Turbo teooria (0)

Tartu Kutsehariduskeskus
Autoremondi osakond
Indrek Jõgi
Turbo
iseseisev töö pneumaatikast
Juhendaja : Paul Kütimaa
Tartu 2010

Sisukord

Sisukord 2
Sissejuhatus 3
Rõhk- rõhu reguleerimine 6
Blowoff valve 7
Kasutatud kirjandus 8

Sissejuhatus

Iseseisva töö eesmärgiks on teostada pneumaatika hüdraulika kodune töö ja selle käigus selgitada iseendale turbo töö teooria ja töö põhimõte.
Kuidas turbo toimib ja miks on turbo otstarbekas. Millest koosneb üks turbo ja milleks neid detaile vaja on.
Turbolaaduri teooria
Turbolaadur on praktiliselt väljalaskegaasidel töötav õhukompresser sellest saab kõige lihtsamini aru, kui jagada see kaheks põhiosaks. Nendeks on väljalaskegaaside abil töötav turbiin oma kojaga ning õhukompressor tema kojaga.
Turbiin - Turbiin on turbolaaduri see pool, mis muundab väljalaskest saadava energia mehhaaniliseks energiaks, tänu millele pannakse keerlema kompressor .
Kompressor - Kompressor on turbolaaduri teine pool, mis surub kokku sissetuleva õhu laengu ning saadab selle otse mootorisse. Rõhu tekitaja.
Nad on ühendatud omavahel ühe võllga kuid tseostavad erinevaid funktsioone ja mõjutavad üksteise tööd.
Keskosa( Cartridge ) - Keskosa on turbolaaduri tsentraalne osa, mis “majutab” laaduri laagreid . Seal on mitmed kanalid laagrite õlitamiseks ning mõned veetaskud vesijahutuse tarbeks. Turbiini varustab energiaga suur hulk kuuma väljalaskegaasi, mis väljub mootorist peale töötakti. Mida rohkem ja mida kuumem see gaas on, seda parem.
Kuumenedes õhk paisub ja sellest tekitataksegi turbiinis pneumaatilised jõud , mis omakorda panevad turbiini tööle, sellega kaasneb ka kompressori tööle minek (rõhutekitamine saab alguse). Tavatingimistes töötav turbo toodab umbes 0,7 bar´i rõhku.
Vahejahuti ( Intercooler, IC) - Kompressioonil õhk kuumeneb. Juba sissetulev õhk on kuum, sest pärineb otse väljalaskest. Kuum sisselaskeõhk ei ole mootori võimsusele hea ning mida kuumem see on, seda suurem on detonatsiooni oht. Vahejahuti vähendab sisselaskeõhu temperatuuri, surudes seda läbi muunduri , ( sarnaneb väikese radiaatoriga), mis alandab osaliselt sisselaskeõhu laengu temperatuurist. Madalama temperatuuriga on kompressoril vaja tõsta vähem rõhku, et saada soovitud võimsust. Peale selle väheneb ka detonatsiooni oht. Kõik mis vähendab sisselaskeõhu temperatuuri on ülelaadimisega mootoris suureks eeliseks , et tõsta võimsust.
Joonis 1.
Võrreldes tavalise vabalthingava mootoriga, mis toodab sama koguse võimsust, tarbib turboülelaadimisega mootor vähem kütet. Osa väljalaskegaaside energiast, mis tavaliselt ära raisatakse, kasutatakse ära mootori efektiivsuse tõstmiseks. Tänu vähemale mootori töömahule on väiksemad ka hõõrdejõud ja mootori üldtemperatuur.
Kaalu ja võimsuse suhe turbolaadimisega mootoris on palju parem kui tavalisel vabalthingaval mootoril .
Tänu nn. “maxi dyne characteristic” ‘ile (väga suur väändemomendi kasv madalatel mootori pööretel) saavutatakse maksimaalne võimsus alpool mootori maksimaalset töökiirust. Tänu sellele vajab "mäkke ronimine " vähem käiguvahetusi ja kiiruse kaotus on väiksem. Sellist nähtust kohtame kõrgmäestikes, kus õhurõhk on madalam. Sellele vastandub turbo turbiin, mille sooritusvõime kasvab kõrguse suurenedes. See kõik on võimalik tänu suuremale rõhkude vahele praktiliselt konstantse turbiini rõhu vastuvoolu ja madalama muutuva väljalaskerõhu vahel. Madalam õhurõhk kompressori sisselaskes on enamjaolt tasakaalustatud. Sellest tulenevalt ei kannata mootor praktiliselt mingi võimsusekaotuse all.

Rõhk- rõhu reguleerimine

Selleks, et rõhk liiga suureks ei läheks on nii sisselaske kui väljalaske peale eraldi klapid, mis hoiavad ära ülesurvestumise.
Ülejäägiklapp (Wastegate) - Wastegate on klapp, mis laseb väljalaskegaasidel turbiinist ringiga mööda minna. Klapp vajab avanemiseks rõhku. Klapi rõhuga varustamiseks peab olema kusagil lisarõhu laialivalgumine,mis muudab võimalikuks lisarõhu kontrollimise. Seda kõike vähendades või tõstes klapile avaldatavat rõhku. Lisarõhu kontrollimine toimub N75 regulaator klapiga, mille üks osa on ühendatud wastegate´i külge ja teine poole kompressori koja külge. Kui tekib ülerõhk tõmmakatkse wastegate vaakumisse ja sellega kontrollitakse ka üksiti risarõhku (turbiini pöördeid). Info antakse edasi läbi n75 solenoid kalpi- ajju.
Joonis 2.

Blowoff valve

Blow off valve ehk BOV leiutati selleks, et vähendada turbo ärkamisaega peale käiguvahetust. Probleem selles, et käiku ei vahetata nii, et gaas on põhjas (va ülikallite sportkäigukastide puhul). Kui aga gaasi maha võtad, siis sulgub segusiiber ja õhk, mis ennem liikus sealt läbi ca 100 liitrit sekundis, hakkab sinna taha kogunema. Selle tulemusel rõhk tõuseb. Kuna mootor enam õhku ei saa, siis ei tekita ta ka väljalaske gaase, mis turbiini ringi ajavad. Rootor käib siis puhtalt inertsist ringi, nii 250 pööret sekundis. Kuna aga sisselaskesse on pumbatud tohutu rõhk ja komprssori pool rohkem ei jaksa, siis hakkab inerts kiiresti vaibuma. Veelgi hullem, õhk hakkab läbi kompressori tagasi välja voolama ning selle tulemusena võib rootor isegi tagurpidi käima hakata, kuna kompressori pool töötab siis nagu turbiin.
Mis selles siis halba on?
Põhimõtteliselt see, et kui oled käiguvahetuse lõpetanud ja vajutad uuesti gaasi, siis ei juhtu mitte midagi. Mootor ei saa õieti õhku kätte. Läheb tükk aega, kuni rootor uuesti õigetpidi käima pannakse, mootor õhku saama hakkab ning tekivad väljalaske gaasid, mis aitavad turbiini ringi ajada ja kompressorit uuesti õhku suruma panna. See võib maksma minna sekundeid, ennem kui taastub jõud, mis oli ennem käiguvahetust. Isegi lihtsal linnasõidul on see ebamugav.
Mis oleks lahendus?
Lahendus on esmapilgul väga lihtne - tuleb segusiibri sulgemisel tekkiv ülerõhk vabadusse päästa, et kompressor ei peaks sellega võitlema. Siis saab rootor praktiliselt vabalt pöörelda ja säilitab inertsist oma pöörlemise kiirust. Selleks ongi BOV ehk ülerõhuklapp. Kui käik vahetatud ja segusiiber avatakse, siis sulgub ka klapp ja rootori inertsi abil lüüakse väga ruttu rõhk sisselaskes ülesse. Mootoril on peale käigu vahetust praktiliselt koheselt sama jõud, mis ennem.

Kasutatud kirjandus

Turbo teooria - http://en.wikipedia.org/wiki/Turbocharger ; http://foorum.turboclub.ee/viewtopic.php?f=1&t=345
Tõlkimiseks - http://www.tomahook.net/
Turbo- Joonis 1 - http://www.streetracersonline.com/articles/turbo/
Wastegate - Joonis 2 - http://s4wiki.com/wiki/File:WasteGate.jpg