Turbokompresor je uređaj bez kojeg se, u današnje vreme, praktično ne može zamisliti dizel ili benzinski motor. Za preko sto godina svog postojanja prešao je težak i komplikovan razvojni put; od prvobitne primene u ratnim avionima, preko trkačkih bolida i kamiona, sve do putničkih automobila. Smatra se da je najveću revoluciju u ovom polju napravio Saab koji je turbokompresor prvi uveo u masovnu proizvodnju sa porodičnom limuzinom “Saab 99 turbo” koja je predstavljena još 1977. Godine, dok su prvi velikoserijski turbo dizel motor predstavili Folksvagen i Mercedes sa modelom “300 TD turbodizel”.
Sredinom osamdesetih godinama turbokompresor doživljava svoj procvat. Sve veći broj fabrika usvaja ovu tehnologiju, a praktično se ne može pronaći trkački automobil koji nema turbo punjenje. Godine 1988. prvi put su upotrebljeni kuglični ležajevi koji bitno smanjuju trenje i skraćuju vreme odziva, a samo godinu dana kasnije prvi put je primenjena turbina sa varijabilnom geometrijom.
Podela turbokompresora
Svi turbokomrpesori se mogu podeliti u tri osnovne grupe; u prvu grupu spadaju klasični turbokompresori kod kojih nema regulacije pritiska. Drugu grupu sačinjavaju turbokompresori kod kojih pritisak regulišu WASTEGATE rasteretni ventili, dok u treću grupu spadaju VNT (Variable Nozzle Turbine) – VGT (Variable-geometry turbocharger) koji su danas najučestaliji turbokompresori.
Velika ekspanzija turbokompresora
Ekspanzija u razvoju turbokompresora koja se desila početkom 2000-ih godina dovela je do toga da su današnji turbokompresori daleko fleksibilniji i u radu pružaju mnogo bolje performanse, a velika većina modernih turbokompresora poseduju varijabilnu geometriju koja im omogućava daleko efikasniji rad. Naime, zbog širokog raspona broja obrtaja jednog motora turbokompresori ne mogu da obezbede konstantan pritisak punjenja i zbog toga im je bila neophodna regulacija.
Turbine sa promenljivom (varijabilnom) geometrijom zahvaljujući svojoj konstrukciji imaju sposobnost da pri malom broju obrtaja motora omoguće maksimalni broj obrtaja turbine. Zahvaljujući ovoj mogućnosti imaju veću količinu vazduha, kao i veći pritisak vazduha u cilindru motora. Savremene turbine sa takozvanom varijabilnom geometrijom dostižu čak i do 200.000 obrtaja u minuti, kao i daleko veći pritisak.
Noviji turbokomrpesori, odnosno turbine sa promenljivom geometrijom, posebno u području delimičnog opterećenja, rade vrlo efikasno i daju gotovo momentalni odziv motora na gas, a skoro u potpunosti su eliminisani takozvani „lagovi“, tj. turbo rupe koje su bile karakteristične za stare tipove turbina. Oni motoru daju više snage i znatno bolje performanse na nižim režimima rada motora, a istovremeno pozitivno utiču na emisije izduvnih gasova.
Princip rada turbina sa varijabilnom geometrijom
Turbine sa varijabilnom geometrijom rade tako što kontrolišu ulaz izduvnih gasova u turbokompresor. U cilju optimizacije snage određuje se intenzitet protoka izduvnih gasova koji se koriste za pogon turbokompresora. Ukratko, varijabilna geometrija turbine služi da neprekidno menja efektivnost turbine i tako omogućava da se kompletna energija izduvnih gasova može iskoristiti za regulaciju pritiska punjenja.
Podesive lopatice obezbeđuju ovaj proces u velikom regulacijskom području i istovremeno pružaju visok stepen iskorišćenja same energije izduvnih gasova. Prilikom niže brzine motora i manjeg protoka goriva, lopatice varijabilne geometrije kontrolišu protok izduvnog gasa i time omogućavaju njegovo pravilno usmerenje ka turbinskim lopaticama, što zatim rezultuje većim brojem obrtaja turbokompresora i povećanjem pritiska.
S obzirom da je pri malom broju obrtaja motora i količina izduvnih gasova mala, procesor se pobrine za položaj lopatica koji će sužavati poprečni presek i time ubrzavati izduvne gasove koji onda, na taj način, teraju osovinu u veće obrtaje i tako se kao rezultat dobija povećanje pritiska u turbini što omogućava bolje ubrzanje i na tim režimima rada motora.
Sa druge strane, ako se količina izduvnih gasova povećava na višim obrtajima motora, procesor onda menjanjem položaja lopatica povećava poprečni presek dovoda. Lopatice se tada prebacuju u otvoreniji položaj što rezultuje smanjenjem broja obrtaja turbokompresora, a samim tim daje i manji pritisak i manju količinu vazduha čime se sprečava preforsiranje turbine.
Budućnost turbina sa varijabilnom geometrijom
Sa svojom raznovrsnošću i sve većim sposobnostima, turbine sa varijabilnom geometrijom će, za dogledno vreme, bez dileme ostati vodeća turbo tehnologija za dizel motore. Inženjeri u auto industriji, na globalnom nivou, rade na smanjivanju dimenzija motora pošto su vodeći proizvođači automobila u svetu prihvatili taj trend smanjenja dimenzija u svakom smislu. U isto vreme, ova tehnologija predstavlja ključan deo brojnih turbo sistema koji imaju za cilj da daju superiorne performanse i još veću efikasnost rada motora, a ako svemu navedenom dodamo i napredak u aerodinamici, možemo sa sigurnošću reći da tehnologija turbina sa varijabilnom geomterijom ima blistavu budućnost.
