Turbo punjač i kompresor – četvrti deo

Turbo punjač

Turbo punjač

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 Nemački inženjer je patentirao pumpu koja je omogućavala povećanu kompresiju smeše unutar komore cilindara. Taj sistem nije nazvao “turbo punjač”, ali ono što je opisao u dokumentu je opis rođenja prvog automobilskog kompresora. Gotlib je svoj automobilski kompresor dizajnirao po ugledu na dvo-rotorni industrijski “pomerač 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 Nemački inženjer Krigar izmislio pumpu za vazduh pomoću koje se i danas koristi u tzv. Lysholm kompresorima. Ubrzo nakon toga kompresori su pronašli veliku primenu tokom I Svetskog Rata u avionskim motorima, a posle rata Mercedes 1921. godine postiže veliki uspeh time što počinje serijsku proizvodnju automobila koji ima motor sa turbo kompresorom. Na trkačkoj sceni, automobili koji su koristili kompresore su imali mnogo uspeha. 1924. godine  kompresori su se pojavili u Indy 500, a širom sveta trkački automobili su masovno koristili novu tehniku povećanja 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 putničkim vozilima i to je momenat u kome turbo punjači postaju ono što su i danas. Posle II Svetskog Rata kompresori su doneli novu živost u sportskim takmičenjima širom sveta. Alfa Romeo i BRM su koristili turbo kompresore na njihovim „Grand Prix“ bolidima, a na kojima je nedugo zatim njihova upotreba i zabranjena. 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 početku je funkcionisao samo na Fordovim automobilima proizvedenim 1950. – 1953. godine, a 1954. su počeli 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 VS 57 turbo kompresor

Paxton VS 57 turbo kompresor

Načini kompresije vazduha

„Roots“ kompresor – „duvač“
Roots kompresor je inicijalno zamišljen kao uređaj za ventilaciju u industrijskim zgradama. Sastoji se od dve lopatice koje se okreću u suprotnom pravcu i praktično „zgrću“ vazduh sa ulaza i izbacuju ga na izlaz. Ovaj kompresor je „fiksne zapremine“ tj. On pokreće fiksnu količinu vazduha u jedinici vremena pa je on nezavistan od broja obrtaja motora tj. veoma je dobar za korišćenje na malom i srednjem broju obrtaja što ga čini idealnim u primeni na kamionskim i teretnim vozilima. Ovakvi kompresori su i samo-podmazujući, 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 količine toplote. Jedan od razloga je što ovaj kompresor praktično samo ubrzava vazduh, ali se sama kompresija odigrava u usisnoj grani motora tj. van kompresora.

“Roots” kompresor

“Roots” kompresor

Kompresor sa “dva vijaka”
Ovakav kompresor sa na prvi pogled ne razlikuje previše od “roots” kako spolja tako i iznutra. Ova dva pristupa jesu slična, međutim postoje i značajne razlike. Centralni deo ovog kompresora jesu dva rotora tj. “vijka” koji se okreću jedan ka drugom i tako uvlače vazduh sa ulaza u kompresor, a okretanjem vijaka se vazduh pomera ka njegovom izlazu i istovremeno se kompresuje. U ovom slučaju 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 fizičkog kontakta između delova tj. vijaka pa je samim tim i nepostojeće 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 kočenje) pa u tim trenucima on praktično koristi snagu motora i umanjuje je da bi vazduh koji je kompresovan bio izbačen pomoću ventila koji zaobilazi usisnu granu.

Kompresor sa “dva vijka”

Kompresor sa “dva vijka”

 

Sistem rada kompresora sa “dva vijka”

Sistem rada kompresora sa “dva vijka”

Centrifugalni kompresor

Turbo kompresor sa impelerom

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 pokreće istu

vazduha u jedinici vremena. On funkcioniše kao veoma brzi propeler tj. impeler (propeler koji ima obrtnu funkciju) usisavajući vazduh u sredinu kompresora, a izbacujući ga po obodu impelera koji se okreće na velikim brzinama (preko 40000 obrtaja u minuti). Vazduh pod centrifugalnom silom se kreće po obodu elisa impelera sve do oboda gde se taj vazduh usmerava ka izlazu, a pri tome pomoću venturija se kompresuje vazduh. Vazduh se dalje kreće ka izlazu duž levka koji se sužava i time smanjuje brzinu vazduha i dodatno povećava 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 “otkačiti” i time dozvoliti da motor direktno kroz kompresor usisava vazduh bez rada kompresora. Takođe 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 počeo sa proizvodnjom dovoljno kompresovanog vazduha pa je veoma neefikasan na malom broju obrtaja, ali mu efikasnost raste sa brojem obrtaja. Ovakvi kompresori nisu samo podmazujući već je potrebno da se priključe na sistem za protok ulja iz motora, mada neki proizvođači prave ovakve kompresore koji imaju mogućnost samo podmazivanja.

Izgled impelera

Izgled impelera

G punjač – 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 početka 90-tih, evo kratkog opisa kako G-punjač radi.

U vreme kad je u modi svih proizvođača automobila bila ugradnja turbo punjača, vodeći čovek tadašnjeg Volkswagenovog Odeljenja za razvoj, preuzeo je osnovnu ideju francuza L. Creuxa o punjaču u obliku zavojnice. Uvideo je mogućnosti koje nudi ovakav punjač u odnosu na tadašnje alternativu – turbo punjačima. Prvi pokušaji s spiralnim punjačem obećavali su rešenja postavljenih zahteva šefova iz VW-a: spontan odaziv u donjem delu obrtaja, snaga raspoloživa duž celog područja obrtaja, smanjena buka, idealno za masovnu proizvodnju, upotrebljivo za različite koncepte motora.

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

1988. godine sledi ugradnja G60 punjača sa većim “ubrzavajućim pužem” (60 mm široko radno područje) u VW Corrado 1,8 sa 160 KS. U istoj godini je proizveden i VW Golf Rallye s G60 motorom i pogonom na sve točkove, u otprilike 5000 komada, prvenstveno zbog homologacije za rally trke, ali zbog restrikcija koje su se zahtevale na usisu, zaustavljena su službena učešća na trkama, te je tako oslobođen prostor za Audi Quattro. 1989. godine G60 se ugrađuje u VW Passat GT Syncro, a godinu posle i u VW Golf GTI G60.

Najsnažniji motor pogonjen G -punjačem 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 isporučivan je u verzijama VW Golfa II sa peta vrata.

I u današnje vreme tehnika G -punjača odoleva zubu vremena, iako je Volkswagen već odavno prestao s njegovom proizvodnjom. Glavni razlozi za to su relativno visoki troškovi proizvodnje i ne tako zanemarujuća mogućnost kvarova (snaga vozila je često precenjena od strane vozača). Ono što je još zanimljivo je da G punjač prati prilično loša reputacija kao kvarljivog uređaja, a kako Nemački VW sajtovi kažu krivac je loše zamišljena osovina oko koje se okreće kaiš za pokretanje punjača i preporučuju ugradnju druge koja rešava bukvalno sve probleme.

G punjač – Tehnički podaci

G60 je mehanički pogonjen punjač (kompresor) koji je ime dobio po obliku slova G, a 60 označava širinu spiralnih propelera izražena u mm. U spiralnom kompresoru, usisani vazduh iz motora prolazi kroz kućište, nalik pužu, gde se sabija do 0,7 bara. Ovaj kompresor, koji sam troši i do 18 KS, pogonjen je zupčastim 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 obr/min, te je to granično područje na kojem počinju kritične vibracije u kompresoru te to može biti kobno za celi motor. Inače, za G60 motore, najveći obrtni moment je na 5600 obrtaja u minuti.

Turbo ili kompresor

To je jedno od češćih pitanja i koja, na žalost, nemaju jednostavan odgovor. Tačnije odgovor jeste jednostavan, ali on glasi: „zavisi“. Ovaj deo teksta će prednosti i mane kompresora navesti i pomoći Vam da sagledate u kojim slučajevima je bolje primeniti odgovarajući sistem.

Sličnosti
I kompresori i turbo punjači su sistemi koji omogućavaju 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 pritisak normalno omogućava. Prednost je što će motor tada moći da izgori više goriva u jednom ciklusu sagorevanja, a to dovodi do povećanja snage. Iz tog razloga turbo kompresori i turbo punjači omogućavaju 40 – 100 % povećanja snage (u zavisnosti od pritiska kojim se sabija vazduh) nego atmosferski motori iste zapremine.

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

Lag
Nedostatak laga je jedna od najvećih prednosti turbo kompresora u odnosu na turbo punjače. Turbo punjači su pogonjeni izduvnim gasovima pa se zbog toga pojavljuje ta zadrška dok se impeler ne zavrti do brzine koja omogućava odgovarajuću kompresiju vazduha. Turbo punjači se pogone kaišem koji je sa druge strane zakačen na radilicu i time praktično rade od najmanjeg broja obrtaja.

Efikasnost 
Ovo je najveća prednost turbo punjača. Turbo punjači su u principu ekonomičniji zato što se pokreću pomoću izduvnih gasova koji su da kažemo, besplatni tj. ne služe ničemu, dok kompresor koristi snagu radilice i time umanjuje snagu koja je dostupna za pokretanje automobila. Turbo punjači ipak nisu potpuno efikasni zato što okretanje lopatica turbine pravi podpritisak na izduvnoj grani tako da motor ima određen otpor kada izbacuje izduvne gasove.

Toplota 
Kako je turbo punjač montiran na izduvnu granu koja je uvek veoma zagrejana time se samo kućište turbine greje, a time se dodatno vazduh koji turbo sabija dodatno greje što negativno utiče na gustinu kompresovanog vazduha pa se često 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 slučaju korišćenja roots kompresora kompresovani vazduh ima daleko veću temperaturu pa je potrebno koristiti interkuler i pri malim pritiscima.

Udar snage
Kako turbo punjači imaju zadršku (lag) postoji tzv. udar snage kada se vejstgejt otvori tj. kada turbo punjač proradi. Ovaj udar je veoma štetan po automobil, a posebno po nosače motora, ogibljenje i sistem za upravljanje i može da učini automobil teško upravljivim. Povratni pritisak Turbo punjači 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 punjača.

Buka
Turbo punjači su u principu tiši od kompresora, a položaj turbine na izduvnoj grani može samo da umanjuju količinu buke koju generiše motor i time utišavaju motor. Turbo kompresori imaju specifičan zvuk, a pogotovu centrifugalni i mogu biti veoma glasni (naravno večina vozača ovaj zvuk naprosto obožava).

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

Maksimalna snaga 
Turbo punjači su slavu stekli zato što imaju mogućnost da se okreću veoma brzo i time generišu fantastično 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 punjači 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.

Preuzeto sa: www.automobilizam.net


 

Ostavite odgovor

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Neophodna polja su označena *