Mūsų mechanikai mato ir tikrina daugybę šiuolaikinių automobilių turbokompresorių, dažniau vadinamų turbinomis. Turbinos buvimas automobilyje reiškia daugiau galios, malonesnį ir gyvesnį važiavimą. Kaip žinia, oro, paduodamo į degimo kamerą, suspaudimas leidžia padidinti jo masę cilindre. Tai savo ruožtu iš esmės praplečia galimybes ištobulinti darbo procesą, padidinti kuro ekonomiškumą ir galingumą, sumažinti kenksmingų teršalų arba šilumos apkrovas. Pagrindinės variklio charakteristikos, tokios kaip galingumas, sukimo momentas ir kuro sąnaudos, smarkiai pagerėja įmontavus turbokompresorių. Bet kurie kompresoriai leidžia iš esmės padidinti variklio sukimo momentą ir, dar svarbiau, išpešti iš jo kuo palankesnę apkrovos charakteristiką.
Kintamosios Geometrijos Turbokompresoriai: Poreikis ir Istorija
Nors turbokompresorius išrastas dar 1905 metais, plačiau pradėtas naudoti tik praėjus daugeliui metų. Akivaizdu, kad 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 telieka atleisti pedalą, agregatas liks su „bado daviniu“ ir, kai iš jo vėl pareikalaus dirbti su visa energija, gali sustreikuoti. Kad susidorotų su pereinamaisiais režimais, turbinos ratas padidinamas, taip ją geriau įsuks išmetamosios dujos ir nebus jokios „duobės“. Bet kyla kitas pavojus: kai variklis pradės dirbti normaliu režimu, turbina ims „siūlyti“ kompresoriui pernelyg didelį galingumą. Būtent šias problemas sprendžia kintamosios geometrijos turbokompresoriai.
Reguliuojamas turbinos korpuso skerspjūvis - tai idealas, kurio buvo siekiama nuo 1958 metų, kai dujomis varomas turbokompresorius buvo įmontuotas „Chrysler“ automobilyje. Pirmosios turbinos su keičiamos geometrijos kreipračiu atsirado dar šeštajame dešimtmetyje. Susidomėjimo kintamos geometrijos turbokompresoriumi esmė: turbinos geometrija sumažina inertiškumą ir leidžia turbokompresoriui tinkamai veikti didelėmis apsukomis arba, esant didžiausiai apkrovai.
Kintamosios Geometrijos Principai ir Technologijos
Šiuo metu beveik visi turbokompresorių gamintojai turi savo sistemas su kintama geometrija, dažnai žymimas kaip VNT (Variable Nozzle Turbine) arba VTG (Variable Turbine Geometry). Šios sistemos leidžia keisti išmetamųjų dujų srauto kryptį ir greitį, patenkantį į turbinos mentes, priklausomai nuo variklio sūkių ir apkrovos.
Garrett T25-VAT Konstrukcija
Sukurta ir „Garrett T25-VAT“ konstrukcija, kurioje turbinų kanale yra vienintelis judamasis „lapelis“. Šis „lapelis“ mažina skerspjūvį ir, atitinkamai, dujų srautą, esant mažoms apsukoms. Kai variklis veikia didelėmis apsukomis, „lapelis“ visiškai dingsta. Tokiu būdu geriausiai išnaudojamas turbokompresoriaus našumas.
KKK/BorgWarner Sprendimas
Gamykla „ККК, BorgWarner“ išleidžia patikimą ir pigų kintamos geometrijos turbiną. Jos sparnuotė laisvai sukasi ant savo ašių taip, kad didžiausias našumas užtikrinamas, esant bet kokiems variklio veikimo režimams. Kreipračio mentes pasuka specialūs kumšteliai su pneumatine pavara.
Turbinos kintamos geometrijos (VNT) reguliavimas
Įpūtimo Sistemų Evoliucija ir Modernūs Sprendimai
Kiekvienas įpūtimo agregatų porūšis pamažu „apauga“ naujais aukštos technologijos įrenginiais.
Tarpinis Oro Aušintuvas (Intercooler)
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 naudingumo koeficientas (NVK) esti ne tokie aukšti, kokie galėtų būti. Kad išvengtų šio „nesusipratimo“, po kompresoriaus oras praleidžia per specialų radiatorių (paprastai aliuminį), pagal konstrukciją analogišką esančiam aušinimo sistemoje. Kai kada siekiant sumažinti įpučiamo oro temperatūrą naudojamas aušinimo skystis, kartais oro srovė, plūstanti judant mašinai.
Dvigubi ir Nuoseklieji Turboagregatai
Konstrukcijos su dviem turboagregatais iš eksperimentinių automobilių jau persikėlė į serijinius. Didelio galingumo šiuolaikiniuose V formos varikliuose, pavyzdžiui, „Maybach“, 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.
Turbokompresoriai ypač efektyvūs dyzeliuose, nes juose didesnis suspaudimo laipsnis ir išmetamųjų dujų slėgis. Firma „Opel“ 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 „Opel Vectra ORS“. Toks turboįpūtimas leido padidinti galingumą iki 156 kVt/212 AJ, o sukimosi momentas pasiekė 400 Nm! Įspūdingi 85 kVt/112 AJ iš litro kol kas dyzelių rekordas.
Turbokompaundas
Didelio litražo krovininių automobilių varikliams naudojamas, nors kol kas gana retai, turbokompaundas. Pirmasis kompresorius dirba kaip įprasta. O oras, paduodamas antrojo, suka variklio alkūninį veleną.
Mechaniniai Kompresoriai ir Jų Modernizavimas
Šios srities pirmieji eksperimentai pirmąkart vykdyti XIX amžiaus pabaigoje. Nepaisant garbaus amžiaus, tokie įpūtimo agregatai naudojami ir nūdien. Bet dar populiaresni 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. 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 - jau minėtas oro pratekėjimas kompresoriuje, tuo didesnis, kuo mažesnis menčių sukimosi greitis. Atsiliepia ir papildoma variklio apkrova, juk variklio galingumas esant mažoms apsukoms ir taip mažas, o jį dar verčia sukti kompresorių.
Ateities Perspektyvos
Konstruktoriai nepaliaujamai ieško naujų sprendimų. Artimiausiu metu kintamosios geometrijos sistema tikriausiai dar patobulės. Mechaniniai kompresoriai, atsiradę prieš šimtą metų, neužleidžia pozicijų, juk šiuolaikinės technologijos leidžia gaminti „klasikinius kompresorius“ laikrodinių mechanizmų tikslumu. Turboįpūtimo rezervai juo labiau neišsemti.
tags: #stringa #turbinos #geometrija