Automobilių variklių našumas nuolat tobulėja, o viena iš svarbiausių technologijų, leidžiančių padidinti variklio galią ir efektyvumą, yra turbokompresoriai (arba tiesiog - turbinos).
Kaip žinia, oro, paduodamo į degimo kamerą, suspaudimas leidžia padidinti jo masę cilindre. O tai savo ruožtu iš esmės praplečia galimybes ištobulinti darbo procesą padidinti kuro ekonomiškumą ir galingumą, sumažinti kenksmingų teršalų arba šilumos apkrovas. 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.
Bet kurie kompresoriai leidžia iš esmės padidinti variklio sukimo momentą ir, dar svarbiau, išpešti iš jo kuo palankesnę apkrovos charakteristiką.
Turbokompresorių ir mechaninių kompresorių istorija ir evoliucija
Nors turbokompresorius išrastas dar 1905 metais, plačiau pradėtas naudoti tik praėjus daugeliui metų. Turboįpūtimo agregato pagrindą sudaro velenas, ant kurio iš vienos pusės turbinos ratas, iš kitos kompresorius. Turbina, naudodama išmetamųjų dujų energiją, įsuka bendrą veleną, o kartu su juo ir kompresorių, kuris pasiunčia šviežią ,,užtaisą‘‘ (dyzeliui orą, benzininiam varikliui orą arba kuro ir oro mišinį) į cilindrus.
Alternatyva turbokompresoriams su mechaniniu kompresoriumi - impulsinis firmos „Siemens“ įpūtimas. „Rutz“ tipo mechaninio kompresoriaus veikimo schema: 1 - korpusas; 2 - besisukantis rotorius. 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 (naudingo veikimo koeficientą).
Vokiečių firma viena iš kompresorių naudojimo pionierių, paiso ,,klasikos‘‘ iki šiol, nors, žinoma, nuolat ją tobulina. Pavyzdžiui, ,,Rutz‘‘ kompresoriaus rotorius privertė 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.
Mechaniniai kompresoriai, atsiradę prieš šimtą metų, neužleidžia pozicijų. Juk šiuolaikinės technologijos leidžia gaminti ,,klasikinius kompresorius‘‘ laikrodinių mechanizmų tikslumu.
Turbokompresorių veikimo principas ir iššūkiai
Su turboįpūtimu situacija panaši….. tik visiškai atvirkščia. Pagrindinės variklio charakteristikos, tokios kaip galingumas, sukimo momentas ir kuro sąnaudos, smarkiai pagerėja įmontavus turbokompresorių. Bet konstruktoriams tenka pasistengti, kad suderintų paties variklio darbą su įpūtimo agregatu ir įveiktų forsavimo sukeltos azoto oksidų koncentracijos didėjimą išmetamosiose dujose.
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.
Turbokompresoriai ypač efektyvūs dyzeliuose, nes juose didesnis suspaudimo laipsnis ir išmetamųjų dujų slėgis.
Visai neseniai 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 dyzeliame 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.
Konstrukcijos su dviem turboagregatais iš eksperimentinių automobilių jau persikėlė į serijinius. Didelio galingumo šiuolaikiniuose V formos varikliuose, pavyzdžiui, ,,Maibach‘‘, 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.
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.
Pirmosios turbinos su keičiamos geometrijos kreipračiu atsirado dar šeštajame dešimtmetyje. Pagunda nesunkiai paaiškinama: tokią turbiną iš esmės paprasčiau pritaikyti darbui esant plačiam apsukų diapazonui. Kreipračio mentes pasuka specialūs kumšteliai su pneumatine pavara. Konstruktoriai nepaliaujamai ieško naujų sprendimų. Artimiausiu metu sistema tikriausiai dar patobulės. Turboįpūtimo rezervai juo labiau neišsemti.
Turbinos valdymo aktuatoriaus vaidmuo
Šiuolaikiniuose automobiliuose turbinos veikimą reguliuoja turbinos valdymo aktuatoriai, kurie kontroliuoja turbinos slėgį ir užtikrina optimalų variklio darbą skirtingomis sąlygomis. Turbinos valdymo aktuatorius yra įrenginys, kuris reguliuoja išmetamųjų dujų srautą į turbokompresorių. Šis įrenginys gali būti mechaninis arba elektroninis, tačiau jo pagrindinis tikslas - kontroliuoti turbinos suspaudimo slėgį, kad būtų pasiektas optimalus variklio veikimas.
Mechaninio turbinos valdymo aktuatoriaus komponentai
Turbinos valdymo aktuatoriai susideda iš kelių pagrindinių dalių, kurios užtikrina tinkamą jų veikimą.
- Membrana yra viena svarbiausių mechaninio turbinos valdymo aktuatoriaus dalių. Ji veikia kaip slėgio jutiklis, kuris reaguoja į išmetamųjų dujų slėgį. Membranos funkcija yra esminė slėgio reguliavimui.
- Stūmoklis arba strypas yra tiesiogiai sujungtas su membrana ir perduoda jos judesį į kitas turbinos dalis. Mechaninis aktuatoriaus strypas yra pritvirtintas prie atliekų išmetimo vožtuvo (angl. wastegate), kuris reguliuoja išmetamųjų dujų srautą.
- Spyruoklė yra esminė mechaninio valdymo aktuatoriaus dalis, kuri atsako už slėgio reguliavimą. Spyruoklė sulaiko membraną tam tikroje padėtyje ir pasipriešina jos judesiams iki tol, kol išmetamųjų dujų slėgis viršija nustatytą ribą. Kai slėgis pakyla, spyruoklė susispaudžia, leisdama membranai judėti ir reguliuoti vožtuvo padėtį.
- Atliekų išmetimo vožtuvas, dar vadinamas wastegate, yra mechanizmas, kuris kontroliuoja, kiek išmetamųjų dujų patenka į turbokompresorių. Jis atsidaro arba užsidaro, priklausomai nuo aktuatoriaus siunčiamo signalo. Atliekų išmetimo vožtuvas gali būti vidinis arba išorinis.
Elektroniniai turbinos valdymo aktuatoriai
Šiuolaikiniuose automobiliuose vis dažniau naudojami elektroniniai aktuatoriai, kurie turi integruotą valdymo bloką. Elektroninis valdymo blokas (ECU - Engine Control Unit) naudoja jutiklių informaciją, kad tiksliai valdytų turbinos slėgį. Jutikliai stebi įvairius variklio parametrus, tokius kaip išmetamųjų dujų slėgis, variklio temperatūra ir oro srautas. Elektroninis valdymo blokas suteikia didesnį tikslumą ir greitesnę reakciją, palyginti su mechaniniais aktuatoriais.
Kuro slėgio reguliatoriaus vaidmuo ir gedimai
Kol siurblio bei purkštukų keitimas yra ypač brangus, kuro slėgio reguliatoriai dažnai kainuoja vos keliolika ar keliasdešimt eurų. Aukščiausias degalų slėgis yra laikomas aukšto slėgio kuro trasoje, kuri dažniausiai būna metalinė. Reguliatoriaus veikimo principas dažniausiai yra visiškai mechaninis ir paprastas. Jis prijungtas prie įsiurbimo kolektoriaus, aukšto slėgio kuro trasos ir grįžtamojo vamzdelio. Reguliatoriaus viduje yra spyruoklė ir membrana.
Sugedęs kuro slėgio reguliatorius įprastai yra prakiuręs arba užstrigęs. Su galimais reguliatoriaus gedimais jau susipažinote, bet kokie ženklai praneša apie šiuos gedimus? Deja, visi simptomai gali įspėti apie daug įvairių problemų, bet juos pastebėjus vis tiek apsimoka pradėti nuo paprasčiausiui patikrinamos ir pigiausios detalės, kuri dažnai yra kuro slėgio reguliatorius.
Kadangi tai mechaninė detalė, jos patikrinti multimetru kaip įprasto daviklio nepavyks, tačiau procesas yra gana paprastas jeigu turite slėgio matuoklį. Bet kokiu atveju, pirmiausiai rekomenduojame paskaityti jūsų automobilio remonto vadovą ir surasti tikslias procedūros instrukcijas. Atraskite vožtuvą, prie kurio galima prijungti slėgio matuoklį. Pamatuokite slėgį užgesintam ir užvestam automobiliui.
Pabandymai matuoti turbinos sukurtą slėgį gali būti sudėtingi be tinkamų įrankių ir žinių. Tam reikalui reikalingas manometras su tinkama skale (rekomenduojama 0-2,5 bar) ir papildoma žarna. Pajungus žarną prie kolektoriaus ir manometro, galima atlikti matavimus. Svarbu atsiminti, kad manometro vibracija gali paveikti rodmenis, ypač jei jis nėra užpildytas glicerinu.
Galimi matavimų rezultatai gali sukelti neaiškumų, ar jie atitinka normą, ypač jei jaučiamas traukos trūkumas. Tokiais atvejais svarbu turėti informacijos apie tinkamus slėgio rodmenis konkrečiam automobiliui.
Turbinos slėgio reguliavimo mechanizmai: Wastegate
Turbinos sklendė (wastegate) yra esminė turbinos dalis, reguliuojanti išmetamųjų dujų srautą ir kontroliuojanti turbinos slėgį. Ji leidžia sumažinti slėgių skirtumą tarp turbinos įėjimo ir išėjimo.
- Slėgio kontrolė: pagrindinė wastegate funkcija yra išlaikyti optimalų turbinos slėgį, užkertant kelią pernelyg dideliam slėgiui, kuris gali sugadinti variklį.
- Efektyvumo didinimas: wastegate padeda palaikyti pastovų slėgį, užtikrinant optimalų variklio veikimą ir efektyvumą.
- Apsauga: sklendė apsaugo variklį nuo galimo perkaitimo ir mechaninių pažeidimų, kuriuos gali sukelti per didelis turbinos slėgis.
Diagnostika ir remontas: pirmais žingsnis yra atlikti išsamią diagnostiką, siekiant nustatyti sklendės gedimo priežastį ir pobūdį. Sugedusi sklendė yra atsargiai išmontuojama, kad būtų išvengta papildomų pažeidimų. Jei sklendė gali būti suremontuota, atliekami reikalingi taisymo darbai, tokie kaip valymas, dalių keitimas ar reguliavimas. Po remonto sklendė yra kruopščiai testuojama, siekiant užtikrinti, kad ji veikia tinkamai ir atitinka visus techninius reikalavimus. Galiausiai, suremontuota arba nauja sklendė montuojama atgal į sistemą, laikantis gamintojo nurodymų ir techninių reikalavimų. Profesionalus sklendės remontas yra būtinas, siekiant užtikrinti ilgalaikį ir patikimą jos veikimą.
🛠 Kaip veikia turbokompresoriaus valdymas | TECHNOLOGIJŲ ANTRADIENIS
Diagnostika ir galimos problemos su turbokompresoriumi
Turiu manau tokia pacia problema. Ant kompo pajungus rodo kad klaida meta turbu slegio daviklis. Tipo turbo kazkuriuo momentu paduoda perdaug galios ir tada iskart gaunu cheka o veliau ir serviso rezima. Gal tiksliai galit kas nors imest kokia nuotrauka ir parodyt kur tas daviklis? Nes neesu specas masinose tai neesu tikras ar apie ta galvoju.
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 NVK esti ne tokie aukšti, kokie galėtų būti. Kad išvengtų šio ,,nesusipratimo‘‘, po kompresoriaus orą 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.
tags: #mechaninis #turbinos #slegio #reguliatorius