מגדש הטורבו אינו טכנולוגיה חדשה, אך בעוד בעבר השימוש בו היה שמור בעיקר למכוניות ספורטיביות או לדגמים יקרים, הרי שהיום הוא נמצא בשימוש רחב בהרבה. כבר בדגמי סופרמיני צנועי הספק ומחיר אפשר לפגוש מנועים מוגדשים, ואצל היצרנים האירופאים הדגמים המוגדשים הם כבר הרוב המוחלט. המניע העיקרי לשגשוג הנוכחי של מנועי הטורבו הוא, כמה אירוני, הדרישות המחמירות והולכות בתחום צריכת הדלק וזיהום האוויר. כי כן, מי שפעם היה מזוהה עם ביצועים מעוותי מציאות הפך להיות כלי חשוב לחסכון בדלק. איך בדיוק יכול אותו אלמנט מכאני בדיוק להשיג שתי מטרות כל כך שונות? ההסבר בכתבה שלפניכם.
מטרה ואמצעיםהדרך המסורתית לקבל הספק גבוה יותר, היא עם מנוע בנפח גדול יותר. אבל הבעיה עם מנוע בנפח גדול היא, שגם כאשר נדרש הספק נמוך – למשל בשיוט או זחילה בפקק – הוא צורך דלק כמו מנוע גדול, בשל משקל גבוה יותר של החלקים הנעים ויותר חיכוך פנימי.
לחסכון בדלק עדיף מנוע קטן נפח, ואם אפשר – עם מעט בוכנות.
אבל איך מחברים בין הדרישה לביצועים טובים לבין הדרישה לצריכת דלק נמוכה? הפתרון הוא שימוש במגדש. בעזרת מגדש אפשר בעת הצורך – למשל בזמן האצה – לדחוס למנוע קטן יותר אוויר (מה שמאפשר הפקת הספק גבוה) ובשאר הזמן ליהנות מיתרונות צריכת הדלק של מנוע קטן. מגדש הטורבו הוא הדרך הנפוצה ביותר קיום לביצוע המשימה – ותיכף נסביר למה.
צילום: מנהל מגדש טורבו. דרך:Youtube
בתמצית, איך זה עובד?
מגדש הטורבו מורכב משני חלקים – הטורבינה והמדחס, המחוברים בציר. הטורבינה מחוברת לסעפת הפליטה של המנוע, בעוד המגדש מחובר אל סעפת היניקה.
גזי הפליטה של המנוע זורמים על פני הטורבינה ומסובבים אותה, מה שגורם למדחס להסתובב, ולדחוס אוויר. כאשר המנוע עובד בעומס נמוך, יש מעט גזי פליטה ולכן הטורבינה תסתובב לאט – והמגדש יגדוש מעט אוויר. כאשר העומס על המנוע גדל, גדלה גם כמות גזי הפליטה ומהירות זרימתם עולם, ולכן הטורבינה תסתובב מהר יותר – והמגדש יגדוש כמות גדולה יותר של אוויר, בלחץ גבוה יותר. הלחץ הגבוה בסעפת היניקה יאפשר להכניס יותר אוויר אל הצילינדרים, מה שיאפשר לשרוף ביעילות יותר דלק – ולקבל יותר כח.
כמו שאפשר להבין, מגדש הטורבו מנצל את האנרגיה האצורה בגזי הפליטה, אנרגיה שאחרת היתה מתבזבזת – בניגוד למגדשים מכאניים (מגדש-על), המונעים ישירות על ידי המנוע, ומבזבזים אנרגיה שהיתה יכולה לשמש להנעת הרכב ובכך מעלים את צריכת הדלק.
צילום: מנהל מגדש על.
דרך: Youtube
מצד שני, למגדש הטורבו גם מגרעת בולטת – השהיה בין רגע הלחיצה על דוושת הגז ועד שהמגדש מתחיל לספק לחץ יעיל. תופעה המוכרת בשם "השהיית טורבו" או "טורבו-לאג" באנגלית. מאמצים רבים הושקעו לאורך השנים כדי לנסות ולהתגבר על הבעיה, מאמצים שהצליחו לקצר את ההשהיה באופן משמעותי – אך לא להתגבר עליה לחלוטין.
בין הפתרונות הנפוצים יותר:
שימוש בשני מגדשים או יותר – מגדשים קטנים הם בעלי השהיה נמוכה יותר מטבעם אך מתקשים לספק את צרכי האוויר של המנוע בסל"ד גבוה. השימוש בשני מגדשים קטנים, או אחד קטן יותר ואחד גדול יותר, מאפשר לקבל תגובה מהירה יחד עם פעולה יעילה בסל"ד גבוה.
צילום: מנהל
מגדש טווין-סקרול – תכנון הטורבינה והזווית בה פוגעים בה גזי הפליטה מאפשרים לבחור בין תגובה יעילה גם עם מעט גזי פליטה, לבין מהירות סיבוב גבוהה (ובהתאם – יכולת גדישה גבוהה של המדחס) כאשר יש הרבה גזי פליטה. מגדש הטווין סקרול כולל למעשה שני פתחים של גזי פליטה, נחירים – אחד בזווית שמתאימה לעומס נמוך ואחת בזווית המתאימה לעומס גבוה, וכך ניתן לקבל פעולה יעילה על פני טווח רחב של עומסים וסל"דים.
מגדש 'גאומטריה משתנה' – כמו הטווין-סקרול, אבל מתוחכם ויעיל יותר. במקום שני נחירים, יש נחיר אחד הניתן לכיוון בהתאם לכמות גזי הפליטה, וכך לקבל טווח פעולה יעיל גדול במיוחד, עוד יותר מאשר במגדש טווין-סקרול.
קצת היסטוריהכאמור, מגדש הטורבו אינו טכנולוגיה חדשה. למעשה, מגדשי הטורבו נמצאים איתנו כבר יותר מתשעים שנה – ניסויים ראשונים במנועים מוגדשי טורבו נערכו כבר בשנות העשרים של המאה הקודמת, במטוסי קרב. משם הוא גלש למנועי אוניות וקטרים, ובשנות החמישים הגיע למשאיות.
צילום: מנהל דרך: וקיפדיה
אל עולם המכוניות הסדרתיות הגיע הטורבו בתחילת שנות השישים, 1962, אם לדייק, אז הופיעו שתי מכוניות סדרתיות עם מנוע טורבו. בניגוד למה שאפשר היה לחשוב, זה קרה דווקא בארה"ב, שתרבות הרכב בה בשנות השישים נודעה יותר במנועי ענק מאשר בטכנולוגיה מתקדמת. ועדיין, עם העובדות אי אפשר להתווכח – ה
שברולט קורבייר מונזה ספיידר והאולדסמוביל קטלס ג'טפייר שהוצגו ב-1962, היו שתי מכוניות הטורבו הסדרתיות הראשונות בעולם. בשני המקרים מנועי הטורבו שירתו את הגרסאות החזקות ביותר של הדגמים הללו. בקורבייר נבע השימוש בטורבו מאילוצי מקום – בתא המנוע האחורי של המכונית ששברולט תכננה כתשובה לחיפושית, פשוט לא היה מקום ל-V8 גדל נפח כמקובל באמריקה. בעזרת המגדש החדשני הצליחה שברולט לסחוט 150 כוחות סוס ממנוע הבוקסר 2.4 ל', 6 צילינדרים של הקורבייר - נתון שהיה מקביל לנתון ההספק של מנועי V8 מאותה תקופה.
במקרה של ה'ג'טפייר' אין אילוץ שכזה, וכנראה שהבחירה בטורבו היתה משיקולי חדשנות טכנולוגית נטו, אולי בתיבול שיקולים שיווקיים. אולדסמוביל הוסיפה מגדש טורבו למנוע V8 בנפח 3.5 ל', והצליחה להעלות את הספקו מ-185 כ"ס בגרסה החזקה ביותר עד אז, ל-215 כ"ס. נתון מרשים מאוד לאותה תקופה.
צילום: מנהל
חלוצות הטורבו האירופאיות, שמוכרות יותר לחובבי הרכב, ה
ב.מ.וו 2002 טורבו וה
פורשה 911 טורבו, הופיעו יותר מעשור מאוחר יותר.
זמנים מודרנייםכאמור, בשנים האחרונות ראו את הטורבו עובר לקדמת הבמה, בזכות יכולתו להעניק למנוע קטן הספק גבוה, מה שמאפשר לקבל צריכת דלק טובה בנסיעה רגועה עם ביצועים טובים.
אך במקביל ליתרונותיו, לטורבו גם חסרונות, ובעיקר עלות ומורכבות גבוהה, הן ביצור והן באחזקה. וגם את זה צריך לקחת בחשבון כאשר מתלבטים בין מנוע אטמוספרי למוגדש.
ובכל מקרה, בפעם הבאה שתיתקלו בשאלה בנושא טורבו – כבר תוכלו לענות כמו מומחים.
צילום: מנהל
