Turbokompresoriaus veikimo principas automobiliuose

Turbokompresorius, dažnai vadinamas tiesiog turbina, yra šiuolaikinių automobilių variklių, ypač dyzelinių, neatsiejama dalis. Jis atlieka gyvybiškai svarbią funkciją, didindamas variklio galią ir efektyvumą, o kartu leidžia pasiekti žymiai geresnę degalų ekonomiją, lyginant su analogiško pajėgumo, tačiau turbokompresoriaus neturinčiu, varikliu. Taip pat, variklis su turbina bus ir mažesnis, ir lengvesnis. Tačiau kaip ir bet kuris sudėtingas mechanizmas, turbina reikalauja tinkamos priežiūros ir laiku atliekamo aptarnavimo. Netinkamai eksploatuojama, turbina gali sugesti gerokai anksčiau nei pats variklis.

Turbokompresoriaus veikimo principas

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.

Turbokompresoriaus veikimo procesas prasideda nuo variklio išmetamųjų dujų. Variklis, degindamas kurą, dideliu greičiu paleidžia išmetamąsias dujas, kurios nukreipiamos per išmetimo kolektorių į turbokompresoriaus korpusą. Išmetamosios dujos eina per turbinos sparnuotę, priverčiant ją greitai suktis. Ši sparnuotė velenu sujungta su oro kompresoriumi kitoje turbokompresoriaus 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 turbokompresoriaus). Padidėjęs oro tankis leidžia varikliui sudeginti daugiau degalų, todėl degimas efektyvesnis, o galia yra didesnė.

Interkulerio vaidmuo

Oras iš lauko, eidamas per „kompresorinį“ turbinos ratą, stipriai sušyla, veikiant spaudimui ir trinčiai, ir turi būti atšaldomas prieš nukreipiant į degimo kameras. Čia į pagalbą ateina interkuleris. Jis sumažina suspausto oro temperatūrą ir taip padidina jo kiekį tūrio vienete (šaldant daiktai spaudžiasi), vadinasi, į variklio degimo kamerą patenka daugiau oro!

Pagrindiniai turbokompresoriaus komponentai

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

Turbina

Turbina yra 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, kuris veikia panašiai kaip vandens srovė iš žarnos, kai pirštu uždengiama anga - kuo labiau uždaroma, tuo toliau trykšta vanduo. Turbinų korpusai smarkiai skiriasi priklausomai nuo naudojimo srities.

• Kai kuriuose korpusuose įmanomas impulsinis dujų srovės judėjimas, leidžiantis sulaukti rezonansinių reiškinių.
• Dvigubo kanalo turbinos korpusas paskirsto kiekvieną srovę visame turbinos rotoriaus paviršiuje.
• Sistemoje su nuolatiniu slėgiu naudojama tik slenkamojo judėjimo energija, kuriai tinka vieno kanalo turbinų korpusai.
• Didelių matmenų turbokompresoriuose dažnai įmontuojamas papildomas žiedas su nukreipiamosiomis mentėmis, palengvinantis nuolatinės dujų srovės sukūrimą turbinos rotoriuje ir leidžiantis reguliuoti srovę.

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. Ašies medžiaga gali skirtis nuo rotoriaus medžiagos. Ašis ir rotorius, sukdamiesi dideliu greičiu, spaudžiasi vienas į kitą. Dėl trinties išsiskirianti šiluma juos sulieja, suformuodama neišardomą vienetą. 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 (prie kurio tvirtinamas sriegiu ir apsaugine veržle), susideda iš korpuso ir rotoriaus. Kompresoriaus dydis priklauso nuo varikliui reikalingo oro kiekio ir turbinos sukimosi greičio. Kompresoriaus rotorius tvirtai pritvirtintas prie turbinos ašies, todėl sukasi tokiu pat greičiu kaip ir turbinos rotorius. 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. Kai kuriose konstrukcijose guolis nejuda, o ašis sukasi alyvos vonelėje. Kompresorius sandarinamas iš abiejų pusių alyvą sulaikančiomis tarpinėmis ir sandarinimo žiedais, kurie apsunkina oro nuotėkį tarp turbinos, kompresoriaus ir ašies korpuso. Įprastu darbo režimu turbinoje ir kompresoriuje slėgis didesnis nei ašies korpuse. Visi alyvos sandarikliai yra dinaminio tipo, sumontuoti grioveliuose tiek ašies korpuse, tiek ant pačios ašies. Sandarinimo žiedai atlieka svarbiausią hermetiškumo užtikrinimo vaidmenį.

Turbokompresorių tipai

Turbokompresoriai būna kelių tipų, skirstomi pagal mentelių konstrukciją:

• Fiksuotos geometrijos mentės: Tai seniausias ir paprasčiausias turbokompresorių tipas. Jie yra pigiausi remonto atžvilgiu, tačiau jų efektyvumas yra ribotas ir pasiekiamas tik nedideliame variklio sūkių diapazone. Pirmosios yra ilgaamžiškiausios ir pigiausiai remontuojamos, tačiau ir suteikiančios efektą siauriausiame sūkių diapazone.
• Kintamos geometrijos mentės (VTG): Šio tipo turbokompresoriai veikia platesniame sūkių diapazone, tačiau techniškai yra sudėtingesni ir brangesni remontuoti. Jų mentelės gali keisti savo kampą, optimizuodamos oro srautą esant skirtingiems variklio darbiniams režimams. Antrosios, keisdamos menčių geometriją, veikia plačiame diapazone, tačiau judančių menčių mechanizmas yra subtilesnis ir brangiau remontuojamas.
• Dvigubi (Twin Scroll): Šio tipo turbokompresorius apjungia pirmuosius principus. Mažo diametro turbina veikia esant žemiems variklio apsisukimams, o didelio - aukštiems. Tai leidžia pasiekti optimalų efektyvumą visame variklio sūkių diapazone. Trečiojo tipo turbina apjungia abiejų pirmųjų dviejų gerąsias savybes: mažo diametro turbina veikia mažų sūkių diapazone, didelio diametro - aukštų sūkių diapazone. Taip pasiekiamas ir ilgaamžiškumas, ir gera trauka bet kokių variklio sūkių diapazone.

Privalumai ir nauda

Bene pagrindinis ir visada pabrėžiamas turbokompresoriaus ypatumas - varikliui suteikiama didžiulė galia. Joks 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.

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. Kadangi dalis energijos, kuri paprastame variklyje išmetama per išmetimo sistemą, naudojama turbokompresoriui sukti, degalų sąnaudos, lyginant su tokios pat galios, tačiau didesnio tūrio paprastu varikliu, sumažėja.

Dėl unikalios technologijos, turbokompresorinio variklio lyginamoji masė (kg/kW) žymiai mažesnė, palyginti su įprastu varikliu. 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. Turbokompresorinis variklis yra tylesnis už paprastą. Turbodyzeliniai varikliai gali dirbti su didesniu oro pertekliaus koeficientu.

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. Dar apie 15% degalų ekonomiją ir atitinkamą CO2 emisijos sumažėjimą planuojama pasiekti naudojant tiesioginio įpurškimo dyzelius su pripūtimu ir tarpiniu oro aušintuvu.

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. Tinkamos naudojimosi taisyklės nėra sudėtingos, bet jų reikia nuosekliai laikytis.

Pagrindinės priežiūros priemonės

• 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 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, o tai gali sukelti abrazyvinį poveikį turbinos vidinėms dalims.
• Alyvos ir oro filtrų keitimas: Šie filtrai užtikrina švarų oro ir alyvos tiekimą į turbokompresorių. Visuomet rekomenduotina rinktis konkrečią, gamintojo nurodytą, alyvą. Taip pat naudokite aukštos kokybės tepalo ir oro filtrus, nes jie atlieka labai svarbią funkciją.
• 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. Po vairavimo sustojus, negesinkite variklio, leiskite kelias minutes jam atvėsti. Tai ypač svarbu po ilgo važiavimo, varikliui veikiant didele apkrova. Laisvoji eiga turbinai leidžia atvėsti ir tuomet ją galima saugiai stabdyti. To nepadarius, įkaitusi ir sustojusi turbina tiesiog „keps“, trumpindama savo guolių, tarpiklių ir korpuso ilgaamžiškumą.
• Tolygus greitėjimas: Tolygus automobilio greitėjimas suteikia galimybę maksimaliai prailginti šio mazgo tarnavimo laiką.
• Kuro priedai: Naudokite tinkamus kuro priedus, kurie padeda palaikyti turbinos švarą. Pavyzdžiui, 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. Periodiškas naudojimas tikėtina veiks daug geriau nei vienkartinis.

Turbokompresoriaus gedimo požymiai

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

• Sumažėjusi galia ir lėtesnis įsibėgėjimas: Vienas iš lengviausiai pastebimų požymių. Automobilis neįgauna galios, ypač akseleruojant.
• Padidėjęs dūmingumas: Mėlyni arba juodi dūmai gali reikšti alyvos sunaudojimą arba oro ir degalų mišinio disbalansą. Kai alyva patenka į išmetimo sistemą, ji degdama išskiria išskirtinius mėlynus/pilkus dūmus.
• Turbinos klibėjimas: Tai gali reikšti susidėvėjusias įvores ir galimą turbinos korpuso ar sparnuotės pažeidimą.
• Pašaliniai variklio garsai: Cypimas, metalo trinties arba barškėjimo garsas gali įspėti apie turbinos guolių arba sparnuotės problemas. Neįprastai intensyvėjantis švilpimas yra vienas iš požymių. Per sutrūkinėjusią tarpinę arba kompresoriaus korpusą prasiskverbiančios išmetamosios dujos arba siurbiamas oras skleidžia specifinį garsą.
• Degėsių kvapas: Gali signalizuoti apie alyvos nuotėkį ir sąlytį su įkaitusiais variklio komponentais.
• Variklio alyvos trūkumas: Neveikianti turbina gali praleisti alyvą į degimo kamerą.
• „Check engine“ lemputė: Gali aktyvuotis dėl įvairių variklio darbo neatitikimų, kuriuos sukelia turbinos gedimas. Daugumos šiuolaikinių automobilių kompiuteris gali atpažinti turbo gedimus, o prietaisų skydelyje pasirodys variklio patikros lemputė.
• Sumažėjęs slėgis: Staigus turbinos slėgio sumažėjimas gali reikšti pažeidimą. Nepakankamas kompresoriaus spaudimas yra rimtas ir aiškus signalas, rodantis sistemos gedimą.
• Padidėjusios kuro sąnaudos: Dėl netinkamai veikiančios turbinos kuro degimas gali būti neefektyvus.

Apžiūrėkite, ar nematyti alyvos nutekėjimų. Išjungę variklį, nuimkite įsiurbimo ortakį ir apžiūrėkite menčių būklę. Ar ant jų nematyti pažeidimų? Ar mentės nesulankstytos, ar visos vietoje? Mentės turi suktis lengvai ir sklandžiai, be mažiausio strigimo. Guoliai negali klibėti.

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. Variklio alyva ne tik tepa, bet ir aušina turbokompresorių. Alyvoje atsiradus pašaliniams objektams, paspartinamas visų tepamų paviršių dilimas. Sumažėjęs alyvos slėgis, varikliui veikiant laisvąja eiga, nebus kenksmingas, bet, pasiekus aukštus sūkius, mažins kompresoriaus resursą.
• Per didelis karštis: Dėl netinkamo aušinimo ar alyvos tiekimo turbinos komponentai gali deformuotis. Perkaitimas yra dar viena problema. Turbinos dirba su labai karštomis išmetimo dujomis, o aušinimo problemos gali sukelti metalo deformacijas ar net įtrūkimus. Naudojant nekokybiškus degalus arba esant netinkamam variklio reguliavimui turbina ima dar labiau kaisti. Apie jos perkaitimą rodo ant korpuso atsirandančios išblukusio atspalvio dėmės. Tokiam reiškiniui užsitęsus, korpusas ima trūkinėti, „iškepa“ tarpikliai ar net guoliai.
• Nepakankama priežiūra: Alyvos ir filtrų keitimo nepaisymas prisideda prie nuosėdų susidarymo ir teršalų kaupimosi.
• Išoriniai veiksniai: Montavimo klaidos, netinkamas balansavimas ir įvairių detalių pažeidimas gali pakenkti turbinos geometrijai. Smulkūs pašaliniai objektai, patekę į turbiną, gali sugadinti mentes ar guolius. 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. Per oro tiekimo sistemą patenkant kietosioms dalelėms, ant kompresoriaus menčių atsiranda smūgių žymės, o ilgainiui išsibalansavusios mentės ima lūžinėti. Tokie reiškiniai gali atsirasti ir įtrūkus orą tiekiančioms žarnoms.
• Agresyvus vairavimo stilius: Aukšti variklio sūkiai bei ilgas veikimas tuščiąja eiga gali prisidėti prie turbinos apkrovos ir gedimų.

Ekspertai tvirtina, kad bemaž pusės turbinų gedimų priežastis yra tepimo sutrikimai. Dar maždaug 40 procentų gedimų sukelia mentes sugadinantys smulkūs pašaliniai objektai, patenkantys iš variklio arba oro tiekimo sistemos. Likę dešimt procentų gedimų kyla dėl įvairių kitų priežasčių.

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. 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. Nors turbokompresorius yra palyginti paprastas įrenginys, jo dalys gaminamos taikant kelių mikronų leidžiamuosius nuokrypius. Taip pat atminkite, kad negalima montuoti turbokompresoriaus, prieš tai nepatikrinus jo balanso, nes šio įrenginio rotorius pasiekia 250 000 sūk./min. greitį. Todėl apie savarankiškus bandymus geriau pamiršti.

Naudojant restauravimo metodą, paliekamas senasis korpusas, tačiau pakeičiami guoliai, tarpinės, turbinos ir kompresoriaus sparnuotės. Svarbiausias restauravimo procesas - turbinos balansavimas, kuriam reikalingos specialios technologijos. 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. Specialistai galės tiksliai diagnozuoti problemą ir pasiūlyti optimaliausią sprendimą.

tags: #opel #astros #turbokompresoriaus #veikimo #principas