Turbo 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 smese 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 izimislio pumpu za vazduh pomoću 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 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 Američkim 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 sportska takmičenja širom sveta. Alfa Romeo i Britanski Trkački 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 ograničenja 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 početku je funkcionisao samo na Fordovim automobilma 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.

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 prkatično „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 parktično samo ubrzava vazduh, ali se sama kompresija odigrava u usisnoj grani motora tj. van kompresora.


Kompresor sa “dva vijka”
Ovakav kompresor sa na prvi pogled ne ralikuje previše od “roots” kako spolja tako i iznutra. Ova dva pristupa jesu slična, međutim postoje i značajne razčlike. 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 neposotjeće 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 trenutcima on praktično koristi snagu motora i umanjuje je da bi vazduh koji je kompresovan bio izbačen pomoću ventila koji zaobilazi usisnu granu.

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 količinu vazduha u jedinici vremena. On funkcioniše kao veoma brzi propeler tj. impeler (propeler koji ima obratnu 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 sužavai time smanjuje brzinu vazduha i dodatno povećeva 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-podmazjući već je potrebno da se priključe na sistem za protok ulja iz motora, mada neki proizvođači prave ovakve kompresore koji imaju mogućnost samo-podmazivanja.

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. Uvdeo je mogućnosti koje nudi ovakav punjač u odnosu na tadašenje alternativu - turbo punjačima. Prvi pokušaji s spiralnim punjačem obećavali su rešenja postavljenih zahteva šefova iz VW-a: spontan odaziv u donjem dijelu obrtaja, snaga raspoloživa duž ceelog 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 slijedi 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 motorm 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 poslije 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 petorim vratima.

I u današnje vrijeme 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 se često precjenjivala od strane vozača). Ono što je još zanimljivo je da G punjač prati prilično loša reputacija kao kvarjivog 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 kučište, nalik pužu, gdje 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 okr/min, te je to granično područje na kojem počinju kritične vibracije u kompresoru te to može biti kobno za cijeli motor. Inače, za G60 motore, najveći obrtni moment je na 5600 obrtaja u minuti.