Poniewaz sporo osob nie wie, o co tak naprawde chodzi w sporach o turbo
i supercharger postanowilem przyblizyc ten temat (korzystajac z
mniejszego obciazenia praca). Zeby nie bylo watpliwosci i podejrzen o
stronniczosc zrobie to cudzymi slowami. Ponizej zamieszcze wlasne
tlumaczenie bardzo dobrej ksiazki na ten temat (terminy, ktore nie wiem
jak dobrze przetlumaczyc zostawie w oryginale z moim przypisem). Skroty
wynikac beda z odnosnikow do ilustracji, ktorych nie dolacze to tekstu
(jak kto chce to moze sobie kupic ksiazke
(
http://www.amazon.com/exec/obidos/ASIN/ ... 8250/sr=...).
Autor ksiazki, Hugh MacInnes (inzynier mechanik, czlonek Society of
Automotive
Engineers, Society of American Military Engineers oraz American Society
of Mechanical Engineers) zajmuje sie doladowaniem silnikow spalinowych
(benzynowych i diesla) od 1952r. Jest wlascicielem patentu nr 4,027,994
dotyczacego kostrukcji obudowy turbiny (osiowy podzial dolotu gazow w
celu obizenia odbicia impuslu gazow od turbiny i powrotu w kierunku
cylindra). Jego ksiazka "Turbochargers" wydana jest przez The Berkeley
Publishing Group pod numerem ISBN 0-89586-135-6. Juz we wstepie podaje
ciekawe strwierdzenie: "Turbo "przegralo" tylko w drag-racing [wyscigi
na 1/4 mili - A.Z.] - prawdopodobnie poniewaz wiekszosc ludzi przychodzi
na wyscigi drag-racing z powodu halasu. Poniewaz turbosprezarki maja
tenedencje do obnizania halasu, pewnie nigdy nie beda popularne w
drag-racing".
Zamieszczony ponizej cytat pochodzi z rozdzialu pierwszego pt.
"Supercharging & Turbocharging" ("Doladowanie i Turbodoladowanie").
"Doladowanie
[...] [Doladowanie] moze byc realizowane przed lub po gazniku [przy
wtrysku doladowanie zachodzi zawsze przed wtryskiem, jest to opisane w
dalszej czesci ksiazki - A.Z.]. W kazdym przypadku, jesli pojemnosc
sprezarki jest wieksza od pojemnosci silnika, wepchnie ona do silnika
wiecej powietrza, niz uzylby on bez doladowania. Ilosc dodatkowego
powietrza bedzie funkcja gestosci w kolektorze dolotowym porownanej do
gestosci powietrza atmosferycznego. Gestosc jest uzyta w tej ksiazce
jako masa powietrza w jednostce objetosci. Zwykle jest podana w
procentach lub jako wpolczynnik. Istnieja dwa podstawowe rodzaje
sprezarek: wyporowe i dynamiczne.
Sprezarki wyporowe
Sprezarki wyporowe obejmuja tlokowe, srubowe i lopatkowe. Spezarki
wyporowe sa zwykle napedzane z walu napedowego za posrednictwem paska,
przekladni zebatej lub lancucha.
Sprezarka pompuje zasadniczo ta sama ilosc doladowania w kazdym obrocie
silnika, niezaleznie od predkosci obrotowej. Poniewaz jest to urzadzenie
wyporowe ["positive-displacement"], calosc doladowania musi przejsc
przez silnik. Przyjmujac, ze pojemnosc sprezarki jest dwa razy wieksza
od silnika niedoladowanego, cisnienie w kolektorze dolotowym musi
wzrosnac, aby umozliwic silnikowi uzycie podwojonej masy powietrza
dostarczonej przez sprezarke. Cisnienie w kolektorze dolotowym nie
bedzie podwojnym cisnieniem atmosferycznym.
Ten rodzaj sprezarki ma zalete utrzymywania niemal takiego samego
cisnienia w kolektorze dolotowym w calym zakresie predkosci obrotowej
silnika. Jego wada jest zuzycie mocy z walu napedowego, potrzebnej do
napedzenia sprezarki.
Sprezarka srubowa typu Roots ma takze powazna wade wynikajaca z niskiej
sprawnosci - ponizej 50%. Niska sprawnosc powoduje nadmierne podgrzanie
doladowania i w ten sposob podnosi termiczne obciazenie silnika.
Sprezarka srubowa typu Lysholm'a [...] ma znacznie wieksza sprawnosc -
do 90% - ale jest ekstremalnie kosztowna i niepraktyczna do uzycia w
samochodach.
Typ tlokowy byl uzywany od wielu lat w wielkich, stacjonarnych
silnikach. Zwykle jest polaczona bezposrednio do walu napedowego i
pracuje z predkoscia rowna predkosci obrotowej silnika. Sa to sprezarki
raczej duze i niepraktyczne do uzycia w silniku samochodowym.
Typ lopatkowy-slizgowy ["sliding-vane" - nie umiem dobrze przetlumaczyc
- A.Z.] jest uszczelniony wewnetrznie przez lopatki trace od wewnatrz o
obudowe. Z tego powodu olej smarujacy jest zwykle mieszany ze sprezanym
powietrzem aby zapobiec nadmiernemu zuzyciu slizgajacych sie lopatek.
Ten olej obniza liczbe oktanowa paliwa.
Typ lopatkowo-niecentryczny ["eccentric-vane" - j.w. - A.Z.] [...] nie
potrzebuje dodatkowego smarowania lopatek. Podobnie jak sprezarka
Lysholma jest bardzo kosztowny w rozmiarach dostatecznych do doladowania
wiekszosci silnikow samochodowych.
Firma Bendix Corporation oracowala wersje sprezarki
lopatkowo-niecentrycznej
dostatecznie duzej do uzycia w samochodzie osobowym. Bendix wybral
konstrukcje bez stalej kompresji. To pozwala uzyc mniej mocy, kiedy
sprezarka nie laduje. [... - odnosnik do diagramow - A.Z.]
Sprzezarki dynamiczne
Wszystkie sprezarki dynamiczne sa z definicji urzadzeniami
wysokoobrotowymi. Uzyskuja sprezanie przez rozpedzenie gazu do do duzych
predkosci, a nastepnie wyhamowanie w dyzfuzorze. Dyfuzor przeksztalca
energie predkosci [kinetyczna - A.Z.] w cisnienie [wewnetrzna - A.Z.]
przez spowolnienie gazu bez zawirowan.
Sprezarki dynamiczne takze maja wiele rodzajow.
Sprezarka osiowa to w sumie wiatrak lub smiglo. W tym typie sprezarki
trudno jest uzyskac gestosc wiele wieksza niz 1,1:1 w pojedynczym
stopniu. Wieksze wspolczynniki wymagaja wielu stopni - sprezarka
ladujaca w nastepna sprezarke. Sprezarka osiowa typu Latham jest tej
kategorii.
Innym, wartym wymienienia, typem jest Comprex [...]. Ta sprezarka uzywa
predkosci gazow wydechowych do sprezenia powietrza.
Cylinder jest obracany z predkoscia powodujaca, ze powietrze znajdujace
sie przejsciu kolo kolektora dolotowego zostaje sprezone przez gazy
wydechowe. Powietrze jest nastepnie wtlaczane do kolektora dolotowego
[nie martwcie sie, ja dlugo tego nie moglem zrozumiec, mimo ze mam
rysunki -
A.Z.]. Poniewaz uzywa ona gazow wydechowych do sprezenia powietrza
doladowanie jest osiagalne natychmiast, na zyczenie.
Jedynym zrodlem strat Comprexa jest tarcie w ukladzie napedu od
silnika.
Jego wada jest wysoki koszt wyeliminowania nieszczelnosci pomiedzy
obtotowymi i stacjonarnymi elementami.
Sprezarka wirnikowa jest omowiona ponizej.
Inne rodzaje sprezarek dynamicznych, takie jak z mieszanym przeplywem,
lub aerodynamiczne nie sa powrzechnie uzywane do doladowania silnikow.
Nie sa one opisane w tej ksiazce.
Sprezarki wirnikowe
Sprezarka wirnikowa rozni sie od osiowej tym, ze kierunek przeplywu
gazu
jest zmieniony o okolo 90 stopni.
Dodatkowo powietrze jest w kontakcie z wirnikiem sprezarki przez
dluzszy
czas w kazdym stopniu. Im dluzszy kontakt z wirnikiem, tym wieksze
przyspieszenie. W konsekwencji jest mozliwe osiagniecie wiekszego
wspolczynnika gestosci w pojedynczym stopniu sprezarki wirnikowej.
Wspolczynnik 4:1 nie jest rzadkoscia.
Poniewaz sprezarka wirnikowa musi byc rozpedzana do duzych predkosci
obrotowych, jest ciezko napedzac ja z walu napedowego. [...] Sprezarka
zdolna dostarczyc wspolczynnik doladowania 3:1 z wydajnoscia
dodstateczna dla silnika o pojemnoscia 350CID (5,7l - A.Z.) musi
pracowac prawie na 115.000obr. To wymaga przelozenia 23:1 dla silnika
pracujacego na 5000obr. [...]
Jest to niepraktyczne z wielu powodow. Koszt przekladni jest jednym.
Takze gwaltowne zmiany predkosci obrotowej silnika podczas zmian biegow
wymagaja sprzegla slizgowego lub innego urzadzenia tlumiacego. W
przeciwnym przypadku nagle zmiany predkosci zniszcza kola napedzajace
sprezarke.
W latach 20-tych, napedzane przekladnia sprezarki wirnikowe byly
uzywane
z powodzeniem w silnikach wyscigowych, dajac 300KM z 90CID [1,5l - A.Z.]
silnika. To znaczylo 3.33KM z cala szesciennego [200KM z litra - A.Z.].
Poniewaz napedzana przekladnia sprezarka zuzwala prawdopodobnie okolo
60KM z walu napedowego, ten sam silnik wyposarzony w turbosprezarke
powinien dawac okolo 360KM - 4KM z cala szeciennego [240KM z litra -
A.Z.].
Okolo roku 1981, turbodoladowane silniki wyscigowe dawaly okolo 900KM z
160CID [2,6l - A.Z.], okolo 5,6KM z cala szesciennego [346KM z litra -
A.Z.]. To jest 40% porawy w ciagu 45 lat.
Konstruktorzy silnikow w tamtych czasach nie mieli wysokowytrzymalych
materialow jakich uzywamy teraz. Wiec chlodzili sprezone powietrze
pomiedzy sprezarka i silnikiem. To obnizalo obciazenia termiczne i
mechaniczne, jednoczesnie podnoszac osiagi. Zalety chlodzenia
miedzystopniowego ["intercooling" - A.Z.] sa przedstawione w rozdziale
11.
Najwieksza wada sprezarek wirnikowych uzywanych jako doladowanie jest
fakt, ze
produkowane cisnienie zmienia sie znacznie wraz ze zmiana predkosci
obrotowej.
Patrzac na typowa mape przeplywu kompresora [...] widzimy, ze ten
konkretny kompresor [Rajay 370E - A.Z.] produkuje doladowanie 1,2:1 przy
40.000obr. To oznacza okolo 3psi [0,2atm - A.Z.] na poziomie morza. Ta
sama sprezarka dostraczy doladowania 1,92:1 przy 80.000obr., 13,8psi
[0,94atm - A.Z.] cisnienia doladowania. W tym konretnym przypadku
podwojenie predkosci obrotowej powoduje wzrost cisnienia czterokrotnie.
Uproszczona zasada brzmi: cisnienie doladowania roznie z wadratem
wzrostu predkosci obrotowej wirnika.
Niemal jedynym sposobem ominiecia tego problemu przy sprezarce
napedzanej z silnika jest naped o zmiennej predkosci. Sprezarka Paxton,
ktora pojawila sie na poczatku lat 50-tych, miala naped o plynnie
zmiennym przelozeniu z paskiem typu V, kontrolowany polozeniem pedalu
gazu. Kiedy pedal byl w normalnej pozycji jazdy, sprezarka pracowala na
relatywnie niskiej predkosci. Kiedy kierowca wcviskal pedal do podlogi,
zmniejszala sie efektywna srednica kola napedowego wirnika. To
powodowalo, ze sprezarka praowala na duzo szybszej predkosci obrotowej.
System sprawdzal sie niezle, ale powodowal dodatkowa komplikacje.
Poza wysoka sprawnoscia - niektore sprezarki wirnikowe pracuja ze
sprawnoscia ponad 80% - sprezarka wirnikowa ma jeszcze jedna przewage
nad sprezarkami wyporowymi. Poniewaz nie jest urzadzeniem wyporowym moze
wytrzymac strzal w uklad dolotowy ["backfire" - A.Z.] bez uszkodzenia.
Strzaly w dolot sa w silniku ...