Turbokompresoriai automobiliuose. Jų veikimo principas ir priežiūra

Pagrindai

Vienas lengviausių būdų, panorus padidinti variklio galingumą, tai padidinti sudeginamo oro ir kuro kiekį. Šį efektą galima pasiekti keliais būdais, pvz., padidinti cilindrų skaičių, padidinti darbo tūrį, arba eiti taupesniu ir inžineriškai labiau rafinuotu keliu pasitelkus į pagalbą turbokompresorių. Turbokompresorius leidžia sudeginti daugiau kuro priverstinai "pripūsdamas" į variklio cilindrus daugiau oro. Vidutiniškai į standartinius automobilius turbokompresorius "įpučia" apie 0,5 bar (1 bar = 1,0197 kg/cm = 14,5 psi), kai normalus atmosferos slėgis jūros lygyje yra 1,01 bar. Taigi turbokompresorius leidžia juo aprūpintam varikliui sunaudoti apie 50 proc. daugiau oro nei į savo cilindrus įsiurbtų atmosferinis konkurentas. Nors logiška būtų tikėtis ir 50 proc. variklio galios padidėjimo, tačiau realiai variklio galia padidėja tik 30-40 proc. Trinties ir šiluminiai nuostoliai, visgi, daro savo. Turbina turbokompresoriuje įsisuka iki 150 000 (!!!) apsisukimų per minutę. Kadangi turbiną suka išmetamosios dujos, ji pasiekia labai aukštą temperatūrą.

Turbokompresorių naudojimo problemos

Kadangi suspaustas oras pumpuojamas į cilindrus, o vėliau dar labiau suspaudžiamas stūmoklių, atsiranda dar didesnė detonacijos (sprogimo) galimybė. Detonacija atsiranda dėl spaudžiamo oro kylančios temperatūros. Spaudžiamo oro temperatūra gali pakilti tiek, kad oro ir kuro mišinys, patekęs į cilindrus, gali sprogti anksčiau negu uždegimo žvakės turėtų jį uždegti. Sprogdamas mišinys išskiria daug daugiau energijos, nei mišinys, kuris dega įprastai, todėl detonacijos pasekmės varikliui dažnai būna labai skaudžios. Automobiliai su turbokompresoriais dažniausiai turi naudoti didesnio oktaninio skaičiaus degalus, kad išvengtų detonacijos. Jei slėgis yra tikrai didelis, variklio suspaudimo laipsnis turi būti sumažintas. Dar viena didelė turbokompresoriaus problema yra ta, kad jis nesuteikia momentinio galios padidėjimo staigiai paspaudus akseleratoriaus pedalą. Tai gali trukti sekundę ar daugiau, kol turbina įsisuks tiek, kad kompresorius galėtų sukurti reikalingą slėgį. Ši problema vadinama turbo pauze (turbo lag). Vienas iš šios problemos sprendimo būdų -sumažinti visų besisukančių detalių inerciją, sumažinus jų svorį. Tai priverčia turbiną ir kompresorių įsisukti daug greičiau ir reikalingą slėgį sukurti anksčiau. Garantuotas būdas sumažinti turbo pauzę yra turbokompresoriaus dydžio sumažinimas. Mažesnis turbokompresorius įsivažiuos prie mažesnių variklio sūkių, tačiau nesugebės užtikrinti reikiamo slėgio prie didelių variklio sūkių, kuomet reikalingas labai didelis oro kiekis. Be viso to, turbokompresoriui yra labai pavojinga įsisukti per daug greitai. O štai didesnis turbokompresorius tieks daugiau oro prie didelių variklio sūkių, bet turės didesnę turbo pauzę užmynus akceleratorių dėl to, kad įsivažiuoti jam reikės daugiau laiko. Dauguma turbinomis apginkluotų automobilių turi oro vožtuvą (wastegate), kuris leidžia naudoti mažesnes turbinas, sumažinančias turbo pauzę. Oro vožtuvas apsaugo turbokompresorių nuo jam pavojingo per didelio apsisukimų skaičiaus. Oro vožtuvas matuoja suspaudimą ir pasiekus per didelį slėgį paprasčiausiai išleidžia orą iš sistemos. Šis vožtuvas saugo ne tik turbiną nuo per didelių sūkių, bet ir variklį nuo per didelio slėgio. Beje, pasukioti šio vožtuvo reguliavimo varžtą itin mėgsta greičio ir galios mėgėjai. Patarimas vienas - patys to nedarykite, o palikite kvalifikuotiems specialistams, nes azartas vaikantis papildomų arklio galių automobiliui nepagrįstas kvalifikacija gali per keletą akimirkų "užmušti" variklį.

Turbomotorų „Hi-Tech“

Kad atlaikytų greičius, pasiekiančius 150 000 apsisukimų per minutę, turbinos ašis turi būti labai tiksliai užfiksuota. Tačiau dauguma guolių sprogtų nuo tokio greičio, todėl daugelyje turbokompresorių yra naudojama "skysto guolio" sistema. Šis sprendimas užtikrina tepalo sluoksnio cirkuliaciją aplink turbinos ašį, o tai jau garantuoja ašies bei kitų turbinos dalių aušinimą ir leidžia ašiai suktis be didelės trinties. Kai kuriuose turbokompresoriuose yra naudojami guoliai, bet šie guoliai nėra įprasti, jie pagaminti iš specialaus metalų lydinio, kuris atlaiko turbinos sūkius bei temperatūrą. Naudojant šiuos guolius, turbokompresoriaus ašis sukasi lengviau, nes sumažėja trintis (lyginant su tepalo suformuotu "skystu guoliu"). Taip pat galima naudoti lengvesnę ašį, o tai dar sumažina turbo pauzę. Kartais turbokompresorių gamintojai pakeičia plieninius turbinos sparnelius į keramikinius, kurie yra lengvesni ir leidžia turbinai greičiau įsisukti. Vienas iš naujesnių sprendimų, sumažinančių turbo pauzės įtaką, dviejų skirtingų dydžių turbokompresorių montavimas. Mažesnis įsisuka labai greitai, o didesnis pradeda veikti ir "pūsti" prie didelių variklio sūkių.

Oro aušintuvas. Kas tai?

Kai oras yra spaudžiamas, jis kaista, o kaisdamas oras plečiasi. Norint gauti kuo daugiau variklio galios, svarbu, kad į variklį patektų kuo daugiau oro molekulių, o ne slėgio. Oro aušintuvas (intercooler) yra papildomas įrenginys, kuris aušina spaudžiamą orą ir dėl to į variklį patenka daugiau oro, padidėja variklio galingumas. Oro aušintuvas vizualiai primena įprastą radiatorių, tiesa, mažesnį nei aušinimo sistemos.

Turbinų eksploatacijos specifika

Kadangi turbinos veikia itin sunkiomis temperatūros sąlygomis, būtina užtikrinti, kad karštis nenugalėtų metalo. Labai svarbu keisti variklio alyvą (jei naudojate pigesnius, pusiau sintetinius tepalus) kas 5 000 km, nes sena alyva gali sudegti ir palikti apnašų alyvos linijoje bei karteriuose. Tuomet netepamas turbinos velenas perkais ir išeis iš rikiuotės. Turbinų remontas yra gana brangus, nepamirškite to taupydami. Apnašų faktiškai galima išvengti naudojant sintetinę alyvą ir keičiant ją kas 10 000 km. Apskritai, taupyti tepalų sąskaita, važinėjant automobiliu su turbina, tikrai neverta. Ir dar vienas patarimas: netgi tada, kai yra papildomas aušinimo kanalas guolio korpusui pasirūpinkite, kad turbina neperkaistų… išjungus variklį. Tai nėra nesąmonė. Jei automobilis prieš sustodamas važiavo energingai, beveik nuolat dirbant turbinai, sustojus yra didelė rizika ją perkaitinti. Po įtempto darbo turbina, jos velenas ir visos kitos dalys būna labai stipriai įkaitusios, o išjungus motorą turbiną aušinantis tepalas nustoja cirkuliuoti… Norint išvengti pernelyg didelio perkaitimo rekomenduotume sustojus po smagesnio pasivažinėjimo iškart neišjungti motoro, o bent porą minučių leisti jam padirbti esant laisvoms apsukoms - tai leis ataušti turbinai ir atitolins taip nepageidaujamą remontą. Be to, tiksli įranga nemėgsta prastos kvalifikacijos meistrų rankų. Taupyti čia ne vieta, todėl nepamirškite iškilus problemoms kreiptis į savo darbo specialistus, kurių Lietuvoje jau yra. Šykštus moka du kartus…