Turbokompresorius yra sudėtingas mechanizmas, veikiantis kaip kompresorius arba oro siurblys, varomas turbinos. Šis įrenginys sukuria slėgį (vadinamąjį „boost“), suspausdamas orą ir tiekdami jį į variklio įsiurbimo kolektorių. Moderniuose vidaus degimo varikliuose turbinos, dažnai net kelios, yra beveik visuomet, padidindamos variklio galią ir pagerindamos jo dinamiškumą.
Turbinos pradėtos plačiau naudoti dar XX a. pradžioje, ypač lėktuvuose ir sunkiojo transporto priemonėse, o automobiliuose jos išpopuliarėjo nuo 1980-ųjų.
Turbinos ir kompresoriaus veikimo principas
Turbina sukasi naudodama panaudotų dujų srovės energiją. Panaudotos dujos iš išleidžiamojo variklio kolektoriaus patenka į turbokompresoriaus priimamąjį atvamzdį. Turbina tiesiogiai jungiama su kompresoriumi tvirta ašimi. Kompresorius, įtraukdamas šviežią orą per oro filtrą, suspaudžia jį ir išleidžia į variklio įleidžiamąjį kolektorių.
Teoriškai egzistuoja turbinos ir turbokompresoriaus kompresoriaus galingumų pusiausvyra: kuo daugiau energijos turi panaudotos dujos, tuo greičiau suksis turbina. Įsiurbiamas oras nukreipiamas į kompresoriaus rotoriaus periferiją ir menčių nubloškiamas link kompresoriaus korpuso sienelės. Dėl to oras suslegiamas ir per įleidžiamąjį kolektorių patenka į variklį.
Turbinos sukimosi greitis
Turbinos ir turbokompresoriaus rotorių sukimosi greitis yra itin didelis. Dyzelinio variklio turbokompresorius sukasi nuo 1 000 iki 130 000 aps./min. Tačiau turbo šerdyje (CHRA) esantis velenas gali suktis nuo 60 000 iki net 300 000 aps./min. Naujos kartos turbokompresorių rotoriai sukasi iki 220 000 aps./min.
Dirbdama turbina patiria stiprias mechanines apkrovas, kurias sąlygoja aukšta išmetamųjų dujų temperatūra (daugiau kaip 700 °С) ir slėgis (iki 8 bar). Prie vidutinių variklio apsisukimų, vidutinio dydžio turbokompresorius gali prapompuoti 3,7 kubinio metro oro per minutę.
Veiklos greitį lemiantys veiksniai
Turbinos sukimosi greitis priklauso nuo jos korpuse esančio kanalo dydžio ir formos, panašiai kaip vandens srovės stiprumas, reguliuojamas laistymo žarnos angos uždengimu. Kuo daugiau energijos turi panaudotos dujos, tuo greičiau suksis turbina. 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.
Turbokompresoriaus sandara ir komponentai
Turbokompresorius susideda iš dviejų pagrindinių komponentų: turbinos (gale) ir kompresoriaus (priekyje), sujungtų tvirta ašimi. Kiekviena dalis turi savo korpusą ir rotorių.
Turbina
- Korpusas: Liejamas iš temperatūrai atsparaus lydinio, atlaikantis išmetimo dujų temperatūrą (kuri kolektoriuje siekia apie 650 °C, o išeinanti iš turbos - apie 370 °C).
- Rotorius: Gaminamas iš aukštos kokybės medžiagų, atsparių aukštai temperatūrai, ir stipriai tvirtinamas prie ašies.
Kompresorius
- Korpusas: Atlieka oro suspaudimo funkciją.
- Rotorius: Pritvirtintas prie turbinos ašies ir sukasi tokiu pat greičiu. Kompresoriaus dydį nulemia varikliui reikalingo oro kiekis ir turbinos sukimosi greitis.
Ašis ir guoliai
Ašies korpusas yra centrinė turbokompresoriaus dalis, esanti tarp turbinos ir kompresoriaus. Ašis sukasi slydimo guoliuose. Motorinė alyva kanalais nuteka tarp korpuso ir guolių, taip pat tarp guolių ir ašies. Pastaruoju metu atsirado konstrukcijų, kuriose guolis nejuda, o ašis sukasi alyvos vonelėje. Ašies medžiaga skiriasi nuo medžiagos, naudojamos turbinos rotoriui. Ši jungtis montuojama tokiu būdu, kad ašis ir rotorius, besisukantys labai dideliu greičiu, suspaudžia vienas kitą. Dėl trinties išsiskirianti šiluma sulieja juos vieną su kitu, suformuodama neišardomą vienetą. Ašis sujungimo vietoje tuščiavidurė, kas apsunkina šilumos perdavimą iš turbinos rotoriaus į jos ašį.
Sandarikliai ir aušinimas
Kompresorius sandarinamas iš abiejų pusių įmontuojant alyvą sulaikančias tarpines ir sandarinimo žiedus. Nors šie žiedai padeda išvengti alyvos nuotėkio, jie iš tiesų yra elementas, apsunkinantis oro nuotėkį tarp turbinos, kompresoriaus ir ašies korpuso. Įprastu turbokompresoriaus darbo režimu turbinoje ir kompresoriuje slėgis didesnis nei ašies korpuse.
Visi alyvos sandarikliai yra dinaminio tipo. Iš turbinos pusės sandarinimo žiedai išdėstyti grioveliuose (tiek ašies korpuse, tiek ir ant pačios ašies), tokiu pat principu žiedai sumontuoti ir iš kompresoriaus pusės. Sandarinimo žiedai atlieka svarbiausią vaidmenį užtikrinant hermetiškumą. Kai variklis dirba mažomis apsukomis arba be apkrovos, už kompresoriaus rotoriaus dėl išcentrinės jėgos susidaro vakuumas arba mažesnio slėgio zona. Tai gali lemti alyvos nuotėkį iš ašies korpuso į kompresorių.
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.
„Turbo duobė“ ir kintamos geometrijos turbokompresoriai
Kintamos geometrijos turbokompresorius – mažesnė delsa, didesnis sukimo momentas!
Vienas pagrindinių turbokompresorių trūkumų - „turbo duobė“ (angl. turbo lag). Tai laikas, per kurį turbokompresorius sukelia darbinį slėgį slėgiminėje sistemoje. Nors turbokompresoriaus ašis pradeda suktis iškart užvedus variklį, dėl ašies ir rotorių inercijos slėgis sistemoje sukaupiamas vėliau, nei paspaudžiamas akseleratoriaus pedalas. Tai reikalauja tam tikrų įgūdžių norint greitai aplenkti ar pravažiuoti sankryžą.
Norėdami sumažinti šią „turbo duobę“, gamintojai sukūrė kintamos geometrijos turbokompresorius. Kintamos geometrijos pagalba padidinamas išmetimo dujų greitis, taip turbokompresoriaus ašis greičiau įsisuka ir sukelia slėgį sistemoje. Dėl to variklio sukimo momentas padidėja ir tolygiau kyla, augant variklio apsukoms.
Kol kas kintamos geometrijos turbokompresoriai serijinėje gamyboje montuojami tik dyzeliniuose automobiliuose. Benzininiuose automobiliuose išmetimo dujų temperatūra yra didesnė nei dyzeliniuose, dėl šios priežasties mažėja kintamos geometrijos ilgaamžiškumas.
Dažniausios turbinos gedimų priežastys
Turbina gali tarnauti ilgiau nei pats variklis, tačiau be reguliarios priežiūros ją galima sugadinti vos per kelis tūkstančius kilometrų. Turbokompresoriai yra labai preciziški komponentai, kurių veikimui užtikrinti reikalingas puikus tepimas, švarus oro srautas ir pakankamas aušinimas. Dažniausios gedimų priežastys yra susijusios būtent su šiais dalykais.
1. Alyva ir tepimo sistemos problemos
- Nepakankamas tepimas: Daugiausia turbokompresoriaus gedimų kyla dėl užterštos, per skystos, netinkamos arba per retai keičiamos alyvos. Alyva tepa ir aušina guolius, o jei tiekimo kanalai užsikemša, guoliai ir velenai gali perkaisti, susidėvėti ar net užstrigti. Alyvos trūkumas arba prastos kokybės alyva gali sukelti teršalų kaupimąsi, sukeliantį abrazyvinį poveikį turbinos vidinėms dalims.
- Alyvos užterštumas: Koksas, dervos, emulsijos, aušinimo skystis, suodžiai.
- Abrazyvas alyvoje: Drožia tepalo siurblys, įdėklai, paskirstymo velenėliai, grandinės.
- Variklio užgesinimas po intensyvaus važiavimo: Staiga užgesinus variklį po didelių sūkių, dingsta alyvos slėgis, alyvos tiekimas į karštą turbokompresorių sumažėja, todėl turbina perkaista, oksiduojasi ir užsikoksuoja, ant detalių susidaro kietosios abrazyvinės dalelės.
- Sandariklių ir tarpinių susidėvėjimas: Dėl to alyva gali nutekėti į įsiurbimo ar išmetimo sistemą, arba sudegti variklyje.
2. Mechaniniai pažeidimai ir svetimkūniai
- Pažeistas oro filtras arba nešvarumai: Jei oro filtras pažeistas, į turbinos kompresorių gali patekti smėlis ir dulkės, greitai nudildančios sparnelių kraštus.
- Svetimkūniai: Dėl didelių sukimosi greičių net mažiausias svetimkūnis (guminis tarpiklis, plastmasė, varžtai, smėlis, skudurai) gali padaryti didelę žalą sparnuotėms. Jei objektas patenka per kompresoriaus pusę, dažniausiai kaltas oro filtras. Jei pažeidžiama turbinos pusė, problema paprastai kyla dėl paties variklio (pvz., trupantis išmetimo kolektorius, EGR aušintuvo sklendė).
- Korpuso įtrūkimai ar ašelės metalo pažeidimai: Gali atsirasti dėl perkaitimo ar mechaninio poveikio, sukeliant alyvos sąnaudas ir nuotėkius.
3. Kitos priežastys
- Prastos kokybės kuras: Dyzelinėje alyvoje esančios kenksmingos medžiagos, sudegusios, prilimpa prie turbinos sienelių.
- Kritinių turbokompresoriaus sūkių viršijimas: Gali atsirasti dėl savaiminio užsigazavimo arba per mažo turbinos našumo.
- Netinkamas montavimas ir kalibravimas: Net nauja detalė gali sugesti dėl neteisingo montavimo ar kompiuterinio kalibravimo.
- Užsikimšusi išmetimo sistema: Katalizatoriaus, suodžių filtras (DPF) užsikimšimas padidina priešslėgį turbinoje ir gali sukelti gedimą.
- Detalių nuovargis: Senatis, perkaitimas ar prasta priežiūra gali sukelti katalizatoriaus, DPF filtro ar kitų susijusių dalių nuovargį.
- Pigus arba užsikimšęs oro filtras: Gali nepraleisti reikiamo oro kiekio arba nesulaikyti dulkių, sukelti slėgio kaupimąsi karteryje.
Turbinos gedimo simptomai
Laiku atpažinti pirmuosius gedimo požymius yra būtina, kad būtų išvengta didesnių problemų ir brangesnių remonto darbų. Stebėdami automobilio darbą, galite pastebėti šiuos įspėjamuosius signalus:
- Variklio galios praradimas: Automobilis lėtai įsibėgėja, sunkiai pasiekia įprastą greitį ar išlaiko didelį greitį, lėčiau reaguoja į akseleratoriaus paspaudimą. Tai rodo, kad turbina nebesukuria reikiamo slėgio.
- Padidėjusios kuro sąnaudos: Prastai veikianti turbina neduoda pakankamai suslėgto oro, todėl variklis turi dirbti intensyviau (įpurškiant daugiau degalų), kad kompensuotų deguonies trūkumą.
- Padidėjęs dūmingumas iš išmetimo vamzdžio:
- Juodi dūmai dažnai rodo per didelį kuro patekimo į variklį kiekį.
- Mėlyni/pilki dūmai rodo alyvos nutekėjimą į variklio degimo kamerą arba išmetimo sistemą, kur ji sudega.
- Keisti garsai iš variklio skyriaus: Nors sveikas turbokompresorius veikia tyliai, susidėvėjus guoliams ar mentėms, galite išgirsti švilpimą, ūžimą, šnypštimą, barškėjimą ar kitus neįprastus garsus, ypač didėjant variklio sūkių skaičiui.
- Padidėjęs alyvos suvartojimas: Dėl susidėvėjusių tarpinių, sandariklių ir guolių alyva gali nutekėti į įsiurbimo arba išmetimo sistemą.
- Užsidegusi variklio gedimo lemputė: Daugumos šiuolaikinių automobilių kompiuteriai gali atpažinti turbinos gedimus (pvz., nepakankamą slėgį variklyje) ir pranešti apie tai prietaisų skydelyje.
Prevencinės priemonės ir priežiūra
Kruopšti turbokompresoriaus priežiūra ir savalaikis aptarnavimas gali ženkliai prailginti jo tarnavimo laiką ir padėti išvengti brangių gedimų. Štai pagrindinės rekomendacijos:
- Reguliarus alyvos ir filtrų keitimas:
- Naudokite tik aukštos kokybės ir gamintojo rekomenduojamą alyvą (geriausia pusiau arba pilnai sintetinę). Nekreipkite dėmesio į gamintojų teikiamas ilgus alyvos keitimo terminų rekomendacijas (pvz., 30 000 km), turbininiame variklyje alyvą keisti reikėtų kas 8 000-10 000 km.
- Keičiant alyvą, būtinai pakeiskite alyvos ir oro filtrus. Naudokite aukštos kokybės tepalo ir oro filtrus, nes jie atlieka labai svarbią funkciją.
- Variklio pašildymas prieš važiuojant: Ypač šaltuoju metų periodu pašildykite variklį prieš važiuodami. Pašilus varikliui pašyla ir alyva, ko pasekoje ji geriau tepa turbiną. Sutepta turbina mažiau dėvisi.
- Variklio atvėsinimas po intensyvaus važiavimo: Po intensyvios kelionės ar didelių sūkių, prieš išjungiant variklį, leiskite jam kelias minutes dirbti laisva eiga. Tai itin svarbu turbinoms, kurių guolių korpusą aušina alyva, kad būtų išvengta perkaitimo ir kokso susidarymo.
- Gera oro įsiurbimo sistema: Tvarkingai veikianti įsiurbimo sistema ir geras oro filtras apsaugo turbiną nuo abrazyvinių dalelių ir nešvarumų, kurie gali pažeisti menteles.
- 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.
- Tinkami kuro priedai: Naudokite tinkamus kuro priedus, kurie padeda palaikyti turbinos švarą, pvz., profesionalius turbinos valiklius. Tai yra prevencinė priemonė, padedanti sumažinti apnašų kaupimąsi, bet ne esamo gedimo sprendimas.
Ką daryti, jei įtariate turbinos gedimą ir remonto galimybės
Jei pastebėjote bet kurį iš minėtų simptomų, nedelsdami kreipkitės į patikimą autoservisą. Geriau neeksploatuokite automobilio su sugedusia turbina, nors juo važiuoti ir įmanoma, nes tai gali sukelti dar didesnių variklio pažeidimų.
Turbinos diagnostika ir remontas
Nuvykus į autoservisą, pirmiausia bus atlikta turbinos diagnostika. Specialistai patikrins, ar turbina sugedo, ir nustatys gedimo priežastį. Kartu bus patikrintas ir variklis, mat dėl sugedusio ar prastai veikiančio variklio gali sugesti ir turbina. Svarbu paminėti, kad turbokompresoriaus konstrukcija yra tiksliai užprogramuota naudoti konkrečiam varikliui, todėl griežtai draudžiama keisti kokius nors turbo įpūtimo sistemos nustatymus ir reguliavimus, nes bandant didinti įpūtimo slėgį, galima perkaitinti variklį ir pažeisti stūmoklius ar kitas dalis.
Kintamos geometrijos turbokompresorius – mažesnė delsa, didesnis sukimo momentas!
Remonto variantai
Nustačius, kad turbina sugedo, turite du pagrindinius variantus:
- Nauja turbina: Galite įsigyti visiškai naują turbiną ir ją sumontuoti. Tai dažnai būna brangiausias variantas, tačiau naujai turbinai bus suteikta ilgesnė garantija ir ji tarnaus ilgiau.
- Turbinos restauravimas: Jei norite sumažinti išlaidas, turite galimybę atnaujinti, t. y. restauruoti turimą turbokompresorių. Remonto metu turbina išimama, išardoma, o pažeistos dalys remontuojamos arba keičiamos. Po to turbina išplaunama, surenkama su naujomis dalimis ir vėl įstatoma į transporto priemonę.
Po remonto specialistai papasakos, kokių priemonių galite imtis, kad išvengtumėte turbokompresoriaus gedimų ateityje. Laiku atlikta priežiūra ir profesionalus remontas užtikrins ilgą ir patikimą turbinos veikimą.
tags: #kokiomis #apsukomis #dirba #turbina