[SloniC]

Turbo punjaèi su jedan od nekoliko sistema za dodatno uno¹enje zraka u motor tj. one kompresiraju (smanjuju zapreminu) zraka koji ulazi u motor. Prednost smanjivanja zapremine zraka koji ulazi u motor kroz usisnu granu je da dozvoljava motoru da ima vi¹e zraka u cilindru, a samim tim vi¹e goriva treba da bi se napravila odgovarajuæa smjesa. Samim time, dobije se vi¹e snage iz svake eksplozije unutar svakog cilindra motora. Motor sa turbo punjaèem po definiciji proizvodi vi¹e snage od motora koji nema turbo punjaè, a to znaèajno pobolj¹ava odnos snaga / te¾ina motora.



Da bi turbo punjaèi postigli odgovarajuæu kompresiju, turbo punjaè koristi ispu¹ne plinove motora da bi zavrtio svoju turbinu koja opet ubrzava unos zraka. Turbina turbo punjaèa se obièno vrti od 100 do 150 tisuæa okretaja u minuti, a kako je direktno povezana na ispu¹nu granu motora temperature na kojima turbina radi su vrlo visoke.

Osnove:
Najlak¹i naèin da dobijete vi¹e snage iz motora je da poveæate kolièinu zraka i goriva koje motor mo¾e sagorjeti. Jedan od naèina je da se poveæa zapremina bilo poveæanjem zapremine cilindara ili dodavanjem cilindara. Ako taj naèin nije moguæ ili isplativ, turbo punjaè je jednostavnije i kompaktnije re¹enje.

Turbo punjaèi omoguèavaju motoru da sagori vi¹e goriva i zraka tako ¹to u postojeæu zapreminu motora sabijanjem ubacuje vi¹e goriva i zraka. Mjera za sabijenost je u barima (metrièki sistem) ili psi (kolonijalni sistem - funte po kvadratnom inèu).
1bar = 14,503 psi tj. 1psi = 0.068947 bar.

Tipièan pritisak turbina je obièno oko 6-8 psi tj. oko 0,5 bar ¹to znaèi da se u motor ubacuje 50% vi¹e zraka (1 bar je normalan pritisak, a kada dodate 0,5 bar pritiska pomoæu turba dobijate 1,5 bar tj. 50% poveæanja pritiska). Za oèekivati je da æe i snaga skoèiti za 50%, meðutim sistem nije 100% efikasan tako da su poveæanja snage u okviru 30 – 40% u zavisnosti od konstrukcije. Dio neefikasnosti potièe od toga ¹to zrak koji pokreæe turbinu nije „besplatan“, tj. zrak koji turbina pozajmljuje iz iispu¹ne grane motora ima svoju cjenu. Cjena je da motor mora ulo¾iti vi¹e energije da izbaci zrak s obzirom da na izlazu postoji otpor okretanja turbine koji taj ispu¹ni plin mora savladati.



Turbine na visini

Turbo punjaèi poma¾u na velikim visinama gdje je zrak dodatno razrijeðen. Normalni motori æe na takvom razreðenom zraku imati manje snage na raspolaganju zato ¹to æe manje zraka biti u cilindru, dok se kod motora sa turbo punjaèem ta razlika daleko smanjuje (i dalje postoji pad snage, samo je manji) zato ¹to æe turbina iako je zrak rjeði ugurati daleko vi¹e tog rjeðeg zraka zato ¹to je on lak¹i pa æe time malo kompenzirati gubitak gustoæe zraka.

Stariji automobili sa karburatorom automatski poveæavaju dotok goriva da bi parirali veæem dotoku zraka u motor, dok moderni automobili sa elektronskim ubrizgavanjem goriva takoðer to rade, ali æe to poveæanje dotoka goriva biti srazmjerno podatku koji ¹alje protokomer zraka (maf senzor) koji mjeri kao ¹to mu i ime ka¾e koliko je zraka u¹lo u motor pa æe odnos zraka i goriva kod takvih motora biti uvijek vrlo blizu idealnom. Ukoliko turbina radi na visokom pritisku i elektronsko ubrizgavanje nema dovoljno jaku pumpu koja mo¾e dopremiti potrebnu kolièinu goriva u cilindre ili softver koji upravlja ubrizgavanjem goriva neæe dozvoliti toliku kolièinu goriva ili brizgaljke za unos goriva u cilindar nemaju dovoljno veliku protoènu moæ; motor neæe moæi maksimalno iskoristiti turbo punjaè pa æe ostali dijelovi sistema za ubrizgavanje goriva morati dodatno se modificirati da iskoriste pun potencijal turbo punjaèa.

Naèin funkcioniranja turbo punjaèa:

Turbo punjaè je prièvr¹æen na ispu¹nu granu motora, a ti ispu¹ni plinovi okreæu turbinu. Turbina je osovinom povezana sa kompresorom koji se nalazi izmeðu filtera za zrak i usisne grane motora i taj kompresor sabija zrak koji se ubacuje u cilindre. Ispuh iz cilindara prolazi preko lopatica turbine koje okreæu samu turbinu i ¹to vi¹e zraka prolazi kroz lopatice, to se turbina br¾e okreæe. Sa druge strane osovine na koju je prikaèena turbina nalazi se kompresor koji pumpa zrak u cilindre. Kompresor je tzv. Centrifugalna pumpa – uvlaèi zrak u centru svojih lopatica i gura ga dalje kako se okreæe. Da bi izdr¾ala 150000 okretaja u minuti osovina turbine mora biti prièvr¹æena veoma pa¾ljivo. Veæina le¾aja bi pri ovoj brzini okretanja vjerovatno eksplodirala pa tako turbo punjaèi koriste fluid (ulje) koje je u vrlo tankom sloju izmeðu le¾ajeva i osovine i pomoæu koga se kuglagerima po kojima se osovina kreæe samim tim smanjuje trenje, a istovremeno hladi osovinu i druge dijelove turbo punjaèa.

[SloniC]

Turbopunjaèi i kompresori

Turbo? Ovaj termin se pored automobilizma i energetike koristi i u ostalim podruèjima i èesto se koristi kao sinonim za ne¹to ¹to je bolje, kvalitetnije, br¾e. U ovom tekstu obja¹njavamo ta dva pristupa poveæanju snage i obja¹njavamo pomoæne agregate kod oba sistema.

Turbo kompresori i mehanièki kompresori

Uvod
Kod ljudi koji se ne bave tematikom automobila spomen pojma "turbo" ih u toku proteklih desetak godina uglavnom asocira na dizel motore. Takozvana "turbo" era zavr¹ila je krajem 90-tih godina i od tada pa sve do danas turbo je stvarno ono ¹to u velikoj veæini sluèajeva nagovje¹ta da je u pitanju dizel motor.

Prvo ¹to moramo naglasiti u ovom tekstu su razlike u nazivima: Turbo kompresor ( turbopunjaè ) se najèe¹æe naziva samo turbo, a u engleskom je naziv koji se koristi "turbocharger", dok se mehanièki kompresor mo¾e jo¹ nazivati i kompresor (Mercedes koristi naziv kompressor), punjaè (G punjaè – VW) dok se u engleskoj literaturi mehanièki kompresori nazivaju "supercharger". Postoje rotacijski krilni kompresori, Rootov kompresor, Ro-kompresor, vijèani kompresor, spiralni kompresor (G-kompresor), turbo kompresor ( turbopunjaè )

Turbine se koriste u energetici, avionskoj i automobilskoj industriji i ono ¹to ih razlikuju su naravno performanse obzirom da su im zadatci razlièiti, ali ono ¹to ih svakako povezuje je isti izgled i princip rada. U auto industriji postoji nekoliko naèina takozvanog "prednabijanja" tj. dodatnog sabijanja vi¹e zraka nego ¹to prirodni pritisak omoguæava. Motor sagorjeva mje¹avinu zraka i goriva, a taj zrak ulazi u motor kroz usisnu granu motora povuèen iz okolne atmosfere razlikom pritiska koju motor stvara. Da bi se snaga poveæala kolièinom zraka koriste se naèini kao ¹to su: turbopunjaèi, mehanièki kompresori i tzv. "Ram Air" sistem. Ovaj tekst za temu ima rad turbopunjaèa i turbo kompresora dok æemo princip rada "Ram Air" sistema objasniti u narednih sljedeæih reèenica.

"Ram Air"

Ovaj sistem ili u slobodnom prevodu prirodna turbina je sistem koji koriste trkaèki automobili, a svodi se na jednostavan princip da se usisna grana (uz posredstvo odgovarajuæih filtera) izvede direktno negde na spojni dio automobila koji je okrenut smjeru kretanja i time se poveæanjem brzine automobila proporcionalno poveæava pritisak zraka koji ulazi u motor. Na primjer F1 bolidi imaju usis direktno iznad glave vozaèa, GT automobili imaju "grbe" na haubi koje direktno "ubacuju" zrak u motor automobila, a taj pritisak je direktno srazmjeran brzini kretanja automobila.


Ferrari 575M Maranello F1 - tipièan primjer GT automobila sa "Ram Air" sistemom

Kako dobiti vi¹e snage

Èetiri moguænosti sa jednom zajednièkom osobinom

Kada se govori o naèinima poveæanja snage motora, zajednièki cilj je, svakako, sagorjeti ¹to vi¹e smjese goriva i zraka u jedinici vremena. Postoje, praktièno, èetiri fundamentalno razlièita naèina da se to ostvari.

1. Napraviti efikasan motor tako da se ¹to je moguæe vi¹e zraka i goriva unosi u njega kroz smanjenje restrikcija usisnih i ispu¹nih grana, umanjujuæi masu koja se rotira unutar motora, poveæavajuæi energiju koju emitira svjeæica i finog pode¹avanja timinga rada motora. Ovo su ciljevi svih "performance" dijelova koji poveæavaju snagu motora – filteri zraka, programatori paljenja, ispu¹ni sistemi itd. Ove modifikacije su popularne zato ¹to dodaju snagu, izgledaju dobro i zvuèe dobro. Takoðer one se mogu raditi nezavisno ¹to je dobro za bud¾et. Problem ovakvih modifikacija je ¹to donose male dobitke, a èesto su ti dobitci u snazi beznaèajni i ne mogu se osjetiti. Dana¹nji moderni motori su po izlasku iz tvornice prilièno dobro pode¹eni i nisu opremljeni previ¹e restriktivnim usisnim ili ispu¹nim granama koje bi umaljile potro¹nju goriva. Drugim rjeèima, ako tra¾ite umjerene dobitke snage, potrebno je iæi dublje od ovakvih modifikacija koje za cilj imaju samo blago poveæanje efikasnosti motora.

2. Motoru se mo¾e poveæati snaga tako ¹to æete ga ubrzati tj. motor æe se okretati na veæem broju okretaja. Ova tehnika je efikasna kada se inzistira na zadr¾avanju male mase i kompaktnosti motora, a istovremeno se tra¾i veæa snaga. Naravno svi trkaèki automobili imaju motore koji posti¾u visoke brojeve okretaja. Jedina mana ovog pristupa je da ako ¾elite omoguæiti motoru da se okreæe na jako visokom broju okretaja potrebni su jako kvalitetni (i skupi) dijelovi koji æe moæi izdr¾ati rad u takvim uvjetima. Poveæani broj okretaja znaèajno poveæava tro¹enje materijala ¹to umanjuje pouzdanost motora i smanjuje mu rok trajanja. Veæina normalnih automobila ima crveno polje ("blokadu motora") izmeðu 6000-7000 okretaja ba¹ iz tog razloga da se poveæa rok trajanja motora. Okretanje motora br¾e nego ¹to je predviðeno je rizik za motor.

3. Jo¹ jedan naèin za poveæanja snage motora je veoma oèigledan. Kori¹tenje veæeg motora. Veæi motori mogu sagorijevati vi¹e zraka i goriva i samim tim proizvode vi¹e snage. Naravno, da je to tako jednostavno svi bi pod haubama imali V12 motore sa 6000 ccm. Poveæanje motora se lako mo¾e izvesti razbu¹ivanjem (poveæanjem promjera) cilindara i stavljanjem veæih klipova, ili poveæanjem hoda klipa, ali takva poveæanja motora su veoma ogranièena obzirom da konstrukcija motora ne dozvoljava preveliko poveæanje tih parametara. Da bi se motor znaèajno poveæao potrebno je imati fizièki veæi motor sa vi¹e cilindara, ali on donosi veæe dimenzije, veæu te¾inu i manje efikasnost potro¹nje goriva.

4. Posljednji naèin za poveæanje snage je uno¹enje veæe kolièine smjese goriva i zraka prije njenog sagorjevanja, a rezultat je snaga koja je adekvatna klasiènom motoru sa veæom zapreminom. Problem sa ovom tehnikom je da nije dovoljno reæi da motor treba "usisati" vi¹e smjese, pritisak je uvjetovan atmosferskim pritiskom od 1 bar na 0m nadmorske visine. Kako se visina poveæava zrak postaje sve rjeði i time motor ima sve manje snage. Tu na scenu stupaju turbo kompresori ili turbopunjaèi. Kompresor, kao ¹to mu ime ka¾e, kompresira (stlaèuje/zbija) zrak i gorivo u prostor cilindra pod pritiskom veæim od atmosferskog i time praktièno dobva efekt poveæanja snage kao da je motor veæe zapremine nego ¹to je. Drugo mali motor zadr¾ava sve svoje osobine – lagan, kompaktan, efikasno tro¹i gorivo, a opet uz pomoæ kompresora daje veæu snagu. Dodatno se mo¾e kontrolirati kada kompresor radi tako da, ukoliko ne priti¹æete pedalu gasa do poda, motor radi sa svojim normalnim performansama i ¹to je jo¹ va¾nije tro¹i jako malo goriva.

Realno postoji daleko vi¹e od gore navedenih èetiri naèina poveæanja snage, ali ovi naèini su najkonvencionalniji. Mo¾ete, na primjer, koristiti kaloriènije gorivo ¹to je ideja vodilja sistema koji koriste Nitro Oksid – poznatiji kao NOS ili drugih Top Fuel sistema.

[SloniC]

Zlatna turbo era

Turbopunjaè izumio je ¹vicarac Alfred Buchi 1920 godine, a prve aplikacije koristile su se u vlakovima te ne¹to kasnije u avionima.

Turbopunjaèi su po prvi put predstavljeni u velikoserijskom putnièkim automobilima ranih 1960-tih godina. Model je bio Chevrolet Corvair kojeg je proizvodio General Motors - GM. Automobil je imao lo¹u reputaciju zbog toga ¹to je imao jako lo¹e performanse pri malim brzinama, a ogroman turbo lag je onemoguæavao normalnu vo¾nju.

Turbo lag je ono ¹to je automobilskoj industriji radilo velike probleme i sprjeèavalo da se automobili koji su u to doba koristili turbopunjaè proglase praktiènima. Turbopunjaèi su se u to doba obilato koristili u auto sportu - poèev¹i od ikone BMW-a 2002 turbo modela pa do "endurance" utrka i na kraju same Formule 1. Meðutim vozaèi trkaèkih automobila su uspjevali su se izboriti sa prilièno neugodnim turbom motorima iz tog doba, ali to nije bilo rje¹enje za svakodnevnu vo¾nju i normalnog vozaèa. Turbine iz tog doba su bile vrlo velike i te¹ke pa su samim time bile veoma inertne (trome). Takve turbine se nisu mogle zavrtjeti ispod 3500 okretaja, pa je opseg rada motora do 3500 okretaja bio vrlo slab obzirom da je u to doba kompresija turbo motora bila 6,5:1 kako bi se izbjeglo pregrjevanje glave cilindara.

Porsche je pionir kada se govori o relativno praktiènim turbo automobilima. 1975. godine se pojavio model 911 Turbo 3.0 koji je koristio rje¹enje do kojega su do¹li Porscheovi in¾enjeri. Mehanizam se zasnivao na tome da se koriste takozvana "recilkulirajuæa" crijeva koja su omoguæavala turbini da se zavrti prije poèetka rada pa se time smanjivao lag. Model iz 1978. Porsche 911 Turbo 3.3 koji je nasljedio model 3.0 turbo je unio jo¹ jedan novitet – intercooler (hladnjak stlaèenog zraka) koji je dodatno umanjio lag i doprinjeo poveæanju snage motora.

Tokom 80-tih godina tehnologija proizvodnje turbopunjaèa je evoluirala u pravcu kultiviranijeg rada. Tokom zadnjih godina se kod automobila sa turbopunjaèima koristi jo¹ jedan sistem smanjenja turbo laga – elektronska kontrola pritiska turbine. Rani turbopunjaèi koristili su primitivna mehanièka rje¹enja sa wastegate ventilom kako bi izbjegli prevelik pritisak i preveliku brzinu turbine. Kasnih 80-tih i poèetkom 90-tih godina sa razvojem elektronike je omoguæena fina kontrola pritiska turbine pa je s tim sistemom omoguæeno da, na primjer, turbo isporuèuje 1,4 bar ispod 3000 okretaja, 1,6 bar od 3000 do 4500 okretaja, a 1,8 bar iznad 4500 okretaja. Takvom finom kontrolom je postignut linearan rast snage ¹to je doprinjelo normalnom osjeæaju u vo¾nji automobila sa turbopunjaèem.


Pera impelera (elisa) na turbini

Problemi koji se javljaju kod turbopunjaèa...

1.Previ¹e pritiska

Kada se zrak tlaèi u cilindre pod pritiskom koji radi turbopunjaè koje zatim klip dodatno tlaèi, postoji poveæana opasnost od samozapaljivanja smjese. Samozapaljivanje smjese se pojavljuje kada se pomije¹ani zrak i gorivo stlaèe preko kritiène toèke èime dolazi do detonacije u cilindru iako svjeæica nije zapalila smjesu ¹to mo¾e o¹tetiti motor. Automobili sa turbopunjaèima obièno koriste visoko oktanska goriva (koja imaju veæu otpornost samozapaljenju) da bi izbjegli ovaj problem. Problem se takoðer mo¾e rije¹iti smanjenjem kompresije motora ¹to naravno dovodi i do smanjenja snage motora.

2. Turbo Lag

Jedan od najlak¹e uoèljivih problema turbopunjaèa je da oni ne rade istog tretnutka kada pritisnete pedalu gasa, nego je potrebno da motor osigura odgovarajuæu kolièinu plinova, a onda je potrebno jo¹ nekoliko trenutaka da se turbina zavrti da bi poèela sa radom, a rezultat je da automobil naglo dobije snagu tek nekoliko trenutaka po pritisku na pedalu gasa. Jedan od naèina za smanjenje ovog efekta (lag = zadr¹ka) je da se smanji inertnost pokretnih dijelova, tj. smanjenje njihove te¾ine. Ovo omoguæava turbini i kompresoru zraka da se brzo zavrte i poènu ranije sa poveæanjem snage motora.

3. Mali ili veliki turbopunjaè?

Siguran naèin za smanjenje inertnosti turbine i kompresora zraka je da se turbopunjaè napravi ¹to manji. Mali turbopunjaè æe daleko br¾e osigurati pritisak i na manjem broju okretaja motora, ali neæe biti sposoban da osigura dovoljno pritiska kada se motor zavrti i kada su mu potrebne velike kolièine zraka da bi zadr¾ao potreban pritisak. Dodatna opasnost je da se mala turbina na visokom broju okretaja motora mo¾e prebrzo okretati ¹to mo¾e dovesti do njenog o¹teæenja.
Veliki turbopunjaè mo¾e osigurati visoki pritisak na visokom broju okretaja motora, ali je on te¾ak i inertan te mu je potrebno vi¹e vremena da ubrza svoju te¹ku turbinu i kompresor zraka.

... i njihova rje¹enja

1. Ventil za ispu¹tanje vi¹ka zraka (wastegate)
Velika veæina automobilskih turbopunjaèa imaju ventil za ispu¹tanje vi¹ka zraka koji omoguæava manjim turbopunjaèima da se ne vrte previ¹e brzo na visokom broju okretaja, a istovremeno time ¹to su mali smanjuju lag. Ventil za ispu¹tanje vi¹ka zraka omoguæava ispu¹nim plinovima da ne prelaze preko lopatica turbine. Ventil "osjeæa" promjenu pritiska i ako pritisak prijeðe odreðenu granicu to je indikator da se turbina okreæe prebrzo i tada ventil ispu¹ta dio ispu¹nih plinova tako da ne prelaze preko turbine i time omoguæava turbini da uspori okretaje.


Wastegate ventil


"Performance" wastegate ventil

2. Ventil za ispu¹tanje vi¹ka zraka (Blowoff valve/ BOV, ponegdje i hooter valve, dump valve)

Slu¾i da bi ispustio pritisak u usisnoj grani, te da ne zaustavi (do kraja) vrtnju turbine nakon otpustanja gasa. S obzirom sa se turbina ne moze u trenu zaustaviti kada se otpustio pedala gasa, ona nastavlja nabijati (doduse slabije) zrak i tada se taj isti odbija od zatvorenog leptira i pu¹e u ispusne lopatice turbine, ¹to ih naglo usporava. Dogaðaju se dvije stvari:

1. "Krepa" turbina jer se doslovce odlomi komadic lopatice ili cak krepa lager (uljna karika).

2. Uspori se vrtnja pa kad ponovno pritisnete pedalu gasa, cekate odreðeno vrijeme da se opet nabije tlak. To pogotovo ima utjecaja kod veæih turbina.
Postoji vi¹e vrsta blowoff ventila, od potpuno otvorenih, do recilkulirajuæih, a najbolji su recilkulirajuæi jer se masa zraka ne ispu¹ta van veæ se vrti u krug kroz turbinu i drzi je u okretajima do slijedeæeg prebacivanja brzine.


Blowoff ventil

Le¾ajevi

Neki turbopunjaèi koriste bolje le¾ajeve umjesto le¾ajeva u tekuæini kao oslanjanje osovine turbine. To, naravno, nisu obièni le¾ajevi, to super precizno napravljeni le¾ajevi, a materijali od kojih se proizvode su posebne legure koje mogu izdr¾ati velike brzine i temperature koje proizvodi turbina. Oni omoguæavaju da se osovine turbine zavrte sa manje otpora nego uz pomoæ kori¹æenja tekuæina umesto le¾aja koji se koriste u veæini turbopunjaèa. Oni takoðer omoguæavaju kori¹tenje manjih i lak¹ih osovina ¹to opet poma¾e turbopunjaèu da se br¾e pokrene i time dodatno smanji turbo lag.


Lezajevi

Keramièke lopatice na turbinama

Keramièke lopatice na turbinama su lak¹e nego one od èelika koje se najèe¹æe koriste na turbopunjaèima. Naravno ovo opet omoguæava br¾i start turbine ¹to opet smanjuje lag. Lopatice od keramike se recimo koriste kod IHI turbine na Mitsubishi Lanceru EVO.

Intercooleri (hladnjaci stlaèenog zraka)

Kada je zrak sabijen (po zakonima termodinamike) on se grije, a kada se zrak grije on se ¹iri. Tako jedan dio od poveæanja pritiska turbopunjaèa je rezultat zagrijavanja zraka prije nego ¹to uðe u motor. Da bi se poveæala snaga motora, cilj je poveæati broj molekula zraka u motoru, a ne neophodno poveæati pritisak zraka. Intercooler je dodatna komponenta sistema koja nalikuje na hladnjak, samo ¹to zrak prolazi kako kroz intercooler tako i oko njega. Zrak koji treba uæi u motor prolazi kroz intercooler i time se hladi, dok se vanjski zrak pomoæu ventilatora "pu¹e" preko intercoolera. Intercooler poveæava snagu automobila tako ¹to hladi zrak pod pritiskom koji izlazi iz turbine prije nego ¹to uðe u motor. To znaèi da turbopunjaè koji radi na 0,5 bar pritiska uz pomoæ interkulera ubacuje hladan zrak na 0,5 koji sadr¾i daleko vi¹e molekula zraka obzirom da hladniji zrak je gu¹æi nego topliji.


Intercooler

[SloniC]

Dvostruki (Twin) Turbo – Paralelni ili sekvencijalni?

Kori¹tenje duplih turbopunjaèa je pitanje ¾eljene efikasnosti i moguænosti da se oni negdje fizièki i postave. Za veæe motore, recimo preko 2,5l, je bolje koristiti 2 manja turbopunjaèa umjesto jednog velikog – kao ¹to je to Porsche radio na ranim modelima 911 Turbo. Kada su u pitanju V ili bokser konstrukcija motora takoðer je po¾eljno koristiti dupli turbo zato ¹to jedan turbo opslu¾uje jednu stranu motora i time se skraæuje du¾ina crijeva turbopunjaèa ¹to umanjuje lag. Neki motori koji imaju dupli turbo imaju takav sistem koji ispu¹ne plinove sa jedne turbine vode prema drugoj turbini i to je takozvani koncept “povratne povezanosti” koja osigurava balansirani dovod snage u obje 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 samo ime govori, sekvencijalno tj. na malom broju okretaja radi mala turbina, a veæa nije aktivna i time se posti¾e brz odgovor na srednjem broju okretaja. Kada se kolièina ispu¹nih plinova dovoljno poveæa ukljuèuje se i druga turbina koja dodatno poveæava pritisak. Ono ¹to je mana kod sekvencijalnih duplih turbopunjaèa je velika kolièina crijeva koja je potrebna da bi sistem radio (ispu¹ni plinovi moraju doæi do obje turbine posebno kao ¹to i izlazi iz obje turbine moraju doæi do usisnih grana motora) i samim tim je u posljednje vrijeme napu¹tena ta vrsta prednabijanja od strane proizvoðaèa automobila, osim inovativnog BMW-a koji u novom BMW-u 335i to koristi. Automobili koji koriste ovakav sistem turbina su Porsche 959, Mazda RX-7 treæe generacije, Toyota Supra, Nissan Skyline GT-R, Subaru Legacy, Mitsubishi 3000GT i jo¹ neki.


Sekvencijalni twin turbo - motor Mazde RX7


Paralelni twin turbo - motor Toyote Supre

Turbo niskog pritiska (Light Pressure Turbo - LPT)

Posljednjih nekoliko godina ovo je vrlo popularan naèin kori¹tenja turbina. Saab kao pionir u ovoj klasi 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 vi¹e u odnosu na identièan motor bez turbopunjaèa, a 30KS manje od standardnog 2,3l Turbo motora. Dok su ostali proizvoðaèi ¾eljeli ¹to veæu snagu ili okretni moment, Saab je pametno zakljuèio da iako je takav motor slabiji od konkurentskih, uz pomoæ malog turba motor ima solidan okretni momenat ¹to omoguæava dobro ubrzanje, ali je daleko lak¹i za vo¾nju obzirom da je turbo lag praktièno nepostojeæi, a odogovor na reakciju gasa je kao i kod atmosferskih motora. Saab je zbog bolje krivuljee okretnog momenta produ¾io odnos mjenjaèa pa je time dodatno uspio i smanjiti potro¹nju goriva i svesti je na manju od atmosferskog motora iste velièine.

U pro¹losti, lo¹e vozne osobine i visoka potro¹nja goriva su sprjeèavale da se turbopunjaèi koriste u automobilima koji su namenjeni ¹irokom krugu ljudi. Proteklih godina taj trend je potpuno drugaèiji zbog potra¾nje za veæim prostorom i komforom ¹to je dovelo do poveæanja te¾ine automobila pa da bi se perfromanse zadr¾ale na prethodnom nivou potrebno je vi¹e snage, a za to se ili ugraðuje veæi motor ili se dodaje turbopunjaè. Kada u igru uðe i cijena tj. ¾elja za ¹to manjim tro¹kovima svakog proizvoðaèa turbo ima nesumnjivu prednost i to je svakako tendencija koja æe iduæih godina biti sve vi¹e izra¾ena. Masovno kori¹tenje turbina na dizel motorima u proteklih 15 godina je donijelo veliki broj inovacija uz istovremeno smanjenje cijene turbina, pa se proizvoðaèi u posljednje vrijeme sve èe¹æe okreæu turbo motorima. Na primjer novi Opeli ima 2.0 i 2.8 turbo motore, a u novi i 1,6 litarski turbo motor æe koristiti Opell Corsa OPC. 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.

Takoðer, du¾ni smo i da nabrojimo nekoliko veæih proizvoðaèa turbopunjaèa: Garrett, BorgWarner, Holset, Kühnle, Kopp & Kausch (KKK) i Ishikawajima Harima Heavy Industries (IHI) i razni drugi

Kratka povijest mehanièkih kompresora

Ukoliko se pitate tko je napravio prvi kompresor, odgovor je Gottlieb Daimler (da, da, Daimler-Benz, u novije vrijeme poznatije i kao Daimler-Chrysler). Ovaj Njemaèki in¾enjer je patentirao pumpu koja je omoguæavala poveæanu kompresiju smjese unutar komore cilindara. Taj sistem nije nazvao "turbopunjaè", ali ono ¹to je opisao u dokumentu je opis roðenja prvog automobilskog kompresora. Gottlieb je svoj automobilski kompresor dizajnirao po ugledu na dvo-rotorni industrijskoj "zraènoj pumpi" koja je izmi¹ljena i patentirana 40 godina ranije od strane Francis Roots iz Indiane, SAD 1860. godine. Isti princip koristi se i danas, a odmah zatim je i Njemaèki in¾enjer Heinrich Krigar izumio pumpu za zrak pomoæu koje se i danas koristi u tzv. Lysholm kompresorima. Ubrzo nakon toga kompresori su porona¹li veliku primjenu tokom I svjetskog rata u avionskim motorima, a poslije rata Mercedes 1921. godine posti¾e veliki uspjeh time ¹to poèinje serijsku proizvodnju automobila koji ima motor sa mehanièkim kompresorom. Na trkaèkoj sceni, automobili koji su koristili kompresore su imali mnogo uspjeha. 1924. godine kompresori su se pojavili u Indy 500, a ¹irom svijeta trkaèki automobili su masovno koristili novu tehniku poveæanja snage motora. Sredinom 30-tih godina pro¹log tisuæljeæa, Robert Paxton McCulloch je osnovao McCulloch engineering koja je prva specijalizirana firma koja je proizvodila kompresore koji su se koristili na motorima u Amerièkim putnièkim vozilima i to je trenutak u kojem turbopunjaèi postaju ono ¹to su i danas. Poslije II svjetskog rata kompresori su donjeli novu ¾ivost u sportska natjecanja ¹irom svijeta. Alfa Romeo i British Racing Motors (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 ogranièenja nije bilo pa su automobili sa kompresorima osvojli veliki broj nagrada. 50-tih godina McCulloch je osnovao Paxton engineering kao posebnu firmu koja je preuzela razvoj kompresora na sebe i kao cilj je imala proizvodnju jeftinog kompresora koji bi se lako plasirao na ¹irokom tr¾i¹tu. Poslije potro¹enih 700.000$ i dvije godine testiranja, model VS57 kompresora je bio spreman da se predstavi javnosti i to 1953. godine. U poèetku je funkcionirao samo na Fordovim automobilma proizvedenim 1950. – 1953. godine, a 1954. su poèeli sa prodajom kompleta za skoro sve komercijalne modele automobila koji su imali 6 ili 8 cilindara. Nakon velikog uspjeha tog VS57, Paxton engineering je nastavio sa proizvodnjom velikog broja novih modela.


Paxton VS 57 kompresor

Naèini kompresije zraka

Roots kompresor

Roots kompresor je prvotno zami¹ljen kao ureðaj za ventilaciju u industrijskim zgradama. Sastoji se od dvije lopatice koje se okreæu u suprotnom pravcu i praktièno "zgræu" zrak sa ulaza i izbacuju ga na izlaz. Ovaj kompresor je "fiksne zapremine" tj. On pokreæe fiksnu kolièinu zraka u jedinici vremena pa je on neovisan od broja okretaja motora tj. veoma je dobar za kori¹tenje na malom i srednjem broju okretaja ¹to ga èini idealnim u primjeni na kamionskim i teretnim vozilima. Ovakvi kompresori su i samo-podmazujuæi, a uz to su i najjednostavniji konstrukcijski pa im je cijena umjerena i vrlosu pouzdani. Iz tog razloga ovakav tip kompresora koriste GM, Ford, Mercedes i Toyota. Jedina mana ovog tipa kompresora je ta da stvara velike kolièine topline. Jedan od razloga je ¹to ovaj kompresor parktièno samo ubrzava zrak, ali se sama kompresija odigrava u usisnoj grani motora tj. van kompresora.


Roots kompresor

Kompresor sa “dva vijka”

Ovakav kompresor sa na prvi pogled ne razlikuje previ¹e od Roots kompresora, kako izvana tako i iznutra. Ova dva pristupa jesu slièna, meðutim postoje i znaèajne razlike. Centralni dio ovog kompresora su dva rotora tj. “vijka” koji se okreæu jedan prema drugom i tako uvlaèe zrak sa ulaza u kompresor, a okretanjem vijaka se zrak pomièe pri njegovom izlazu i istovremeno se stlaèuje. U ovom sluèaju kompresija zraka se odigrava unutar samog kompresora pa ovakav dizajn stvara manje topline od Roots kompresora, a on jo¹ bolje funkcionira na malom i srednjem broju okretaja pa se i ovaj kompresor koristi kod kamionskih i drugih teretnih vozila. Za razliku od Roots kompresora gdje se lopatice dodiruju kod ovog tipa kompresora nema fizièkog kontakta izmeðu dijelova tj. vijaka pa je samim tim i nepostojeæe tro¹enje bilo kojeg elementa. Samim tim i pouzdanost ovog tipa je vrlo velika. Jedina mana ovog dizajna je da ovaj kompresor radi uvijek (i kretanje na leru ili koèenje) pa u tim trenutcima on praktièno koristi snagu motora i smanjuje je da bi zrak koji je stlaèen bio izbaèen pomoæu ventila koji zaobilazi usisnu granu.


Kompresor sa "dva vijka"


Naèin rada kompresora sa "dva vijka"


Centrifugalni kompresor




Turbo kompresor sa impelerom

Iako je ovaj tip kompresora zasnovan na mnogo novijoj tehnologiji nego prethodna dva, ovo je prvi uspje¹no primjenjen kompresor u automobilskoj industriji. Nasuprot prethodnim kompresorima ovaj nema “fiksnu zapreminu” tj. ne pokreæe istu kolièinu zraka u jedinici vremena. On funkcionira kao veoma brzi propeler (elisa) tj. impeler (propeler koji ima obratnu funkciju) usisavajuæi zrak u sredinu kompresora, a izbacujuæi ga po vanjskom kru¾nom dijelu impelera koji se okreæe na velikim brzinama (preko 40000 okretaja u minuti). Zrak pod centrifugalnom silom kreæe se po obodu elisa impelera sve do vanjskog kru¾nog dijela (oboda) gde se taj zrak usmjerava prema izlazu, a pri tome pomoæu venturijeve cijevi stlaèuje se zrak. Zrak se dalje kreæe prema izlazu du¾ ljevka koji se su¾ava i time smanjuje brzinu zraka i dodatno poveæeva pritisak. Ovaj dizajn ima nekoliko vrlo bitnih osobina. Vrlo je jednostavan i samim tim pouzdan, zatim proizvodi jako malo topline zato ¹to se kompresija odigrava unutar kompresora, a istovremeno je veoma kompaktan i svestran zbog toga ¹to se mo¾e “otkaèiti” i time dozvoliti da motor direktno kroz kompresor usisava zrak bez rada kompresora. Takoðer je vrlo termalno efikasan, tj. proizvodi kompresirani zrak koji ima najni¾u temperaturu od sva tri predstavljena dizajna. Jedina mana je ¹to je potrebna velika brzina impelera da bi kompresor poèeo sa proizvodnjom dovoljno kompresiranog zraka, pa je veoma neefikasan na malom broju okretaja, ali mu efikasnost raste sa brojem okretaja. Ovakvi kompresori nisu samo-podmazjuæi veæ je potrebno da se prikljuèe na sistem za protok ulja iz motora, premda neki proizvoðaèi poizvode ovakve kompresore koji imaju moguænost samo-podmazivanja.


Izgled impelera

[SloniC]

G punjaè (G-Lader) - Nastanak i razvoj

S obzirom da su Vokswagen-ovi modeli Polo G40, Golf 2 G60 kao i Corrado G60 bili veoma popularni i svojevrsne ikone sa poèetka 90-tih, evo kratkog opisa kako G-punjaè radi.

U vrijeme kad je u modi svih proizvoðaèa automobila bila ugradnja turbopunjaèa, vodeæi èovjek tada¹njeg Volkswagenovog odjela za razvoj, preuzeo je osnovnu ideju punjaèu u obliku zavojnice popularno zvanu G-Lader (scroll-type supercharger) koji je izumio Franzose Léon Creux u Francuskoj 1905. godine za potrebe avio-industrije. Vidio je moguænosti koje nudi ovakav punjaè u odnosu na tada¹enju alternativu - turbopunjaèima. Prvi poku¹aji s spiralnim punjaèem obeæavali su rije¹enja postavljenih zahtjeva ¹efova iz VW-a: spontan odaziv u donjem dijelu okretaja, snaga raspolo¾iva du¾ cijelog podruèja okretaja, smanjena buka, idealno za masovnu proizvodnju, upotrebljivo za razlièite koncepte motora.

1987. godine, poèinje maloserijska proizvodnja motora s G-punjaèem u VW Polo GT G40 sa snagom od 115 KS. Naziv G40 je nastao od oblika i jer du¾ina zavojnice u "ubrzavajuæem pu¾u" (nalik na G) ima i ¹irinu u radnom dijelu punjaèa, koja iznosi 40 mm.

1988. godine slijedi ugradnja G60 punjaèa sa veæim "ubrzavajuæim pu¾em" (60 mm ¹iroko radno podruèje) u VW Corrado 1,8 sa 160 KS. U istoj godini je proizveden i VW Golf Rallye s G60 motorm i pogonom na sve kotaèe, u otprilike 5000 primjeraka, prvenstveno zbog homologacije za rally trke, ali zbog restrikcija koje su se zahtijevale na usisu, zaustavljena su slu¾bena prisustvovanja na utrkama, te je tako osloboðen prostor za Audi Quattro. 1989. godine G60 se ugraðuje u VW Passat GT Syncro, a godinu poslije i u VW Golf GTI G60.

Najsna¾niji motor pogonjen G-punjaèem je proizveden od strane VW Motorsporta, 1,8 16v G60 snage 210 KS i okretnim momentom od 250 Nm pri 5000 okretaja u minuti, a isporuèivan je u verzijama VW Golfa II sa petorim vratima.

I u dana¹nje vrijeme tehnika G-punjaèa odolijeva zubu vremena, iako je Volkswagen veæ odavno prestao s njegovom proizvodnjom. Glavni razlozi za to su relativno visoki tro¹kovi proizvodnje i ne tako zanemarujuæa moguænost kvarova (snaga vozila se èesto precjenjivala od strane vozaèa). Ono ¹to je jo¹ zanimljivo je da G punjaè prati prilièno lo¹a reputacija kao kvarljivog ureðaja, a kako Njemaèkie VW web stranice ka¾u krivac je lo¹e zami¹ljena osovina oko koje se okreæe remen za pokretanje punjaèa i preporuèuju ugradnju druge koja rije¹ava doslovno sve probleme.

G punjaè - Tehnièki podatci

G-G60 je mehanièki pogonjen punjaè (kompresor) koji je ime dobio po obliku slova G, a 60 oznaèava ¹irinu spiralnih propelera izra¾enih u milimetrima. U spiralnom kompresoru, usisani zrak iz motora prolazi kroz kuèi¹te, nalik pu¾u, gdje se sabija do 0,7 bara. Ovaj kompresor, koji sam tro¹i i do 18 KS, pogonjen je zupèastim remenom. Velika prednost mu je snaga du¾ svih brojeva okretaja. A slabosti? Kada motor dosegne 5800 o/min, mala spirala u kompresoru se vrti na 11000 okr/min, te je to granièno podruèje na kojem poèinju kritiène vibracije u kompresoru te to mo¾e biti kobno za cijeli motor. Inaèe, za G60 motore, najveæi okretni moment je na 5600 okretaja u minuti. Postojao je manji G-Lader, zvan G40 i veæi zvan G60.


Izgled G punjaèa

Turbo kompresor i mehanièki kompresor u zajednièkom radu

Da, postoji i takva varijanta, a znalcima æe prvo pasti na pamet Lancia Delta S4. Mehanièki kompresor radi na niskim okretajima motora, a turbo kompresor na vi¹im. U primjeni je i kod novog Golfa V GT, a u Volkswagenu to nazivaju Twinchargerom. Iz 1.4 motora mehanièki kompresor i turbo kompresor "izvlaèe" 170 KS i 240 Nm okretnog momenta. Omoguèavajuæi veæu snagu uz male gubitke mehanièki kompresor radi na niskim okretajima motora sve do trenutka kada ispu¹ni plinovi budu dovoljni da pokrenu turbopunjaè koji proizvodi bolje rezultate na vi¹im okretajima, dok se mehanièki kompresor u tom trenutku putem elektro-magnetnog kvaèila odvaja sa radilice kako ne bi proizvodio gubitke snage, a elektronski kontrolirani ventil preusmjerava sav zrak u turbopunjaè. Motor ovisno o broja okretaja mo¾e snagu razvijati uz pomoæ jednog ili oba ureðaja. U re¾imu do 2400 okretaja snagu osigurava mehanièki kompresor, a u sljedeæem re¾imu se ukljuèuje i turbopunjaè, koji zajedno sa mehanièkim kompresorom radi sve do 3500 okretaja kada iskljuèuje mehanièki kompresor sa radilice, a u re¾imu do 7000 okretaja turbopunjaè osigurava dodatni pritisak punjenja.


Prikaz rada Twinchargera


Turbo kompresor ili mehanièki kompresor

To je jedno od èe¹æih pitanja i koja, na ¾alost, nemaju jednostavan odgovor. Toènije odgovor je jednostavan, ali on glasi: "ovisi". Ovaj dio teksta æe navesti prednosti i mane turbo kompresora i mehanièkih kompresora i pomoæi Vam da sagledate u kojim sluèajevima je bolje primijeniti odgovarajuæi sistem.

Sliènosti

I turbo kompresori i mehanièki kompresori su sistemi koji omoguæavaju usis zraka pod pritiskom i samim tim im je cilj isti – da ¹to sabiju zraka u cilindre motora u odnosu na ono ¹to atmosferski pritiskak normalno omoguæva. Prednost je ¹to æe motor tada moæi izgoriti vi¹e goriva u jednom ciklusu sagorijevanja, a to dovodi do poveæanja snage. Iz tog razloga turbo kompresori i mehanièki kompresori omoguæavaju 40 – 100 % poveæanja snage (u o pritisku kojim se sabija zrak) nego atmosferski motori iste zapremine.

Cijena

Cijena mehanièkih kompresora i turbo kompresora za isti motor su praktièno iste pa cijena ne igra nikakvu ulogu u izboru jednog od ova dva sistema.

Lag

Nedostatak laga je jedna od najveæih prednosti mehanièkih kompresora u odnosu na turbo kompresore. Turbo kompresori su pogonjeni ispu¹nim plinovima pa se zbog toga pojavljuje ta zadr¹ka dok se impeler ne zavrti do brzine koja omoguæava odgovarajuæu kompresiju zraka. Mehanièki kompresori se pogone remenom koji je sa druge strane prikvaèen na radilicu i time praktièno rade od najmanjeg broja okretaja.

Efikasnost

Ovo je najveæa prednost turbo kompresora. Turbo kompresori su u principu ekonomièniji zato ¹to se pokreæu pomoæu ispu¹nih plinova koji su da ka¾emo, besplatni tj. ne slu¾e nièemu, dok mehanièki kompresor koristi snagu radilice i time umanjuje snagu koja je dostupna za pokretanje automobila. Turbopunjaèi ipak nisu potpuno efikasni zato ¹to okretanje lopatica turbine proizvodi podpritisak na ispu¹noj grani tako da motor ima odreðni otpor kada izbacuje ispu¹ne plinove.

Toplina

Kako je turbopunjaè montiran na ispu¹nu granu koja je uvijek vrlo topla time se samo kuæi¹te turbine grije, a time se dodatno zrak koji turbo sabija dodatno grije ¹to negativno utjeèe na gustoæu sabijenog zraka pa se èesto koristi intercooler kako bi se taj zrak ohladio, a time se komplicira instalacija sistema. Kod mehanièkih kompresora centrifugalni kompresor generira vrlo hladan sabijeni zrak, pa ne postoji potreba za montiranjem intercoolera za pritiske ispod 0,8 bar-a, dok u sluèaju kori¹tenja Roots kompresora sabijeni zrak ima daleko veæu temperaturu pa je potrebno koristiti intercooler i pri malim pritiscima.

Udar snage

Kako turbopunjaèi imaju zadr¹ku (lag) postoji tkz. udar snage kada se wastegate otvori tj. kada turbopunjaè proradi. Ovaj udar je vrlo ¹tetan za automobil, a posebno za nosaèe motora, ovjes i sistem za upravljanje i mo¾e uèiniti automobil te¹ko upravljivim.

Povratni pritisak

Turbopunjaèi svojom monta¾om na ispu¹noj grani proizvode parazitski povratni pritisak u samoj grani i time motor tro¹i vi¹e energije da bi izbacio ispu¹ne plinove za onoliko koliko je potrebno da se taj parazitski pritisak savlada. Taj pritisak smanjuje efikasnost turbopunjaèa.

Buka

Turbopunjaèi su u principu ti¹i od mehanièkih kompresora, a polo¾aj turbine na ispu¹noj grani mo¾e samo da smanju kolièinu buke koju proizvodi motor i time sti¹avaju motor. Mehanièki kompresori imaju specifièan zvuk, a pogotovo centrifugalni i mogu biti vrlo glasni (naravno veæina vozaèa ovaj zvuk obo¾ava).

Pouzdanost

Mehanièki kompresori su, generalno, daleko pouzdaniji od turbopunjaèa. Kada se automobil (i motor) ugasi topli motor i ispu¹na grana mogu visokom temperaturom o¹tetiti ulje koje je unutar turbopunjaèa koje podmazuje le¾ajeve. Dodatno, veliki broj okretaja turbine (do 150000 okretaja u minuti) mo¾e dovesti do problema sa le¾ajevima u turbini time skratiti ¾ivotni vijek turbopunjaèa.

Maksimalna snaga

Turbopunjaèi su slavu stekli zato ¹to imaju moguænost da se okreæu vrlo brzo i time proizvode fantastièno visoke pritiske sabijanja (preko 2 bar-a) i time naravno rade daleko vi¹e snage nego mehanièki kompresori.

Moguænost pobolj¹anja performansi samih turbopunjaèa/mehanièkih kompresora - tuning

Mehanièki kompresori, nisu previ¹e pogodni za dodatni tuning nakon ugradnje, te omoguæuju samo manje "intervencije" na sistemima za ubrizgavanje goriva i paljenje, te podizanje pritiska sabijanja. Na turbopunjaèima se takoðer ne mo¾e iæi u nedogled sa podizanjem pritiska sabijanja zraka, ali se proizvode tkz. hibridni turbopunjaèi (hybrid turbochargers). Oni omoguæuju gotovo trenutnu reakciju bez lag-a, te vi¹e pritiska na vi¹im okretajima motora. Izvana su identièni normalnim turbopunjaèima, dok se promjene dovijaju iznutra, poèev¹i od drugaèije aerodinamièke konfiguracije u dijelu kompresorskog i turbinskog kuæi¹ta, do materijala koji su upotrijebljeni u izradi te preciznosti izrade takvog turbopunjaèa.

c/p crotuners

[Favofan]

dobra edukacija...dajte jos toga 

[Stipe]

svaka èast! stavljam ovu temu pod sticky ako se admin sla¾e

[dentist]

Izvrsno!
Iako, Slonicu, zar ti nisu sad ispitni rokovi?   

[SloniC]

aj malo OT..

jesu jesu..samo da zavrsim sa predavanjima..jos dva tri tjedna.. 

[Merđo]

Turbo je zakon! Glavne odlike su mu ¹to daje snagu i okretni moment,a ne poveæava puno potro¹nju

[kunica]

Za edukaciju 5 plus.