Žodis „turbina“ dažnai skamba automobilių entuziastų lūpose, siejamas su didesne variklio galia. Šis komponentas padidina variklio galią ir pagerina dinamiškumą, kuris ypač svarbus tiek miesto eisme, tiek greitkeliuose. Tačiau kas iš tiesų slypi po šiuo terminu ir kaip veikia šis įrenginys? Turbina yra sudėtingas mechanizmas, kurio veikimą įtakoja daugybė faktorių.
Pagrindinis Turbokompresoriaus Principas
Vidaus degimo variklis veikia įtraukdamas orą ir kurą energijai gauti. Ši energija susidaro degimo metu, o likučiai pašalinami išmetamosiomis dujomis. Turbokompresorius iš esmės veikia kaip oro siurblys, padidinantis variklio galią, išnaudodamas energiją, kuri kitaip būtų prarandama su išmetamosiomis dujomis.
Karštos išmetamosios dujos, susidarančios degimo procese, nukreipiamos į vieną turbokompresoriaus pusę - „turbininį“ ratą. Šios dujos priverčia ratą suktis. „Turbininis“ ratas yra sujungtas ašimi su kitu ratu - „kompresoriniu“. Abu ratai sukasi tuo pačiu greičiu. Kompresorius arba oro siurblys veikia nuo turbinos, o pati turbina sukasi naudodama panaudotų dujų srovės energiją. Dyzelinio variklio turbokompresorius sukasi nuo 1000 iki 130 000 aps./min.
Oras, einantis per „kompresorinį“ ratą, yra suspaudžiamas ir dėl trinties bei slėgio įkaista. Kadangi karštas oras yra mažiau tankus, prieš nukreipiant jį į degimo kameras, būtina jį atšaldyti. Tam naudojamas interkuleris (oro aušintuvas), kuris sumažina suspausto oro temperatūrą. Atšaldytas oras tampa tankesnis, todėl į degimo kameras patenka didesnis jo kiekis. Didesnis oro kiekis leidžia sudeginti daugiau kuro, taip padidinant variklio galią ir efektyvumą.
Istorinė ir Techninė Turbinų Samprata
Terminas „turbina“ kilęs iš lotyniško žodžio „turbo“, reiškiančio sūkurį. Iš esmės, turbina yra vandens, garo arba dujų srovės sukamasis variklis, kuris verčia kinetinę energiją mechaniniu darbu. Istoriškai egzistuoja įvairių tipų turbinos: garo, dujų, hidraulinės, vienos ar daugiapakopės, aktyviosios ir reaktyviosios.
- Aktyvioji turbina susideda iš turbinračio (darbo rato) su mentėmis ir tūtų, per kurias darbinė medžiaga tiekiama į turbinratį, sukdama rotorių.
- Reaktyviojoje turbinoje yra kreipratis, nukreipiantis darbinę medžiagą į turbinračio mentes, taip sukant rotorių.
Dažnai turbinos yra daugiapakopės, siekiant kuo pilniau išnaudoti darbinės medžiagos energiją. Šiuolaikinės garo ir dujų turbinos dažnai suka elektrinius generatorius, kompresorius ar vandens siurblius. Transportinės garo ir dujų turbinos naudojamos kaip laivų varikliai, o dujų turbinos - kaip aviaciniai, lokomotyvų ir automobilių varikliai. Lietuvoje pirmoji garo turbina buvo įrengta Vilniaus elektrinėje 1912 metais, jos galia siekė 960 kW.
Turbokompresoriai Automobiliuose
Šiuolaikiniuose automobiliuose, ypač dyzeliniuose ir daugelyje benzininių, turbokompresorius (arba tiesiog „turbina“, kaip jį mėgsta vadinti automobilių specialistai) yra tapęs neatsiejamu komponentu. Jis pradėjo populiarėti maždaug prieš du dešimtmečius.
Turbokompresorių Tipai
Automobilių pasaulyje dažniausiai sutinkami keli turbokompresorių tipai:
- Fiksuotos geometrijos mentės: Tai seniausias ir paprasčiausias tipas. Jie yra pigiausi remontuoti, tačiau jų efektyvumas yra trumpalaikis ir pasiekiamas tik nedideliame variklio sūkių diapazone.
- Kintamos geometrijos mentės (VGT - Variable Geometry Turbocharger): Šie turbokompresoriai veikia platesniame diapazone, tačiau yra techniškai sudėtingesni ir brangesni remontuoti.
- Dvigubi (angl. twin-scroll): Šie prietaisai apjungia ankstesnių tipų privalumus. Mažo diametro turbina efektyviai veikia esant žemiems variklio apsisukimams, o didelio diametro - aukštiems.
Svarbu ne maišyti dvigubo turbokompresoriaus (twin-scroll) su dviem turbokompresoriais (twin-turbo). „Twin-scroll“ reiškia, kad turbinos korpusas yra padalintas į du atskirus kanalus išmetamųjų dujų srautui, užtikrinant efektyvumą įvairiose sūkių ribose. „Twin-turbo“ reiškia, kad automobilyje sumontuoti du atskiri turbokompresoriai.
Turbokompresorių Privalumai ir Trūkumai
Pagrindinis turbokompresoriaus privalumas yra gebėjimas reikšmingai padidinti variklio galią ir efektyvumą, tuo pačiu mažinant emisijas. Priverstinis oro įpūtimas leidžia varikliui efektyviau deginti kurą, o tai gali lemti ir mažesnes degalų sąnaudas, palyginti su atmosferiniais varikliais. Pavyzdžiui, 1.6 litro darbinio tūrio atmosferinis variklis niekada neprilygs galia 1.6 litro varikliui su turbokompresoriumi. Šiuolaikiniai 1.6 litro varikliai su priverstiniu oro įpūtimu gali išvystyti apie 300 AG.
Tačiau turbokompresoriai turi ir trūkumų. Vienas jų - „turbo lagas“ arba „turbo duobė“, t. y., vėlavimas tarp akceleratoriaus paspaudimo ir momento, kai turbokompresorius pradeda tiekti suspaustą orą į variklį. Nors naujesnių tipų turbokompresoriai ir kiti techniniai sprendimai padeda šį efektą sumažinti, jis vis tiek gali būti juntamas. Didelės apkrovos, kurias patiria turbokompresorius, gali sutrumpinti kai kurių komponentų tarnavimo laiką, todėl gali padidėti remonto išlaidos. Pavyzdžiui, turbina gali suktis iki 100 000 apsisukimų per minutę.
Turbinos Veikimas ir Konstrukcija Detaliau
Turbina tiesiogiai jungiama su kompresoriumi tvirta ašimi. Kompresorius įtraukia per oro filtrą šviežio oro, suspaudžia jį ir suspaustą išleidžia į variklio įleidžiamąjį kolektorių. Teoriškai egzistuoja turbinos ir turbokompresoriaus kompresoriaus galingumų pusiausvyra. Kuo daugiau energijos turi panaudotos dujos, tuo greičiau suksis turbina.
Turbinos Korpusas ir Rotorius
Turbiną sudaro korpusas ir rotorius. Panaudotos dujos iš išleidžiamojo variklio kolektoriaus patenka į priimamąjį turbokompresoriaus atvamzdį. Turbinos sukimosi greitis priklauso nuo jos korpuse esančio kanalo dydžio ir formos. Tai primena laistymo žarną: kuo labiau pirštu uždengiama išeinamoji anga, tuo toliau trykšta vandens srovė. Turbinų korpusai smarkiai skiriasi priklausomai nuo naudojimo srities.
- Esant tam tikro tipo korpusui, tampa įmanomas impulsinis dujų srovės judėjimas ir galima sulaukti rezonansinių reiškinių.
- Turbinos korpuse, turinčiame dvigubą kanalą, kiekviena srovė paskirstoma visame turbinos rotoriaus paviršiuje.
- Sistemoje su nuolatiniu slėgiu naudojama tik slenkamojo judėjimo panaudotų dujų energija. Šiuo atveju tegali būti naudojami tik turbinų korpusai su vienu kanalu.
Didelių matmenų turbokompresoriuose dažnai įmontuojamas papildomas žiedas su nukreipiamosiomis mentėmis. Jis palengvina panaudotų dujų nuolatinės srovės sukūrimą turbinos rotoriuje ir leidžia reguliuoti srovę. Turbinos korpusas liejamas iš temperatūrai atsparaus lydinio. Turbinos rotorius taip pat gaminamas iš aukštos kokybės medžiagų, atsparių aukštai temperatūrai. Prie ašies stipriai pritvirtinamas turbinos rotorius. Ašies medžiaga skiriasi nuo medžiagos, naudojamos turbinos rotoriui.
Slėgio ir Srauto Kontrolė
Siekiant išvengti turbokompresoriaus pažeidimo nuo per didelio apsisukimų skaičiaus, daugelyje automobilių naudojamas oro vožtuvas (wastegate). Jis matuoja suspaudimo lygį ir, pasiekus kritinį slėgį, leidžia daliai išmetamųjų dujų praeiti pro turbiną, taip kontroliuojant jos sukimosi greitį.
Taip pat svarbus yra oro aušintuvas (interkūleris), kuris atvėsina kompresoriaus suspaustą orą. Aušinamas oras yra tankesnis, todėl į variklį patenka daugiau deguonies molekulių, o tai didina variklio galią. Interkūleris yra oro radiatorius, montuojamas tarp kompresoriaus ir variklio įėjimo.
Tepimas ir Sandarinimas
Turbokompresorius sutepamas nuo variklio sutepimo sistemos. 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. Paskutiniu metu atsirado konstrukcijų, kuriose guolis nejuda, o ašis sukasi alyvos vonelėje.
Kompresorius sandarinamas iš abiejų pusių įmontuojant alyvą sulaikančias tarpines ir sandarinimo žiedus. Nors šie žiedai ir padeda išvengti alyvos nuotėkio, jie iš tiesų nėra sandarinimo tarpinės, o greičiau elementas, apsunkinantis oro nuotėkį tarp turbinos, kompresoriaus ir ašies korpuso. Slėgis kompresoriuje ir turbinoje išstumia alyvą į korpusą. Dėl išcentrinės jėgos už kompresoriaus rotoriaus susidaro vakuumas.
Bet kokioje ašies korpuso konstrukcijoje numatyta šilumos mainų sumažinimo būtinybė tarp turbinos su sandarinimo žiedais ir kompresoriaus. Šiuo tikslu iš turbinos pusės įmontuojama termoizoliacinė plokštelė, o ašies korpuse yra daugybė elementų šilumos mainams.
Kas Įtakoja Turbinos Gedimus ir Jų Priežastys
Moderniuose vidaus degimo varikliuose turbokompresoriai yra veikiami didelės apkrovos ir sudėtingų darbo sąlygų, todėl pasitaiko ir turbinų gedimų. Vieni iš jų yra smulkesni, o kiti - labai problematiški, reikalaujantys brangaus remonto. Dauguma turbokompresorių gedimų yra ne paties agregato, o kitų automobilio sistemų problemų padarinys.
Dažniausi Gedimų Simptomai
- Sumažėjusi automobilio galia: Kai turbokompresorius pradeda gesti, jis nebegali į variklį įpūsti pakankamai oro, todėl degimo procese būna mažiau deguonies. Dėl to variklis lėčiau reaguoja į akceleratoriaus paspaudimą, reikia ilgesnio laiko, kad pavyktų įsibėgėti. Automobilio įsibėgėjimas atrodo lėtas ir triukšmingas, sunkiai išlaikomas didelis greitis.
- Padidėjęs dūmingumas: Iš išmetimo vamzdžio sklinda dūmai. Kai alyva patenka į išmetimo sistemą, ji degdama išskiria išskirtinius mėlynus/pilkus dūmus. Padidėjęs dūmingumas dažnai yra plika akimi matomas ir neretai praneša, kad kažkas negerai su turbina.
- Keisti garsai: Sveikas turbokompresorius veikia tyliai, nepaisant to, kad sukasi labai dideliu greičiu. Tačiau kai vidiniai komponentai susidėvi arba sugenda (pavyzdžiui, guoliai arba turbinos mentės), galite išgirsti švilpimą, ūžimą, barškėjimą arba kitus keistus garsus. Turbinos bėdos tampa pastebimesnės, kai ji ima dirbti - augant variklio sūkių skaičiui.
- Įspėjamoji variklio lemputė: Daugumos šiuolaikinių automobilių kompiuteris gali atpažinti turbo gedimus, o prietaisų skydelyje pasirodys variklio patikros lemputė. Tokie kodai, kurie praneša, jog variklyje yra nepakankamas slėgis, paprastai rodo turbokompresoriaus problemas.
- Padidėjusios kuro sąnaudos: Kadangi prastai veikianti turbina varikliui neduoda pakankamai suslėgto oro, pastarasis turi dirbti intensyviau (įpurškiant daugiau degalų), kad kompensuotų deguonies trūkumą.
Pagrindinės Turbinos Gedimų Priežastys
Turbokompresoriai yra labai preciziški komponentai, kurie sukasi itin dideliu greičiu. Jų veikimui užtikrinti reikalingas puikus tepimas, švarus oro srautas ir pakankamas aušinimas. Dažniausios gedimų priežastys yra susijusios būtent su šiais dalykais:
- Nepakankamas arba netinkamas tepimas: Turbinos darbas labai priklauso nuo variklio alyvos, kuri tepa ir aušina jos guolius. Apie 50 procentų turbokompresorių gedimų priežasčių yra dėl variklio tepimo sutrikimų. Alyvos trūkumas, netinkamai parinkta alyva, prastos kokybės alyva arba užsikimšę tepimo kanalai gali sukelti teršalų kaupimąsi, abrazyvinį poveikį turbinos vidinėms dalims, guolių ir velenų perkaitimą, susidėvėjimą ar net užstrigimą. Be tepalo spaudimo pirmiausia pažeidžiama turbina, o po to jau variklis.
- Pašaliniai objektai: Maždaug 40 procentų gedimų sukelia į turbokompresorių iš variklio arba oro tiekimo sistemos patenkantys smulkūs pašaliniai objektai (dulkių dalelės, nešvarumai, smulkūs abrazyvai, oro filtro gabaliukai, šiukšlės iš variklio degimo kameros ir išmetimo kolektoriaus). 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. Turbinos efektyvumas sumažės, jei pašaliniai objektai pradės gadinti kompresoriaus guolius ar turbinos mentes.
- Perkaitimas: Turbokompresoriai dirba su itin karštomis išmetamosiomis dujomis. Po intensyvaus važiavimo, kai turbina dirbo didelėmis apkrovomis, iškart neišjungus variklio, gali kilti perkaitimo pavojus ir trumpėti tarnavimo laikas.
- Užsikimšusi išmetimo sistema (pvz., katalizatorius): Neprižiūrėta išmetimo sistema, ypač užsikimšęs katalizatorius, labiausiai įtakoja turbinos ilgaamžiškumą. Katalizatoriaus užsikimšimas sugadina guolius, ko pasekoje atsiranda disbalansas, o trupančio katalizatoriaus nuolaužos nuolat bombarduoja karštosios turbinos dalies kriauklę, kurioje dirba turbinos sparnuotė.
- Detonacija: Kyla dėl suspausto oro temperatūros pakilimo, dėl ko oro ir degalų mišinys gali užsidegti anksčiau nei numatyta. Norint to išvengti, automobiliai su turbinomis dažnai reikalauja naudoti aukštesnio oktaninio skaičiaus degalus.
- Netinkamas montavimas ir kompiuterinis kalibravimas: Gali iššaukti turbokompresoriaus gedimą, net jei pati detalė bus nauja.
- Pažeistos tarpinės ir sandarikliai: Kai susidėvi tarpinės, sandarikliai ir guoliai, alyva gali nutekėti į įsiurbimo arba išmetimo sistemą arba sudegti variklyje.
- EGR vožtuvo problemos: Šios problemos taip pat gali įtakoti turbokompresoriaus gedimą.
- Automobilio amžius ir rida: Nors turbinos turėtų tarnauti pakankamai ilgai, įvairios aplinkybės ir bendras automobilio komponentų nusidėvėjimas gerokai sutrumpina jų tarnavimo laiką.
Turbokompresoriaus Priežiūra ir Gedimų Prevencija
Nors modernūs vidaus degimo varikliai yra patvarūs, kruopšti priežiūra bei laiku daromas aptarnavimas gali ženkliai prailginti turbinos tarnavimo laiką ir padėti išvengti brangių gedimų.
- Reguliarus variklio alyvos keitimas: Tai ypač svarbu, nes tepimo sutrikimai yra viena dažniausių turbokompresorių gedimų priežasčių. Laikykitės gamintojo nurodytų alyvos keitimo intervalų. Naudokite tik aukštos kokybės ir tinkamą alyvą, rekomenduojamą automobilio gamintojo. Jei naudojate sintetinę alyvą, keiskite ją kas 10 000 km, kad išvengtumėte apnašų susidarymo.
- Alyvos ir oro filtrų keitimas: Šie komponentai tiesiogiai įtakoja turbokompresoriaus veikimą. Naudokite aukštos kokybės tepalo ir oro filtrus, nes jie atlieka labai svarbią funkciją. Geras oro filtras ir tvarkingai dirbanti įsiurbimo sistema apsaugo turbiną nuo abrazyvinių dalelių ar nešvarumų, kurie gali pažeisti menteles.
- Variklio darbo režimo pritaikymas:
- Ypač šaltuoju metų periodu pašildykite variklį prieš važiuodami. Pašilus varikliui pašyla ir alyva, ko pasekoje ji geriau tepa turbiną. Sutepta turbina mažiau dėvisi.
- Po intensyvaus važiavimo, kai turbina dirbo didelėmis apsukomis, nerekomenduojama iškart gesinti variklio. Leidus varikliui bent porą minučių padirbti laisva eiga, alyva sušils ir palaipsniui atvėsins turbiną, taip išvengiant staigių temperatūros pokyčių.
- Reguliari sistemų patikra: Reguliarus aušinimo skysčio pildymas, išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) sistemos, pačios turbinos ir susijusių variklio sistemų patikra padeda užtikrinti, kad turbokompresorius veiktų tinkamai.
- Kuro priedai: Naudokite tinkamus kuro priedus, kurie padeda palaikyti turbinos švarą. Svarbu suprasti, kad tai yra priežiūros priemonė, o ne esamo gedimo sprendimo būdas. Ją reikia naudoti prevenciškai, norint sumažinti apnašų kaupimąsi.
Turbokompresoriaus Gedimo Diagnostika ir Remontas
Uždelstas traukos problemų šalinimas ar turbinos remontas dažnai tampa rimtų ir sudėtingų automobilio gedimų priežastimi. Pastebėjus turbinos gedimą, būtina nedelsiant kreiptis į servisą atlikti patikrą, nustatyti problemas ir suremontuoti turbiną ar ją pakeisti nauja. Geriau neeksploatuoti automobilio su sugedusia turbina, nors juo važiuoti ir išeina, nes kuo ilgiau važinėsite su pažeista turbina, tuo daugiau bus sugadintas pats variklis, todėl remonto gali reikėti ne tik turbinai, bet ir varikliui.
Nustačius, kad turbina sugedo, realiai turite 2 variantus:
- Galite įsigyti visiškai naują turbiną ir ją sumontuoti. Tai tikrai nebus pigus „malonumas“, o naujos turbinos kaina gali siekti ir tūkstantį eurų. Pirmenybė turėtų būti teikiama naujai turbinai, nes jai bus suteikta ilgesnė garantija ir tarnaus ilgiau nei atnaujinta.
- Jei norite sumažinti išlaidas, turite galimybę atnaujinti, t.y. restauruoti turimą turbokompresorių. Turbinos remonto kaina dažniausiai svyruoja nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių eurų. Dažniausiai keičiami guoliai, tarpinės ir sparnuotės, paliekant senąjį korpusą.
Svarbiausia remonto metu - pašalinti pirminę gedimo priežastį. Dažnai būna taip, kad rekomendacijų nėra klausoma ir automobilis eksploatuojamas toliau be papildomų remonto darbų, kurie įtakojo turbinos gedimą. Natūralu, kad po kurio laiko turbokompresorius vėl sugenda, nes nebuvo pašalintos jo gedimo priežastys. Šis pavyzdys puikiai iliustruoja faktą, kad turbokompresoriaus gedimą įtakoti gali įvairūs kiti automobilio gedimai.
tags: #kas #itakoja #turbinos #darba