Всеки двигател има определена мощност при дадени условия. В двигателите с вътрешно горене тя се получава от възпламеняването на гориво-въздушната смес при определена температура и налягане. Въздухът е една от ключовите съставки, осъществяващи горивния процес и в него се крие ключът за увеличаване на мощността на двигателя. Това най-често се осъществява чрез свръхпълнене, постигнато със сгъстяване на въздуха постъпващ в цилиндрите или т.нар. компресиране. При компресорните двигатели, въздухът необходим за горивния процес влиза под високо налягане в горивната камера и поради това, неговата въздушна маса е увеличена. Това означава, че той може да изгори по-голямо количество гориво, увеличавайки мощността на автомобила при запазване на същите обороти и работен обем на двигателя.
Турбокомпресорите се използват все повече в съвременните автомобили. Тяхното предимство да се изкара голяма мощност от малък по обем двигател, ги прави особено предпочитани от инженерите, при все по-строгите екологични норми, на които трябва да отговарят съвременните автомобили. Например Ford в най-съвременните варианти на своя EcoBoost двигател изкарва 100кс. от двигател с обем от едва 1.0-литра. Дори компанията BMW, която е известна със своите 6-цилиндрови атмосферни двигатели, все повече се ориентира към замяната им с 4-цилиндрови турбомотори. Не е далеч времето, когато повечето дизелови и бензинови двигатели ще разполагат с турбокомпресори.
ВИДОВЕ КОМПРЕСОРИ
Сгъстяването на въздуха може да бъде постигнато чрез механичен компресор или чрез турбокомпресор, който се задвижва от изгорелите газове.
При механичният компресор, принудителното пълнене с въздух се осъществява чрез компресор, задвижван директно от двигателя (най-често с ремък). При него обаче, част от мощността се изразходва и за задвижването на самия компресор. Тази загуба достига до 15% от общата мощност на двигателя.
При турбокомпресора, турбината се задвижва от енергията на изгорелите газове. Турбинното и компресорното колело са на общ вал и по този начин турбокомпресорната турбина преобразува енергията на изгорелите газове на двигателя в механична енергия, задвижваща компресора. Това става в спиралния корпус (охлюв), където налягането на изгорелите газове се преобразува в кинетична енергия и газовете се насочват към периферията на турбинното колело, създаващо въртящ момент.
УСТРОЙСТВО НА ТУРБОКОМПРЕСОРЪТ
Компресорите, използвани при турбопълнене, най-често са центробежни. Те се състоят от три основни компонента - компресорно колело, дифузор и корпус. Вследствие на въртенето на колелото, въздухът постъпва осово, като увеличава скоростта си и излиза в радиално направление. Дифузорът забавя ускорения въздух почти без загуби, така че налягането и температурата му нарастват.
1 корпус на компресора
2 компресорно колело
3 опорен лагер
4 заден капак на компресора
5 корпус на турбината с висящ клапан
6 общ възел-турбина
7 лагерна втулка
8 централен корпус (с водно охлаждане)
ОХЛАЖДАНЕ НА ПОСТЪПВАЩИЯ ВЪЗДУХ
Когато се сгъстява, въздухът увеличава своята температура. Тя може да достигне и до 180C. Когато този въздух се охлади в междинен охладител, неговата плътност, респективно и мощността на двигателя се увеличава допълнително. Най-разпространени междинни охладители са тип въздух/въздух и се наричат "интеркулер".
Съществуват и други начини на охлаждане на постъпващият в двигателя въздух. Те се използват предимно при спортните автомобили.
Съвременните рали автомобили разполагат със система за впръскване на вода, смъкваща температурата на сгъстения въздух. Това става, когато температурата на постъпващия в двигателя въздух достигне дадена стойност. Водата се впръсква след интеркулера, чрез специалните помпи и дюзи разпръскващи я във вид на мъгла. Ефекта е още по-голям ако за впръскване се използва смес от спирт и вода. Управлението на системата се осъществява от електронния блок на двигателя. Впръскването на вода намалява значително топлинното натоварване на мотора, увеличавайки неговата мощност, но от 2006г. е официално забранено от FIA.
Подобна на тази система е и системата за охлаждането на въздуха с вода, впръсквана от няколко дюзи намиращи се пред въздушния колектор. Тя обаче, не е особено ефективна, но все пак намира приложение в някой серийни турбо автомобили.
ТУРБО ЛАГ
През 70-те и 80-те години, развитието на турбокомпресорите е в подем, но тогава основният проблем, с който се борят инженерите е забавеното реагиране на двигателя известно като "турбо лаг"(дупка). Тогава спортните коли са били с ниска геометрична степен на сгъстяване, колкото да могат да запалят и с огромни турбокомпресори с невероятен дебит и налягане, но и със съществен недостатък - закъснение при достигане на нужните за двигателя параметри. Затова например, Lancia Delta С4 разполага с два компресора - механичен и турбокомпресор. Първоначално на ниски и средни обороти работи механичният, който се изключва, след като вече са създадени условия за оптимална работа на турбокомпресора.
Съвременните турбокомпресори са много усъвършенствани като материали, конструкция и технологии, в сравнение с тези от 80-те години. За намаляване на турбодупката японската компания Toyota например въвежда анти-лаг система, която държи в обороти турбокомпресора, при частично или напълно затворена дроселова клапа. Така той винаги е в готовност за ефективна работа. Това се постига с подаване на повече гориво и запалването му при отворен изпускателен клапан, преди турбината. Това повишава температурата на газовете от 800 до 1100С и допълнително натоварва турбокомпресора. За да не се претовари прекалено много, температурата на изгорелите газове се контролира и при превишаване на дадени стойности, анти-лаг системата се изключва от електронния блок управляващ двигателя.
През последните години се работи усилено за подобряване на регулирането на турбокомпресорите за постигане на по-добри показатели на двигателя при всички режими на работа, което да подобри неговата еластичност. Това става най-често чрез използване на променлива геометрия на турбината, изпускане на газове пред нея или с комбинация между двете системи.
Турбокомпресорите работят при различни максимални обороти, зависещи от отделните видове и конструкции. Те обикновено се движат в порядъка на 120-150 000 об/мин.
За да се постигне ниска инертност на турбокомпресора, в неговата конструкция все повече се използват търкалящи лагери и титаниеви колела. Ниското тегло на турбинното и компресорното колело е от съществено значение!
КАК ДА УДЪЛЖИМ ЖИВОТА НА ТУРБОТО И ДА ГО ПРЕДПАЗИМ ОТ ПОВРЕДИ
Турбокомпресорът работи при изключително високи температурни и динамични натоварвания. Поради това, особено при неправилна експлоатация, неговият ресурс значително се съкращава и възниква опасност от повреди. Макар, че понякога повреденото турбо подлежи на ремонт и рециклиране, има и случаи, в които то трябва да се замени с ново, а това може да излезе много солено на собственика.
Най-честите повреди при турбокомпресорът се дължат на:
- Липса на смазване
- Удар от външно тяло
- Замърсено двигателно масло (сажди, твърди частици)
- Голямо противоналягане от отработените газове (запушена изпускателна система)
- Висока температура на отработените газове (образуване на пукнатини)
- Умора на материала (при често екстремно натоварване)
Има няколко прости правила, чието спазване може да предпази турбото от повреди и да удължи неговия живот:
- От съществено значение е качеството на двигателното масло, защото то служи за смазване и охлаждане на турбината - две изключително важни функции. Навременната смяна на масло и маслен филтър е изключително важна.
- Редовна смяна на въздушният филтър .
- Следете налягането на маслото.
- Много е важно, когато сте натоварвали повече двигателя или след дълъг път, да го изчакате да поработи на празен ход още 2-3 минути преди да го изгасите. Това е необходимо за да се охлади турбото!
- Следете състоянието на турбопътищата (маркучите на турбото) за да установите на време, ако от някъде смуче въздух.
- Следете изправността на вашата изпускателна система и най-вече на катализаторът, за да не се стигне до запушване и противоналягане от страна на отработените газове.
- Следете състоянието на интеркулера (запушен, дефектирал)
Двигателят и турбокомпресора, са доста сложни агрегати и от съществено значение е съвместната им работа да бъде синхронизирана, защото показателите на единия от тях зависят и се влияят от работата и показателите на другия. Затова е важно всички системи и агрегати в автомобила да са в добро техническо състояние!
Теодор Трифонов, Autoreview.bg
