Oro, paduodamo į degimo kamerą, suspaudimas leidžia padidinti jo masę cilindre. Tai iš esmės praplečia galimybes ištobulinti darbo procesą, padidinti kuro ekonomiškumą ir galingumą, sumažinti kenksmingų teršalų arba šilumos apkrovas. Šios srities pirmieji eksperimentai vykdyti XIX amžiaus pabaigoje. Nepaisant garbaus amžiaus, tokie įpūtimo agregatai naudojami ir nūdien.
Turbokompresoriaus veikimo principas
Turbokompresoriaus agregato pagrindą sudaro velenas, ant kurio iš vienos pusės yra turbinos ratas, o iš kitos - kompresorius. Turbina, naudodama išmetamųjų dujų energiją, įsuka bendrą veleną, o kartu su juo ir kompresorių, kuris pasiunčia šviežią „užtaisą“ (dyzeliui orą, benzininiam varikliui orą arba kuro ir oro mišinį) į cilindrus.
Kompresoriaus pajėgumas priklauso nuo to, kokiomis sąlygomis dirba turbina. Jeigu vairuotojas spaudžia akceleratorių, į cilindrus paduodama daug kuro, išmetamųjų dujų energija didelė ir kompresoriui pakanka jėgų dirbti. Bet atleidus pedalą, agregatas lieka su „bado daviniu“ ir, kai iš jo vėl pareikalaujama dirbti su visa energija, gali sustreikuoti. Kad susidorotų su pereinamaisiais režimais, turbinos ratas padidinamas, taip ją geriau įsuks išmetamosios dujos ir nebus jokios „duobės“. Tačiau kyla kitas pavojus: kai variklis pradės dirbti normaliu režimu, turbina ims „siūlyti“ kompresoriui pernelyg didelį galingumą.
Turbokompresoriai ypač efektyvūs dyzeliuose, nes juose didesnis suspaudimo laipsnis ir išmetamųjų dujų slėgis. Vieno iš turbokompresorių gamintojo testuota versija, turinti du skirtingo dydžio turbokompresorius, po atnaujinimo gavo nedidelį galios padidinimą. Maksimali galia padidinta nuo 220 kW iki 230 kW, o sukimo momentas išaugo iki 630 N·m (+ 30 N·m).
Pagrindiniai turbokompresoriaus komponentai
- Du sparnuotės ratukai, sumontuoti ant vienos ašies.
- Turbinos rotorius, varomas iš variklio išmetamųjų dujų.
- Kompresoriaus rotorius, suspaudžiantis orą iš įsiurbimo sistemos.
- Tarpinis oro aušintuvas (interkuleris), aušinantis suspaustą orą prieš jam pasiekiant cilindrus. Jis montuojamas apatinėje automobilio dalyje ir aušinamas oro srautu.
Mechaniniai kompresoriai
Daugiau populiarūs įrenginiai, kuriuose kompresorius dirba ne nuo alkūninio veleno, o dėl turbinos ratą sukančių išmetamųjų dujų energijos. Alternatyva turbokompresoriams su mechaniniu kompresoriumi - impulsinis firmos „Siemens“ įpūtimas.
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 priverstas 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 - oro pratekėjimas kompresoriuje, tuo didesnis, kuo mažesnis menčių sukimosi greitis. Atsiliepia ir papildoma variklio apkrova, nes variklio galingumas esant mažoms apsukoms ir taip mažas, o jį dar verčia sukti kompresorių.
Turbokompresoriaus gedimai ir priežiūra
Turbokompresorius yra brangus eksploatacinis komponentas. Priklausomai nuo automobilio modelio ir naudojamo variklio, jo kaina svyruoja nuo 350 iki 1000 eurų. Perdirbimo kaina yra 150-200 eurų, tačiau tokiu atveju taip pat reikia pakeisti tarpinį aušintuvą. Priešingu atveju turbokompresorių gaminanti įmonė gali atsisakyti suteikti garantiją.
Galimos problemos su traktoriumi ir turbina
Traktorius DF Agrotron 106, pagamintas 1998 metais, su turbina, gali stipriai dūminti duodant gazą, net jei variklis dirba lygiai ir gražiai. Tai gali būti turbinos gedimo požymis. Jei turbina nedirba arba dirba dalinai, varikliai visada iškart meta didžiulius dūmus, nes mišinio padavimas būna netinkamas. Tokiu atveju reikia patikrinti oro filtrą ir nuimti žarną nuo turbinos, pažiūrėti, ar ji sukasi ir kaip.
Turbinos tarnavimo laiko ilginimas
Turbinos tarnavimo laiką galima maksimaliai pailginti. Yra automobilių, kurių turbokompresorius pradeda gesti tik tada, kai rida viršija 250-300 tūkst. km. Tai nėra sunku ir nereikalauja didelių aukų.
- Tinkama vairavimo technika. Pirmąsias kelias minutes po variklio paleidimo neturėtumėte važiuoti dideliu greičiu. Prireikia šiek tiek laiko, kad turbokompresorius būtų tinkamai suteptas variklio alyva. Užvedę variklį, galite palaukti kelias sekundes ir tik tada pajudėti iš vietos. Sustabdę automobilį, prieš išjungdami variklį palaukite nuo 30 iki 60 sekundžių. Šį laiką variklis turi veikti tuščiąja eiga, kad turbokompresorius atvėstų. Jei variklis iškart išjungiamas, turbinos variklyje likę variklinės alyvos likučiai pradės koksuoti. Susidaręs dumblas turi labai žalingą poveikį turbinai.
- Alyvos kokybė ir lygis. Variklinės alyvos kokybė ir tinkamas jos lygis turi didelę įtaką turbokompresoriaus eksploatavimo trukmei. Būtina naudoti automobilio gamintojo rekomenduojamos specifikacijos alyvą (pvz., 5W30) ir ji turi atitikti kokybės reikalavimus. Alyvos lygį reikia reguliariai tikrinti ir, jei reikia, papildyti. Reguliariai keiskite variklio alyvą kartu su alyvos filtru, nes senstant alyva praranda apsaugines savybes, o užteršta alyva gali užkimšti turbinos tepimo liniją.
- Oro filtro keitimas. Reguliariai keiskite oro filtrą ir naudokite aukštos kokybės oro filtrą. Oro filtras apsaugo įsiurbimo sistemą nuo nešvarumų (pvz., smėlio grūdelių), kurie gali sugadinti turbiną.
- Variklio alyvos tiekimo linijos patikra. Patikrinkite variklio alyvos tiekimo į turbokompresorių linijos būklę. Gali atsitikti, kad linija bus susiraizgiusi, tuomet variklio alyva nepasieks turbinos.
- Gedimų pašalinimas. 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.
Naujausios technologijos turbokompresorių srityje
Kiekvienas įpūtimo agregatų porūšis pamažu „apauga“ naujais aukštos technologijos įrenginiais. Kadangi spaudžiamas oras šyla, jo tankis mažėja. Tai trukdo kompresoriui „pripumpuoti“ į cilindrus tiek šviežio „užtaiso“, kiek jis teoriškai galėtų. Atitinkamai dujų apykaitos kokybė ir variklio NVK esti ne tokie aukšti, kokie galėtų būti. Kad išvengtų šio „nesusipratimo“, po kompresoriaus oras praleidžiamas per specialų radiatorių (paprastai aliuminį), pagal konstrukciją analogišką esančiam aušinimo sistemoje. Kartais siekiant sumažinti įpučiamo oro temperatūrą naudojamas aušinimo skystis, kartais oro srovė, plūstanti judant mašinai.
Dvigubos turbinos sistemos
Konstrukcijos su dviem turboagregatais iš eksperimentinių automobilių jau persikėlė į serijinius. Didelio galingumo šiuolaikiniuose V formos varikliuose 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.
Pavyzdžiui, viena automobilių gamintojo įmonė pristatė šiems 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, leidžianti padidinti galingumą iki 156 kVt/212 AJ, o sukimosi momentas pasiekė 400 Nm. Įspūdingi 85 kVt/112 AJ iš litro kol kas dyzelių rekordas.
tags: #turbina #traktoriaus #sudetis