Što je turbo punjenje
Takav mali "puž" jedan je od najučinkovitijih načina za povećanje snage motora.
Nesumnjivo je da je svatko od nas barem jednom u životu primijetio natpisnu pločicu "turbo" na automobilu običnog izgleda. Proizvođači kao namjerno izrađuju ove male pločice s imenima i postavljaju ih na neupadljiva mjesta kako neupućeni prolaznik ne bi primijetio i prošao. A osoba s razumijevanjem će sigurno stati i zainteresirati se za auto. Slijedi priča o razlozima ovakvog ponašanja.
Dizajneri automobila (od nastanka ove profesije u svijetu) neprestano se bave problemom povećanja snage motora. Zakoni fizike navode da snaga motora izravno ovisi o količini sagorjelog goriva u jednom radnom ciklusu. Što više goriva sagorijevamo, to je više snage. I, recimo, htjeli smo povećati "broj konja" ispod haube - kako to učiniti? Tu nas čekaju problemi.
Turbopunjač se sastoji od dva "puža" - ispušni plinovi prolaze kroz jedan, a drugi "pumpa" zrak u cilindre. 
Činjenica je da je kisik potreban za sagorijevanje goriva. Dakle, u cilindrima ne gori gorivo, već mješavina goriva i zraka. Nije potrebno miješati gorivo sa zrakom na oko, već u određenom omjeru. Primjerice, kod benzinskih motora jedan dio goriva se oslanja na 14-15 dijelova zraka, ovisno o načinu rada, sastavu goriva i drugim čimbenicima.
20 životnih hakova da ostanete budni dok vozite. Savjeti za vozače
Kao što vidimo, potrebno je puno zraka. Ako povećamo dovod goriva (to nije problem), moramo značajno povećati i dovod zraka. Konvencionalni motori ga sami usisavaju zbog razlike tlaka u cilindru i u atmosferi. Ovisnost se pokazuje izravnom - što je veći volumen cilindra, to će više kisika ući u njega u svakom ciklusu. Upravo su to učinili Amerikanci, puštajući ogromne motore s nevjerojatnom potrošnjom goriva. Postoji li način da se u isti volumen ugura više zraka??
Ispušni plinovi iz motora rotiraju rotor turbine, koji zauzvrat pokreće kompresor koji pumpa komprimirani zrak u cilindre. Prije nego što se to dogodi, zrak prolazi kroz intercooler i hladi se - to može povećati njegovu gustoću.
Da, i prvi ga je izumio gospodin Gottlieb Wilhelm Daimler. Poznato prezime? Ipak, upravo se ona koristi u nazivu DaimlerChrysler. Dakle, ovaj Nijemac je bio jako dobar u razumijevanju motora i još 1885. godine smislio je kako u njih ugurati više zraka. Pretpostavio je da pumpa zrak u cilindre pomoću puhala, koji je bio ventilator (kompresor), koji je primao rotaciju izravno iz osovine motora i prisiljavao komprimirani zrak u cilindre.
20 životnih hakova da ostanete budni dok vozite. Savjeti za vozače
Švicarski inženjer-izumitelj Alfred J. Buchi) otišao još dalje. Bio je zadužen za razvoj dizelskih motora u tvrtki Sulzer Brothers, a apsolutno mu se nije sviđalo što su motori veliki i teški, a razvijali su malu snagu. Također nije želio uzimati energiju iz “motora” kako bi zarotirao pogonski kompresor. Stoga je 1905. g. Buchi patentirao prvi uređaj za ubrizgavanje na svijetu koji je koristio energiju ispušnih plinova kao pogonski uređaj. Jednostavno rečeno, smislio je turbo punjenje.
Ideja o pametnom Švicarcu je jednostavna kao i sve genijalno. Kako vjetrovi rotiraju krila mlina, tako i ispušni plinovi rotiraju kotač s oštricama. Jedina razlika je u tome što je kotač vrlo mali, a ima puno oštrica. Kotač s lopaticama naziva se rotor turbine i postavljen je na istu osovinu s kotačem kompresora. Dakle, turbopunjač se može konvencionalno podijeliti na dva dijela - rotor i kompresor. Rotor prima rotaciju iz ispušnih plinova, a kompresor povezan s njim, radeći kao "ventilator", pumpa dodatni zrak u cilindre. Cijeli ovaj škakljivi dizajn naziva se turbopunjač (od latinskih riječi turbo - vrtlog i compressio - kompresija) ili turbopunjač.
Analog turbopunjača - pogonski kompresor - čvrsto je povezan s motorom i troši dio svoje snage na svoj rad.
U turbomotoru se zrak koji ulazi u cilindre često mora dodatno ohladiti – tada se njegov tlak može povećati tako da se u cilindar ubaci više kisika. Uostalom, lakše je komprimirati hladni zrak (već u cilindru motora s unutarnjim izgaranjem) nego vrući zrak.
20 životnih hakova da ostanete budni dok vozite. Savjeti za vozače
Zrak koji prolazi kroz turbinu zagrijava se kompresijom kao i dijelovi turbopunjača koji se zagrijavaju ispušnim plinovima. Zrak koji se dovodi u motor hladi se pomoću tzv. međuhladnjaka (intercooler). Radijator je postavljen na putu zraka od kompresora do cilindara motora. Prolazeći kroz njega daje svoju toplinu atmosferi. A hladni zrak je gušći, što znači da se može još više ugurati u cilindar.
A ovako izgleda intercooler.
Što više ispušnih plinova ulazi u turbinu, to se brže okreće i što više dodatnog zraka ulazi u cilindre, to je veća snaga. Učinkovitost ovog rješenja u usporedbi, na primjer, s pogonskim kompresorom je da se vrlo malo energije motora troši na "samoposluživanje" pojačanja - samo 1,5%. Činjenica je da rotor turbine dobiva energiju iz ispušnih plinova ne zbog njihovog usporavanja, već zbog njihovog hlađenja - nakon turbine, ispušni plinovi i dalje idu brzo, ali hladnije. Osim toga, slobodna energija koja se troši na kompresiju zraka povećava učinkovitost motora. A mogućnost uklanjanja više snage iz manjeg radnog volumena znači manje gubitke trenja, manju težinu motora (i stroja u cjelini). Sve to čini automobile s turbopunjačem ekonomičnijim od njihovih atmosferskih kolega jednake snage. Čini se da je to to, sreća. Ali ne, nije to tako jednostavno. Problemi su tek počeli.
20 životnih hakova da ostanete budni dok vozite. Savjeti za vozače
Prvo, brzina vrtnje turbine može doseći 200 tisuća okretaja u minuti, a drugo, temperatura vrućih plinova doseže, samo pokušajte zamisliti, 1000 ° C! Što sve to znači? Vrlo je skupo i teško napraviti turbopunjač koji može dugo izdržati tako mala opterećenja.
Ispušni plinovi zagrijavaju i ispušni sustav i turbo punjenje na vrlo visoke temperature.
Iz tih razloga turbo punjenje je postalo široko rasprostranjeno tek tijekom Drugog svjetskog rata, a i tada samo u zrakoplovstvu. 50-ih godina američka tvrtka Caterpillar uspjela ga je prilagoditi svojim traktorima, a obrtnici iz Cumminsa dizajnirali su prve turbodizelete za svoje kamione. Turbomotori su se na serijskim osobnim automobilima pojavili i kasnije. To se dogodilo 1962. godine, kada su Oldsmobile Jetfire i Chevrolet Corvair Monza izašli gotovo istovremeno.
Ali složenost i visoka cijena izgradnje nisu jedini nedostaci. Činjenica je da učinkovitost turbine jako ovisi o brzini motora. Pri malim brzinama ispušnih plinova je malo, rotor se slabo okreće, a kompresor gotovo ne ubacuje dodatni zrak u cilindre. Stoga se događa da do tri tisuće okretaja u minuti motor uopće ne vuče, a tek onda, nakon četiri ili pet tisuća, "puca". Ova muha se zove turbo lag. Štoviše, što je veća turbina, to će se duže okretati. Stoga motori s vrlo velikom gustoćom snage i visokotlačne turbine u pravilu pate od turbo zaostajanja. Ali turbine koje stvaraju nizak tlak nemaju gotovo nikakvih padova potiska, ali također ne podižu jako puno snage.
20 životnih hakova da ostanete budni dok vozite. Savjeti za vozače
Postoje sofisticiraniji dizajni. Na primjer, inženjeri su došli na ideju da na motor ugrade ne jednu, već dvije turbine. Jedan radi na niskim okretajima motora, stvarajući prianjanje na "dno", a drugi se kasnije uključuje. Ovo rješenje nazvano je twin-turbo i dopuštalo je ubijanje dvije muhe jednim udarcem - i turbo lag i problem nedostatka snage. Krajem prošlog stoljeća, automobili sa sekvencijalnom shemom povezivanja turbine imali su određenu popularnost; proizvodili su ih Nissan, Toyota, Mazda, pa čak i Porsche. Međutim, zbog složenosti dizajna kapaka takvih uređaja, pokazalo se da je kratkotrajan, a proširile su se i druge ideje.
Na primjer, paralelno turbo punjenje, ili biturbo. Odnosno, umjesto jedne turbine ugrađuju se dvije male identične turbine koje rade neovisno jedna o drugoj. Ideja je sljedeća: što je manja turbina, što se brže okreće, to je motor "responzivniji". Obično su dvije male turbine bile ugrađene na motore u obliku slova V, po jedna za svaku "polovinu".
Druga opcija su turbine s dva "puža", odnosno twin-scroll. Jedan od njih (malo veći) prima ispušne plinove iz jedne polovice cilindara motora, drugi (nešto manji) - iz druge polovice cilindara. Oba dovode plinove u jednu turbinu, učinkovito je okrećući pri malim i velikim brzinama.
20 životnih hakova da ostanete budni dok vozite. Savjeti za vozače
Twin-scroll turbina ima dvostruku "volutu" turbine - jedna učinkovito radi pri visokim brzinama motora, druga pri malim.
No ni na tome dizajneri nisu ostali. Naravno, mnogo je lakše nego ograditi dvije turbine s jednom. Samo trebate paziti da turbina radi jednako učinkovito u cijelom rasponu brzina. Tako su se pojavile turbine promjenjive geometrije. Ovdje zabava počinje. Ovisno o brzini, posebne oštrice se okreću i oblik mlaznice varira. Rezultat je "super turbina" koja dobro radi u cijelom rasponu okretaja. Te su ideje bile u zraku više od desetak godina, ali su relativno nedavno uspješno provedene. Štoviše, u početku su se na dizelskim motorima pojavile turbine s promjenjivom geometrijom, srećom, temperatura plina je tamo mnogo niža. A od benzinskih automobila prvi koji je isprobao takvu turbinu Porsche 911 Turbo.
Dizajn turbo motora se već dugo spominje, a nedavno je njihova popularnost dramatično porasla. Štoviše, turbopunjači su se pokazali obećavajućima ne samo u smislu prisilnih motora, već i u smislu povećanja učinkovitosti i čistoće ispušnih plinova. To se posebno odnosi na dizel motore. Danas rijedak dizelski motor ne nosi prefiks "turbo". Pa, ugradnja turbine na benzinske motore omogućuje vam da automobil običnog izgleda pretvorite u pravi "upaljač". Onaj s malom, jedva primjetnom "turbo" natpisnom pločicom.
Autor: Vlad Klepach
