Mūsų mechanikai mato ir tikrina daugybę šiuolaikinių automobilių turbokompresorių, dažniau vadinamų turbinomis. Visi žino, kad turbinos buvimas automobilyje reiškia daugiau galios, malonesnį ir gyvesnį važiavimą. Turbina užtikrina didesnį variklio našumą ir degalų naudojimo efektyvumą. Tačiau, kaip ir bet kuris mechaninis komponentas, bėgant laikui ji gali sugesti dėl įvairių priežasčių. Pateikiame naudingą informaciją ir kai kurias dažniausiai pasitaikančias turbinos gedimų priežastis bei paminėsime prevencines priemones, kurios užtikrina turbinų ilgaamžiškumą.
Turbokompresoriaus veikimo principai
Turbokompresorius, arba turbina, yra prietaisas, varomas išmetamųjų dujų, kuris sujungtas velenu su kompresoriumi, pumpuojančiu orą į variklį. Didesnis oro kiekis cilindre leidžia sudeginti daugiau degalų viename variklio cikle, o tai padidina galią ir efektyvumą. Šis procesas išnaudoja energiją, kuri kitaip būtų prarandama, todėl turbina tampa efektyviu būdu padidinti variklio našumą. Turbokompresorius iš esmės susideda iš dviejų pagrindinių komponentų: kompresoriaus priekyje ir turbinos gale. Veleno atramose yra riedėjimo arba slydimo guoliai. Pastarieji naudojami dažniau, nes juose esantis tepalas užtikrina slydimą ir papildomai aušina turbiną. Išmetamosios dujos gali įsukti turbiną iki 50-200 tūkst. apsisukimų per minutę.
Vienas paprasčiausių būdų padidinti variklio galingumą yra padidinti sudeginamo oro ir degalų kiekį. Oro santykis su degalais yra maždaug 14:1. Pačią paprasčiausią turbiną sudaro šie elementai: turbokompresorius, įpučiamo oro slėgio reguliatorius ir kartais naudojamas tarpinis oro aušintuvas (angl. "Intercooler" - tarpinis aušintuvas). Turbina dažniausiai tvirtinama prie įsiurbimo kolektoriaus arba sujungiama su juo specialiomis aukšto slėgio žarnomis. Turbokompresoriaus pagrindinis elementas - išcentrinis oro siurblys ("šaltoji sparnuotė") montuojamas ant to paties veleno, kaip ir dujų turbina. Pastarąją suka išmetamųjų variklio dujų srautas, sukdamas ant to paties veleno sumontuotas mentes ("karštoji sparnuotė").
Turbokompresorius išrastas dar 1905 metais, tačiau plačiau pradėtas naudoti tik praėjus daugeliui metų. Turbokompresoriai ypač efektyvūs dyzeliuose, nes juose didesnis suspaudimo laipsnis ir išmetamųjų dujų slėgis. Pagrindinės variklio charakteristikos, tokios kaip galingumas, sukimo momentas ir kuro sąnaudos, smarkiai pagerėja įmontavus turbokompresorių.
Kintamos geometrijos turbinos
Kintama geometrija yra naudojama tam, kad galima būtų optimizuoti išmetamųjų dujų srautą, kuris yra nukreipiamas į turbinos sparnuotę. Variklis dirbdamas mažomis apsukomis, įgalina nukreipti visą išmetamųjų dujų srautą į turbinos sparnuotę, ko pasekoje padidėja oro padavimo ir suspaudimo srautas į įsiurbimo kolektorių. Esant dideliems variklio sūkiams ir dideliam išmetamųjų kiekiui, turbina su kintama geometrija veikia šitaip - kintamos geometrijos sparneliai atsidaro, tuo leisdami visam išmetamųjų kiekiui patekti ant sparnuotės, o pertekliniui - nutekėti į šoną. Pirmosios turbinos su keičiamos geometrijos kreipračiu atsirado dar šeštajame dešimtmetyje. Tokią turbiną iš esmės paprasčiau pritaikyti darbui esant plačiam apsukų diapazonui. Kreipračio mentes pasuka specialūs kumšteliai su pneumatine pavara.
Dvigubo turbokompresoriaus sistemos
Konstrukcijos su dviem turboagregatais iš eksperimentinių automobilių jau persikėlė į serijinius. Didelio galingumo šiuolaikiniuose V formos varikliuose, pavyzdžiui, „Maibach“, naudojamos dvi lygiagrečios kompaktiškos turbinos. Nuoseklios įjungimo schemos naudojamos, kai būtina išgauti daugiau nei 3,5 barų slėgį, o tai ypač sunku pasiekti vienu įpūtimo agregatu. Oras pirmiausia suspaudžiamas žemo slėgio kompresoriumi, vėliau jis patenka į aukšto slėgio kompaktišką turbokompresorių ir tik tada į variklį.
Visai neseniai firma „Opel“ pristatė dyzeliniams varikliams naują įdomų agregatą, o tiksliau įpūtimo sistemą. Čia dvi turbinos dirba pagal gudrią kintamąją schemą. Kai alkūninis velenas sukasi iki 1800 aps/min, vožtuvas išmetamajame kolektoriuje įtraukia į darbą aukšto slėgio (iki 3,2 barų) mažąjį turbokompresorių. Iki 3000 aps/min abu agregatai dirba lygiagrečiai, o elektronikos kontroliuojamas vožtuvas tolygiai keičia išmetamųjų dujų, paduodamų į vieną ar kitą turbiną, tūrių santykį. Didysis kompresorius tuo metu suspaudžia orą, padidindamas slėgį įeigoje į mažąjį. Konstrukcija ištobulinta 1,9 litrų dyzeliniame variklyje koncepciniam automobiliui „Opel Vectra ORS“. Toks turboįpūtimas leido padidinti galingumą iki 156 kVt/212 AJ, o sukimosi momentas pasiekė 400 Nm! Įspūdingi 85 kVt/112 AJ iš litro kol kas dyzelių rekordas.
Automobilio turbinos aušintuvas (Intercooler)
Prieš gilindamiesi į turbinos veikimą, verta suprasti pagrindinį fizikos dėsnį - idealių dujų dėsnį. Jis teigia, kad dujų temperatūra, slėgis ir tūris yra tarpusavyje susiję: suspaudžiant dujas, jų temperatūra kyla, o leidžiant dujoms plėstis, jų temperatūra ir slėgis mažėja. Spaudžiant orą, jis kaista ir plečiasi, todėl siekiant padidinti variklio galią, būtina į variklį patekti kuo daugiau oro molekulių, o ne tiesiog slėgio. Tam naudojamas oro aušintuvas, kuris aušina suspaustą orą, leidžiant varikliui gauti daugiau deguonies.
Intercooler - tarpinis suslėgto oro aušintuvas. Tai yra radiatorius, kurio paskirtis - aušinti turbinoje suslėgtą orą prieš jam patenkant į cilindrus. Tarpinio suslėgto oro aušintuvo nauda akivaizdi. Aprūpinus savo automobilio variklį šiuo komponentu, suspausto oro temperatūra sumažėja vidutiniškai 40 procentų. Intercooler'is būna dviejų rūšių:
- Oro-oro tipo radiatoriaus veikimo principas - suspaustą orą aušina oro srautas iš lauko.
- Oro-vandens tipo intercooler'iai suspaustą orą aušina aušinimo skystis, kuris vėliau aušinamas oru.
Oro aušintuvas yra radiatorius, montuojamas tarp kompresoriaus ir variklio, aušinamas aplinkinio oro srautu. Intercooler'is turi būti montuojamas tokioje vietoje, kurioje jis nuolatos galėtų „siurbti“ orą. Montuoti tokio tipo radiatorių priešais metalo plokštę - nėra gera idėja. Taip pat reikėtų pasakyti, kad radiatoriaus efektyvumas priklauso nuo konstrukcijos, o ne nuo jo dydžio.
Turbokompresoriaus gedimo priežastys
Mūsų mechanikai mato ir tikrina daugybę šiuolaikinių automobilių turbokompresorių. Turbinos turėtų tarnauti pakankamai ilgai, bet deja įvairios aplinkybės gerokai sutrumpina jų tarnavimo laiką. Štai dažniausiai pasitaikančios turbinos gedimų priežastys:
Netinkamas tepimas
Viena iš pagrindinių turbinų gedimo priežasčių yra netinkamas tepimas. Turbinos veikia esant itin dideliam greičiui ir temperatūrai, todėl turbinos ilgaamžiškumas priklauso nuo nuolatinio švarios ir kokybiškos alyvos tiekimo, bei sudaromo tepalo siurblio tinkamo slėgio. Nepakankamai alyvos sistemoje arba alyva netinkama. Variklio alyva iš esmės yra jūsų automobilio kraujas. Ji sutepa pagrindines judančias dalis, apsaugo jas nuo korozijos ir palaiko vėsinimą variklio veikimo metu. Kalbant apie turbokompresorių, jam reikalingas nuolatinis švarios, kokybiškos alyvos srautas. Alyvos trūkumas, netinkamai parinkta alyva arba prastos kokybės alyva gali sukelti teršalų kaupimąsi variklyje. Tai gali sukelti abrazyvinį poveikį turbinos vidinėms dalims. Dėl nepakankamo alyvos srauto arba nekokybiškos alyvos naudojimo gali atsirasti per didelė trintis, padidėti dėvėjimasis ir galiausiai sugesti turbinos sudedamosios dalys.
Pašalinių objektų pažeidimai
Kita dažna turbinos gedimo priežastis - pašalinių objektų pažeidimai. Smulkios dalelės, pavyzdžiui, dulkių dalelės, nešvarumai, smulkūs abrazyvai, gali patekti į turbiną per kompresoriaus arba turbinos įleidimo angą. Jei pašalinis objektas patenka į kompresoriaus korpusą, jis dažnai patenka iš oro filtro. Priešingai, jei pašalinis objektas sugadina turbiną, problema dažniausiai kyla dėl paties variklio. Pašaliniai objektai gali pažeisti kompresoriaus veleną, turbinos sparnuotę ar kitas svarbias sudedamąsias dalis. Dėl šios priežasties atsiranda pašaliniai garsai, sumažėja našumas arba turbokompresorius visiškai sugenda. Turbinos efektyvumas sumažės, jei pašaliniai objektai pradės gadinti kompresoriaus guolius ar turbinos mentes.
Per didelė apkrova
Turbinos gaminamos taip, kad veiktų neviršydamos tam tikrų padidinto slėgio ir apsisukimų ribų. Viršijus šias ribas, pernelyg apkrautas turbokompresorius gali sulūžti. Per didelis slėgis atsiranda, kai slėgio padidėjimas viršija gamintojo nustatytą lygį, o per didelės apsukos reiškia, kad turbokompresorius sukasi didesniu greičiu nei maksimalus jo pajėgumas. Abi situacijos gali susidaryti dėl mechaninių ar elektroninių gedimų, netinkamų modifikacijų ar agresyvaus vairavimo įpročių.
Karštis ir šiluminė įtampa
Turbokompresorius veikia intensyvus išmetamųjų dujų skleidžiamas karštis. Laikui bėgant ekstremali temperatūra gali sukelti terminį stresą, dėl kurio turbinos korpuse, kolektoriuje ar kitose sudedamosiose dalyse gali atsirasti įtrūkimų. Šilumos įšilimas išjungus variklį taip pat gali prisidėti prie šiluminės įtampos.
Alyvos užterštumas
Užteršta alyva gali turėti didelės įtakos turbinos veikimui ir patikimumui. Alyva gali būti užteršta dėl tokių veiksnių kaip variklio nusidėvėjimas, aušinimo skysčio nuotėkis arba kenksmingų priedų. Taip pat alyvos kokybei neigiamą įtaką dažnai sukelia variklio remontas, kurį atlikus alyvoje atsiranda abrazyvo. Užteršta alyva gali sukelti anglies sankaupas, užkimšti alyvos kanalus ir pažeisti turbinos sudedamąsias dalis.
Priverstinis variklio užvedimas
Pasitaiko atvejų, kai sugedę tam tikri variklio komponentai užkerta kelią transporto priemonės užvedimui. Tokiais atvejais dažnai į pagalbą pasitelkiamas purškiamas eteris, kuris paskatina variklio užvedimą. Nors purškiamas eteris išsprendžia momentinę variklio užvedimo problemą, tačiau tokia pagalba tikrai įtakoja neigiamą poveikį turbinai. Joje atsiradusi sprogstamoji energija gali pažeisti besisukančią sparnuotę arba ją deformuoti. Gali atsirasti tam tikras ūžesys dirbant varikliui dėl pasikeitusios sparnuotės geometrijos.
Pažeistos tarpinės
Jei tarpinės tarp kompresoriaus ir variklio nusidėvi arba įtrūksta, alyva nutekės į išmetimo sistemą. Dėl to turbina turi daugiau dirbti, kad padidintų oro slėgį.
Automobilio amžius ir rida
Automobilio amžius ir rida taip pat gali paveikti turbinos tarnavimo laiką.
Vėjo energijos problema
Turbokompresoriaus gedimo požymiai
Gali būti įvairių požymių, kurie gali būti siejami su turbokompresoriaus gedimu. Tačiau jei atidžiai stebite, kaip dirba Jūsų automobilis, galite nesunkiai pastebėti dažniausiai pasitaikančių problemų įspėjamuosius signalus ir greičiau imtis veiksmų:
- Automobilis pastebimai prarado galią. Automobilio įsibėgėjimas atrodo lėtas, triukšmingas. Automobilis gana sunkiai išlaiko didelį greitį.
- Iš išmetimo vamzdžio sklinda dūmai. Kai alyva patenka į išmetimo sistemą, ji degdama išskiria išskirtinius mėlynus/pilkus dūmus.
- Prietaisų skydelyje užsidega variklio gedimo lemputė. Daugumos šiuolaikinių automobilių kompiuteris gali atpažinti turbo gedimus, o prietaisų skydelyje pasirodys variklio patikros lemputė.
Kuo ilgiau važinėsite automobiliu su pažeista turbina, tuo daugiau bus sugadintas pats variklis, todėl remonto gali prireikti ne tik turbinai, bet ir varikliui. Nors automobilis gali važiuoti su sugedusia turbina, kur kas geriau būtų neeksploatuoti jo ir nuvežti automobilį į remonto dirbtuves, kad būtų atlikta patikra ir remontas.
Sprendimo būdai sugedus turbinai
Nustačius, kad turbina sugedo, realiai turite 2 variantus:
- Galite įsigyti visiškai naują turbiną ir ją sumontuoti - žinoma, tai tikrai nebus pigus "malonumas".
- Jei norite sumažinti išlaidas, turite galimybę atnaujinti, t.y. restauruoti turimą turbokompresorių.
Natūralu, kad pirmenybė turėtų būti teikiama naujai turbinai, nes jai bus suteikta ilgesnė garantija ir ji tarnaus ilgiau nei atnaujinta. Pastebėjus turbinos gedimą, būtina kreiptis į servisą atlikti patikrą, nustatyti problemas ir suremontuoti turbiną ar ją pakeisti nauja. Geriau neeksploatuokite automobilio su sugedusia turbina, nors juo važiuoti ir išeina.
Turbinos priežiūra ir ilgaamžiškumo užtikrinimas
Norint išvengti su tepimu susijusių gedimų, būtina reguliariai keisti alyvą, naudoti gamintojo rekomenduojamą alyvą ir palaikyti tinkamą alyvos lygį, taip pat neignoruoti užsidegusios raudonos tepalo lemputės prietaisų skydelyje, kuri nurodo tepalo slėgio trūkumą. Taip pat naudokite aukštos kokybės tepalo ir oro filtrus, nes jie atlieka labai svarbią funkciją. Montuojant aukštos kokybės oro filtrus ir reguliariai atliekant techninės priežiūros patikras, galima sumažinti turbinos gedimų riziką.
Laikydamiesi gamintojo rekomendacijų ir vengdami nereikalingos turbinos apkrovos, tokios kaip kompiuterio programavimo, kurio metu yra pakeliamas turbinos darbinis slėgis, galite išvengti gedimų, susijusių su per didelia apkrova. Leidimas varikliui atvėsti prieš jį išjungiant ir tinkama šiluminė apsauga gali padėti sumažinti šiluminę įtampą ir pailginti turbinos tarnavimo laiką. Reguliari alyvos analizė, skubus aušinimo skysčio nuotėkio šalinimas ir aukštos kokybės alyvos filtrų naudojimas gali sumažinti su alyvos užterštumu susijusių gedimų riziką.
Ypač šaltuoju metų periodu pašildykite variklį prieš važiuodami. Pašilus varikliui pašyla ir alyva, ko pasekoje ji geriau tepa turbiną. Sutepta turbina mažiau dėvisi. Po vairavimo sustojus, negesinkite variklio, leiskite kelias minutes jam atvėsti.
Naudokite tinkamus kuro priedus, kurie padeda palaikyti turbinos švarą. Pvz., profesionalus ir itin veiksmingas - Turbinos valiklis JLM Diesel Turbo. Tai yra vienas geriausių šiuo metu rinkoje esančių Turbinų valiklių. Panaudojus JLM Turbo Cleaner, nešvarumai ir suodžiai su laiku išnyks. Turbina dirbs pilnu našumu, o oro ir degalų santykis taps idealus. Taip pat reikėtų suprasti, kad tai yra priežiūros priemonė, o ne esamo GEDIMO sprendimo būdas. Jį reikia naudoti prevenciškai norint sumažinti apnašų kaupimąsi, periodiškas naudojimas tikėtina veiks daug geriau nei vienkartinis. Juolab, kai paskaičiuosime, kad jo naudojimas Jums kainuos TIK 0,004eur/km.
Papildomi turbokompresoriaus sistemos elementai
Wastegate
Po šiuo labai mandru vardu slypi pakankamai paprasta detalė. Wastegate'as yra paprastutis vožtuvas, kuris, atsiradus tam tikram oro slėgiui, išleidžia išmetimo dujas aplink turbiną, vietoje to, kad leistų dujoms eiti per turbiną. Visi esate girdėję kaip galingi automobiliai švilpauja. Tačiau kokia jo paskirtis? Kai jūs su savo automobilių greitėjate, leidžiate turbinai pilnai įsisukti ir staiga atleidžiate akceleratoriaus pedalą, droselio sklendė užsidaro, o suspaustas oras „atsitrenkia“ į uždarytą sklendę. Gaunama aukšta slėgio banga, kuri keliauja nuo droselio sklendės atgal į kompresorių ir kompresoriaus sparnelius. Nors BOV'as suslėgtą orą paima ir išmeta laukan, tačiau jis apsaugo turbiną nuo skausmingų mechaninių smūgių.
Mechaniniai kompresoriai
Alternatyva turbokompresoriams su mechaniniu kompresoriumi - impulsinis firmos „Siemens“ įpūtimas. „Rutz“ tipo mechaninio kompresoriaus veikimo schema: 1 - korpusas; 2 - besisukantis rotorius. Iš konstrukcijų, kurios turėjo pasisekimą pirmąjį praėjusio amžiaus trečdalį, šiandien labiausiai paplitę „Rutz“ tipo rotoriniai kompresoriai. Mechaninių įrenginių pranašumai ir trūkumai sąlygojami jų stipraus ryšio su variklio velenu. Būtent dėl jo variklis ir mechaninis kompresorius visada stipriai sujungti, nepriklausomai nuo variklio darbo režimų. Anksčiau mechaninius kompresorius dažniausiai montuodavo didelio tūrio varikliuose siekiant padidinti jų galingumą. Šiandien atvirkščiai juos dažniau montuoja į sąlyginai nedidelius variklius ir suderina taip, kad jie gerintų cilindrų prapūtimą, sumažindami išmetamųjų dujų toksiškumą ir padidindami stūmoklinės dalies NVK (naudingo veikimo koeficientą).
Vokiečių firma, viena iš kompresorių naudojimo pionierių, paiso „klasikos“ iki šiol, nors, žinoma, nuolat ją tobulina. Pavyzdžiui, „Rutz“ kompresoriaus rotorius privertė suktis 12 000 aps/min dažniu, anksčiau atrodžiusiu nepasiekiamu. Tokių rotorių paviršiui naudojami ypatingi polimerai, leidžiantys maksimaliai sumažinti tarpus, o tai reiškia ir oro pratekėjimą aplenkiant rotorius. Galimybė efektyviai dirbti esant mažoms apsukoms mechaniniams kompresoriams labai svarbi, juk būtent tai nuo seno buvo viena iš silpnų vietų. Viena iš svarbiausių priežasčių jau minėtas oro pratekėjimas kompresoriuje, tuo didesnis, kuo mažesnis menčių sukimosi greitis. Atsiliepia ir papildoma variklio apkrova. Juk variklio galingumas esant mažoms apsukoms ir taip mažas, o jį dar verčia sukti kompresorių. Mechaniniai kompresoriai, atsiradę prieš šimtą metų, neužleidžia pozicijų. Juk šiuolaikinės technologijos leidžia gaminti „klasikinius kompresorius“ laikrodinių mechanizmų tikslumu. Turboįpūtimo rezervai juo labiau neišsemti.
tags: #automobilio #turbinos #ausintuvas