Daugelis turbūt yra 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.
Taigi, kaip veikia turbokompresorius arba tiesiog turbina? Prieš pradedant reikia trumpai apžvelgti vieną iš fizikos dėsnių - idealių dujų dėsnį. Trumpai tariant dėsnio esmė yra tokia: dujų temperatūra, slėgis ir tūris yra tarpusavyje susiję. Suspaudus dujas (sumažinus jų tūrį) ir temperatūra pakils. Leidus dujoms plėstis, ir dujų temperatūra bei slėgis sumažės. Padidinus dujų temperatūrą, 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.
Kaip žinome, keturtaktis variklis atlieka darbą plečiantis dujoms uždaroje erdvėje, kai didelis dujų slėgis spaudžia stūmoklį. Be to, dujos degimo metu įkaista, todėl gaunami dar didesni slėgiai, o tuo pačiu ir didesnis galingumas. Nelaimei, didžioji šilumos dalis išmetama lauk į išmetimo vamzdį dar prieš ją panaudojant. Nors šiluma- tai energija. Šiluma nepanaudojama, nes cilindras yra per trumpas, kad visą šilumą paversti mechanine energija. Nėra praktiška gaminti cilindrus pakankamai ilgus, kad iš besiplečiančių dujų išspausti visą energiją. Taigi, ką mes galime padaryti? Galime nukreipti išmetimo vamzdį priešinga judėjimui kryptimi ir pabandyti gauti šiek tiek reaktyvinės traukos, bet, išskyrus labai retus atvejus, dujų kiekis nepakankamas gauti nors kiek naudingą postūmį. Keletas senesnių IndyCar automobilių tokiu būdu tikrai sukurdavo šiek tiek didesnę trauką, bet to nepakanką, kad būtų reali nauda. Taigi geriausia galimybė yra prie išmetamųjų dujų srauto prijungti papildomą mechanizmą - turbiną.
Turbokompresorius (turbocharger)
Turbina, varoma išmetamųjų dujų, kuri velenu sujungta su kompresorium, kuris pumpuoja orą į variklį. Didesnis oro kiekis cilindre reiškia, kad daugiau kuro galima sudeginti viename variklio cikle. Daugiau sudegusio kuro reiškia daugiau išmetamųjų dujų, daugiau išmetamųjų dujų reiškia didesnę galią ir išsiplėtimą.
Dažnai klystama, kad išmetamųjų dujų turbiną varo tiktai kinetinė dujų energija, kai dujos atsitrenkia į turbinos sparnelius. Taip, išmetimo dujų srauto kinetinė energija tikrai prisideda prie turbinos darbo, tačiau didžioji išgaunamos energijos dalis ateina iš kitur. Aukšta temperatūra, didelis slėgis ir mažas tūris yra didelės energijos būsenos, o žema temperatūra, mažas slėgis ir
didelis tūris yra mažos energijos būsenos. Išmetimo dujų banga išeina iš cilindro būdama aukštos temperatūros ir slėgio. Banga susijungia su išmetimo bangomis iš kitų cilindrų, ir patenka į turbinos įėjimą, kuriame nedaug vietos. Šiame taške yra labai didelis slėgis ir temperatūra, taigi dujos turi daug energijos. Kai pro difuzorių dujos patenka į turbinos vidų, iš mažos ertmės jos patenka į didelę. Atitinkamai dujos plečiasi, vėsta, krenta jų greitis ir visą energiją jos atiduoda turbinos sparneliams. Sparneliai turbinos viduje įmontuoti taip, kad besiplečiančios dujos slėgtų turbinos sparnelius ir verstų ją suktis. Taip gaunama energija iš išmetimo dujų šilumos, kuri šiaip būtų buvus prarasta.
Kadangi galima išgauti darbą iš besiplečiančių turbinoje dujų, taip pat sėkmingai galima suspausti dujas, sukant turbinos veleną išorinio galios šaltinio pagalba. Kitaip tariant, kompresorius - tai atvirkščiai veikianti turbina. Veikia tie patys fizikos dėsniai, tik kita kryptimi: imame žemo slėgio dujas, atliekame su jomis darbą, jas suspausdami kompresoriaus sparneliais, ir gauname didelio slėgio ir aukštos temperatūros dujas kompresoriaus išėjime. Dėl atlikto darbo su oru pastarasis įkaista. Tai blogai. Aukštos temperatūros dujos turi mažesnį tankį. Be to, padidėja detonacijos tikimybė. 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. Taigi oras turi būti atvėsintas, neprarandant slėgio. Tam yra naudojamas tarpinis oro aušintuvas (intercooler).
0 Comments