednim godinama biti sve više izražena. Masovno korišcenje turbina na dizel motorima u proteklih 15 godina je donelo veliki broj inovacija ut istovremeno smanjenje cene turbina, pa se proizvodjaci u poslednje vreme sve cešce okrecu turbo motorima. Na primer novi Opel ima 2.0 Turbo motor, a u najavi je i 1,6l Turbo. Alfa Romeo u najavi ima nekoliko motora koji koriste Turbo i Twin Turbo. VW koncern je pored 1,8 Turbo motora u gamu uvrstio i 2,0 Turbo, itd.

Takodje, dužni smo i da nabrojimo nekoliko vecih proizvodjaca turbo punjaca: Garett, KKK i IHI.

Izvor: Nacionalna Klasa

PROSLEDITE ČLANAK PRIJATELJIMA ILI POSLOVNIM PARTNERIMA.