Rolls Royce 200X

Pravljenje formule 1

Turbo punjaci i kompersori – cetvrti deo

Kompresori

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.

kompresor 1
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.

kompresor 2
“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.

kompresor 3
Kompresor sa “dva vijka”
kompresor 4
Sistem rada kompresora sa “dva vijka”

Centrifugalni kompresor

kompresor 5
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.

kompresor 6
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 punjac – Tehnicki 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.

Slicnosti
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 punjaca za isti motor su prakticno iste pa cena nie 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.

Mogucnost poboljšanja performansi samih turbo punjaca/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

Turbo punjaci i kompresori – treci deo

Problemi koji se javljaju kod turbo punjaca

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 punjac?
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 7
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.

turbo 8
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.

turbo 9
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.

turbo 10
Sekvencijalni twin turbo – motor Mazde RX7
turbo 11
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

Turbo punjaci i kompresori – drugi deo

Kako radi turbo punjac?

turbo 2
Slika 2: Turbo punjac – turbo

Turbo punjaci su jedan od nekoliko sistema za dodatno unošenje vazduha u motor tj. one kompresuju (smanjuju zapreminu) vazduha koji ulazi u motor. Prednost smanjivanja zapremine vazduha koji ulazi u motor kroz usisnu granu je da dozvoljava motoru da ima više vazduha u cilindru, a samim tim više goriva treba da bi se napravila odgovarajuca smesa. Samim time, dobija se više snage iz svake eksplozije unutar svakog cilindra motora. Motor sa turbo punjacem po definiciji proizvodi više snage od motora koji nema turbo punjac, a to znacajno poboljšava odnos snaga / težina motora.

turbo 3
Slika 3: Uprošcena shema motora sa turbo punjacem
Air filter – filter vazduha, Turbocharger – turbo punjac, Intake – usisna grana, Exaust – izduvna grana

Da bi turbo punjaci postigli odgovarajucu kompresiju, turbo punjac koristi izduvne gasove motora da bi zavrteo svoju turbinu koja opet ubrzava unos vazduha. Turbina turbo punjaca se obicno vrti od 100 do 150 hiljada obrtaja u minuti, a kako je direktno povezana na izduvnu granu motora temperature na kojima turbina radi su veoma visoke.

Osnove:
Najlakši nacin da dobijete više snage iz motora je da povecate kolicinu vazduha i goriva koje motor može da sagori. Jedan od nacina je da se poveca zapremina bilo povecanjem zapremine cilindara ili dodavanjem cilindara. Ako taj nacin nije moguc ili isplativ, turbo punjac je jednostavnije i kompaktnije rešenje.

Turbo punjaci omogucavaju motoru da sagori više goriva i vazduha tako što u postojecu zapreminu motora sabijanjem ubacuje više goriva i vazduha. Mera za sabijenost je u barima (metricki sistem) ili psi (kolonijalni sistem – funte po kvadratnom incu).
1bar = 14,503 psi tj. 1psi = 0.068947 bar.

Tipican pritisak turbina je obicno oko 6-8 psi tj. oko 0,5 bar što znaci da se u motor ubacuje 50% više vazduha (1 bar je normalan pritisak, a kada dodate 0,5 bar pritiska pomocu turba dobijate 1,5 bar tj. 50% povecanja pritiska). Za ocekivati je da ce i snaga skociti za 50%, medjutim sistem nije 100% efikasan tako da su povecanja snage u okviru 30 – 40% u zavisnosti od konstrukcije. Deo neefikasnosti potice od toga što vazduh koji pokrece turbinu nije „besplatan“, tj. vazduh koji turbina pozajmljuje iz izduvne grane motora ima svoju cenu. Cena je da motor mora da uloži više energije da izbaci vazduh obzirom da na izlazu postoji otpor okretanja turbine koji taj izdvuni gas mora da savlada.

Turbine na visini

Turbo punjaci pomažu na velikim visinama gde je vazduh dodatno razredjen. Normalni motori ce na takvom razredjenom vazduhu imati manje snage na raspolaganju zato što ce manje vazduha biti u cilindru, dok se kod motora sa turbo punjacem ta razlika daleko smanjuje (i dalje postoji pad snage, samo je manji) zato što ce turbina iako je vazduh redji ugurati daleko više tog redjeg vazduha zato što je on lakši pa ce time malo kompenzovati gubitak gustine vazduha.

Stariji automobili sa karburatorom automatski povecavaju dotok goriva da bi parirali vecem dotoku vazduha u motor, dok moderni automobili sa elektronskim ubrizgavanjem goriva takodje to rade, ali ce to povecanje dotoka goriva biti srazmerno podatku koji šalje protokomer vazduha koji meri kao što mu i ime kaže koliko je vazduha ušlo u motor pa ce odnos vazduha i goriva kod takvih motora biti uvek veoma blizu idealnom. Ukoliko turbina radi na visokom pritisku i elektronsko ubrizgavanje nema dovoljno jaku pumpu koja može da dopremi potrebnu kolicinu goriva u cilindre ili softver koji upravlja ubrizgavanjem goriva nece da dozvoli toliku kolicinu goriva ili brizgaljke za unos goriva u cilindar nemaju dovoljno veliku protocnu moc motor nece moci da maksimalno iskoristi turbo punjac pa ce nostali delovi sistema za ubrizgavanje goriva morati dodatno da se modifikuju da iskoriste pun potencijal turbo punjaca.

Nacin funkcionisanja turbo punjaca:

Turbo punjac je pricvršcen na izduvnu granu motora, a ti izduvni gasovi okrecu turbinu. Turbina je osovinom povezana sa kompresorom koji se nalazi izmedju filtera za vazduh i usisne grane motora i taj kompresor sabija vazduh koji se ubacuje u cilindre. Izduv iz cilindara prolazi preko lopatica turbine koje okrecu samu turbinu i što više vazduha prolazi kroz lopatice, to se turbina brže okrece. Sa druge strane osovine na koju je prikacena turbina nalazi se kompresor koji pumpa vazduh u cilindre. Kompresor je tzv. Centrifugalna pumpa – uvlaci vazduh u centru svojih lopatica i gura ga dalje kako se okrece. Da bi izdržala 150000 rotacija u minuti osovina turbine mora biti pricvršcena veoma pažljivo. Vecina ležaja bi pri ovoj brzini okretanja verovatno eksplodirala pa tako turbo punjaci koriste fluid (ulje) koje je u veoma tankom sloju izmedju lagera i osovine i pomocu koga se kuglagerima po kojima se osovina krece samim tim smanjuje trenje, a istovremeno hladi osovinu i druge delove turbo punjaca. turbo 4

Slika 4. Izgled turbo punjaca
Sa leve strane je kompresor koji sabija vazduh, a sa desne strane je turbina koja pomocu izduvnih gasova
pokrece kompresor pomocu osovine koja ih povezuje.

turbo 5

Slika 5: Sistem rada turbo punjaca

turbo 6
Pera impelera na turbini

Izvor: Nacionalna Klasa

Turbo punjaci i kompresori – prvi deo

Turbo? Ovaj termin se pored automobilizma i energetike koristi i u ostalim oblastima i cesto se koristi kao sinonim za nešto što je bolje, kvalitetnije, brže. Ovaj tekst objašnjava pojmove kao što su turbo kompresor, turbo punjac. U ovom tekstu poredimo ta dva pristupa povecanju snage i objašnjavamo pomocne agregate kod oba sistema.

Uvod

Kod ljudi koji se ne bave tematikom automobila pomen pojma “turbo” ih u tokom proteklih desetak godina uglavnom asocira na dizel motore. Takozvana “turbo” era se završila krajem 90-tih godina i od tada pa sve do sadašnjih dana turbo je stvarno ono što u velikoj vecini slucajeva dobar nagoveštaj da je u pitanju dizel motor.

Prvo što moramo da naglasimo u ovom tekstu su razlike u nazivima: Turbo punjac se najcešce naziva samo turbo, a u engleskom je naziv koji se koristi “turbocharger“, dok se turbo kompresor može još nazivati i kompresor (Mercedes koristi ovaj naziv, npr.), punjac (G punjac – VW) dok se u engleskoj literaturi turbo kompresori nazivaju “supercharger“.

Turbine se koriste u energetici, avio i auto industriji i ono što ih razlikuju su naravno performanse obzirom da su im zadatci razliciti, ali ono što ih svakako povezuje je isti izgled i princip rada. U auto industriji postoji nekoliko nacina takozvanog “prehranjivanja” (termin koji se koristi u udžbenicima našeg Mašinskog Fakulteta) tj. dodatnog sabijanja više vazduha nego što prirodni pritisak omogucava. Motor sagoreva mešavinu vazduha i goriva, a taj vazduh ulazi u motor kroz usisnu granu motora povucen iz okolne atmosfere razlikom pritiska koju motor stvara. Da bi se snaga povecala kolicina vazduha koriste se veštacki nacini kao što su: turbo punjaci, mahnicki kompresori i tzv. “Ram Air” sistem. Ovaj tekst za temu ima rad turbo punjaca i turbo kompresora dok cemo princip rada “Ram Air” sistema objasniti u narednih nekoliko recenica.

“Ram Air”

Ovaj sistem ili u slobodnom prevodu prirodna turbina je sistem koji koriste trkacki automobili, a svodi se na jednostavan princip da se usisna grana (uz posredstvo odgovarajucih filtera) izvede direktno negde na spoljni deo automobila koji je okrenut smeru kretanja i time se povecanjem brzine automobila proporcionalno povecava pritisak vazduha koji ulazi u motor. Na primer F1 bolidi imaju usis direktno iznad glave vozaca, GT automobili imaju “grbe” na haubi koje direktno ubacuju vazduh u motor automobila, a taj pritisak je direktno srazmeran brzini kretanja automobila.

turbo 1
Ferrari Maranello 575 – tipican primer GT automobila sa “Ram Air” sistemom

Kako napraviti više snage

Cetiri mogucnosti sa jednom zajednickom osobinom

Kada se govori o nacinima povecanja snage motora, zajednicki cilj je, svakako, sagoreti što više smede goriva i vazduha u jedinici vremena. Postoje, prakticno, cetiri fundamentalno razlicita nacina da se to ostvari.1. Napraviti efikasan motor tako da se što je moguce više vazduha i goriva unosi u njega kroz smanjenje restrikcija usisnih i izduvnih grana, umanjujuci masu koja se rotira unutar motora, povecavajuci energiju koju emituje svecica i finog štelovanja tajminga rada motora. Ovo su ciljevi svih „performans“ delova koji povecavaju snagu motora – filteri vazduha, programatori paljenja, izduvni sistemi itd. Ove modifikacije su veoma popularne zato što dodaju snagu, izgledaju dobro i zvuce dobro. Takodje one se mogu raditi nezavisno što je dobro za budžet. Problem ovakvih modifikacija je što donose male dobitke, a cesto su ti dobitci u snazi beznacajni i ne mogu se osetiti. Današnji moderni motori su po ozlasku iz fabrike prilicno dobro podešeni i nisu opremljeni previše restriktivnim usisnim ili izduvnim granama koje bi umaljile potrošnju goriva. Drugim recima, ako tražite umerene dobitke snage, potrebno je ici dublje od ovakvih modifikacija koje za cilj imaju samo blago povecanje efikasnosti motora.

2. Motoru se može povecati snaga tako što cete ga ubrzati tj. motor ce se okretati na vecem broju obrtaja. Ova tehnika je efikasna kada se insistira na zadržavanju male mase i kompaktnosti motora, a istorvremeno se traži veca snaga. Naravno svi trkacki automobili imaju motore koji postižu visoke brojeve obrtaja. Jedina mana ovog pristupa je da ako želite da omogucite motoru da se okrece na jako visokom broju obrtaja potrebni su jako kvalitetni (i skupi) delovi koji ce moci da izdrže rad u takvim uslovima. Povecani broj obrtaja znacajno povecava trošenje materijala što umanjuje pouzdanost motora i smanjuje mu rok trajanja. Vecina normalnih automobila ima crveno polje izmedju 6000-7000 obrtaja baš iz tog razloga da se poveca rok trajanja motora. Okretanje motora brže nego što je predvidjeno je rizik za motor.

3. Još jedan nacin za povecanje snage motora je veoma ocigledan. Korišcenje veceg motora. Veci motori mogu da sagore više vazduha i goriva i samim tim generišu više snage. Naravno, da je to tako jednostavno svi bi pod haubama imali V12 motore. Povecanje motora se lako može izvesti razbušivanjem (povecanjem precnika) cilindara i stavljanjem vecih klipova, ili povecanjem hoda klipa, ali takva povecanja motora su veoma ogranicena obzirom da konstrukcija motora ne dozvoljava preveliko povecanje tih parametara. Da bi se motor znacajno povecao potrebno je imati fizicki veci motor sa više cilindara, ali on donosi vece dimenzije, vecu težinu i manje efikasnost potrošnje goriva.

4. Poslednji nacin za povecanje snage je unošenje vece kolicine smese goriva i vazduha pre njenog sagorevanja, a rezultat snaga koja je adekvatna klasicnom motoru sa vecom zapreminom. Problem sa ovom tehnikom je da nije dovoljno reci da motor treba da usisa više smese, pritisak je uslovljen atmosferskim pritiskom od 1 bar na 0m nadmosrske visine. Kako se visina povecava vazduh postaje sve redji i time motor ima sve manje snage. Tu na scenu stupaju turbo kompresori ili turbo punjaci. Kompresor, kao što mu ime kaže, kompresuje vazduh i gorivo u komoru cilindra pod pritiskom vecim od atmosferskog i time prakticno dobija efekat povecanja snage kao da je motor vece zapremine nego što jeste. Drugo mali motor zadržava sve svoje osobine – lagan, kompaktan, efikasno troši gorivo, a opet uz pomoc kompresora daje vecu snagu. Dodatno se može kontrolisati kada kompresor radi tako da, ukoliko ne pritiskate pedalu gasa do poda, motor radi sa svojim normalnim performansama i što je još važnije troši jako malo goriva.

Realno postoji daleko više od gore navedenih cetiri nacina povecanja snage, ali ovi nacini su najkonvencionalniji. Možete, na primer, koristiti kaloricnije gorivo što je ideja vodilja sistema koji koriste Nitro Oksid – poznatiji kao NOS ili drugih Top Fuel sistema.

Zlatna “turbo” era

Turbo punjaci su po prvi put predstavljeni u velikoserijskom putnickim automobilu ranih 1960-tih godina. Model je bio Chevrolet Corvair kojeg je proizvodio General Motors – GM. Automobil je imao lošu reputaciju zbog toga što je imao jako loše performanse pri malim brzinama, a ogroman turbo lag je tecnu vožnju cinio u ovom automobilu prakticno nemogucom.

Turbo lag je ono što je automobilskoj industriji pravilo veliki problem i sprecavalo da se automobili koji su u to doba koristili turbo punjac proglase prakticnima. Turbo punjaci su se u to doba obilato koristili u auto sportu – pocevši od ikone BMW-a 2002 turbo modela pa do “endurans” trka i na kraju same Formule 1, medjutim vozaci trkackih automobila su uspevali da se izbore sa prilicno neugodnim turbom motorima iz tog doba, ali to nije bilo rešenje za svakodnevnu vožnju i normalnog vozaca. Turbine iz tog doba su bile veoma velike i teške pa su samim time bile veoma inertne. Takve turbine se nisu mogle zavrteti ispod 3500 obrtaja, pa je opseg rada motora do 3500 obrtaja bio veoma slab obzirom da je u doba kompresija turbo motora bila 6,5:1 kako bi se izbeglo pregrevanje glave cilindara.

Porše je pionir kada se govori o relativno prakticnim turbo automobilima. 1975. godine se pojavio model 911 Turbo 3.0 koji je koristio rešenje do koga su došli Porešovi inženjeri. Mehanizam se zasnivao da se koriste takozvane “recirkulišuca” creva koja su omogucaval turbini da se zavrti pre pocetka rada pa se time umanjivao lag. Model iz 1978. Porše 911 Turbo 3.3 koji je nasledio model 3.0 turbo je uneo još jedan novitet – interkuler koji je dodatno umanjio lag i doprineo povecanju snage motora.

Tokom 80-tih godina tehnologija proizvodnje turbo punjaca je evoluirala u pravcu kultivisanijeg rada. Tokom zadnjih godina se kod automobila sa turbo punjacima koristi još jedan sistem umanjenja turbo laga – elektronska kontrola pritiska turbine. Rani turbo punjaci su koristili primitivna mehanicka rešenja sa “vejst gejt” ventilom kako bi izbegli prevelik pritisak i preveliku brzinu turbine. Kasnih 80-tih i pocetkom 90-tih godina sa razvojem elektronike je omogucena fina kontrola pritiska turbine pa tim sistemom omoguceno da, na primer, turbo isporucuje 1,4 bar ispod 3000 obrtaja, 1,6 bar od 3000 do 4500 obrtaja, a 1,8 bar iznad 4500 obrtaja. Tako finom kontrolom je postugnut linearan rast snage što je doprinelo tecnom osecaju u vožnji.

Izvor: Nacionalna Klasa

Audijev sistem za nadzor “mrtvog ugla”–Side Assist


Sigurnosni sistemi u automobilu se dele na pasivne i aktivne. Pasivni sistemi se aktiviraju tek nakon udesa, dok aktivni deluju kako bi sprecili udes ili ga uciniti što manje opasnim. Novi Audi sistem spada u grupu aktivnih i ovaj tekst objašnjava kako on funkcioniše.

Aktivni sistem mogu samostalno delovati ili samo upozoravati vozaca na potencijalno opasne situacije koje mu predstoje cime se vozacu omogucava duže vreme za reakciju. Audijev terenac Q7 poseduje upravo jedan takav sistem koji upozorava vozace, pod nazivom „Side Assist“ iliti „Bocna Asistencija“.

Audijevo odeljenje za istraživanje i razvoj je u proteklom periodu imalo kao jedan od zadatka da ispita veci broj podataka o sudarima i da uoci segmente u kojima vozaci imaju vece šanse za pravljenje grešaka. Sistem Side Assist je upravo rezultat tog istraživanja – sistem upozorava vozaca na prisustvo vozila u „mrtvom uglu“.

Veliki broj udesa su upravo rezultat vozaceve dekoncentracije pri cemu vozilo napušta svoju kolovoznu traku. Dekoncentracija može biti uzrokovana vecim brojem faktora: razgovor mobilnim telefonom, razgovor sa saputnicima ili jednostavno premorenost vozaca. Sistem Side Assist upozorava vozaca na potencijalni udes kako bi oni mogli da se izbegnu. Audi sa ovim sistemom nije prvi proizvodjac koji nudi model sa ovakvim sistemom upozoravanja – Volvo opciono isporucuje svoje XC90 model sa BLIS sistemom (BLIS – Blind Spot Information System, „Sistem za informisanje u mrtvom uglu“). Ovaj sistem koristi kamere koje su ugradjene u spoljašnje retrovizore kako bi prepoznao vozila u mrtvoj tacci, a zatim pali lampu upozorenja na odgovarajucem retorvizora.

Audi je Side Assit realizovao uz pomoc napredne tehnologije – radara. Radarski sistem je realizovan u vidu dva senzora koji se nalaze u zadnjem braniku vozila. Radar emituje signal na 24GHz i šalje rezultate centralnom racunarskom sistemu vozila koji na osnovu tih informacije odlucuje šta je od detektovanih objekata vozilo. Sistem je veoma osetljiv tako da može da detektuje motorcikliste i manja vozila koja se približe na 50m od zadnjeg dela vozila. Ukoliko se neko od detektovanih vozila krece u susednoj traci i prolazi pored vozila opremljenog Side Assist sistemom, racunarski sistem daje svetlosni signal u odgovarajucem retrovizoru paleci i gaseci LED diode.

Ono što je problem sa ovakvom vrstom sistema je da je nepohodno da sistem upozorava samo onda kada je to i potrebno. U suprotnom, ukoliko sistem cesto  (ili netacno) upozorava vozaca može se postici kontra efekat. Druga veoma važna karakteristika ovog sistema je da pomoc vozacu pruža diskretno kako ne bi došao u situaciju da se oseca neprijatno pred ostlaim putnicima u vozilu. Audi razvojni tim je zbog ovih razloga koristio LED diode koje se nalaze na kucištu retrovizora i koje su tako pozicionirane tako da ih može videti samo vozac.

Kako se drugo vozilo približava, sisitem daje signal upozorenja paljenjem žutih LED svetala, a jacina svetlosnog sistema se automatski prilagodjava spoljnim uslovima tako da se signal može lako uociti, a opet nece biti previše upadljiv. Vozac može veoma brzo na osnovu ovih informacija zakljuciti da li se neko vozilo nalazi u nekom od „mrtvih uglova“ vozila. Ukoliko vozac da signal (migavac) kako bi se prestrojio u traku u kojoj se nalazi vozilo u koje bi mogao da udari, sistem treptanjem LED dioda daje signal vozacu da postoji potencijalno opasna prepreka koju ne može da vidi u retrovizoru, a ukoliko vozac nastavi sa kretnjom sistem ce se i zvucno oglasiti.

Side Assist se automatski aktivira pri brzinama vecim od 60 km/cas, a vozac po želji može da iskljuci ovaj sistem.

Audi Side Assist sistem je dobio nagradu „Inovacija buducnosti“ koju dodeljuje najveci protrošacki casopis “Guter Rat”.

Izvor: Nacinalna Klasa

Bezanje od murje

Najbolja parkiranja

Ludi Vozaci

« Previous PageNext Page »