Naujų automobilių turbinų informacija

Turbokompresorius, arba sutrumpintai turbina, tapo neatsiejamu šiuolaikinių dyzelinių ir daugelio benzininių automobilių variklių atributu. Nors į automobilių pasaulį jis atkeliavo palyginti neseniai ir pradėjo populiarėti maždaug prieš du dešimtmečius, šiandien jis yra plačiai paplitęs.

Kas yra turbokompresorius ir kaip jis veikia?

Turbokompresorius (angl. „turbocharger“) yra įrenginys, varomas išmetamųjų dujų, kuris sujungtas velenu su kompresoriumi, pumpuojančiu orą į variklį. Jo pagrindinis tikslas - padidinti variklio galią. Dėl didesnio oro kiekio cilindre galima sudeginti daugiau degalų viename variklio cikle. Daugiau sudegusių degalų reiškia daugiau išmetamųjų dujų, o tai savo ruožtu lemia didesnę galią. Tai inžinerinis sprendimas, leidžiantis pasiekti didesnį variklio našumą beveik be papildomų energijos sąnaudų, panaudojant energiją, kuri kitaip būtų prarandama. Turbina veikia efektyviausiai prie aukštesnių variklio apsukų. Šiuolaikiniuose varikliuose diegiama tiesioginio įpurškimo sistema, kuri labai operatyviai reaguoja į akceleratoriaus paspaudimą.

Turbokompresoriaus veikimo principas

Variklio išmetamosios dujos, susidarančios degant degalų mišiniui, nukreipiamos į turbinos (pirmojo rato) mentes ir priverčia jį suktis. Šis ratas yra sujungtas velenėliu su kompresoriumi (antrojo rato), esančiu kitame mazgo gale. Abu ratai sukasi vienodu greičiu. Kompresorius įtraukia orą iš aplinkos, suspaudžia jį ir pumpuoja į variklio cilindrus. Dėl suspaudimo oras smarkiai įkaista.

Idealiųjų dujų dėsnio reikšmė

Prieš gilindamiesi į turbinos veikimą, verta suprasti pagrindinį fizikos dėsnį - idealiųjų 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. Dujos teka iš didesnio slėgio zonos į žemesnio slėgio zoną, o kuo didesnis slėgių skirtumas, tuo didesne jėga dujos veržiasi į žemesnio slėgio zoną.

Oro aušintuvas (interkuleris)

Kadangi didesnis oro kiekis cilindre leidžia sudeginti daugiau degalų, o tai didina galią, būtina užtikrinti, jog į variklį patektų kuo daugiau oro molekulių, o ne tik didelis slėgis. Dėl to, kad suspaudžiamas oras kaista ir plečiasi, siekiant padidinti variklio galią, būtina į variklį patekti kuo daugiau oro molekulių. Tam naudojamas interkuleris (tarpinis suslėgto oro aušintuvas). Jis sumažina suspausto oro temperatūrą, taip padidindamas jo kiekį tūrio vienete ir leisdamas varikliui efektyviau dirbti. Oro aušintuvas yra paprastas oro radiatorius, montuojamas tarp kompresoriaus išėjimo ir variklio įėjimo ir aušinamas aplinkinio oro srautu. Kuo daugiau atvėsinamas suspaustas oras, tuo geriau. Radiatoriaus efektyvumas priklauso nuo konstrukcijos, todėl didesnis ne visada reiškia efektyvesnį. Oro aušintuvas turi būti montuojamas tokioje vietoje, kurioje jis patektų į aplinkinio oro srautą.

Turbinų tipai ir jų ypatumai

Turbokompresoriai skirstomi į kelis tipus, atsižvelgiant į jų konstrukciją ir veikimo principą:

• Turbinos su fiksuotos geometrijos mentėmis: Tai seniausiai išrastas ir paprasčiausias tipas. Dėl savo paprastumo jos yra pigiausiai remontuojamos. Tačiau jų efektyvumas yra trumpalaikis ir pastebimas tik esant žemiems variklio sūkiams.
• Turbinos su kintamos geometrijos mentėmis: Šio tipo turbokompresoriai veikia platesniame variklio sūkių diapazone. Tačiau jie yra techniškai sudėtingesni ir brangiau remontuojami.
• Dvigubos turbinos (angl. twin scroll): Šis sprendimas sujungia ankstesnių tipų privalumus. Mažo skersmens turbina efektyviai veikia esant žemiems variklio apsisukimams, o didesnio skersmens - aukštiems.

Pagrindinė turbokompresoriaus nauda: galios padidėjimas ir degalų ekonomija

Bene svarbiausia ir dažniausiai pabrėžiama turbokompresoriaus ypatybė - varikliui suteikiama papildoma galia. Nė vienas 1,6 litro darbinio tūrio atmosferinis variklis, gaunantis orą natūraliu būdu, negali prilygti 1,6 litro varikliui su turbokompresoriumi. Šiuolaikiniai 1,6 litro varikliai su priverstiniu oro įpūtimu, montuojami į serijinius automobilius, gali išvystyti apie 300 AG. Tai pasiekiama dėl didesnio oro kiekio, kuris patenka į cilindrus. Nors didesnis oro kiekis cilindruose reikalauja ir daugiau degalų, bendra degalų ekonomija turbokompresorius naudojančiuose varikliuose dažnai būna geresnė nei varikliuose be jo. Turbinos panaudoja atliekinę šilumą, maksimaliai padidindamos iš degalų išgaunamą energiją, todėl padidėja rida ir sumažėja degalų sąnaudos. Be to, optimizuojant degalų deginimą, turbinos išskiria mažiau kenksmingų teršalų, prisidedant prie švaresnio oro. Dėl kompaktiško dydžio ir lengvos konstrukcijos jos gali generuoti didelę galią, palyginti su jų mase.

Elektrinės turbinos - nauja karta

Pastaruoju metu vis daugiau dėmesio sulaukia elektrinės turbinos. Viena iš tokių naujovių yra „BorgWarner“ sukurta „e-Booster“ sistema. Elektrinės turbinos, skirtingai nuo tradicinių, nėra tiesiogiai jungiamos prie variklio ir nenaudoja tepalų, todėl jų eksploatacija yra pigesnė. Be to, jos veikia tik elektros energija, nenaudoja degalų, todėl padidina variklio efektyvumą ir gali du kartus sumažinti kuro sąnaudas bei išmetamųjų dujų emisijas.

Anksčiau elektrinės turbinos turėjo didelį trūkumą - jos efektyviai veikė tik žemesniuose variklio sūkiuose. Tačiau „e-Booster“ sprendžia šią problemą. Dėl to, kad ji varoma elektros energija, ji gali įsisukti iki 70 000 aps./min. vos per 0,27 sekundės. Veikdama kartu su tradicine turbina, ji gali 85% padidinti sukimo momentą varikliui dirbant 1500 aps./min., didinant variklio galią. Elektrinis kompresorius ypač naudingas, kai variklis dirba 1000-1500 sūkių diapazone arba kai akceleratoriaus pedalas spaudžiamas švelniai. Tinkamai sukonfigūruotas elektrinis kompresorius gali atlikti pagrindinę funkciją ir nenaudoti pajėgesnės tradicinės turbinos. Teigiama, kad tinkamai eksploatuojant elektrinę turbiną, vidutinės kuro sąnaudos gali sumažėti 2-4 litrais 100 kilometrų.

Turbokompresoriaus problemos ir priežiūra

Didelė nauda neateina be sąnaudų. Turbokompresoriaus atveju, didžiausios sąnaudos yra eksploatacija - turbina patiria dideles apkrovas ir gali suktis maždaug 100 tūkst. iki 200 tūkst. kartų per minutę greičiu. Pagrindinės turbokompresoriaus gedimo priežastys yra susijusios su tepimo sutrikimais.

Dažniausios problemos

• Detonacija: 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.
• „Turbopauzė“ (Turbo lag): Tai problema, kai po akceleratoriaus pedalo paspaudimo reikia laiko, kol turbina įsisuks ir sukurs reikiamą slėgį. Guolinio tipo turbinose šis trūkumas mažiau pastebimas. 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.
• Per didelis apsukų skaičius: Daugelyje turbinas turinčių automobilių yra oro vožtuvas, apsaugantis turbokompresorių nuo jam pavojingo per didelio apsukų skaičiaus. Oro vožtuvas matuoja suspaudimą, o pasiekus per didelį slėgį, išleidžia orą iš sistemos.

Turbinos priežiūros rekomendacijos

Norint prailginti turbinos tarnavimo laiką, rekomenduojama atkreipti dėmesį į šiuos aspektus:

• Dažnas variklio alyvos keitimas: Tai padeda pašalinti visus pašalinius objektus ir užtikrinti tinkamą turbinos tepimą. Jei naudojate pigesnius, pusiau sintetinius tepalus, keiskite alyvą kas 5000 kilometrų. Naudojant sintetinę alyvą ir keičiant ją kas 10 000 kilometrų, galima sumažinti riziką.
• Reguliarus alyvos ir oro filtrų keitimas: Sena, užteršta alyva gali užkimšti turbinos tepimo liniją. Oro filtras apsaugo įsiurbimo sistemą nuo nešvarumų, kurie gali sugadinti turbiną.
• Variklio užvedimas ir išjungimas: Po variklio užvedimo minutę leisti jam dirbti laisva eiga, ypač šaltuoju metų laiku. Tai leidžia alyvai sušilti ir tolygiai pasklisti po turbiną, išvengiant staigių temperatūros pokyčių. Po intensyvaus važiavimo, kai turbina dirbo didelėmis apkrovomis, rekomenduojama sustojus iškart neišjungti variklio, o bent porą minučių leisti jam padirbti esant laisviems sūkiams - tai leis turbinai ataušti.
• Alyvos lygis ir kokybė: Variklio alyvos kokybė ir tinkamas jos lygis turi didelę įtaką turbokompresoriaus eksploatavimo trukmei. Būtina naudoti automobilio gamintojo rekomenduojamos specifikacijos alyvą. Reguliariai tikrinkite alyvos lygį ir, jei reikia, papildykite.
• Išmetimo sistemos būklė: Sekite, kad nebūtų užsikimšusi išmetimo sistema (ypač automobiliams su katalizatoriais). Užsikimšus išmetimo sistemai, turbokompresorius gauna neleistiną ašinę veleno apkrovą.
• Start-stop sistema: Prieštaringai vertinamas klausimas dėl „start - stop“ sistemos naudojimo. Sustojus prieš kiekvieną sankryžą, variklis išjungiamas kartu su prikaitusiu turbokompresoriumi. Teoriškai turbokompresoriui apsaugoti naudojami įvairūs sprendimai, pavyzdžiui, alyvos slėgio palaikymo sistema, kai variklis išjungtas.
• Važiavimas už miesto: Nuolatinis važinėjimas mieste taip pat nėra naudingas turbinai. Todėl bent kartą per savaitę turėtumėte išvykti į kelionę už miesto.
• Alyvos tiekimo linijos būklė: Patikrinkite variklio alyvos tiekimo į turbokompresorių linijos būklę. Gali atsitikti, kad linija bus susiraizgiusi ir alyva nepasieks turbinos.
• Gedimų šalinimas: Kuo greičiau pašalinkite gedimus, dėl kurių susidaro žemas alyvos slėgis, pvz., dėl nešvarios variklio alyvos užsikimšęs alyvos karterio išleidimo vamzdis. Žemas variklio alyvos slėgis reiškia, kad alyva negalės pasiekti turbinos.

Turbinos gedimo požymiai ir remontas

Sugedus turbinai, dažniausiai pastebimi šie požymiai:

• Gerokai padidėja iš automobilio duslintuvo išmetamų dūmų kiekis.
• Dažniausiai padidėja alyvos sąnaudos.
• Kartais sumažėja variklio trauka.
• Degalų sąnaudos ne visada pastebimai pakinta.

Turbinos savarankiškai suremontuoti nepavyks. Reikės pirkti naują arba restauruoti senąją. Naujos turbinos kaina gali siekti iki tūkstančio eurų, o restauravimas paprastai yra tris kartus pigesnis (apie 150-200 eurų). Restauravimo metu pakeičiami guoliai, tarpinės ir sparnuotės, išsaugant senąjį korpusą. Tačiau atliekant restauravimą, taip pat reikia pakeisti tarpinį aušintuvą. Priešingu atveju turbokompresorių gaminanti įmonė gali atsisakyti suteikti garantiją. Pasirodžius pirmiesiems simptomams, kurie gali būti susiję su turbinos gedimu, verta kuo greičiau kreiptis į profesionalų servisą diagnostikai atlikti, kol automobilis visiškai nesustojo. Turbinos pažeidimas gali prisidėti prie variklio sunaikinimo. Automobilio turbina yra gana patvari, todėl jos tarnavimo laikas turėtų prilygti automobilio tarnavimo laikui, tačiau tinkamai eksploatuojama turbina turėtų atlaikyti maždaug 200 000 - 300 000 kilometrų. Tačiau žinoma, kad laikui bėgant turbinos galimybės ir veikimas gali pablogėti dėl netinkamo naudojimo.

tags: #naujos #automobiliu #turbinos