Turbolaaduri ajalugu
Esimese väljalaskegaasidel põhineva turbolaaduri töötles välja Sveitslane Dr. Alfred J. Buchi aastatel 1909-1912, aastaid enne seda, kui Garrett’i toodangud ilmusid turbolaadurite „pilti”. Dr. Buchi oli „Sulzer Brothers Research Deparment’i” peainsener ning 1915. aastal pakkus välja esimese turbolaadimisega diiselmootori prototüübi. Sellegipoolest ei võitnud geeniuse ideed tol ajal poolehoidu, kui siis minimaalset.
„General Electric” alustas turbolaadurite arendamist 1910’nendate lõpus. 1920. aastal sooritas „LePere” biplaan, mis oli varustatud Liberty mootori ja General Electric’u turbolaaduriga, uue kõrgusrekordi. Selleks kõrguseks oli 33,114 jalga ehk 10092m.
Turbolaadureid kasutati vähesel määral Esimese maailmasõja lennukitel, aga nende suurem arendamine ilmnes 1930’nendatel ja 1940’nendatel. Algselt Euroopas ja alles siis USAs. Ameerika Ühendriikides arendas General Electric turbolaadureid militaarotstarbega lennukite tarbeks ning Teises maailmasõjas kasutati tuhandeid laadureid hävitatajtel ja pommitajatel(näiteks pommitaja B-17).
„The Garrett Corporation” moodustati 1936. aastal J.C. „Cliff” Garrett’i poolt. The Garrett Corporation varustas mootori laaditava õhu jahutiga (järeljahuti) B-17 tarbeks. Leiutis oli paigutatud siis General Electricu turbolaaduri ja „Pratt and Whitney” mootori vahele.
Hilistel 1940’nendatel ja varastel 1950’nendatel pühendus Garrett põhiliselt väikeste gaasiturbiinmootoritele, mis arendasid jõudu alates 20 hp’st lõpetades 90hp’ga (15-67kw)
Insenerid olid välja arendanud hea kodade metallurgia, „high performance” tihendid, radiaalsed sissevooluturbiinid ja tsentrifugaalkompressorid.
27. septembril, aastal 1954 otsustas Cliff Garrett lahutada turbolaadimine gaasiturbiini osakonnast seoses diiselmootori turbolaadurite äriliste võimalustega kasvamisega. See oli algus uuele „AiResearch Industrial Divisionile”(õhu uurimise tööstuslik osakond)- mõeldud turbolaadurite kavandamiseks ja tootmiseks. „AiResearch Industrial Divison” nimetati hiljem ümber „Garrett Automotive’iks”
Chevrolet Corvair Monza ja Oldsmobile Jetfire olid esimesed turboülelaadimisega sõiduautod ning debüteerisid USA turul 1962/63 aastatel. Hoolimata maksimaalsest tehnilisest väljapanekust kadusid autod kiirelt turult tänu halvale usaldusväärsusele.
(kippusid lagunema)
Sisepõlemismootor on õhku „õgiv” masin. Seda sellepärast, et mootoris põletatav õhk vajab põlemiseks õhku, mis segatakse bensiiniga ning tänu millele saavad toimuda mootori töötsüklid. Kui õhu ja bensiini suhe jõuab teatud punkti, ei anna kütuse lisamine enam lisajõudu. Mootorist tuleb vaid musta suitsu ning põlemata bensiini, mis paiskub meie armsasse atmosfääri. Mida tihedam on suits, seda bensiinist ülerikastatum on mootor. Seepärast bensiini peale andmise suurendamine madala õhu ja bensiini suhte korral toob tulemuseks vaid suurema bensiinikulu, saaste ja diislipuhul kõrge väljalasketemperatuuri (bensiini puhul madala väljalasketemperatuuri.) Seoses sellega väheneb ka mootori eluiga!
Peale 1973 aasta naftakriisi muutus turbolaadimine vastuvõetavamaks kaubanduslikes diiselrakendustes. Kuni selle ajani oli suurte summade investeerimine turbolaadimisse põhjendatud vaid madala küttekuluga, mis olid ka tegelikult minimaalsed. 80’nendate lõpul hirmsalt kasvanud keskkonnanormid aitas kasvatad turbolaadimisega veoautode kasutamist. Tänapäeval on praktiliselt kõik veoautomootorid varustatud turbolaaduriga.
70’nendatel, mil turbolaadimine võeti kasutusele mootorispordis, eriti Vormel-1 sarjas, muutusid turbolaadimisega sõiduatuod väga populaarseks. Juba sõna „Turbo” oli moodne ning peaagu iga autotootja pakkus vähemalt ühte tippmudelit, mis oli varustatud turbolaetud bensiinimootoriga. Siiski see nähtus kadus aastate jooksul, sest hoolimata turbolaaditud mootori võimsusest, ei olnud see väga säästlik. Lisaks oli tol ajal turbolaaduri hilinenud reageerimine(Turbo lag) suhteliselt suur ning see ei olnud enamike klientide poolt vastuvõetav.
Tõeline läbimurre sõiduautode turbolaadimises saavutati 1978 aastal, mil tutvustati maailmale esimest sõiduautot, mis oli varustatud turbolaadimisega diiselmootoriga. Selleks oli Mercedes Benz 300 SD, millele järgnes 1981 aastal VW Golf Turbodiesel(jänku ). Turbolaaduri poolepealt sai diiselmootoriga sõiduautode jõudlust suurendada, omastades sellele peaaegu bensiinimootorile sarnane „sõidetavus” ning samas vähendati saastavust märkimisväärselt.
Tänapäeval ei domineeri kõrge suutlikkuse saavutamiseks bensiinimootoris enam turbolaadimine. Pigem kasutatakse turbolaadimist bensiinikulu vähendamiseks tänu keskkonnareostusele ning madalama süsihappegaasi erituse soovile. Käesoleval hetkel on turbolaadimise kasutamine peamiselt bensiinikulu vähendamise eesmärgil, kasutades ära väljalaskegaase.
lisand: esimene laialdase levikuga turboauto oli BMW 2002Ti ja esimene sportauto 1976a Porsche 911 Turbo (930). (raceboy)
alginfo:
http://www.turbomustangs.com/turbotech/main.htm
Turbolaaduri teooria
Turbolaadur on praktiliselt väljalaskegaasidel töötav õhukompresser ja sellest saab kõige lihtsamini aru, kui jagada see kaheks põhiosaks. Nendeks on väljalaskegaaside abil töötav turbiin oma kojaga ning õhukompressor tema kojaga. Nad on ühendatud nagu siiami kaksikud, sest mõlemad osad teostavad erinevaid funktsioone, aga kuna nad on ühendatud omavahel “puusast” tavalise võlli abil mõjutab ühe osa töö teise tööd. Kuidas? Võtke näiteks perfektne kompressor ja pange see kokku vääralt kokku pandud turbiiniga või vastupidi ning tulemuseks on see, et meie “siiami kaksikud” üritavad minna eri suundades. Nad kulutavad kogu oma energia teineteisega võitlemiseks ja ei liigu kusagile.
Kaaludes turbo kasutuselevõttu kipuvad tavaliselt enamus inimestest vaatama kompressori maksimaalset CFM reitingut ja ignoreerima kõike muud oletades, et kompressor ja turbiin sobivad perfektselt.( “out of the box”) . Võin garanteerida, et tehasest tulnud turbomasinatel on see tõenäoliselt tõele lähedal, kuid siirdudes “performance”i ei saa midagi olla tavaline. Kõik on tehtud vastavalt ekstreemsustele, milleks turbot kasutataks.
“Performance” turbode eesmärk on saada väljalasketurbiin vajalikule kiirusele nii kiirelt kui võimalik. Samas peab see olema sobitatud kompressori rattaga, mis peab tootma minimaalse aja jooksul maksimaalset rõhku. See on aga täielik vastuolu, sest väljalasketurbiin toodab jõu ning kompressor tarbib seda. Mida suurem kompressor ja mida suuremat rõhku(boost’i) me tahame, seda kiiremini on väljalasketurbiinist läkitatud jõud ammendatud. Kasutades suuremat väljalasketurbiini, võtab mootoril rohkem aega, et toota piisavalt kuuma väljalaskegaasi, et turbiini ringi ajada. See aeglustab kompressori tööd ning põhjustab turbo “lag’i”. Siinkohal aga tuleb korrata eelnevalt mainitut: ärge mõtelge turbolaadurist kui kergelt paigaldavast mootori osast. Mõtelge sellest kui osast süsteemis, kus kõik osad peavad omavahel perfektses koostöös olema.
Turbiini varustab energiaga suur hulk kuuma väljalaskegaasi, mis väljub mootorist peale töötakti. Mida rohkem ja mida kuumem see gaas on, seda parem. Ma olen kindel, et paljud teist on näinud pilte ülelaadimisega mootoritest kirsipunaste tuliste väljalasetega ja turbo kodadega. Enamike taoliste piltide alapealkirjadeks on meeletud võimsused. Enamjaolt aga ei mainita, et taolise võimsuse saavutamiseks on mootor väga ekstreemse koormuse ja pinge all. Koormus paneb mootori ilmselt oma võimete tippu ja sedagi vaid mõneks lühikeseks hetkeks. See on seisund, mida enamus turbolaaduriga varustatud mootoreid kunagi ei näe.
Mõte, mida üritan esile tuua on see, et väljalasketurbiin ei suuda toota piisavalt jõudu et õhukompressorit piisavalt kiiresti tööle panna. See on võimalik vaid siis, kui mootor genereerib väljalasketurbiinile väga palju paisuvat kuuma väljalaskegaasi. Selline seisund võib tekkida vaid siis, kui mootor on koormatud. See on koht, kus ülekande suhe, “the ring and pinion ratio” mängivad suurt rolli. Kindlasti mõtlete, miks tühikäigul ei näita rõhukell mingit märgatavat rõhku. Mootor peab mingigi rõhu tekitamiseks turbos olema koormatud, hoolimata sellest, kui suur ja/või võimas ta on.
Sellest tuligi väljend “Turbo lag”. “Turbo lag” on põhimõtteliselt ajahulk alates mootori koormuse alustamisest, (gaasipedaali põhjavajutamine ning siduri vabastamine /või täielik konverteri lukustus automaatkasti puhul) lõpetades sellega, kui mootor toodab piisavalt kuuma paisuvat väljalaskegaasi, et panna väljalasketurbiin piisavalt kiirelt keerlema(et kompressor saaks tööle hakata).
Üldiselt on turbolaaduriga mootor tavaline vabalthingav mootor kuni turbiini ja kompressori tööle rakendumiseni. “Turbo lag’I” minimaali lähedale viimiseks on kohustuslik, et turbiin ja kompressor on ühendatud mootoriga nagu kord ja kohus ning et mootor oleks korralikult ühendatud vajalike ülekannetega.
algallikas:
http://www.turbomustangs.com/turbotech/main.htm