Turbokompresorius, dažnai vadinamas tiesiog turbina, yra svarbus komponentas, padedantis padidinti variklio galią ir efektyvumą daugelyje šiuolaikinių automobilių, ypač dyzelinių ir daugelio benzininių. Į automobilių pasaulį jis įsiveržė palyginti neseniai, pradėjęs populiarėti prieš du dešimtmečius, tačiau šiandien jis yra neatsiejamas daugelio variklių atributas. Turbinos revoliucionavo automobilių rinką, suteikiant didžiulį potencialą gaminti gerokai našesnius variklius. Kadangi turbina leidžia išgauti daugiau galios nedidinant variklio darbinio tūrio ir nesiremiant kitais drastiškais pokyčiais, turbinos yra naudojamos daugelyje modernių automobilių su vidaus degimo varikliais.
Turbokompresoriaus veikimas grindžiamas išmetamųjų dujų srauto principu: išmetamosios dujos suka turbinos ratuką, kuris per veleną suka kompresoriaus ratą, suspaudžiantį įsiurbiamą orą. Taip padidinamas oro kiekis variklyje, leidžiantis efektyviau sudeginti kurą ir padidinti galią. Vienas lengviausių būdų padidinti variklio galingumą - tai padidinti sudeginamo oro ir degalų kiekį. Šį efektą galima pasiekti keliais būdais, pavyzdžiui, padidinus cilindrų skaičių, darbo tūrį arba pasitelkus į pagalbą turbokompresorių. Dėl didesnio oro kiekio cilindre daugiau degalų galima sudeginti viename variklio cikle. Daugiau sudegusių degalų - daugiau išmetamųjų dujų, daugiau išmetamųjų dujų - didesnė galia ir išsiplėtimas. Tai tiesiog „nemokami priešpiečiai“ inžinerijoje, todėl beveik be jokių išlaidų panaudojama galia, kuri kitaip būtų prarandama. Įranga tampa truputį sudėtingesnė, atsiranda šiek tiek papildomų gamybos išlaidų, bet variklio galios turbina beveik nemažina.
Joks 1,6 l darbinio tūrio atmosferinis variklis, gaunantis orą natūraliu būdu, nebus galingesnis už 1,6 l motorą, kuriam orą įpučia turbokompresorius. Šiandieniniai 1,6 l varikliai su priverstiniu oro įpūtimu, montuojami į serijinius automobilius, išvysto apie 300 AG. Kas galėjo pasvajoti apie tokį darbinio tūrio ir galios santykį prieš dešimtmetį?
Kaip veikia turbokompresorius?
Turbokompresorius (angl. „turbocharger“) yra turbina, varoma išmetamųjų dujų, ji velenu sujungta su kompresoriumi, pumpuojančiu orą į variklį. Turbinos veikimo procesas prasideda nuo variklio išmetamųjų dujų. Variklis, degindamas kurą, dideliu greičiu paleidžia išmetamąsias dujas, kurios nukreipiamos per išmetimo kolektorių į turbinos korpusą. Išmetamosios dujos eina per turbinos sparnuotę, priverčiant ją greitai suktis. Ši sparnuotė velenu sujungta su oro kompresoriumi kitoje turbinos pusėje, todėl, turbinai besisukant, siurbiamas oras.
Turbinos sparnuotė įtraukia aplinkos orą ir jį suspaudžia. Tada šis suslėgtas oras į variklio įsiurbimo kolektorių patenka didesniu slėgiu ir tankiu nei atmosferiniuose varikliuose (varikliuose, kuriuose nėra turbinos). Padidėjęs oro tankis leidžia varikliui sudeginti daugiau degalų, todėl degimas efektyvesnis, o galia yra didesnė.
Prieš pradedant susipažinti su turbinos veikimo principu, reikia trumpai apžvelgti vieną iš fizikos dėsnių - idealių dujų dėsnį. Trumpai tariant, dėsnio esmė yra tokia: dujų temperatūra, slėgis ir tūris yra tarpusavyje susiję. Suspausk dujas (sumažink jų tūrį), ir temperatūra pakils. Leisk dujoms plėstis, ir dujų temperatūra bei slėgis sumažės. Padidink dujų temperatūrą, ir padidės dujų slėgis (uždaroje erdvėje) arba tūris (jei dujoms leidžiama plėstis). Pagaliau dujos teka iš didesnio slėgio zonos į žemesnio slėgio zoną. Kuo didesnis slėgių skirtumas, tuo didesne jėga dujos veržiasi į žemesnio slėgio zoną.
Oro aušintuvas
Kai oras yra spaudžiamas, jis kaista, o kaisdamas plečiasi. Todėl norint gauti kuo daugiau variklio galios, reikia, kad į variklį patektų kuo daugiau oro molekulių, o ne slėgio. Tam yra naudojamas oro aušintuvas. Tai yra papildomas įrenginys, aušinantis suspaudžiamą orą, dėl to į variklį patenka daugiau oro, o nuo to padidėja variklio galingumas. Oro aušintuvas yra paprastas oro radiatorius, montuojamas tarp kompresoriaus išėjimo ir variklio įėjimo ir aušinamas aplinkinio oro srautu. Kuo daugiau atvėsina suspaustą orą, tuo geriau, radiatoriaus efektyvumas priklauso nuo konstrukcijos, todėl didesnis ne visada reiškia efektyvesnį. Oro aušintuvas turi būti montuojamas tokioje vietoje, kurioje jis patektų į aplinkinio oro srautą.
Turbinos tipai
Turbinos būna kelių tipų: fiksuotomis arba kintamos geometrijos mentėmis bei dvigubi (angl. twin scroll). Pirmieji išrastos seniausiai, yra paprasčiausi ir todėl remontuojami pigiausiai, tačiau jų efektas yra labai trumpalaikis ir pasiekiamas mažame variklio sūkių diapazone. Antrojo tipo turbokompresorius veikia platesniame diapazone, tačiau techniškai yra sudėtingesnis ir remontuojamas brangiau. Trečiojo tipo prietaisas apjungia pirmuosius: mažo diametro turbina veikia esant žemiems variklio apsisukimams, didelio - aukštiems. Taip pasiekiamas ir patikimumas, ir efektyvus veikimas plačiame variklio sūkių diapazone.
Turbinos gedimo požymiai
Netinkamai eksploatuojama, turbina gali sugesti gerokai anksčiau nei pats variklis. Viena didžiausių perkrovas patiriančių ir lengviausiai pažeidžiamų automobilio variklio skyriaus detalių. Sugedęs turbokompresorius gali stipriai paveikti variklio efektyvumą ir patikimumą. Mokėdami atpažinti turbinos gedimus galėsite išvengti tolimesnių problemų ir užtikrinti saugią automobilio eksploataciją. Štai keletas dažniausiai pasitaikančių turbinos gedimo požymių:
- Sumažėjusi galia ir lėtesnis įsibėgėjimas: Vienas iš lengviausiai pastebimų sugedusios turbinos požymių - sumažėjusi variklio galia ir lėtesnis įsibėgėjimas. Jei jaučiate, kad jūsų automobilis sunkiai pasiekia įprastą greitį arba pasidarė vangus, tai gali būti dėl netinkamai veikiančios turbinos.
- Padidėjęs dūmingumas: Neįprastai didelis išmetamųjų dujų kiekis, ypač jei dūmai yra mėlyni arba juodi, gali būti turbinos gedimo požymis. Mėlyni dūmai įspėja apie alyvos sunaudojimą, kas gali reikšti, kad alyva per turbiną patenka į degimo kamerą. Juodi dūmai gali įspėti apie oro ir degalų mišinio disbalansą dėl prasto turbinos veikimo.
- Pašaliniai variklio garsai: Keisti garsai, pvz.: cypimas, metalo trinties arba barškėjimo garsas iš variklio skyriaus gali įspėti apie turbinos guolių arba sparnuotės problemas. Šie garsai gali kilti dėl pernelyg didelio nusidėvėjimo arba pažeidimo.
- Degėsių kvapas: Jei užuodžiate degėsių kvapą, tai gali būti dėl alyvos nuotėkio iš sugedusios turbinos ir sąlyčio su įkaitusiais variklio komponentais. Tai gali sukelti pavojingas situacijas ir reikalauja neatidėliotino dėmesio.
- Variklio alyvos trūkumas: Neveikianti turbina gali praleisti alyvą į degimo kamerą, taip ją deginant kartu su degalais. Dėl to sunaudojama daugiau alyvos nei įprastai. Labai svarbu reguliariai tikrinti alyvos lygį ir, pastebėjus nuotėkį, nedelsiant ieškoti problemos.
- „Check engine“ lemputė: Dėl sugedusios turbinos prietaisų skydelyje gali aktyvuotis įspėjamoji „check engine“ lemputė. Šuolaikiniuose automobiliuose sumontuoti davikliai, kurie stebi įvairius variklio darbo aspektus, o aptikus tam tikrų duomenų neatitikimus aktyvuojama „check engine“ lemputė.
- Sumažėjęs slėgis: Turbinos yra atsakingos už variklio oro įsiurbimą. Jei pastebite staigų turbinos slėgio sumažėjimą spaudžiant akceleratoriaus pedalą arba įsibėgėjant, tai gali būti dėl turbinos pažeidimo.
- Padidėjusios kuro sąnaudos: Dėl netinkamai veikiančios turbinos kuro degimas gali būti neefektyvus, todėl padidėja kuro sąnaudos. Jei baką pildyti tenka dažniau vairavimo sąlygoms nepakitus, tai gali būti dėl turbinos problemų.
Kaip veikia turbokompresorius?
Dažniausios turbinos gedimų priežastys
Bene pagrindinis ir visada pabrėžiamas turbokompresoriaus ypatumas - varikliui suteikiama galia. Kita vertus, tai yra viena didžiausias perkrovas patiriančių ir lengviausiai pažeidžiamų automobilio variklio skyriaus detalių. Vienas pagrindinių turbinos gedimų kaltininkų - alyvos trūkumas arba jos kokybės praradimas. Senas ar nefiltruotas tepalas gali turėti abrazyvinių dalelių, kurios gadina guolius ir veleną. Be to, jei alyvos padavimas į turbiną yra ribojamas užsikimšimų ar per mažos apimties, trūksta tinkamo tepimo. Kita problema - alyvos perkaitimas, kuris dažnai išprovokuojamas, kai variklis po intensyvios važiavimo atvėsimas užtrunka nepakankamai. Gedimus sukelia ir išoriniai veiksniai: nešvarus arba pažeistas oro filtras leidžia smėliui ar dulkių patekti į turbinos kompresoriaus dalį, kur jos gali nudrožti sparnuotę. Jei į šią sistemą patenka bet koks svetimkūnis, tai gali baigtis rimtu mechaniniu pažeidimu. Perkaitimas yra dar viena problema. Turbinos dirba su labai karštomis išmetimo dujomis, o aušinimo problemos gali sukelti metalo deformacijas ar net įtrūkimus.
Turbinos yra sudėtingi mechaniniai komponentai, kurie gali sugesti dėl įvairių priežasčių. Kone dažniausia priežastis yra netinkamas tepimas ir alyvos užterštumas, dėl kurio greičiau nusidėvi ir pažeidžiami guoliai bei velenai. Dėl per didelio karščio, kuris įprastai atsiranda dėl netinkamo aušinimo ar alyvos tiekimo, turbinos komponentai gali deformuotis, atsiranda ašelės klibėjimas, sutrinka turbinos geometrija. Nepakankama priežiūra, pvz., alyvos ir filtrų keitimo nepaisymas, taip pat gali prisidėti prie nuosėdų susidarymo, kurios sumažina efektyvumą ir sukelia gedimus. Išoriniai veiksniai, tokie kaip keitimo klaidos, netinkamas balansavimas ir įvairių detalių pažeidimas, gali pakenkti turbinos geometrijai. Be to, agresyvus vairavimo stilius, aukšti variklio sūkiai bei ilgas veikimas tuščiąja eiga gali prisidėti prie turbinos apkrovos ir gedimų.
Turbinos priežiūra ir eksploatacija
Kadangi turbinos veikia itin sunkiomis temperatūros sąlygomis, būtina užtikrinti, kad karštis nepaveiktų metalinių detalių. Labai svarbu keisti variklio alyvą (jei naudojate pigesnius, pusiau sintetinius tepalus) kas 5000 kilometrų, 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. Apnašų faktiškai galima išvengti naudojant sintetinę alyvą ir keičiant ją kas 10 tūkstančių kilometrų. Apskritai taupyti tepalų sąskaita, važinėjant automobiliu su turbina, tikrai neverta.
Viena iš pastabų, 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 variklį turbiną aušinantis tepalas nustoja cirkuliuoti. Norint išvengti pernelyg didelio perkaitimo, rekomenduojama sustojus po „smagesnio“ pasivažinėjimo iškart neišjungti variklio, o bent porą minučių leisti jam padirbti esant laisviems sūkiams - tai leis ataušti turbinai.
Reguliarus alyvos keitimas: naudokite aukštos kokybės alyvą ir laikykitės gamintojo nurodymų dėl jos keitimo dažnumo. Švarus oro filtras: užtikrinkite, kad oro filtras būtų švarus ir neaptaškytas. Vėsinimo sistema: įsitikinkite, kad variklio vėsinimo sistema veikia tinkamai. Švelnus variklio įkrovimas ir iškrovimas: prieš intensyvų važiavimą leiskite varikliui sušilti, o po važiavimo - leiskite jam atvėsti. Reguliarūs patikrinimai: bent kartą per metus arba kas 20 000 kilometrų patikrinkite turbinos būklę. Laikydamiesi šių patarimų, galite užtikrinti, kad jūsų automobilio turbina tarnaus ilgus metus ir užtikrins optimalų variklio veikimą.
Norint, kad turbokompresorius tarnautų kuo ilgiau, labai svarbi profilaktika. Reguliariai keiskite alyvą ir filtrus, naudokite tik kokybiškus tepalus. Po ilgos ar intensyvios važiavimo atkarpos negesinkite variklio iš karto - leiskite jam kelias minutes paduoti alyvą aušimui.
Ar galima toliau važiuoti pastebėjus turbinos gedimą?
Nors galima važiuoti su sugedusia turbina, tai nėra patartina, kadangi galite sukelti dar didesnę žalą automobiliui bei pavojų saugumui. Dėl netinkamai veikiančios turbinos gali sumažėti variklio galia ir padidėti degalų sąnaudos. Nepaisydami turbinos gedimo požymių, tokių kaip padidėjęs dūmingumas, neįprasti pašaliniai garsai ar galios praradimas, galite leisti problemai išsiplėsti ir sugadinti aplinkinius komponentus.
Toliau važiuojant su sugedusia turbina taip pat gali išbėgti variklio alyva, todėl galite sugadinti variklį dėl per didelės trinties ir temperatūros tarp komponentų. Be to, pažeista turbina gali neigiamai paveikti bendrą transporto priemonės valdymą, kadangi akceleratorius pasidaro ne toks jautrus, ypač tais atvejais, kai reikia pagreitinti automobilį įvažiuojant į greitkelį arba lenkimo metu.
Taigi, jeigu atsirado turbinos gedimas, automobilio eksploatuoti nereikėtų. Priešingu atveju, galite susidurti su dar daugiau įvairių problemų, kurios tik dar labiau padidins bendrą remonto kainą. Negana to, neveikianti turbina kelia pavojų netgi jūsų saugumui.
Turbinos remontas ir keitimas
Sugedus turbinai, svarbu kuo greičiau imtis veiksmų. Visų pirma, reikia patikrinti alyvos lygį ir nutraukti automobilio eksploatavimą, jei ji sparčiai nyksta. Tuomet patartina, kad automobilių servisas atliktų diagnostiką. Nustačius gedimą, egzistuoja keli pasirinkimai: keisti visą turbokompresorių nauju ar restauruotu, arba remontuoti esamą. Nors naujas turbokompresorius yra patikimas, jo kaina gali būti išties didelė. Alternatyva - turbinos restauravimas, kur keičiamos vidinės dalys (CHRA kasetė), atliekamas balansavimas ir kiti koregavimai.
Turbokompresoriaus kaina gali siekti maždaug 500-1000 eurų. O restauravimas kainuoja 300-550 eurų. Kintamos geometrijos turbinos remontas yra maždaug 10 proc. brangesnis. Internete galima rasti daugybę pasiūlymų pačiam restauruoti turbinas, tačiau specialistai tokias idėjas kategoriškai neigia. Nes svarbiausias restauravimo procesas - turbinos balansavimas. 100 tūkstančių sūkių per minutę besisukanti turbina reaguos į mažiausią disbalansą, o tinkamam balansavimui reikalingos namudinėmis sąlygomis neprieinamos technologijos.
Turbinos remontas gali būti nemaloni, bet neišvengiama patirtis. Tačiau į tai galima pažiūrėti kaip į investiciją - laiku suremontavus turbiną, galima ne tik atkurti automobilio galią, bet ir apsaugoti variklį nuo rimtesnių pažeidimų. Todėl jeigu pastebėjote pirmuosius gedimo signalus, nedelskite ir kreipkitės į specialistus.