Daugelis turbūt esate pastebėję ant automobilių esantį užrašą „turbo“, tačiau ką jis reiškia, turbūt žino ne visi, o jei ir žino, tai tik nedaugelis galėtų pasakyti, kaip tai veikia automobilyje, kokią naudą duoda ir kaip tinkamai eksploatuoti.
Turbinos veikimas
Vienas lengviausių būdų padidinti variklio galingumą – tai padidinti sudeginamo oro ir kuro kiekį. Šį efektą galima pasiekti keliais būdais, pavyzdžiui, padidinus cilindrų skaičių, padidinus darbo tūrį arba pasitelkus į pagalbą turbokompresorių.
Taigi turbokompresorius (turbocharger) yra turbina, varoma išmetamųjų dujų, ji velenu sujungta su kompresoriumi, kuris pumpuoja orą į variklį. Dėl didesnio oro kiekio cilindre daugiau kuro galima sudeginti viename variklio cikle. Daugiau sudegusio kuro – daugiau išmetamųjų dujų, daugiau išmetamųjų dujų – didesnė galia ir išsiplėtimas. Tai tiesiog „nemokami priešpiečiai“ inžinerijoje, nes 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.
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.
Keletas problemų
Kadangi suspaustas oras pumpuojamas į cilindrus, o vėliau dar labiau suspaudžiamas stūmoklių, atsiranda galimybė atsirasti vienai iš problemų – detonacijai. Detonacija atsiranda dėl spaudžiamo oro kylančios temperatūros. Spaudžiamo oro temperatūra gali pakilti tiek, kad oro ir kuro mišinys, patekęs į cilindrus, gali susprogti anksčiau, negu uždegimo žvakės turėtų jį uždegti. Detonacijos pasekmės varikliui gali būti labai skaudžios, todėl, kad būtų išvengta šios nelaimės, automobiliai su turbinomis turi naudoti didesnio oktaninio skaičiaus degalus.
Dar viena turbokompresoriaus problema yra ta, kad jis nesuteikia momentinio galios padidėjimo staigiai paspaudus akceleratoriaus pedalą. Tai gali trukti sekundę ir daugiau, kol turbina įsisuks tiek, kad kompresorius galėtų sukurti reikalingą slėgį. Ši turbokompresorių problema kitaip yra vadinama turbopauze. Vienas iš būdų išspręsti šiai problemai yra turbokompresoriaus sumažinimas. Nors mažesnis turbokompresorius įsivažiuos greičiau esant mažesniems variklio apsisukimams, tačiau nesugebės užtikrinti reikiamo slėgio esant dideliems variklio sūkiams, kuomet reikalingas labai didelis oro kiekis.
O didesnis turbokompresorius tieks daugiau oro esant dideliems variklio sūkiams, bet turės didesnę turbopauzę paspaudus akceleratoriaus pedalą todėl, kad įsivažiuoti jam reikės daugiau laiko.
Daugumoje turbinas turinčių automobilių yra oro vožtuvas, kuris apsaugo turbokompresorių nuo jam pavojingo per didelio apsisukimų skaičiaus. Oro vožtuvas matuoja suspaudimą ir pasiekus per didelį slėgį išleidžia orą iš sistemos.
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, kitaip vadinamas „intercooler“. Tai yra papildomas įrenginys, kuris aušina suspaudžiamą orą, ir dėl to į variklį patenka daugiau oro, o nuo to padidėja variklio galingumas.
„Intercooleris“ yra paprastas oro radiatorius, montuojamas tarp kompresoriaus išėjimo ir variklio įėjimo, ir aušinamas aplinkinio oro srautu.
Keletas pastabų dėl „intercoolerio“, 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. Montuoti „intercoolerį“ priešais metalo plokštę nėra gera idėja.
Eksploatavimo specifika
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 tūkst. 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. Apnašų faktiškai galima išvengti naudojant sintetinę alyvą ir keičiant ją kas 10 000 tūkst. km.
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.
