Turboahtimen toimintaperiaate ja sen suunnittelu

Turboahdin (turbiini) on mekanismi, jota käytetään autoissa pakottamaan ilmaa polttomoottorin sylintereihin. Tässä tapauksessa turbiinia käyttää yksinomaan pakokaasuvirta. Turboahtimen avulla voit lisätä moottorin tehoa jopa 40 % säilyttäen samalla sen kompaktin koon ja alhaisen polttoaineenkulutuksen.

Kuinka turbiini on järjestetty, sen toimintaperiaate

Vakioturboahdin koostuu:

1. Asumiseen. Valmistettu lämmönkestävästä teräksestä. Se on muodoltaan kierteinen, ja siinä on kaksi eri suuntaista putkea, joissa on laipat paineistusjärjestelmään asentamista varten.
2. Turbiinin pyörä. Se muuntaa pakokaasun energian akselin pyörimiksi, johon se on jäykästi kiinnitetty. Valmistettu lämpöä kestävistä materiaaleista.
3. Kompressorin pyörä. Se vastaanottaa pyörimisen turbiinin pyörältä ja pumppaa ilmaa moottorin sylintereihin. Kompressorin siipipyörä on usein valmistettu alumiinista, mikä vähentää energiahäviöitä. Tämän vyöhykkeen lämpötila on lähellä normaalia, eikä lämmönkestävien materiaalien käyttöä vaadita.
4. Turbiinin akseli. Yhdistää turbiinin pyörät (kompressori ja turbiini).
5. Liukulaakerit tai kuulalaakerit. Tarvitaan akselin kytkemiseen koteloon. Rakenne voidaan varustaa yhdellä tai kahdella tuella (laakerilla). Viimeksi mainitut voidellaan yleisellä moottorin voitelujärjestelmällä.
6. Ohitusventtiili. PSuunniteltu säätelemään turbiinin pyörään vaikuttavien pakokaasujen virtausta. Tämän avulla voit hallita lisätehoa. Venttiili pneumaattisella toimilaitteella. Sen asentoa ohjaa moottorin ECU, joka vastaanottaa signaalin nopeusanturilta.

Bensiini- ja dieselmoottoreiden turbiinin toimintaperiaate on seuraava:

• Pakokaasut ohjataan turboahtimen koteloon, jossa ne vaikuttavat turbiinin siipiin.
• Turbiinin pyörä alkaa pyöriä ja kiihtyä. Turbiinin pyörimisnopeus suurilla nopeuksilla voi olla 250 000 rpm.
• Turbiinin pyörän läpi kulkemisen jälkeen pakokaasut poistetaan pakojärjestelmään.
• Kompressorin siipipyörä pyörii tahdissa (koska se on samalla akselilla turbiinin kanssa) ja ohjaa paineilmavirran välijäähdyttimeen ja sitten moottorin imusarjaan.

Turbiinin ominaisuudet

Kampiakselilla toimivaan mekaaniseen kompressoriin verrattuna turbiinin etuna on, että se ei ota energiaa moottorista, vaan käyttää energiaa sivutuotteistaan. Se on halvempaa valmistaa ja halvempaa käyttää.

Vaikka dieselmoottorin turbiini on teknisesti olennaisesti sama kuin bensiinimoottorissa, se on yleisempi dieselmoottorissa. Pääominaisuus on toimintatavat. Siksi dieselmoottorissa voidaan käyttää vähemmän lämmönkestäviä materiaaleja, koska pakokaasujen lämpötila on dieselmoottoreissa keskimäärin 700 °C ja bensiinimoottoreissa 1000 °C. Tämä tarkoittaa, että dieselturbiinia ei voi asentaa bensiinimoottoriin.

Toisaalta näissä järjestelmissä on myös erilaiset ahtopainetasot. Tässä tapauksessa on otettava huomioon, että turbiinin hyötysuhde riippuu sen geometrisista mitoista. Sylintereihin puhalletun ilman paine on kahden osan summa: 1 ilmanpaine plus turboahtimen synnyttämä ylipaine. Se voi olla 0,4 - 2,2 ilmakehää tai enemmän. Koska dieselmoottorin turbiinin toimintaperiaate sallii enemmän pakokaasujen oton, ei bensiinimoottorin rakennetta voida asentaa edes dieselmoottoreihin.

Turboahtimien tyypit ja käyttöikä

Turbiinin suurin haittapuoli on "turbon viive"-ilmiö, joka ilmenee alhaisilla moottorin kierrosnopeuksilla. Se edustaa aikaviivettä vasteena moottorin nopeuden muutokseen. Tämän puutteen poistamiseksi on kehitetty erilaisia ​​turboahtimia:

• Twin-scroll-järjestelmä. Suunnittelussa on kaksi kanavaa, jotka erottavat turbiinikammion ja sen seurauksena pakokaasuvirran. Tämä varmistaa nopeammat vasteajat, maksimaalisen turbiinin hyötysuhteen ja estää pakoporttien tukkeutumisen.
• Vaihtuvageometrinen turbiini (muuttuva geometria suutin). Tätä mallia käytetään yleisimmin dieselmoottoreissa. Se tarjoaa muutoksen turbiinin sisääntulon poikkileikkaukseen sen siipien liikkuvuuden vuoksi. Pyörimiskulmaa muuttamalla voit säätää pakokaasujen virtausta ja siten säätää pakokaasujen nopeutta ja moottorin nopeutta. Bensiinimoottoreissa vaihtelevan geometrian turbiineja löytyy usein urheiluautoista.

Turboahtimen haittana on turbiinin hauraus. Bensiinimoottorien osalta tämä on keskimäärin 150 000 kilometriä. Toisaalta dieselmoottorin turbiinin käyttöikä on hieman pidempi ja keskimäärin 250 000 kilometriä. Pitkäaikaisella suurella nopeudella ajettaessa sekä väärällä öljyvalinnalla käyttöikä voi lyhentyä kaksi tai jopa kolme kertaa.

Sen mukaan, kuinka turbiini toimii bensiini- tai dieselmoottorissa, suorituskykyä voidaan arvioida. Tarkastettava signaali on sinisen tai mustan savun ilmaantuminen, moottorin tehon heikkeneminen sekä pillin ja helistimen esiintyminen. Vikojen välttämiseksi on välttämätöntä vaihtaa öljyt, ilmansuodattimet ja suorittaa säännölliset huoltotoimenpiteet ajoissa.