Dakle pisemo u turbini, turbu, turbo punjacu, puhalu i tko zna kako ga jos gdje zovu.
Uglavnom WOOOOOSHHHHHH!!!!!
TURBO PUNJAČI
Turbo punjači su dio sustava prednabijanja zraka. Oni komprimiraju zrak u cilindre motora tako da tlak na ulazu u cilindar je veći od atmosferskog.
Prednost prednabijanja zraka je u tome što ako više zraka nabijemo u cilindar motora, znači da možemo dati i više goriva. Što imamo više goriva, znači da ćemo dabiti jaču ekspanziju u cilindru. Motor sa turbopunjačem proizvodi više snage od jednakog motora bez turbo punjača. Time pridonosimo odnosu snage i težine motora u korist snage.
Da bi smo dobili prednabijanje tj. nadtlak u usisu, turbo punjač koristi ispušne plinove za pokretanje turbine (znači odbačenu energiju pretvaramo u koristan rad) koja je na istom vratilu kao i radijalni zračni kompresor koji nam nabija zrak. Turbina turbopunjača se vrti i do 150,000 okretaja/min. To je cca 10 puta brže od vrtnje agregata na tzv. RR motorima, a s obzirom se turbina vrti u strujama ispušnih plinova možemo predpostaviti da radi u vrlo teški uvijetima.
OSNOVE
Siguran način da dobijemo više snage u motoru je da povečamo količinu zraka i goriva koje motor može sagoriti. Jedan od načina je da dodamo još koji cilindar ili da postojeće cilindre povećamo. Medjutim, povećanjem broja cilidara dobijamo još pokretnih djelova koji stvaraju frikciju pa s time i oduzimju dio snage koji će stvoriti, a i time poskupljujemo jako izvedbu samog agregata. Povećavanje obujma.... može, dobijamo moment motora s time i snagu, ali ga već ograničavamo agregat u brojevima okretaja jer masa klipa nam je veća pa tu dobivamo strahovito velika naprezanja na klipnjači i radilici. U jednom i drugom slučaju troškovi izrade postaju ekonomski neopravdani.Turbo je u ovom slučaju jednostavnije rješenje za dobijanje snage.
Ako su ga koristili na zrakoplovima WWII gotovo u svim modelima, trebalo je izvuči pouku od toga. Oni su još špricali i mješavinu vode i etanola u usis kako bi ohladili usisnu smjesu da je više može stati u cilindar koliko su ga komprimirali. Oni su izvlačili svaki dio energije kako bi dobili još koji KW pomoću turba a da pri tome ne dodje do detoniranja goriva.
Normalni tlak zraka na razini mora je cca 14.7 Psi tj. 1 bar. Tipično stvoreni nadtlak turbo punjača je od 6- 10 psi iznad atmosferskog što zanči da nam tlak pri ulazu u cilindar skače na 22.7 psi. Mogli bi smo reći da očekujemo nekih 50% više snage, ali kako ništa nije savršeno tako ni turbo punjači pa ta vrijednost pada na nekih 30-40% poboljšanja u snazi što je jako veliki uspjeh.
Jedan od razloga nesavršenosti turbo punjača je taj što položaj turbine u ispuhu na neki način stvara otpor ispušnim plinovima tako da u ispušnom taktu klip mora gurati plinove prema van nailazeći na veći tlak ispušnih plinova (back- pressure). To oduzima dio snage motora.
UNUTAR TURBOPUNJAČA
Turbo punjač je pričvršćen na ispušni kolektor tako da obuhvaća sve ispušne cijevi motora. Ispuh iz cilidara tjera turbinu da se počne vrtiti (plinska turbina). Ona je spojena vratilom na radijalni kompresor koji se nalazi između filtera zraka i usisa motora. Kompresor tada gura komprimirani zrak prema cilindrima i i pomaže klipovima u kretnji jer klipovi ne troše energiju na usis već ih nad tlak gura prema dolje. Mala pomoć, ali pomoć.
Prikaz komponenti turbo punjča na motoru
Ispuh iz cilindara prolazi kroz lopatice turbine, gurajući lopatice i tjerajući turbinu na vrtnju. Što više ispušnih plinova prolazi kroz turbinu to će se ona brže vtriti.
Unutar turbopunjača
Na drugoj strani vratila nalazi se kompresor koj znamo što već radi. On je centrifugalnog tj. radijalnog tipa. On uvlači zrak na sredini lopatica i baca ga radijalno od sredine prema obodu turbine, kako se kompresor vrti.
Postoji još i aksijalni kompresori, ali oni se ne koriste na turbopunjačima u moto i auto industriji.
Lopatice kompresora turba
Da bi turbine izdržale brzine vrtnje od 150,000 o/min, vratilo turbine mora biti pažljivo učvršćeno.Većina ležaja bi jednostavno eksplodirla pri toj vrtnji, jer to je već i više od nekih turbo prop motora (turbo osovinski motori na zrakoplovima, po principu rada mlazni, samo što im je dodana elisa naprijed koja proizvodi vučnu silu). Zbog tog razloga turbopunjački koriste tzv. mokre ležajeve.
Mokri ležajevi drže vratilo na tankom filmu ulja unutar tijela ležaja koje se stalno propumpava oko vratila. Za tu svrhu koristi se motorno ulje i motorna uljna pumpa tako da nije potrebno dodatnih elemenata.Ovakav tip ležaja ima dvostruku ulogu: hladi vratilo i još neke djelova turbopunjača te dozovoljava vrtnju vratila bez prevelike frikcije.
PREVELIKI PRITISAK
Kada zrak pod pritiskom upumpavamo u cilindre pomoću turbopunjača, on se nakon toga još stlačuje pod pritiskom klipa. Tu imamo opasnost od detonacije goriva tj. prijevremenog paljenja smjese (kuckanja cilindra).
Ta pojava nam se dešava jer sa stlačivanjem zraka, raste i temperatura zraka. Temperatura zraka može toliko narasti ( i preko 350 stupnjeva Celzijevaca) da zapali gorivo prije vremena, prije nego svječica da iskru. Motori sa turbopunjačima obično moraju koristiti više oktansko gorivo da bi izbjegli kuckanje cilindra (eng: knocking). Ako je pritisak u cilindru jako velik, konstruktivni kompresijski omjer motora bi se trebao smanjiti da bi smo izbjegli mogučnost kuckanja.
JOŠ MALO O TURBU
Jedan od najvećih problema sa turbopunjačima je to što ne omogućavaju momentalni porast tlaka punjenja na okretanje ručice snage. Potrebno je neko vrijeme (1-1,5 sek.) da bi turbina dostigla okretaje gdje počinje stvarati pritisak za punjenje. To rezultira u osjećaju nedovoljng odziva motora u trenutku (turbo rupa), medjutim kada se turbina zavrtni na max dozvoljeni broj o/min i nabije tlak u cilindre, osjećaj je kao da ste ispaljeni iz katapulta. Snaga naglo raste kod tih motora dok su na relantu (min. broj okretaja) relativno nemirni i imate osjećaj nepravilnog rada motora.
Da bi smo smanjili tu tzv. turbo rupu moramo smanjiti masu rotacijskih djelova turbopunjača kao što su turbina i kompresor. Ta radnja bi nam omogućila da se turbina i kompresor zavrte brže te samim time počinju stvarati pritisak brže. Jedan od načina da smanjimo težinu je da napravimo turbopunjač manjih dimenzija. Manji turbopunjač će prije stvoriti pritisak na manjim okretajima motora, ali tu nailazimo na problem na večim okretajima motora gdje je potreban stvarno veliki volumen zraka koji ulazi u motor. Isto tako postoji i opasnost od prebrze vrtnje turbopunjača na velikim okretajima kada puno ispušnih plinova prolazi kroz turbinu. U ovom dijelu možemo postaviti još jedan turbopunjač većih dimenzija, koji će nam se aktivirati na većim okretajima motora gdje će on snabdjevati motor zrakom pod tlakom jer će nam on biti konstruiran da komprimira veći volumen zraka, a manjeg će isključiti pomoću ventila u ispuhu. Veći turbo punjač ima veću masu te sporije dolazi do svojeg maksimuma vrtnje, ali zato može pogurati veći volumen zraka u motor.Ova izvedba se rijetko kada ugrađuje na motore motocikala, ali čisto zbog upoznavanja sa radom. Naravno, postoji tu još sustav turbopunjača sa pokretnim statorskim lopaticama gdje se kut tih lopatica namješta zavisno o opterećenju motora.
WASTE GATE VENTIL
Kako bi smo mogli regulirati okretaje turbine i kompresora, u ispuh se postavlja Wastegate ventil. On nam omogućuje korištenje manjih turbo punjača da bi smo izbjegli turbo rupu te nam omogućava da nam se turbina ne vrti prebrzo na velikim okretajima motora. Wastegate je ventil koji omogućava ispušnim plinovima da zabilaze lopatice turbine. Wastegate ventil nam osjeća tlak na usisu motora te kada ulazni tlak poraste previše to nam je indikacija da se kompresor vrti prebrzo. Tada wastegate ventil otvara prolaz ispušnim plinovima koji zaobilazi turbinu tako da samo određeni dio ispuha prolazi kroz lopatice turbine. Na taj način usporavamo turbinu nedozvoljavajući joj da prekorači max broj okretaja.
Neki turbo punjači koriste kuglične ležajeve umjesto tekučih ležaja u kojima se vratilo vrti. To nisu standardni kuglični ležajevi nego se koriste kuglični ležajevi napravljeni od najboljih materijala pa čak i keramički ležajevi postoje u tu svrhu. Takve izvedbe dozvoljavaju turbini da se zavrti još brže sa manje otpora nego sa mokrim ležajevima te upotrebu manjih i lakših vratila.
Keramičke lopatice turbina su lakše od čelčnih koje se koriste u većini turbopunjača. Naravno, to još pridodaje turbini da smanji turbo rupu, ali izvedba je vrlo skupa te vrlo rijetka. Proizvođači turbopunjača još su ponudili lopatice turbina načinjene od titanija. Titanij je vrlo lagan prijelazni metal fenomenalnih termičkih i mehaničkih svojstava. Za cijenu takve perverzije neznam, ali vjerujem da je cijena paprena.
INTERCOOLER
Kada se zrak stlačuje, zagrijava se, a kada se zrak zagrijava onda se i širi. Znači da nam dio porasta tlaka od turbopunjača rezultat grijanja zraka prije nogo što je ušao u motor. To nam smanjuje učinak jer na taj način dobivamo rijeđi zrak, a nama je potrebno što više gustog zraka. Da bi smo povećali snagu motora treba nam što više molekula zraka što neophodno ne znači veći tlak.
Hladnjak stlačenog zraka tzv. intercooler je dodatna komponenta sustava prednabijanja zraka koja izgleda kao obični hladnjak osim što kroz njega prolazi stlačeni zrak, a oko njega prolazi zrak koji ga hladi. On nam se nalazi poslije kompresora prije ulaska u motor i hladi nam stlačeni zrak iz kompresora. Ako nam je prednabijanje 7 psi, sa intercoolerom ćemo imati isti tlak prednabijanja, ali će u tom zraku biti više molekula zraka nego u onom koji nema intercooler. Isto tako je manja opasnost od detonacije goriva jer zrak nije vruć pri samom ulasku već je ohlađen tako da još i na taj način možemo povećati tlak na ulazu u motor , ali to je druga tema i o tome drugom prilikom.
RASTERETNI (BLOW OFF) VENTIL
Mogao sam i prije ukomponirati ovaj dio u sustavu turbopunjača, ali on i nije toliko bitan za konvencionalnu uporabu. Da li ste ikada čuli ubrzanje nekog vozila ili motora i kod puštanja snage onj zvukk „Pssshh“ kao da nešto šišti pod jakim tlakom u atmosferu? Kad se to čuje onda se zna da tu nešto nije standardno. Naime, kada okrenemo ručicu snage i krenemo sa ubrzanjem, kompresor nabija tlak u cilindre i sve radi kako treba, mođutim kada pustimo ručicu snage onda nam pritisak negdje mora brzo izaći van. Jedini put mu je nazad kroz kompresor što je nepoželjno jer time dolazi do pumpanja kompresora te zaustavljanja lopatica kompresora. Pumpanje kompresora je fenomen kada tlak iza lopatica kompresora postane toliko velik da ga kompresor više ne može savladati tj. uguravati nego se vraća nazad te time usporava vrtnju kompresora i/ili ga potpuno zaustavlja, a može i promjeniti smjer vrtnje gdje onda temperature na turbini postaju toliko velike da je termički unište. To sigurno ne želimo.
Da bi se to izbjeglo, višak zraka se preko rasteretnog ventila tzv. compressor bypass valve (CBV) vraća ispred kompresora, ali iza MAF senzora te se sprijčava pumpanje kompresora. Postavlja se iza MAF (Mass air flow senzora) kako ECU ne bi obrizgala goriva u motor jer bi osjetila veći volumen zraka, ali greškom.
Drugo rješenje je rasteretni ventil u atmosferu tzv. blow-off ili dump valve koji isto to radi, ali taj višak zraka baca u atmosferu omogučavajući na taj način nesmetanu vrtnju kompresora i ne stvarajući nikakve otpore koji bi i malo kočili turbinu i kompresor. Ukoliko trebamo ponovo brzo dati snagu motoru, lopatice turbo punjača se i dalje vrte slobodno tako da je u ovom slučaju turbo rupa gotovo nepostojeća.
Na slici iznad gore možemo vidjeti zatvoreni rasteretni ventil i usis otvoren, zrak pod tlakom ulazi u motor.
Na slici iznad možemo vidjeti otvoreni rasteretni ventil i usis zatvoren, zrak pod tlakom izlazi u atmosferu.
c/p Motocikli.com
