Trumpas turbo kompresorių, jų veikimo principo ir panaudojimo automobilių pramonėje aprašymas.   


Visi vidaus degimo varikliai dirba degindami kurą sumaišytą su atmosferos oru, ne svarbu ar automobilis varomas benzinu, dyzeliniu kuru ar dujomis. Dauguma variklių gamintų seniau ir iki šiol gaminamų naudoja atmosferos slėgį tiksliau oras nėra suspaudžiamas ar kitaip priverstinai įpučiamas į įsiurbimo kolektorių. Tokie varikliai vadinami „atmosferiniais“ arba angliškai „naturally aspirated“. Bet norint efektyviau išnaudoti variklį buvo sugalvota naudoti kompresorius ir turbo kompresorius. Abu šie įrengimai didina įsiurbiamo oro slėgį ir priverstinai su didesniu spaudimu paduoda jį į įsiurbimo kolektorių. Suprantama, kad suspausto oro galima daugiau tiekti į įsiurbimo kolektorių nei nesuslėgto, daugiau oro šiuo atveju reiškia galimybę sudeginti daugiau kuro ir iš to gauti daugiau energijos, tiksliau variklio galios. Efektyvumas didėja ne dėka to, kad sudeginama daugiau kuro, bet dėl to, kad išmetamos dujos dalyvauja paduodamo oro suspaudimo procese ir kompresorius nereikalauja jokio kito papildomo energijos šaltinio tam, kad atliktumėme įsiurbiamo oro suspaudimo darbą. Tokiu būdu naudojant turbo kompresorių variklio galingumas didinamas pakankamai lengvai ir efektyviai, variklio masė padidėja ne žymiai (pats turbo kompresorius ir kiti priedai būtini varikliui su turbo kompresorium sveria ne itin daug).

Pats turbo kompresoriaus veikimo principas yra labai paprastas. Turbo kompresorius yra sudarytas iš dviejų pagrindinių dalių. Pirma pagrindinė dalis tai yra turbina dirbanti nuo variklio išmetamųjų dujų, tiksliau dideliu greičiu iš cilindrų besiveržiančios išmetamosios dujos keliauja per išmetimo kolektorių ir patenka į turbina. Kadangi dujos išmetimo sistemoje veržiasi ne tik dideliu greičiu, bet ir yra šiek tiek suslėgtos turbinos sparnuotę išsuka iki ne mažų greičių ir su pakankamai didele galia. Per turbina praėjusios dujos patenka į tolimesnį išmetimo sistemos traktą ir keliauja iki pat išmetimo sistemos pabaigos kur patenka į išorę. Antra pagrindinė turbo kompresoriaus dalis yra pats kompresorius. Kompresorius yra pajungtas prie oro įsiurbimo vamzdžio, kompresoriaus sparnuotė sukdamasi dideliu greičiu kaip ventiliatorius traukia orą ir jį slegia dėka didelio oro įsiurbimo greičio. Suslėgtas oras patenka į įsiurbimo kolektorių iš kurio patenka į cilindrus kartu su kuru ir sudaro kuro mišinį. Patį kompresoriaus sparnuotės sukimąsi sukelia turbinos sparnuotės sukimasis, kadangi kompresoriaus ir turbinos sparnuotė yra ant tos pačios ašies jos sukasi vienodu greičiu, taigi išmetamosios dujos išsukinėja kompresoriaus sparnuotę turbinos pagalba. Sparnuotės sukimosi greičiai yra ne maži, priklausomai nuo variklio tipo ar nuo paties turbo kompresoriaus konstrukcijos sparnuotės didžiausias greitis gali siekti nuo 70000 iki 190000 sūkių per minutę (mažo inertiškumo sparnuotė, pagaminta iš itin lengvų metalų, kadangi judanti masė yra palyginus maža galimas didesnis sparnuotės greitis ir greitesnis sparnuotės sūkių pasikeitimas). Sparnuotės sukimosi maksimalų greitį apsprendžia ir tokie konstrukciniai sprendimai kaip guolis(-iai) ant kurių paremta sparnuotės ašis. Guoliai gali būti rutuliniai arba „skysti“ (cirkuliuojantis tepalas, ne tik sumažina trintį, bet ir aušina visas aušinimo reikalaujančias detales). Kadangi turbo kompresorius kaista iki pakankamai didelių temperatūrų (kai kada metalas kaista iki raudonumo) turbo kompresoriai yra aušinami vandeniu arba tepalu cirkuliuojančiu per specialų aušinimo skysčio traktą. Tiesa daugelis turbo kompresorių gamintojų žada ateityje turbo kompresorius su metalo keramikos guoliais arba safyriniais komponentais kurie nebijo trinties ir temperatūrų. Tokiu būdu turbo kompresoriai galės tarnauti ilgiau ir dirbti su didesne apkrova didesniais sūkiais. Patvaresni guoliai leidžia geriau išnaudoti sparnuotės galimybes, mažinant sparnuotės masę galima ne tik padidinti sparnuotės apsukas, bet tuo pačiu sumažinti turbo kompresoriaus reakcijos laiką ir vėlavimą po akseleratoriaus paspaudimo, taip pat padidinti bendrą suspaudžiamo oro srautą ir slėgį.

Tiesa reiktų paminėti, jog turbo kompresorius suslėgdamas orą ji ir labai įkaitina, tai yra būdinga dujų slėgimo procesui kaip ir būdinga dujoms prarandant slėgį šalti. Taip pat suslegiamas oras kaista ir dėl to, kad nuo turbinos per kurią eina įkaitusios išmetamosios dujos įkaista ir pats kompresorius. Kad suspaudimas būtų kiek įmanoma efektyvesnis dujas prieš joms patenkant į įsiurbimo kolektorių reikia atvėsinti, tai daroma radiatoriaus (intercooler) pagalba per kurį suslėgtas oras praeina prieš patekdamas į įsiurbimo kolektorių. Oras vėsinamas tam, kad jo kiek įmanoma daugiau patektų į cilindrus, nes šaltos dujos užima mažesnį turį nei įkaitusios. Taip pat vėsesnis oras šiek tiek sumažina variklio cilindrų sienelių temperatūrą ir tausoja patį variklį.

Normalūs atmosferiniai vidaus degimo varikliai turi pakankamai didelį suspaudimo laipsnį, turbo kompresoriniuose varikliuose suspaudimo laipsnis yra mažinamas norint išvengti per didelio slėgio kuris gali susidaryti įvykus kuro mišinio degimo ciklo metu arba norint išvengti kuro mišinio detonacijų ir kitų nepageidaujamų veiksnių kurie gali pakenkti arba tiesiog sugadinti variklį.

Praktiškai visi galingiausi automobiliams skirti dabartiniai varikliai turi arba kompresorius arba turbo kompresorius. Kai kuriems varikliams tenka montuoti porinį skaičių turbo kompresorių, nes V ar W formos varikliuose vienas turbo kompresorius reikalautų pakankamai sudėtingos išmetimo sistemos konstrukcijos. Tokie automobiliai kaip Audi RS6 (V8/4.2l.), Mercedes-Benz CL/S/SL 65 AMG (V12/6.5l.) ir dar daugelis kitų galingų automobilių turi po du turbo kompresorius. Tarkim toks retas automobilis kaip Bugatti EB110 (V12/3.5l.) ir naujasis Bugatti Veyron 16.4 (W16/8.0l.) turi po keturis turbo kompresorius.

Turbo kompresoriniai varikliai labai lengvai pasiduoda modifikacijoms, slėgio kėlimas, kuro purkštukų produktyvumo didinimas ir t.t. pakankamai stipriai padidina variklio galingumą. Ekstremaliau didinant galią tenka daugiau kištis į variklio konstrukciją, bet neskaitant to turbo kompresorinio variklio galia didinama paprasčiau nei atmosferinių variklių taigi variklio tiuningas lengviau realizuojamas su tokiu varikliu.

Kaip žinia dyzeliniai varikliai turi didesnį naudingumo koeficientą nei benzininiai varikliai, o turbo dyzeliniai varikliai yra ne tik labai taupūs, bet ir itin galingi. Dauguma gamintojų ne tolimoje ateityje žada dyzelinius automobilius kurie bus greitesni galingesni ir taupesni nei šiuolaikiniai benzininiai automobiliai.

Taigi turbo kompresoriniu variklių ateitis dar prieš akis ir belieka laukti naujų variklių modelių kurie nustebins savo galingumu ir efektyvumu.

Šaltinis http://www.nr1.lt