Turbokompresora darbības princips un tā konstrukcija

Turbokompresors (turbīna) ir mehānisms, ko izmanto automašīnās, lai piespiestu gaisu iekšdedzes dzinēja cilindros. Šajā gadījumā turbīnu darbina tikai izplūdes gāzu plūsma. Turbokompresora izmantošana ļauj palielināt dzinēja jaudu līdz pat 40%, vienlaikus saglabājot tā kompakto izmēru un zemu degvielas patēriņu.

Kā turbīna ir sakārtota, tās darbības princips

Standarta turbokompresors sastāv no:

1. Mājokļi. Izgatavots no karstumizturīga tērauda. Tam ir spirālveida forma ar divām atšķirīgi virzītām caurulēm, kas aprīkotas ar atlokiem uzstādīšanai spiediena sistēmā.
2. Turbīnas ritenis. Tas pārvērš izplūdes enerģiju vārpstas rotācijā, uz kuras tā ir stingri nostiprināta. Izgatavots no karstumizturīgiem materiāliem.
3. Kompresora ritenis. Tas saņem rotāciju no turbīnas riteņa un sūknē gaisu dzinēja cilindros. Kompresora lāpstiņritenis bieži ir izgatavots no alumīnija, kas samazina enerģijas zudumus. Temperatūras režīms šajā zonā ir tuvu normālam, un karstumizturīgu materiālu izmantošana nav nepieciešama.
4. Turbīnas vārpsta. Savieno turbīnas riteņus (kompresoru un turbīnu).
5. Slīdgultņi vai lodīšu gultņi. Nepieciešams, lai savienotu vārpstu korpusā. Dizainu var aprīkot ar vienu vai diviem balstiem (gultņiem). Pēdējos eļļo ar vispārējo motora eļļošanas sistēmu.
6. apvada vārsts. PParedzēts, lai regulētu izplūdes gāzu plūsmu, kas iedarbojas uz turbīnas riteni. Tas ļauj kontrolēt pastiprināšanas jaudu. Vārsts ar pneimatisko izpildmehānismu. Tās pozīciju kontrolē dzinēja ECU, kas saņem signālu no ātruma sensora.

Turbīnas darbības pamatprincips benzīna un dīzeļdzinējos ir šāds:

• Izplūdes gāzes tiek novirzītas uz turbokompresora korpusu, kur tās iedarbojas uz turbīnas lāpstiņām.
• Turbīnas ritenis sāk griezties un paātrināties. Turbīnas griešanās ātrums lielā ātrumā var sasniegt 250 000 apgr./min.
• Pēc izbraukšanas cauri turbīnas ritenim izplūdes gāzes tiek izvadītas izplūdes sistēmā.
• Kompresora lāpstiņritenis griežas sinhroni (jo tas atrodas uz tās pašas vārpstas ar turbīnu) un virza saspiestā gaisa plūsmu uz starpdzesētāju un pēc tam uz dzinēja ieplūdes kolektoru.

Turbīnas īpašības

Salīdzinājumā ar mehānisko kompresoru, ko darbina kloķvārpsta, turbīnas priekšrocība ir tāda, ka tā neņem enerģiju no dzinēja, bet izmanto savu blakusproduktu enerģiju. To ir lētāk ražot un lētāk lietot.

Lai gan tehniski dīzeļdzinēja turbīna būtībā ir tāda pati kā benzīna dzinējam, tā ir biežāk sastopama dīzeļdzinējam. Galvenā iezīme ir darbības režīmi. Tāpēc dīzeļdzinējam var izmantot mazāk karstumizturīgus materiālus, jo izplūdes gāzu temperatūra vidēji ir no 700 °C dīzeļdzinējos un no 1000 °C benzīna dzinējos. Tas nozīmē, ka benzīna dzinējam nav iespējams uzstādīt dīzeļturbīnu.

No otras puses, šīm sistēmām ir arī dažādi spiediena līmeņi. Šajā gadījumā jāņem vērā, ka turbīnas efektivitāte ir atkarīga no tās ģeometriskajiem izmēriem. Cilindros iepūstā gaisa spiediens ir divu daļu summa: 1 atmosfēras spiediens plus turbokompresora radītais pārspiediens. Tas var būt no 0,4 līdz 2,2 atmosfērām vai vairāk. Tā kā dīzeļdzinēja turbīnas darbības princips ļauj uzņemt vairāk izplūdes gāzu, benzīna dzinēja konstrukciju nevar uzstādīt pat dīzeļdzinējos.

Turbokompresoru veidi un kalpošanas laiks

Galvenais turbīnas trūkums ir "turbo lag" efekts, kas rodas pie zemiem dzinēja apgriezieniem. Tas atspoguļo laika aizkavi, reaģējot uz motora apgriezienu skaita izmaiņām. Lai novērstu šo trūkumu, ir izstrādāti dažāda veida turbokompresori:

• Twin-sroll sistēma. Konstrukcija paredz divus kanālus, kas atdala turbīnas kameru un rezultātā izplūdes gāzu plūsmu. Tas nodrošina ātrāku reakcijas laiku, maksimālu turbīnas efektivitāti un novērš izplūdes atveru aizsērēšanu.
• Turbīna ar mainīgu ģeometriju (uzgalis ar mainīgu ģeometriju). Šo dizainu visbiežāk izmanto dīzeļdzinējos. Tas nodrošina izmaiņas turbīnas ieplūdes šķērsgriezumā, pateicoties tās lāpstiņu mobilitātei. Rotācijas leņķa maiņa ļauj regulēt izplūdes gāzu plūsmu, tādējādi regulējot izplūdes gāzu ātrumu un dzinēja ātrumu. Benzīna dzinējos sporta automašīnās bieži sastopamas mainīgas ģeometrijas turbīnas.

Turbokompresoru trūkums ir turbīnas trauslums. Benzīna dzinējiem tas ir vidēji 150 000 kilometru. Savukārt dīzeļdzinēja turbīnas kalpošanas laiks ir nedaudz garāks un vidēji ir 250 000 kilometru. Ilgstoši braucot lielā ātrumā, kā arī nepareizi izvēloties eļļu, kalpošanas laiks var samazināties divas vai pat trīs reizes.

Atkarībā no tā, kā turbīna darbojas benzīna vai dīzeļdzinējā, var novērtēt veiktspēju. Pārbaudāmais signāls ir zilu vai melnu dūmu parādīšanās, dzinēja jaudas samazināšanās, kā arī svilpes un grabulīša parādīšanās. Lai izvairītos no bojājumiem, savlaicīgi jāmaina eļļa, gaisa filtri un jāveic regulāras apkopes.