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.
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
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.
Kaip veikia turbokompresorius?
Turbokompresoriaus veikimo principas yra gana paprastas. 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. 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. Tam naudojamas interkuleris (tarpinis suslėgto oro aušintuvas). Jis sumažina suspausto oro temperatūrą, taip padidindamas jo kiekį tūrio vienete ir leisdamas varikliui efektyviau dirbti.
Turbokompresorius iš esmės veikia kaip oro siurblys, panaudojantis išmetamųjų dujų energiją, kuri kitaip būtų prarandama. Tai inžinerinis sprendimas, leidžiantis pasiekti didesnį variklio našumą beveik be papildomų energijos sąnaudų.
Degalų ekonomija ir papildomos išlaidos
Nors didesnis oro kiekis cilindruose reikalauja ir daugiau degalų, bendra degalų ekonomija turbokompresorius naudojančiuose varikliuose dažnai būna geresnė nei varikliuose be jo. Tačiau didelė nauda neateina be sąnaudų. Viena didžiausių eksploatacinių sąnaudų yra pati turbina, patirianti dideles apkrovas ir galinti suktis iki 200 000 apsisukimų per minutę.
Pagrindinės turbokompresoriaus gedimo priežastys yra susijusios su tepimo sutrikimais. Todėl labai svarbi yra tinkama turbinos priežiūra:
- Dažnas variklio alyvos keitimas: Tai padeda pašalinti visus pašalinius objektus ir užtikrinti tinkamą turbinos tepimą.
- Reguliarus alyvos ir oro filtrų keitimas.
Norint prailginti turbinos tarnavimo laiką, rekomenduojama 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.
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. Restauravimo metu pakeičiami guoliai, tarpinės ir sparnuotės, išsaugant senąjį korpusą.
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.
Turbinų privalumai ir trūkumai
Automobilių turbinos suteikia keletą svarbių privalumų:
- Geresnis degalų naudojimo efektyvumas: Turbinos panaudoja atliekinę šilumą, maksimaliai padidindamos iš degalų išgaunamą energiją, todėl padidėja rida ir sumažėja degalų sąnaudos.
- Mažesnė tarša: Optimizuojant degalų deginimą, turbinos išskiria mažiau kenksmingų teršalų, prisidedant prie švaresnio oro.
- Didelis galios ir svorio santykis: Dėl kompaktiško dydžio ir lengvos konstrukcijos jos gali generuoti didelę galią, palyginti su jų mase.
Tačiau yra ir trūkumų:
- "Turbo lag" (turbopauzė): Reikia laiko, kol turbina įsibėgėja ir pasiekia optimalų darbinį greitį. Šis vėlavimas gali trukdyti situacijose, kai reikia greitai įsibėgėti. Guolinio tipo turbinose šis trūkumas mažiau pastebimas.
- Papildomos išlaidos: Sudėtinga turbinų konstrukcija ir specialios medžiagos lemia didesnes transporto priemonės gamybos sąnaudas, todėl automobilių su turbinomis pirkimo kaina dažnai būna didesnė.
- Techninės priežiūros sudėtingumas: Turbinoms reikalingos specialios žinios ir įranga techninei priežiūrai bei remontui, o tai gali lemti didesnes išlaidas.
Verta paminėti, kad ilgametę patirtį turintys specialistai gali atlikti kokybišką turbinų remontą, naudodami profesionalią įrangą.
tags: #elektrine #turbina #automobiliui