Kintamos geometrijos turbokompresoriaus veikimo principas ir ypatumai

Turbokompresorius, dažnai vadinamas tiesiog turbina, yra neatsiejama šiuolaikinių automobilių variklių dalis, atliekanti gyvybiškai svarbią funkciją, didinant variklio galią ir efektyvumą. Šiame straipsnyje gilinsimės į kintamos geometrijos turbokompresoriaus veikimo principus, jo privalumus, tipus ir priežiūrą, pabrėžiant, kad turbinos leidžia išgauti daugiau galios nedidinant variklio darbinio tūrio.

Kas yra turbokompresorius ir kaip jis veikia?

Turbokompresorius iš esmės yra oro siurblys, kuris veikia pasinaudodamas variklio išmetamųjų dujų energija. Jo veikimo principas yra nesudėtingas: variklio išmetamosios dujos suka turbiną, o ši, per velenėlį sujungta su kompresoriumi, pumpuoja papildomą orą į variklio degimo kamerą. Didesnis oro kiekis cilindre leidžia sudeginti daugiau degalų, todėl variklis gali generuoti didesnę galią ir efektyvumą. Nors didesnis oro kiekis reikalauja ir didesnio degalų kiekio, turbokompresorius leidžia pasiekti žymiai geresnę degalų ekonomiją, lyginant su analogiško pajėgumo, tačiau turbokompresoriaus neturinčiu, varikliu. Be to, variklis su turbina bus ir mažesnis, ir lengvesnis.

Turbokompresoriaus veikimo procesas

Turbinos veikimo procesas prasideda nuo variklio išmetamųjų dujų. Variklis, degindamas kurą, dideliu greičiu paleidžia išmetamąsias dujas, kurios nukreipiamos per išmetimo kolektorių į turbinos korpusą. Išmetamosios dujos eina per turbinos sparnuotę, priverčiant ją greitai suktis. Ši sparnuotė velenu sujungta su oro kompresoriumi kitoje turbinos pusėje, todėl, turbinai besisukant, siurbiamas oras.

Turbinos sparnuotė įtraukia aplinkos orą ir jį suspaudžia. Tada šis suslėgtas oras į variklio įsiurbimo kolektorių patenka didesniu slėgiu ir tankiu nei atmosferiniuose varikliuose (varikliuose, kuriuose nėra turbinos). Padidėjęs oro tankis leidžia varikliui sudeginti daugiau degalų, todėl degimas efektyvesnis, o galia yra didesnė. Viena iš svarbiausių turbinos funkcijų yra temperatūros, kuri susidaro suspaudžiant orą, reguliavimas. Daugumoje variklių, kuriuose naudojama turbina, yra tarpinis aušintuvas (angl. "Intercooler"), kuris atvėsina suslėgtą orą prieš jam patenkant į variklį. Tai užtikrina didesnį oro tankį ir deguonies kiekį, kas dar labiau padidina degimo efektyvumą.

Pagrindiniai turbokompresoriaus komponentai

Turbokompresorių sudaro dvi pagrindinės dalys: turbina ir kompresorius, sujungtos bendru velenėliu.

• Turbina: Tai variklio išmetamųjų dujų energijos panaudojimo elementas. Išmetamosios dujos iš variklio išleidžiamojo kolektoriaus patenka į turbokompresoriaus priimamąjį atvamzdį ir suka turbinos rotorių. Turbinos sukimosi greitis priklauso nuo jos korpuse esančio kanalo dydžio ir formos. Turbinos korpusas liejamas iš temperatūrai atsparaus lydinio.
• Turbinos rotorius ir ašis: Turbinos rotorius gaminamas iš aukštos kokybės, aukštai temperatūrai atsparių medžiagų ir tvirtai pritvirtinamas prie ašies. Ašis sujungimo vietoje būna tuščiavidurė, o tai apsunkina šilumos perdavimą iš turbinos rotoriaus į ašį. Iš turbinos pusės ašyje yra įdubimas su sandarinimo žiedu.
• Kompresorius: Kompresorius, esantis ant plonesnio ašies galo, susideda iš korpuso ir rotoriaus. Kompresoriaus dydis priklauso nuo varikliui reikalingo oro kiekio ir turbinos sukimosi greičio. Oras, siurbiamas per oro filtrą, nukreipiamas į rotoriaus periferiją ir menčių nubloškiamas link kompresoriaus korpuso sienelės. Dėl to oras suslegiamas ir per įleidžiamąjį kolektorių patenka į variklį.
• Ašies korpusas: Ašies korpusas yra centrinė turbokompresoriaus dalis, esanti tarp turbinos ir kompresoriaus. Ašis sukasi slydimo guoliuose. Variklio alyva kanalais nuteka tarp korpuso ir guolių, taip pat tarp guolių ir ašies. Kompresorius sandarinamas iš abiejų pusių alyvą sulaikančiomis tarpinėmis ir sandarinimo žiedais.

Kintamos geometrijos turbinos (VNT) veikimas

Kintamos geometrijos turbokompresoriai (VNT - Variable Nozzle Turbine arba VGT - Variable Geometry Turbocharger) yra sudėtingesni nei įprasti turbokompresoriai. Jų pagrindinis privalumas yra gebėjimas optimizuoti turbinos darbą įvairiais variklio sūkiais, reguliuojant išmetamųjų dujų srautą, kuris patenka į turbinos sparnuotę, keičiant krypties mentelių kampą. Ši sistema leidžia išvengti turbosūkdaugio (turbo lag) esant žemiems sūkiams ir užtikrina maksimalią galią aukštuose sūkiuose.

Kai važiuojama žemomis apsukomis, VNT sistema, pasitelkdama specialias menteles, dalinai uždengia turbinos įėjimo kanalą, taip pagreitindama srautą ir priversdama sparnuotę suktis greičiau. Varikliui dirbant mažomis apsukomis, įgalinama 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. Dėl šios technologijos kintamos geometrijos pagalba padidinamas išmetimo dujų greitis, turbokompresoriaus ašis greičiau išsisuka ir sukelia slėgį sistemoje.

Kol kas kintamos geometrijos turbokompresoriai montuojami (serijinėje gamyboje) tik dyzeliniuose automobiliuose. Benzininiuose automobiliuose išmetimo dujų temperatūra didesnė nei dyzeliniuose, dėl šios priežasties mažėja kintamos geometrijos ilgaamžiškumas. Tačiau, tobulėjant įvairioms automobilių sistemoms, ši sistema bus pritaikoma vis plačiau ir plačiau.

Kintamos geometrijos reguliavimas

Turbinos kintamos geometrijos reguliavimas yra kritinis veiksnys siekiant užtikrinti optimalų turbokompresoriaus našumą. Visi turbokompresoriai su kintama geometrija (VNT) turi būti reguliuojami geometrijos reguliavimo stende. TURBO TEST PRO yra pažangios turbinos geometrijos reguliavimo staklės, sukurtos tiksliai ir efektyviai nustatyti bei reguliuoti kintamos geometrijos turbinų (VNT/VGT) sistemų veikimą. Šios staklės užtikrina nepriekaištingą turbokompresoriaus našumą, padidindamos variklio efektyvumą ir ilgaamžiškumą. Greitas ir efektyvus reguliavimas leidžia sutrumpinti remonto laiką ir didinti darbo našumą.

Turbokompresorių privalumai

Turbokompresoriai su kintama geometrija (VNT) atlieka svarbų vaidmenį modernių automobilių variklių efektyvumo ir galios didinimo srityje. Jie revoliucionavo automobilių rinką, suteikiant didžiulį potencialą gaminti gerokai našesnius variklius.

• Didelė variklio galia: Bene pagrindinis ir visada pabrėžiamas turbokompresoriaus ypatumas - varikliui suteikiama didžiulė galia. Nė vienas atmosferinis variklis, gaunantis orą natūraliu būdu, nebus galingesnis už tokio paties darbinio tūrio variklį, kuriam orą įpučia turbokompresorius. Šiandieniniai 1,6 l varikliai su priverstiniu oro įpūtimu, montuojami į serijinius automobilius, gali išvystyti apie 300 AG.
• Degalų ekonomija: Nors daugiau oro reiškia ir didesnį degalų poreikį, bendra degalų ekonomija turbokompresorius naudojančiuose varikliuose yra kur kas geresnė nei motoruose be jo. Tai pasiekiama dėl efektyvesnio degimo proceso ir galimybės naudoti mažesnius variklius, kurie pasiekia didesnę galią.
• Mažesnis variklio tūris ir masė: Dėl unikalios technologijos, turbokompresorinio variklio lyginamoji masė (kg/kW) žymiai mažesnė, palyginti su įprastu varikliu. Turboįpūtimas - suspausto oro padavimas į įsiurbimo kolektorių - tai pats efektyviausias variklio galios didinimo būdas.
• Geresnės sukimo momento charakteristikos: Pripučiamo turbokompresoriumi variklio sukimo momento charakteristika taip pat palankesnė. Dėl didelio sukimo momento augimo krentant sūkiams, maksimali galia išlieka ir esant sūkiams mažesniems nei nominalūs. Variklio sukimo momentas padidėja bei kylant variklio apsisukimams sukimo momentas tolygiau kyla.
• Mažesnė tarša ir tylesnis veikimas: Turbokompresorinis variklis yra tylesnis už paprastą. Turbodyzeliniai varikliai gali dirbti su didesniu oro pertekliaus koeficientu, išmeta mažai teršalų ir sunaudoja žymiai mažiau degalų.

Turbokompresoriniai varikliai naudojami visur, kur reikalinga degalų ekonomija. Kuo didesnis variklis, tuo aktualesnės mažos degalų sąnaudos. Šiuolaikiniai turbodyzeliniai varikliai lengviesiems automobiliams nenusileidžia galia benzininiams, o kai kur ir juos pralenkia, turi geresnę sukimo momento charakteristiką, išmeta mažai teršalų ir sunaudoja žymiai mažiau degalų.

Turbokompresoriaus priežiūra ir eksploatacija

Didelė nauda niekada neateina be sąnaudų. Turbokompresoriaus atveju, didžiausios sąnaudos yra eksploatacija - turbina patiria dideles apkrovas ir gali suktis net iki 100 000 kartų per minutę greičiu. Didžiausia turbinų problema - jos veikia, esant itin ekstremaliomis sąlygomis. Beprotišku greičiu besisukanti ir išmetamųjų dujų kaitinama turbina labai įkaista. O perkaitimas, didelės amplitudės temperatūrų kaita ir tepimo sutrikimai yra didžiausi turbokompresorių priešai. Norint su šių priešų vengti, pakanka tinkamai prižiūrėti variklį ir tinkamai juo naudotis.

Tinkamos priežiūros priemonės

Tinkamos naudojimosi taisyklės nėra sudėtingos, tačiau jų reikia nuosekliai laikytis:

1. Reguliarus variklio alyvos keitimas: Tai viena svarbiausių procedūrų. Dažnai keičiant variklio alyvą, iš jos pašalinami visi pašaliniai objektai, kurie gali pakenkti turbinai. Variklio alyva ne tik tepa, bet ir aušina turbokompresorių. Visuomet rekomenduotina rinktis konkrečią, gamintojo nurodytą, alyvą.
2. Alyvos ir oro filtrų keitimas: Šie filtrai užtikrina švarų oro ir alyvos tiekimą į turbokompresorių. Per oro tiekimo sistemą patenkančioms kietosioms dalelėms, ant kompresoriaus menčių atsiranda smūgių žymės, o ilgainiui išsibalansavusios mentės ima lūžinėti.
3. Variklio įšilimas ir atvėsimas: Norint, kad turbinos resursas pasiektų paties variklio resursą, galima imtis ypatingos jos priežiūros, kuri aktualiausia šaltuoju metų periodu: užvedus variklį, minutę leisti dirbti jam laisva eiga. Per tą laiką alyva sušils, įkaitins turbiną ir ji nepatirs staigių temperatūros pokyčių. Taip pat, automobiliui sustojus, variklį išjunkite tik leidę jam dar bent minutę veikti laisvąja eiga. Tai ypač svarbu po ilgo važiavimo, varikliui veikiant didele apkrova. Laisvoji eiga turbinai leidžia atvėsti.
4. Tolygus automobilio greitėjimas: Agresyvus vairavimo stilius, aukšti variklio sūkiai bei ilgas veikimas tuščiąja eiga gali prisidėti prie turbinos apkrovos ir gedimų.
5. Kuro priedų naudojimas: Naudokite tinkamus kuro priedus, kurie padeda palaikyti turbinos švarą. Periodiškas turbinos valiklio naudojimas gali padėti sumažinti apnašų kaupimąsi ir palaikyti turbinos veikimą.

Laikoma, kad turbokompresoriaus veikimo resursas prilygsta variklio resursui, tačiau, būdama jautri naudojimo sąlygų specifikai, turbina savo „gyvenimą“ paprastai baigia anksčiau. Tinkamai prižiūrimų variklių turbokompresoriai, važinėjant tolimaisiais reisais, atlaiko bent milijoną kilometrų.

Dažniausi turbinos gedimo požymiai

Sugedęs turbokompresorius gali stipriai paveikti variklio efektyvumą ir patikimumą. Mokėdami atpažinti turbinos gedimus galėsite išvengti tolimesnių problemų ir užtikrinti saugią automobilio eksploataciją.

Štai keletas dažniausiai pasitaikančių turbinos gedimo požymių:

• Sumažėjusi galia ir lėtesnis įsibėgėjimas: Vienas iš lengviausiai pastebimų požymių - sumažėjusi variklio galia ir lėtesnis įsibėgėjimas. Jei jaučiate, kad jūsų automobilis sunkiai pasiekia įprastą greitį arba pasidarė vangus.
• Padidėjęs dūmingumas: Neįprastai didelis išmetamųjų dujų kiekis, ypač jei dūmai yra mėlyni (alyvos sunaudojimas) arba juodi (oro ir degalų mišinio disbalansas).
• Turbinos klibėjimas: Kai susidėvi turbinos įvorės, jaučiamas ašelės klibėjimas, dėl kurio gali būti pažeidžiamas turbinos korpusas, sparnuotė arba praleidžiama alyva.
• Pašaliniai variklio garsai: Cypimas, metalo trinties arba barškėjimo garsas iš variklio skyriaus gali įspėti apie turbinos guolių arba sparnuotės problemas.
• Degėsių kvapas: Gali signalizuoti apie alyvos nuotėkį ir sąlytį su įkaitusiais variklio komponentais.
• Variklio alyvos trūkumas: Neveikianti turbina gali praleisti alyvą į degimo kamerą, taip ją deginant kartu su degalais.
• „Check engine“ lemputė: Gali aktyvuotis dėl įvairių variklio darbo neatitikimų, kuriuos sukelia turbinos gedimas.
• Sumažėjęs slėgis: Staigus turbinos slėgio sumažėjimas gali reikšti pažeidimą, ypač spaudžiant akceleratoriaus pedalą.
• Padidėjusios kuro sąnaudos: Dėl netinkamai veikiančios turbinos kuro degimas gali būti neefektyvus.

Dažniausios turbinos gedimo priežastys

Turbinos yra sudėtingi mechaniniai komponentai, kurie gali sugesti dėl įvairių priežasčių:

• Netinkamas tepimas ir alyvos užterštumas: Dažniausia priežastis, dėl kurios greičiau nusidėvi ir pažeidžiami guoliai bei velenai. Alyvoje atsiradus pašaliniams objektams, paspartinamas visų tepamų paviršių dilimas.
• Per didelis karštis: Dėl netinkamo aušinimo ar alyvos tiekimo turbinos komponentai gali deformuotis, atsiranda ašelės klibėjimas, sutrinka turbinos geometrija. Perkaitimas gali pasireikšti išblukusiomis dėmėmis ant korpuso.
• Nekokybiški degalai ir netinkamas variklio reguliavimas: Naudojant nekokybiškus degalus arba esant netinkamam variklio reguliavimui turbina ima dar labiau kaisti.
• Nusidėvėjimas dėl amžiaus ir ridos: Automobilio amžius ir rida taip pat turi įtakos turbinos tarnavimo laikui.
• Išoriniai veiksniai: Montavimo klaidos, netinkamas balansavimas ir įvairių detalių pažeidimas gali pakenkti turbinos geometrijai. Smulkūs pašaliniai objektai (variklio detalių dalelės ar per oro filtrą patenkantys aplinkos nešvarumai), patekę į didžiuliu greičiu besisukančią turbiną, gali sugadinti mentes ar guolius.

Ar galima toliau važiuoti pastebėjus turbinos gedimą?

Nors galima važiuoti su sugedusia turbina, tai nėra patartina. Galite sukelti dar didesnę žalą automobiliui bei pavojų saugumui. Dėl netinkamai veikiančios turbinos gali sumažėti variklio galia, padidėti degalų sąnaudos, išbėgti variklio alyva, o tai gali sugadinti variklį dėl per didelės trinties ir temperatūros tarp komponentų. Be to, pažeista turbina gali neigiamai paveikti bendrą transporto priemonės valdymą, kadangi akceleratorius pasidaro ne toks jautrus, ypač tais atvejais, kai reikia pagreitinti automobilį. Taigi, jeigu atsirado turbinos gedimas, automobilio eksploatuoti nereikėtų ir būtina kreiptis į autoservisą.

Turbokompresoriaus remontas ir restauravimas

Turbinos pačiam susiremontuoti neišeis - ją teks pirkti naują arba restauruoti. Naujos kaina gali siekti ir tūkstantį eurų, restauravimas paprastai triskart pigesnis. Kintamos geometrijos turbinos remontas yra maždaug 10 proc. brangesnis.

Internete galima rasti daugybę pasiūlymų pačiam restauruoti turbinas, tačiau specialistai tokias idėjas kategoriškai neigia. Svarbiausias restauravimo procesas - turbinos balansavimas. 100 tūkstančių sūkių per minutę besisukanti turbina reaguos į mažiausią disbalansą, o tinkamam balansavimui reikalingos namudinėmis sąlygomis neprieinamos technologijos. Reikia įvertinti tai, kad turbinos detalių tolerancijos siekia vos keletą mikrometrų.

Restauruojant keičiami guoliai, tarpikliai, turbinos ir kompresoriaus sparnuotės. Paprastai jie sumontuojami į senąjį korpusą, tuomet mazgas subalansuojamas, patikrinamas jo hermetiškumas. Gamintojų atstovai neužsiima turbinų restauravimu, tačiau siūlo galimybę seną kompresorių pakeisti į gamykloje restauruotą ir gamyklinę garantiją turintį mazgą. Lyginant su naujos turbinos pirkimu, toks pasirinkimas leidžia sutaupyti. Jeigu jūsų automobilio turbina neveikia tinkamai, rekomenduojama kreiptis į autoservisą, kuriame atliekamas turbinos restauravimas, keitimas bei reguliavimas. Atvykus į autoservisą bus atlikta turbinos diagnostika, rastas galimas gedimas ir, priklausomai nuo gedimo dydžio, sugedusią dalį bus galima taisyti arba keisti.

tags: #kintamos #geometrijos #turbina #veikimas