Turbokompresorius - tai kompresorius arba oro siurblys, veikiantis nuo turbinos. Turbina sukasi, naudodama panaudotų dujų srovės energiją. Dyzelinio variklio turbokompresorius sukasi nuo 1000 iki 130 000 aps./min. Turbina tiesiogiai jungiama su kompresoriumi tvirta ašimi. Kompresorius įtraukia šviežią orą per oro filtrą, suspaudžia jį ir suspaustą išleidžia į variklio įleidžiamąjį kolektorių. Teoriškai egzistuoja turbinos ir turbokompresoriaus kompresoriaus galingumų pusiausvyra: kuo daugiau energijos turi panaudotos dujos, tuo greičiau suksis turbina. Šis įrenginys išnaudoja energiją, kuri kitaip būtų prarandama, todėl turbina tampa efektyviu būdu padidinti variklio našumą.
Turbokompresoriaus struktūra ir veikimas
Turbokompresorių sudaro turbina ir kompresorius, sujungti bendra ašimi. Turbina, varoma išmetamųjų dujų, per ašį suka kompresorių, kuris pumpuoja orą į variklį. Dėl didesnio oro kiekio cilindre galima sudeginti daugiau kuro viename variklio cikle, o tai padidina galią ir efektyvumą.
Turbinos sandara ir funkcijos
Turbiną sudaro korpusas ir rotorius. Panaudotos dujos iš išleidžiamojo variklio kolektoriaus patenka į priimamąjį turbokompresoriaus atvamzdį. Turbinos sukimosi greitis priklauso nuo jos korpuse esančio kanalo dydžio ir formos. Tai primena laistymo žarną: kuo labiau pirštu uždengiate išeinamąją angą, tuo toliau trykšta vandens srovė. Turbinų korpusai smarkiai skiriasi priklausomai nuo naudojimo srities. Esant tam tikro tipo korpusui tampa įmanomas impulsinis dujų srovės judėjimas ir galima sulaukti rezonansinių reiškinių. Turbinos korpuse, turinčiame dvigubą kanalą, kiekviena srovė paskirstoma visame turbinos rotoriaus paviršiuje.
Sistemoje su nuolatiniu slėgiu naudojama tik slenkamojo judėjimo panaudotų dujų energija. Šiuo atveju tegali būti naudojami tik turbinų korpusai su vienu kanalu. Didelių matmenų turbokompresoriuose dažnai įmontuojamas papildomas žiedas su nukreipiamosiomis mentėmis. Jis palengvina panaudotų dujų nuolatinės srovės sukūrimą turbinos rotoriuje ir leidžia reguliuoti srovę. Turbinos korpusas liejamas iš temperatūrai atsparaus lydinio. Turbinos rotorius taip pat gaminamas iš aukštos kokybės medžiagų, atsparių aukštai temperatūrai. Prie ašies stipriai pritvirtinamas turbinos rotorius. Ašies medžiaga skiriasi nuo medžiagos, naudojamos turbinos rotoriui.
Ašies ir rotoriaus sujungimas
Ašis sujungimo vietoje yra tuščiavidurė. Ši tuštuma apsunkina šilumos perdavimą iš turbinos rotoriaus į jos ašį. Iš turbinos pusės ašyje yra įdubis, kuriame - sandarinimo žiedas. Prie plonesnio ašies galo montuojamas kompresoriaus rotorius; ten yra sriegis, ant kurio užsukama apsauginė veržlė rotoriui pritvirtinti.
Kompresoriaus veikimas
Kompresorių sudaro korpusas ir rotorius. Kompresoriaus dydį nulemia varikliui reikalingo oro kiekis ir turbinos sukimosi greitis. Kompresoriaus rotorius stipriai pritvirtintas prie turbinos ašies, taigi sukasi tokiu pat greičiu kaip ir turbinos rotorius. Taip įsiurbiamas oras nukreipiamas į rotoriaus periferiją ir menčių nubloškiamas link kompresoriaus korpuso sienelės. Dėl to oras suslegiamas ir per įleidžiamąjį kolektorių patenka į variklį. Didesnis oro kiekis cilindre leidžia sudeginti daugiau degalų viename variklio cikle, o tai padidina galią ir efektyvumą.
Turbokompresoriaus sutepimas ir sandarinimas
Turbokompresorius sutepamas nuo variklio sutepimo sistemos. Ašies korpusas yra centrinė turbokompresoriaus dalis, esanti tarp turbinos ir kompresoriaus. Ašis sukasi slydimo guoliuose. Motorinė alyva kanalais nuteka tarp korpuso ir guolių, taip pat tarp guolių ir ašies. Paskutiniu metu atsirado konstrukcijų, kuriose guolis nejuda, o ašis sukasi alyvos vonelėje.
Kompresorius sandarinamas iš abiejų pusių įmontuojant alyvą sulaikančias tarpines. Iš abiejų pusių įmontuojami ir sandarinimo žiedai. Nors šie žiedai ir padeda išvengti alyvos nuotėkio, jie iš tiesų nėra sandarinimo tarpinės. Juos reikia laikyti elementu, apsunkinančiu oro nuotėkį tarp turbinos, kompresoriaus ir ašies korpuso. Įprastu turbokompresoriaus darbo režimu turbinoje ir kompresoriuje slėgis didesnis nei ašies korpuse. Visi alyvos sandarikliai dinaminio tipo.
Iš turbinos pusės sandarinimo žiedai išdėstyti grioveliuose (tiek ašies korpuse, tiek ir ant pačios ašies). Tokiu pat principu žiedai sumontuoti ir iš kompresoriaus pusės. Sandarinimo žiedai atlieka svarbiausią vaidmenį užtikrinant hermetiškumą. Sandarinimo žiedas sukasi tokiu pat greičiu kaip ir ašis. Slėgis kompresoriuje ir turbinoje išstumia alyvą į korpusą. Dėl išcentrinės jėgos už kompresoriaus rotoriaus susidaro vakuumas.
Dirbant kompresoriui galimas alyvos nuotėkis iš ašies korpuso į kompresorių. Šiame kompresoriuje svarbiausią vaidmenį sandarinant vaidina sandarinimo žiedas. Kai variklis dirba mažomis apsukomis arba be apkrovos, už rotoriaus susidaro mažesnio slėgio zona. Alyva, tekanti nuo sandarinimo žiedų, nuteka vidine plokštelės puse žemyn, t. y. link angos alyvai nutekėti. Jei kompresoriuje susidarytų vakuumas, dujos įsiurbiamos lengviau nei gerokai sunkesnė alyva.
Iš turbinos pusės alyvos nukreipimo problema ne tokia svarbi, turint omenyje, kad normaliomis sąlygomis slėgis turbinoje visada didesnis negu ašies korpuse. Bet kokioje ašies korpuso konstrukcijoje numatyta šilumos mainų sumažinimo būtinybė tarp turbinos su sandarinimo žiedais ir kompresoriaus. Šiuo tikslu iš turbinos pusės įmontuojama termoizoliacinė plokštelė, o ašies korpuse yra daugybė elementų šilumos mainams.
Turbokompresoriaus eksploatavimo problemos ir sprendimai
Turbokompresoriaus veikimo metu gali kilti keletas problemų. Pavyzdžiui, suspaustas oras, pumpuojamas į cilindrus, gali sukelti detonaciją - reiškinį, kai oro ir degalų mišinys susprogsta anksčiau, nei turėtų, dėl didelio oro temperatūros kilimo. Tai gali stipriai pažeisti variklį, todėl būtina naudoti aukštesnio oktaninio skaičiaus degalus.
Kita problema - vadinamoji „turbopauzė“ (Turbo Lag), kai po akceleratoriaus pedalo paspaudimo reikia laiko, kol turbina įsisuks ir sukurs reikiamą slėgį. Šią problemą galima iš dalies spręsti naudojant mažesnius turbokompresorius, kurie įsisuka greičiau, tačiau jie negali užtikrinti pakankamo oro kiekio esant dideliems variklio sūkiams. Dideli turbokompresoriai tieks daugiau oro esant aukštiems sūkiams, bet turės didesnę turbopauzę. Visgi, verta paminėti, kad guolinio tipo turbinose šis trūkumas yra mažiau pastebimas.
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 (intercooler), kuris aušina suspaustą orą, leidžiant varikliui gauti daugiau deguonies. Oro aušintuvas yra radiatorius, montuojamas tarp kompresoriaus ir variklio, aušinamas aplinkinio oro srautu.
Turbokompresorių privalumai
Automobilinės turbinos pasižymi keliais svarbiais privalumais:
-
Geresnis degalų naudojimo efektyvumas
Vienas iš pagrindinių automobilių turbinų privalumų yra didesnis degalų naudojimo efektyvumas. Turbinos veikia pagal principą, kai surenkama ir panaudojama atliekinė šiluma, taip maksimaliai padidinant iš degalų išgaunamą energiją. Dėl to, palyginti su įprastais varikliais, padidėja rida ir sumažėja degalų sąnaudos, todėl turbinos tampa patraukliu pasirinkimu ekologija ir mažesnėmis kuro sąnaudomis besirūpinantiems vairuotojams.
-
Mažesnė tarša
Automobilių turbinos gali gerokai sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą. Naudojant atliekinę šilumą ir optimizuojant degalų deginimą, jos išskiria mažiau kenksmingų teršalų, pavyzdžiui, anglies dioksido ir azoto oksidų. Dėl to turbinos yra ekologiškesnis pasirinkimas, prisidedantis prie švaresnio oro ir sveikesnės aplinkos.
-
Didelis galios ir svorio santykis
Turbinos pasižymi įspūdingu galios ir svorio santykiu. Dėl kompaktiško dydžio ir lengvos konstrukcijos jos gali generuoti didelę galią, palyginti su jų mase.
Turbokompresoriaus priežiūra ir eksploatacija
Kaip eksploatuoti automobilį su turbina, kad jis ilgai tarnautų? Kadangi turbinos veikia itin aukštoje temperatūroje, svarbu užtikrinti, kad karštis nepakenktų metalinėms detalėms.
Norint užtikrinti ilgą turbokompresoriaus tarnavimo laiką, būtina laikytis šių rekomendacijų:
- Alyvos keitimas: Ypač svarbu reguliariai keisti variklio alyvą ir alyvos filtrą (filtrus). Jei naudojate pigesnius, pusiau sintetinius tepalus, tai reikėtų daryti kas 5000 kilometrų, kad išvengtumėte alyvos apnašų susidarymo, kurios gali pažeisti turbinos veleną. Naudojant sintetinę alyvą ir keičiant ją kas 10 000 kilometrų, galima sumažinti šią riziką.
- Variklio aušinimas: negalima gesinti variklio iškart po darbo dideliais režimais (po apkrovų). Po intensyvaus važiavimo, kai turbina dirbo didelėmis apkrovomis, iškart neišjungus variklio gali kilti perkaitimo pavojus.
- Išmetimo sistema: Sekite, kad nebūtų užsikimšusi išmetimo sistema (ypač automobiliams su katalizatoriais). Užsikimšus išmetimo sistemai (ar katalizatoriui) turbokompresorius gauna neleistiną ašinę veleno apkrovą.
Turbokompresoriaus techninės priežiūros sudėtingumas
Automobilių turbinoms keliami pakankamai sudėtingi techninės priežiūros reikalavimai. Dėl sudėtingos konstrukcijos ir tik turbinų sandarai būdingų komponentų reikia specialių žinių ir įrangos techninei priežiūrai bei turbinų remontui. Tai gali lemti didesnes techninės priežiūros išlaidas ir galimus sunkumus ieškant kvalifikuotų technikų, išmanančių turbinų remonto technologiją. Savarankiški turbinos remonto darbai yra neįmanomi, nes reikalingos ne tik specifinės žinios, bet ir nemenkų investicijų reikalaujanti įranga.