Princíp činnosti turbodúchadla a jeho konštrukcia

Turbodúchadlo (turbína) je mechanizmus používaný v automobiloch na vháňanie vzduchu do valcov spaľovacieho motora. Turbína je v tomto prípade poháňaná výlučne prúdením výfukových plynov. Použitie turbodúchadla umožňuje zvýšiť výkon motora až o 40% pri zachovaní jeho kompaktných rozmerov a nízkej spotreby paliva.

Ako je turbína usporiadaná, princíp jej činnosti

Štandardné turbodúchadlo pozostáva z:

1. Bývanie. Vyrobené z tepelne odolnej ocele. Má špirálovitý tvar s dvoma rozdielne smerovanými rúrkami vybavenými prírubami na inštaláciu do tlakového systému.
2. Turbínové koleso. Premieňa energiu výfukových plynov na rotáciu hriadeľa, na ktorom je pevne pripevnený. Vyrobené z tepelne odolných materiálov.
3. Koleso kompresora. Prijíma rotáciu z turbínového kolesa a pumpuje vzduch do valcov motora. Obežné koleso kompresora je často vyrobené z hliníka, čo znižuje energetické straty. Teplotný režim v tejto zóne je blízky normálu a nevyžaduje sa použitie tepelne odolných materiálov.
4. Turbínový hriadeľ. Spája kolesá turbíny (kompresor a turbína).
5. Klzné ložiská alebo guľkové ložiská. Potrebné na pripojenie hriadeľa v kryte. Konštrukcia môže byť vybavená jednou alebo dvoma podperami (ložiskami). Posledne menované sú mazané všeobecným systémom mazania motora.
6. obtokový ventil. PUrčené na reguláciu prietoku výfukových plynov pôsobiacich na turbínové koleso. To vám umožňuje ovládať zosilňovací výkon. Ventil s pneumatickým pohonom. Jeho polohu riadi ECU motora, ktorá prijíma signál zo snímača rýchlosti.

Základný princíp činnosti turbíny v benzínových a naftových motoroch je nasledovný:

• Výfukové plyny smerujú do skrine turbodúchadla, kde pôsobia na lopatky turbíny.
• Turbínové koleso sa začne otáčať a zrýchľovať. Rýchlosť otáčania turbíny pri vysokých rýchlostiach môže dosiahnuť 250 000 otáčok za minútu.
• Po prechode turbínovým kolesom sú výfukové plyny odvádzané do výfukového systému.
• Obežné koleso kompresora sa otáča synchronizovane (pretože je na rovnakom hriadeli ako turbína) a smeruje prúd stlačeného vzduchu do medzichladiča a následne do sacieho potrubia motora.

Charakteristika turbíny

Oproti mechanickému kompresoru poháňanému kľukovým hriadeľom je výhodou turbíny, že nečerpá energiu z motora, ale využíva energiu jeho vedľajších produktov. Je lacnejší na výrobu a lacnejší na použitie.

Hoci technicky je turbína pre dieselový motor v podstate rovnaká ako pre benzínový motor, je bežnejšia v dieselovom motore. Hlavnou črtou sú režimy prevádzky. Pre dieselový motor je preto možné použiť menej tepelne odolné materiály, keďže teplota výfukových plynov je v priemere od 700 °C v dieselových motoroch a od 1000 °C v benzínových motoroch. To znamená, že na benzínový motor nie je možné inštalovať dieselovú turbínu.

Na druhej strane majú tieto systémy tiež rôzne úrovne plniaceho tlaku. V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy, že účinnosť turbíny závisí od jej geometrických rozmerov. Tlak vzduchu vháňaného do valcov je súčtom dvoch častí: 1 atmosférický tlak plus pretlak vytvorený turbodúchadlom. Môže to byť od 0,4 do 2,2 atmosféry alebo viac. Keďže princíp činnosti turbíny v dieselovom motore umožňuje nasávanie väčšieho množstva výfukových plynov, nie je možné konštrukciu benzínového motora inštalovať ani do dieselových motorov.

Typy a životnosť turbodúchadiel

Hlavnou nevýhodou turbíny je efekt „turbo lag“, ktorý sa vyskytuje pri nízkych otáčkach motora. Predstavuje časové oneskorenie v reakcii na zmenu otáčok motora. Na prekonanie tohto nedostatku boli vyvinuté rôzne typy turbodúchadiel:

• Systém Twin-Scroll. Konštrukcia zabezpečuje dva kanály oddeľujúce komoru turbíny a v dôsledku toho prúd výfukových plynov. To poskytuje rýchlejšie časy odozvy, maximálnu účinnosť turbíny a zabraňuje upchávaniu výfukových otvorov.
• Turbína s variabilnou geometriou (dýza s variabilnou geometriou). Táto konštrukcia sa najčastejšie používa v dieselových motoroch. Zabezpečuje zmenu prierezu vtoku do turbíny v dôsledku pohyblivosti jej lopatiek. Zmena uhla natočenia umožňuje nastaviť prietok výfukových plynov, čím sa prispôsobí rýchlosť výfukových plynov a otáčky motora. V benzínových motoroch sa turbíny s variabilnou geometriou často nachádzajú v športových autách.

Nevýhodou turbodúchadiel je krehkosť turbíny. Pri benzínových motoroch je to v priemere 150 000 kilometrov. Na druhej strane, životnosť turbíny dieselového motora je o niečo dlhšia a priemerne 250 000 kilometrov. Pri dlhšej jazde vysokou rýchlosťou, ako aj pri nesprávnom výbere oleja sa životnosť môže znížiť dvakrát alebo dokonca trikrát.

V závislosti od toho, ako turbína pracuje v benzínovom alebo naftovom motore, možno posúdiť výkon. Signálom na kontrolu je výskyt modrého alebo čierneho dymu, zníženie výkonu motora, ako aj výskyt píšťalky a hrkálky. Aby sa predišlo poruchám, je potrebné včas vymeniť olej, vzduchové filtre a vykonávať pravidelnú údržbu.