Turbo

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". Sta se zapravo skriva iza ovog termina?
Turbine se koriste u energetici, avio i auto industriji i ono što ih razlikuje 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" tj. dodatnog sabijanja više vazduha nego što prirodni pritisak omogucava. Motor sagorjeva mješavinu 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 dodatnom kolicinom vazduha, koriste se vještacki nacini kao što su: turbo punjaci, mehnicki 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" je u slobodnom prevodu prirodna turbina, sistem koji koriste trkaci automobili, a svodi se na jednostavan princip da se usisna grana (uz posredstvo odgovarajucih filtera) izvede direktno negdje na spoljni dio automobila koji je okrenut smjeru 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 srazmjeran brzini kretanja automobila.

Kako radi 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.

Da bi turbo punjaci postigli odgovarajucu kompresiju, turbo punjac koristi izduvne gasove motora da bi zavrtio 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 rješenje.

Turbo punjaci omogucavaju motoru da sagori više goriva i vazduha tako što u postojecu zapreminu motora sabijanjem ubacuje više goriva i vazduha. Mjera 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%, medutim sistem nije 100% efikasan tako da su povecanja snage u okviru 30 – 40% u zavisnosti od konstrukcije. Dio ne efikasnosti 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 razrijeden. Normalni motori ce na takvom razrijedenom 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 rjedi, ugurati daleko više tog rijedeg 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 takode to rade, ali ce to povecanje dotoka goriva biti srazmjerno podatku koji šalje protokomjer vazduha koji mjeri kao što mu i ime kaže, koliko je vazduha ušlo u motor pa ce odnos vazduha i goriva kod takvih motora biti uvijek 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. softver koji upravlja ubrizgavanjem goriva ne dozvoljava 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 ostali dijelovi 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 izmedu 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 izmedu lagera i osovine i pomocu koga se kuglagerima po kojima se osovina krece samim tim smanjuje trenje, a istovremeno hladi osovinu i druge dijelove turbo punjaca.