3.turbopunjac

7/28/2019 3.turbopunjac

1/7

57

1.9 MOTORI SA KOMPRESOROM (TURBO)

Ovo je motor sloenije konstrukcije, ali zato u toku rada proizvodi veusnagu. Kod njega postoje izduvni ventili pomou kojih se realizuje izduvavanjesagorelih gasova. Punjenje cilindra se vri vazduhom koji potiskuje kompresor,odnosno pumpa. Ovakvim reenjem je postignuto bolje punjenje cilindra, aistovremeno potpunije ispiranje cilindra od sagorelih gasova. Zbog dobrih

konstruktivnih reenja nali su praktinu primenu na vozilima, graevinskimmainama, na tekim teretnim vozilima, autobusima.

1.9.1 DIZEL MOTORI SA KOMPRESOROM-Turbopunja

Da bi se iz jednog istog dizel-motora, tj. iz iste cilindarske zapremine

dobilo to vie snage, u cilindre se ubacuje vazduh pod pritiskom, a ne slobodnimusisavanjem. Tako sepostie da se u cilindre motora ubacuje znatno vea koliinavazduha pa se moe ubrizgati i vea koliina dizel-goriva, to ostvaruje i veusnagu.

Ove motore nazivamo nadpunjeni (prehranjivani) motori u odnosu na

usisne dizel-motore, koji usisavaju vazduh bez dodatne operacije prednabijanja

vazduha.

Za nadpunjene dizel-motore koristi se turbopunja. Osim nazivaturbopunja sreu se i drugi nazivi kao: turbokompresor, turboarer,

prehranjiva, turbonabija itd.Turbopunjai se koriste obino na dizel-motorima veih snaga i to od 50

kW pa navie.Na sl. 1.30 prikazan je turbopunja u preseku, koji se sastoji iz dva

osnovna elementa postavljena na zajednikom vratilu[36]: turbine koju pokree struja izduvnih gasova, koji zatim izlaze u atmosferu, radijalnog i centrifugalnog kompresora koji dobija pogon od turbine, koji

vri nadpunjenje i sabija preien vazduh namenjen za sagorevanje udizel-motoru.

Lopatice kola turbine i rotora kompresora razlikuju se po obliku. Strujavrelih izduvnih gasova (600-700C), pogoni lopatice turbinskog kola i izlazi u

pravcu ventila iz turbopunjaa.Lopatice kompresora transportuju predsabijeni vazduh bez suvinog

pregrevanja i za razliku od lopatica turbinskog kola usisavaju vazduh paralelno sa

osom vratila, a izbacuju ga radijalno na periferiju kola.

Radno kolo turbine podnosi velika termika optereenja bez ikakvihdeformacija. Celina turbinsko kolo-vratilo-kompresorsko kolo mora biti savreno


2/7

58

dinamiki uravnoteena s obzirom da se okree velikim brojem obrtaja (oko100000 min 1 ).

Slika a) 1-ulaz vazduha, 2-usisno kolo, 3-vazduh za motor, 4-lopatice turbine, 5-

izlaz gasova, izduvni gasovi ulaz u turbo punjaSlika b) a) 1-ulaz vazduha, 2-usisno kolo, 3- lopatice turbine, 4- rebra za hlaenje

5- kratak spoj za regulaciju, 6-ispusni ventil, 7-izlaz gasova,

Slika 1.30 Turbopunja(a), presek u sklopu cilindra (b)

Podmazivanje uleitenja vratila turbopunjaa vri se pomou ulja izcentralnog sistema podmazivanja motora, pod ve postojeim pritiskom (3-4 bar)koji vlada u sistemu podmazivanja.

Klipno-cilindarska grupa je termiki znatno vie optereena, pa je zbogtoga neophodno i dodatno hlaenje, tako da se u nekim sluajevima ugraujehladnjak motornog ulja. Kod brzohodniih nadpunjenih dizel-motora klip se hladi

sa unutranje strane dovodom ili prskanjem ulja odozdo.Regulacija razvodnog sistema nadpunjenih dizel-motora je neto drugaija

nego kod prirodno punjenih, u cilju obezbeenja pravovremenog izbacivanjaprodukata sagorevanja i optimalnog punjenja cilindra. Periodi otvaranja usisnih i

zatvaranja izduvnih ventila su u principu vei, to zahteva i rekonstrukcijubregastog vratila.

Pumpa visokog pritiska (za ubrizgavanje goriva) mora biti regulisana ka

poveanju koliine ubrizganog goriva po ciklusu.Izduvni sistem motora omoguava korienje dela kinetike energije struje

izduvnih gasova za pokretanje turbinskog kola. Ta energija je izgubljena za

motore sa prirodnim usisavanjem.

Efekti korienja turbopunjaa ogledaju se u poveanju snage i obrtnogmomenta motora i do 25%, a za dizel-motore sa dodatnim hlaenjem vazduha i do


3/7

59

50%, pri emu dolazi do smanjenja specifine potronje goriva.Turbopunja igra ulogu akustikog priguivaa pa se i buka smanjuje.Korienje dizel-motora sa turbopunjaem dolazido izraaja naroito u uslovimavelike nadmorske visine gde motoru sa prirodnim punjenjem naglo opada snaga.

Prema nekim ispitivanjima na 3000 metara nadmorske visine, zbog razreenostivazduha, kod motora sa prirodnim usisavanjem doi e do pada snage za 35% i

poveanja potronje goriva za 18-20%, dok e kod prehranjivanih motora snaga ipotronja goriva ostati bez promena. Na sl. 1.31 dat izgled motora saturboponjaem[36].

Slika 1.31Dizel motor sa ugraenim turbopunjaem

Nedostatak motora sa turbopunjaem je neravnomerni obrtni moment izakasnele reakcije pri ubrzavanju. Zakanjenje nastaje zbog redosleda dogaaja u

motorau-pritiskivanjem pedala za gas voza poveava broj obrtaja, to prouzrokujejaa izduvna strujanja, vii broj obrtaja turbopunjaa i bolje punjenje cilindra. Zaovo je potrebno izvesno vreme, koje se odraava ka kanjenje, i turbopunja

poinje da pokazuje pravi uinak tek na odreenom broju obrtaja. Problemkanjenja se reava ugradnjom keramikih delova ili savremenih lakih legura uturbopunja to dovodi do smanjenja inercijalnih masa koje je potrebno ubrzatiodnosno skrauje vreme potrebno da se on zavrti. Savremeni leajevi svojom

preciznom izradom utiu i na smanjenje trenja ime se postie bre ubrzanje


4/7

60

turbine. Kod V-motoraproblem kanjenja se reava ugradnjom dva turbopunjaaidentine veliine, ali manjih dimenzija,za svaku usisnu granu motora posebno.Njihov uinak je isti kao jednog veeg turbopunjaa, ali lake dostiu optimalnibroj obrtaja i bre isporuuju potrebnu koliinu vazduha motora. Ovakvakonstrukcija je poznata pod nazivom twin turbo-dvostruki turbopunja.

Meutim, pri viim obrtajima motora postoji opasnost od suvie velikogpritiska vazduha na izlazu iz turbine prema cilindru. Naime, poveanjem brojaobrtaja motora , pojaava se izduvna struja i pritisak punjenja postaje visok. Da bise ova pojava ograniila, dodat je specijalni razdelnik u dovodu do turbinskogkola. U njemu se nalazi ventil za podeavanje (baj-pas ventil). Pri vonjiumerenim gasom ovaj ventil je zatvoren, a pri otrijim reimima vonje ventil se

delimino ili potpuno otvara i suvina koliina izduvnih gasova odlazi u izduvnisistem, ime se smanjuje pritisak izduvnih gasova na turbinsko kolo.

1.9.2 MOTOR SA DVA KOMPRESORA (TSI)

Benzinski motori sa direktnim ubrizgavanjem goriva poznati su po

efikasnosti i maloj potronji. Sa druge strane su agregati sa turbopunjaem ivelikom snagom, ali oni reaguju sa zakanjenjem i troe vie od konvencionalnih.Svojevrsnim ukrtanjem ova dva tipa motora, odnosno njihovih dobrih osobina,nastao je novi tip TSI.

Namera konstruktora je bila da naprave motor velike snage u odnosu na

njegovu zapreminu, ali i da istovremeno bude umereni potroa goriva. Izbor jepao na najmanji etvorocilindrini benzinac u programu Folksvagena od 1,4 litra(1.390 cm2) i 66 kW (90KS)(sl.1.32)[47].

Njegovom rekonstrukcijom

u TSI verziju, dobijen je obrtni

moment na nivou klasinogagregata od 2,3 litra, s tim to

je ovaj motor znatno manji, a

potronja goriva je, u odnosuna klasini, manja i za 20 %.

Oznaka TSI potie odizraza Twincharged, to znaida ovaj motor ima dva punjaa,tzv. kompresora.

Slika 1.32Izgled TSI motora


5/7

61

Reenje sa dva turbokompresora je poznato od ranije, ali je TSI motor prvikod kojeg je primenjena kombinacija kompresora razliitih vrsta(slika 1.33).Jedan je klasini turbopunja na izduvne gasove, a drugi je mehaniki-

volumetriki. Volumetriki kompresor eliminie turbo rupu, koja se javlja prireimu niskih brojeva obrtaja motora i prua maksimalne performanse u ovomreimu rada, a turbopunja postaje aktivan pri visokim obrtajima motora.

Slika 1.33Izgled volumetrijskog i turbokompresora

Motori sa turbopunjaem zbog takozvane turbo rupe reaguju sa

zakanjenjem. Meutim, kod novih TSI motora ovaj problem je eliminisan imotor se ponaa u svim reimima rada podjednako dobro. U velikom opsegubroja obrtaja, obrtni moment je konstantan, tako da je automobil uvek spreman za

zahteve vozaa, a ujedno i veoma elastian tokom vonje.Centralna kompjuterska jedinica, nezavisno od vozaa, obavlja svoju

funkciju i brine o radu motora. S obzirom na to da je konstrukcija na bazi motora

sa direktnim slojevitim ubrizgavanjem, vonja umerenim stilom ili velikakilometraa tokom jedne vonje imaju ekonomsku isplativost u vidu manje

potronje goriva.Samim tim to poseduje dva kompresora motor TSI ima i sloeniji nain

rada nego motor koji ima samo jedan. Naravno, elektronika i centralna raunarska

jedinica koja regulie rad motora su neizbeni i bez njih motor ne moe dafunkcionie. Na osnovu trenutnih parametara motora odreuje se njegov rad.Svaki od dva kompresora zaduen je za odreeni reim rada motora, kada naosnovu svojih specifinosti omoguavaju maksimalne performanse. Pri praznomhodu i broju obrtaja ispod 2400 o/min radi mehaniki-volumetriki kompresor, a

pri veem broju turbopunja na izduvne gasove. Volumetriki kompresor imadva spregnuta rotora koja pri svakom obrtaju pokreu fiksnu zapreminu vazduha,a sabijanje se odigrava u usisnom cevovodu.


6/7

62

Prednost ovog kompresora je da isporuuje veliku i dovoljnu koliinuvazduha i pri malom broju obrtaja motora. Pogon kompresora je sa radilicemotora, preko remenica i pogonskih kaieva, i samim tim je u pogonu im motor

pone da radi. Za njegovo iskljuivanje brine magnetna spojnica koja jeintegrisana sa vodenom pumpom. Kada broj obrtaja motora postane dovoljno

veliki da turbopunja na izduvne gasove moe sam efikasno da radi, magnetnaspojnica iskljuuje rad volumetrikog kompresora, a regulacioni ventil usmeravastruju usisnog vazduha direktno na turbopunja. Vazduh se zatim kree kao kodkonvencionalnih motora sa turbopunjaem, preko hladnjaka vazduha (interkuler) i

preko leptira usisne grane ulazi u usisnu granu, a proces ubrizgavanja i

sagorevanja goriva je kao kod motora sa direktnim ubrizgavanjem goriva. Kada

registruje da je broj obrtaja pao ispod 2400 o/min, magnetna spojnica ponovoukljuuje rad volumetrikog kompresora, koji je u funkciji sve dok se ne postignereim rada motora, kada ponovo radi samo turbopunja na izduvne gasove. Primeri funkcionalne izvedbe ovakvih motora dati su na slici 1.34[47].

Nova konstrukcija i toplotna optereenja, kao i elja konstruktora za toveom pouzdanou, uslovile su odreene prepravke na motoru. Blok motora je

promenjen, tj. izraen je od sivog liva i znatno je vri nego kod baznog motora.Klipovi, glava motora i kolenasto vratilo takoe su pretrpeli konstruktivne

promene, a sve radi izdravanja pritiska koji u ovakvim motorima moe biti i do150 bara. Brizgaljke koje se, ako i kod motora sa direktnim ubrizgavanjem, nalaze

u glavi cilindra, za svaki cilindar po jedna, izraene su od veoma kvalitetnih

materijala i svaka ima po est otvora za rasprivanje goriva. Zbog specifinostisagorevanja i povoljnog razvoja plamena unutar komore za sagorevanje, to jekarakteristika motora sa direktnim ubrizgavanjem, novi TSI motor ima stepen

kompresije 10:1, to predstavlja visoku vrednost za benzinske motore saturbopunjaem, odnosno natpunjenjem.

S obzirom na to da se pritisak kojim se vazduh uvodi u komoru za

sagorevanje odrava praktino konstantnim, a gorivo se ubrizgava direktno,omoguena je izuzetna karakteristika obrtnog momenta. Maksimalni od 240 Nmse dostie pri samo 1750 o/mim, i tu vrednost zadrava sve do 4500 o/min. Obrtnimoment, ak i pri poetnim (oko 1200 o/min) i krajnjim granicama (6000 o/min),ne pada ispod vrednosti od 200 Nm, to doprinosi elastinosti.

Smanjena radna zapremina je tek prvi korak ka smanjenju potronje. Manjimotori su efikasniji, imaju manje gubitke na trenju, a bolji ukupni uinak, tj. sveono to utie na niu specifinu potronju. ak i samo direktno ubrizgavanje dajedoprinos smanjenju potronje.Dvostruko napajanje kompenzuje i redukciju radnezapremine. Volumetriki kompresor, koji pogon putem kaia dobija sa motora,zaduen je da motoru obezbedi onakvu punou kakvu su pri niskim reimimaimali dizeli starog manira, dok se turbokompresorom fiksne geometrije i velikih

dimenzija motoru pomae da gura ka visokim reimima, kako bi tamo mogao da


7/7

63

dostigne visoke vrednosti maksimalne snage.

Slika 1.34 Varijante i elementi konstrukcije TSI motora

Volumetriki i turbokompresor rade serijski. U praksi to znai da se

volumetriki kompresor pokree samo pri malim potrebama i pri relativno niskimpritiscima. Time se smanjuje velika potronja kakvu bi inae neophodno izazvaosistem mehaniki indukovane kompresije. Koristei zaostalu energiju iz izduvnihgasova, turbo uopte od motora ne oduzima energiju, a njegov udeo postaje ravannuli ve ispod 2400 obrtaja. Izmeu 2400 i 3500 obrtaja njemu pomae ivolumetriki kompresor, a na obrtajima preko tog reima turbina efikasno radisama.

1-mehaniki-volumetriki kompresor2-turbopunja3-filter vazduha

4-regulacioni ventil5-magnetna spojnica6-remenice i pogonski kai7-hladnjak vazduha8-usisna grana

9-leptir usisne grane10-izduvna grana11-kontrolni ventil12-regulator pritiska gasa (vest gejt)

13-katalizator

TSI

Documents

3.turbopunjac