Turbo!

Poslao: Čet Nov 12, 2009 8:26 pm

Koliko god mi filozofirali o nekakvim viseventilskim motorima, doradenoj elektronici i tko zna cemu, ozbiljna igra sa snagom zapocinje tek s primjenom puhalice

Iako vjerujemo kako su se gotovo svi autoljupci barem jednom negdje sreli s temom turbopunjaca, moramo misliti i na one koji to nisu. Uostalom, ovo je ipak skola za pocetnike. No i vama koji mislite da su puhalice macji kaÃ…Â¡alj, savjetujemo jedno solidno ponavljanje gradiva. Stoga, sjednite u klupe!

Vecina danasnjih motora koji pokrecu automobile koristi tzv. "atmosferski usis". Vjerojatno ste, ne jednom, culi za nekakve atmosferske motore, barem u pricama o Formuli 1. No, dakle. Poznato nam je iz prijaÃ…Â¡njih nastavaka da je zrak iz atmosfere potrebno nekako ugurati u cilindar. Silu koja se za to brine nazivamo Atmosferski tlak i radi se o uobicajenom pritisku zraka koji nas okruzuje na povrsini mora (atmosferski tlak iznosi 14,7 psi = 101,3 kPa = 1 bar). Klip u svojem gibanju od gornje mrtve tocke stvara u cilindru podtlak, obicno nazvan i (djelomicni) vakum. Taj podtlak dovodi do razlike izmedu atmosferskog pritiska i onog u usisnom sustavu motora (koji je pri usisnom taktu manji od atmosferskog). Upravo zbog toga, naÃ…Â¡a sila - Atmosferski tlak, tjera zrak u usisni sustav i, ovisno o otvorenosti leptira, u sam cilindar. No, poznato nam je i da je za izgaranje neke kolicine goriva u cilindru potrebna i odredena kolicina zraka. Logicno je da, zelimo li iz motora izvuci vecu snagu, moramo u njemu sagorjeti i vise goriva. No, za taj je proces potrebno i vise zraka, a atmosferski ga tlak ne mozemo ubaciti u usis viÃ…Â¡e nego li to odreduje spomenuta razlika pritisaka. Tu u pomoc uskacu uredaji za prednabijanje zraka koje dodajemo atmosferskim motorima kako bi im povecali snagu, zadrzavajuci pri tome isti radni obujam.

Slika. 1 - Shematski prikaz turbopunjaca

Sve uredaje za prednabijanje zraka zajednickim imenom nazivamo "kompresori", a razlikujemo turbokompresore (pokretane strujom ispusnih plinova) te mehanicke kompresore (pokretane remenom ili lancem s koljenastog vratila). U prvom nastavku price o prednabijanju reci cemo rijec-dvije o turbokompresorima (turbopunjacima). Princip rada ove vrste kompresora vidljiv je na slici 1. Turbokompresori se sastoje od dva osnovna dijela, a to su: turbina kompresora te pogonska turbina. Kompresorska turbina u stvari je kotac na kojem se nalaze lopatice. Rotacija tih lopatica pokrece zrak koji je pod atmosferskim tlakom usao u kompresor iz dovoda (cijevi koja vodi od filtera zraka ili sl.) te ga pod povecanim tlakom tjera dalje prema motoru, odnosno, cilindrima. Na drugom kraju osovine na kojoj se nalazi kompresorska turbina smjese…Â¡tena je pogonska turbina. I ova turbina ima kotac s lopaticama a pokrece ju struja ispusnih plinova koja dolazi iz cilindara (ispusne grane motora). Ispusni plinovi tako prolaze preko lopatica pogonske turbine Ã…Â¡to izaziva njihovu rotaciju, nakon cega nnapustaju turbokompresor putujuci dalje, u ispusni sustav. Kako su pogonska i kompresorska turbina spojene jednom osovinom, struja ispuÃ…Â¡nih plinova posredno pokrece i kompresorsku turbinu. Jasno je iz samog nacela rada turbokompreora da kao rezultat na njegovom izlazu dobivamo struju zraka pod pritiskom vecim od atmosferskog. Tako je u cilindre moguce ubaciti vise zraka, a samim time i vise goriva koje ce u potpunosti sagorjeti. Rezultat svega je znacajno povecanje snage motora.

Slika. 2 - KuciÃ…Â¡ta pogonske i kompresorske turbine

Jasno je da se s povecanjem pritiska na papucicu akceleratora (dodavanjem gasa) povecava i brzina rada motora, a samim time i brzina strujanja ispuÃ…Â¡nih plinova. Rezultat toga je i povecanje brzine okretanja turbina u turbokompresoru (brzine dostiÃ…Â¾u i do 120.000 o/min). Ipak, kao i toliko puta do sada, moramo zadovoljiti neke kompromise. Turbokompresor je proracunan da daje neke odredene vrijednosti pritiska (prednabijanja) na izlazu iz turbine pri odredenim brzinama rada motora. No, jasno je da njegova uloga mora pokrivati Ã…Â¡to veci raspon brojeva o/min. Problem se javlja kada motor natjeramo u podrucja visokih okretaja. Turbokompresor, koji je proracunan da daje potreban pritisak i pri niÃ…Â¾im brojevima o/min, pri izrazito visokim brzinama moÃ…Â¾e poceti isporucivati previsoki pritisak prednabijanja. Kako bi se sprijecile moguce Ã…Â¡tete koje bi ovako visok pritisak uzrokovao, uz turbokompresore se ugraduju i "wastegate" (dump-valve) sigurnosni ventili (zlatni dio na vrhu turbokompreora - pocetna slika). Uloga ovih ventila je da oslobode dio pritiska s izlaznog dijela turbokompresora (puÃ…Â¡tajuci ga u atmosferu) i tako smanje tlak u usisnom sustavu. Wastegate ventili obicno su pokretani pneumatskim putem pomocu membrane (dijafragme) koja se nalazi pod pritiskom proizvedenim u turbini. Kada ovaj pritisak dostigne najvecu proracunanu vrijednost, membrana ovog ventila pomice polugu koja pak otvara tzv. "bypass" prolaz. Bypass je u stvari cijev kroz koju suviÃ…Â¡ni pritisak napuÃ…Â¡ta usisni sustav motora. Valja napomenuti kako su wastegate ventili u nekim automobilima pokretani i elektromagnetski, uz kontrolu srediÃ…Â¡njeg racunala.

Slika 3. Turbokompresor promenljive geometrije

Na slici 3 prikazan je turbokompresor promjenjive geometrije. Naime, osim prevelikog pritiska, u prednabijanju se javlja i problem poznat kao "kaÃ…Â¡njenje" (turbo-lag). Svi koji su vozili automobile s turbokompresorima stalne geometrije poznaju efekt koji se javlja pri naglom dodavanju gasa u niÃ…Â¾im brojevima okretaja. Kako je cijeli kompresor proracunan za neke srednje vrijednosti pritiska ispuÃ…Â¡nih plinova, jasno je da pri niskim brojevima o/min tlak u ispuhu nije dovoljan da zavrti lopatice pogonske turbine na brzinu potrebnu za ostvarivanje potrebnog pritiska prednabijanja. U "obicnim" se turbo-automobilima tako moÃ…Â¾e osjetiti nagli udar (naglo ubrzanje) koji dolazi kada se tlak u ispuhu dovoljno poveca. Kako bi se izbjegli ovakvi nedostaci i postigao efikasan rad turbopunjaca pri niÃ…Â¾im brojevima okretaja motora, izmiÃ…Â¡ljene su pogonske turbine s krilcima promjenjive geometrije. Ovakva (dodatna) krilca, upravljana srediÃ…Â¡njim racunalom, usmjeravaju struju ispuÃ…Â¡nih plinova na lopatice pogonske turbine kako bi se najbolje iskoristio raspoloÃ…Â¾ivi pritisak struje ispuha te poboljÃ…Â¡alo prednabijanje i pri niÃ…Â¾im brojevima okretaja. Drugi nacin rjeÃ…Â¡avanja ovog problema je u postavljanju dvaju turbopunjaca (bi-turbo) manjih dimenzija cije su mase pokretnih dijelova manje te postiÃ…Â¾u potrebnu brzinu vrtnje i uz relativno sporu struju ispuÃ…Â¡nih plinova.

Deo II

U prvom dijelu price o puhalicama razmotrili smo rad turbinom pokretanih punjaca. Danas govorimo o joÃ…Â¡ dvije varijante punjenja motora pod poviÃ…Â¡enim pritiskom, njihovom mijeÃ…Â¡anju s turbokompresorima te misticnom intercooleru

Govoreci o turbokompresorima naÃ…Â¡i su nastavnici tijekom proteklog sata spomenuli neÃ…Â¡to u stilu: "Sve uredaje za prednabijanje zraka zajednickim imenom nazivamo "kompresori", a razlikujemo turbokompresore (pokretane strujom ispuÃ…Â¡nih plinova) te mehanicke kompresore (pokretane remenom ili lancem s koljenastog vratila)". E, pa upravo u skladu s time, danaÃ…Â¡nji nastavni sat objaÃ…Â¡njava Ã…Â¡to su i kako rade tzv. mehanicki kompresori (punjaci) sabijenog zraka.

U raÃ…Â¡irenoj upotrebi danas susrecemo dvije vrste mehanickih kompresora, a to su Roots-ov punjac i Spiralni ili "G" punjac. Osnovna prednost mehanickih punjaca pred onima pokretanim strujom ispuÃ…Â¡nih plinova upravo se nalazi u nacelu njihova pokretanja. Kako se radi o direktnom pogonu, vezanom uz koljenasto vratilo, mehanicki punjaci ne pate od (u prethodnom nastavku spominjanog) kaÃ…Â¡njenja. Drugim rijecima, pri dodavanju gasa, motor se pocinje brÃ…Â¾e okretati (time i radilica) Ã…Â¡to istovremeno povecava brzinu okretanja pogona koji pokrece mehanicki punjac. Osnovna je prednost ovakvog sustava, dakle, u tome Ã…Â¡to motori opremljeni mehanickim punjacima brÃ…Â¾e prihvacaju promjenu poloÃ…Â¾aja papucice akceleratora, a sam punjac efikasno radi vec pri niÃ…Â¾im brojevima o/min. Ipak, mehanicki punjaci imaju i svojih mana. Vjerojatno najnezgodnija, ocituje se u velikoj buci koju ovakvi punjaci proizvode, a motori opremljeni njima poznati su i po izraÃ…Â¾enijoj "Ã…Â¾edi" za gorivom. Kao i uvijek, i u slucaju izbora vrste punjaca sabijenog zraka odluka je stvar kompromisa, a pravo ce rjeÃ…Â¡enje ovisiti o potrebama odredenog pogonskog stroja.

Slika. 1 - Shematski prikaz rada Rootsovog punjaca s (ravnim) trokrakim rotorima

Rootsov punjac (cije shematsko nacelo rada vidimo na sl. 1) uobicajeniji je od ova dva tipa mehanickih punjaca. Osnovu njegove konstrukcije cine dva rotora koji se okrecu unutar kuciÃ…Â¡ta. Ovi rotori imaju obicno dva do tri kraka (neki ih nazivaju i "resicama") ravnog ili spiralnog (sl. 2) oblika. Rotori su medusobno povezani zupcanicima (po jedan na osovini svakog rotora) koji su, pak, pokretani remenom ili lancem s radilice. Pogon Rootsovog punjaca tako je izveden da se rotori okrecu dva do tri puta brÃ…Â¾e od brzine motora (broj okretaja koljenastog vratila) pa ovakav kompresor u stvari djeluje kao pumpa koja naprosto ubrzava strujanje zraka prema usisnom dijelu motora iznad brzine koju bi se postiglo samim podtlakom Ã…Â¡to ga stvara klip tijekom usisnog takta. Prema nacelu rada, Rootsov se punjac naziva i "Zracnom pumpom pozitivne istisnine" jer je obujam zraka koji se istisne u usis motora jednak pri svakom okretaju rotora, bez obzira na brzinu rada motora.

Slika. 2 - Rootsov punjac jaguarovog 6-cilindraÃ…Â¡a sa spiralnim rotorima (krakovi rotora su malo uvijeni)

Druga vrsta mehanickog punjaca je spiralni kompresor ili "G" punjac (sl. 3), kakav cesto susrecemo kod VW-ovih motora s prednabijanjem. Ovaj punjac, koji je ime "G" dobio zbog oblika spirala, takoder spada u skupinu zracnih pumpi pozitivne istisnine. Osnovu "G" punjaca cini spiralni escentar koji unutraÃ…Â¡njost njegova kuciÃ…Â¡ta dijeli na vanjsku i unutarnju komoru. Moramo priznati da je, bez niza shematskih prikaza (za koji ipak nemamo dovoljno prostora), veoma teÃ…Â¡ko objasniti rad spiralnog punjaca, no pokuÃ…Â¡at cemo cijelu pricu oslikati rijecima. Znacajka rada spiralnog ekscentra kod "G" punjaca je u tome da on ne rotira unutar kuciÃ…Â¡ta vec se giba ekscentricno (uh, ovo se fakat zakompliciralo...) u spiralnom kuciÃ…Â¡tu. Izmedu mjesta gdje ekscentar dodiruje kuciÃ…Â¡te i mjesta gdje je on od kuciÃ…Â¡ta odmaknut, stvara se prostor u koji ulazi zrak. Gibanjem ekscentra mijenja se poloÃ…Â¾aj tocke dodira i mjesta odmaka od kuciÃ…Â¡ta cime se ostvaruje kretanje i komprimiranje zraka unutar samog punjaca. Tako "G" kompresor na svom izlaznom otvoru (obicno oko sredine kuciÃ…Â¡ta) stvara pritisak zraka viÃ…Â¡i od onog na ulaznom. Dvije osovine zaduÃ…Â¾ene su za pokretanje ekscentra spiralnog punjaca. Pogonska osovina drÃ…Â¾i ekscentar i omogucava njegovo gibanje, dok ekscentricna osovina kompenzira rad pogonske kako se ekscentar ne bi poceo rotirati. Ove su dvije osovine medusobno povezane malim nazubljenim remenom ciji je "posao" da ih prilikom okretanja zadrÃ…Â¾i u odredenom medusobnom odnosu, tj. "u fazi".

Slika. 3 - Konstrukcija i pogon spiralnog punjaca (koncern VAG)

Mali dodatak na kraju price o trima punjacima odnosi se na sliku 4. Vec je na prvi pogled jasno zbog cega su neki konstruktori posezali za ovakvom, hibridnom, konstrukcijom s dva punjaca razlicitih nacela rada. U prvom smo nastavku price o prednabijanju rekli kako se problem turbo-kaÃ…Â¡njenja katkada rjeÃ…Â¡ava postavljanjem dvaju, manjih, kompresora (bi-turbo). No, moguce ga je rijeÃ…Â¡iti i tako da se na motor postavi mehanicki kompresor, koji reagira na dodavanje gasa trenutno (i time "pokriva" podrucje niskih o/min), kombiniran s turbokompresorom koji vecinu svog posla odraduje pri viÃ…Â¡im brzinama rada motora (zgodno, zar ne?).

Slikal. 4 - Najbolje iz oba svijeta - Motor Lancie Delte S4 (rally, Grupa B) bio je opremljen turbopunjacem (1) i Rootsovim kompresorom (2)

DoÃ…Â¡li smo do posljednjeg odlomka teme o prednabijanju. Naime, poznato nam je iz svakodnevnog Ã…Â¾ivota da se plinovi prilikom Ã…Â¡irenja (povecavanja obujma) hlade. Kada pritisnete ventil na dezodoransu (pardon, deodorantu) oslobada se stlaceni sadrÃ…Â¾aj bocice cime mu se naglo povecava obujam. Dakako, osjetit cete kako vas taj mlaz hladi. Upravo obrnuto, dogada se kada plinovima naglo smanjujemo obujam, tj. kada ih komprimiramo. Primjera radi, sjetite se pumpe za bicikl. Nakon dosta rada, njezino se kuciÃ…Â¡te znatno ugrije, upravo stoga Ã…Â¡to smo u njemu sabijali zrak. Jednako tako se i zrak sabijen u turbopunjacu ili mehanickom kompresoru znatno zagrijava. No, zagrijavanjem mu se povecava obujam i pada gustoca. Rjedi zrak, dakako, sadrÃ…Â¾i manje kisika potrebnog za izgaranje goriva. Takoder, pregrijani bi zrak u cilindru, prilikom kompresijskog takta, mogao izazvati i detonativno izgaranje (samozapaljenje smjese). Jasno je da zrak, komprimiran u nekom punjacu, treba stoga ohladiti. Za hladenje sabijenog zraka koriste se hladnjaci (intercooleri) cija je konstrukcija u osnovi jednaka onoj hladnjaka za rashladnu tekucinu. S jedne strane ulazi zagrijani komprimirani zrak, a s druge izlazi ohladen nakon izmjene topline s okolinom. Intercooleri, ipak, nisu potrebni na svim motorima s prednabijanjem, vec ih se ugraduje preteÃ…Â¾no u snnaÃ…Â¾nije automobile kod kojih se koriste viÃ…Â¡i pritisci prednabijanja.

Slikal. 5 - Intercooleri ili, knjiÃ…Â¾evnije, "hladnjaci sabijenog zraka"

Slikal. 6 - Strujanje zraka sabijenog u punjacu (crne strelice) i hladnog zraka iz okoline kod motora s intercoolerom

copy/paste Wink

Poslao: Čet Nov 12, 2009 11:55 pm

Ja nemogu da provitam ovo lepo,verovatno zbog sh,tj i ostalih srpskih slova...

Poslao: Pet Nov 13, 2009 12:16 am

bice ispravljeno uskoro Mr. Green

Poslao: Pet Nov 13, 2009 12:43 am

Pa ne moras da se zezas samo zbog mene...

Biker! Pridružio: 18 Sep 2009 Poruke: 319

zanimljiva tema! Smile