A turbófeltöltés elve

Egy belső égésű motor teljesítménye attól a levegő és megfelelő üzemanyag-mennyiségtől függ, amely az égetéshez a motorban rendelkezésre áll. Amennyiben a motor teljesítményét növelni szeretnénk, úgy több levegőt és üzemanyagot kell bevezetnünk.

Szívómotoroknál a teljesítményt úgy tudjuk növelni, hogy megnöveljük a lökettérfogatot, vagy emeljük a fordulatszámot. A lökettérfogat emelésével ill. új hengerek beiktatásával természetesen nagyobb, nehezebb, és drágább motorokra van szükség. A fordulatszám megemelése pedig műszaki problémák sorát hozza magával, mert ez nagyobb terhelést jelent az összes alkatrészre.

Mégis lehetséges azonban a teljesítmény növelése, egyszerűen a hengerek feltöltésével fokozni. Ez azt jelenti, hogy a hengerekbe bejuttatott levegőt, előzőleg már sűrítjük. Ezáltal ugyanakkora hengerűrtartalom, és azonos fordulatszám mellett, sokkal nagyobb specifikus teljesítmény lehetséges.

Megkülönböztetünk különféle feltöltési elveket:

mechanikusan meghajtott kompresszorok

A mechanikus feltöltésnél a nyomást, a forgattyús tengely által meghajtott kompresszorral juttatjuk a motorba, azaz mechanikus összeköttetés van a motor és a feltöltő között.

nyomáshullám feltöltés

A nyomáshullám feltöltésnél az energiát a sűrítésre, közvetlenül a kipufogógázból vesszük, de a szerkezet pótlólagosan, egy mechanikus meghajtást is igényel. ( Pl.: Mazda Komprex )

kipufogó gázfeltöltés

A kipufogógáz feltöltésnél, a kipufogó gázok szállítják az energiát a kompresszor üzemeltetéséhez, így csak áramlástechnikai összeköttetés van a motor és a turbó között.

Egy kis történelem

A turbófeltöltés elméletét, már 1905-ben fejlesztette ki egy Alfred Büchi (1879-1959), a turbófeltöltő feltalálójaBüchi nevű mérnök. De csak az utóbbi évtizedekben lett ez a megoldás szériaérett , és került alkalmazásra a motorépítésben.

Működés közben

Általánosságban egy turbófeltöltő, egy kompresszorból és egy egyfokozatú turbinából áll, amelyek merev tengellyel vannak összekötve. Ezáltal minden esetben ugyanazzal a sebességgel és ugyanabban az irányban forognak. A kipufogógázok mikor elhagyják az égésteret bizonyos túlnyomásuk, és hőmérsékletük van ( 700-800 C° ), azaz energiát tartalmaznak, amit a kompresszor meghajtására fordíthatunk.

A turbinaház kialakítása, és formája gondoskodik arról, hogy ez az energia kinetikus mozgási energiává alakuljon át. A gázok rendkívüli mértékben felgyorsulnak, és igen nagy sebességgel a turbinalapátoknak ütköznek. Ezáltal megforgatva a turbina tengelyét.

A forgás következtében a kompresszor friss levegőt szív be, és összesűrítve a motorba pumpálja azt. A nyomás alatt lévő levegőhöz többlet üzemanyagot adunk, és az égést követően magas teljesítmény leadásra serkenthető a motor. Így az égés hatásfoka saját magától emelkedik, és a motor gazdaságosabban üzemel.

A turbó fordulatszáma nem függ a motor fordulatszámától, hanem a motor által leadott teljesítménytől és terheléstől függ. Egy olyan feltöltőnél, aminél nem alkalmaznak töltőnyomás szabályzást, ott a turbina által leadott teljesítmény azonos a motor kipufogógázának energiájával, így túl magas töltőnyomáshoz vezet.

Olyan motoroknál, amelyek magas fordulaton dolgoznak, alkalmaznak olyan megoldásokat, hogy a töltőnyomást szabályozzák. A jó teljesítmény-leadás érdekében, olyan szűk turbinaházat alkalmaznak, ami már alacsony motorfordulattól magas töltőnyomást eredményez. Ezért a motor magas fordulatszám-tartományában kritikus lenne a töltőnyomás értéke. Ennek elkerülés érdekében egy megkerülő rendszert építenek be a turbinaházba. Amin keresztül elvezethető a kipufogógáz, ezzel tehermentesítve a turbó tengelyét.

A kipufogógáz elvezetése következtében csökken a turbó fordulatszáma, és ezzel arányosan a töltőnyomás is. Ennek a rendszernek a szabályzása történhet mechanikusan (nyomás), elektro-pneumatikusan (vákuum), és elektronikus úton.

A felújítás menete

1. A javításra szervizünkbe, a járműből kiszerelt és bontatlan állapotban eljuttatott berendezések, teljes mértékben való szétbontása, és eltisztítása. A megtisztított alkatrészek mérése, szemrevételezése a használhatóság megállapítása érdekében.

2. Árajánlat megtétele az ügyfél / megrendelő irányába.

3. A gyártó által előírt javítási utasítás alapján, az összes kötelezően cserére szoruló alkatrész cseréje új alkatrészekre. Az egyéb a hibafelmérésnél újbóli visszaépítésre alkalmatlan alkatrészek cseréje.

4. Forgórész egységeinek különálló és egybeszerelt módon történő centírozása, és a belső rész készre szerelése.

5. A belső rész próbapadon történő végcentírozása illetve vizsgálata.

6. A felújított berendezések készre szerelése, beállítása, kontrollálása. Egyéb a leszerelés, és a megbontás folytán sérült kötőelemek cseréje, pótlása.

7. Berendezések átadása az ügyfélnek.

FONTOS:

Azok a berendezések, amelyek a fenti folyamaton átmentek, és megfeleltek az általunk bevezetett, és használt minőségbiztosítási rendszernek,
- azok egyenértékűnek tekinthetők a gyártó által felújított, és új berendezésekkel.

Turbófeltöltők kenési rendszere

A közúti járművekben használt turbófeltöltők forgórésze közép csapágyazású. A feltöltő lapátozását összekötő tengelyt többnyire siklócsapágyak, “kvázi úszóperselyek” különleges esetekben golyós csapágyakkal vezetik meg.

A nagy üzemi fordulatszámok miatt (~ 250000 1/min) fellépő kerületi sebességek elviselése érdekében a siklócsapágyak úszóperselyes kialakításúak. Ez azt jelenti, hogy a turbófeltöltőben a csapágyazás is és a benne forgó tengely is olajfilmen fut.

Olajozás, kenés

A kenéshez szükséges olajfilm kialakulásához szükséges csapágyhézagok a tengelyvégeken nagy radiális játékot eredményeznek, ezért a gyakorlatban megtévesztő lehet az, hogy a feltöltő tengelyének radiális játékát (lógását) szokatlanul nagynak találjuk.

A turbófeltöltő csapágyazását a motorolaj keni, ellátása közvetlenül a motor kenési rendszeréből történik. Lényeges, hogy az olajozást mindig függőlegesen, felülről vezetik be. A csapágyházból az olaj a kialakításból adódóan közvetlenül az olajteknőbe folyik vissza.

Fontos, hogy az olaj a csapágyházból sem a kompresszorba, sem a turbinába ne kerülhessen be. Ennek megakadályozására a turbófeltöltőben labirint-gyűrűs tömítéseket alkalmaznak.

A tömítőgyűrűk véghézagai miatt ez a kialakítás nem biztosít tökéletes tömítettséget.

Amennyiben a feltöltő előírás szerint üzemel, akkor a turbina- és a kompresszorházban uralkodó nyomások nagyobbak, mint a csapágyház belsejében lévő (ezt a motor kartergáz-nyomása határozza meg). Tehát a labirint-gyűrűk véghézagainál a kenőolajat a csapágyház belsejébe visszaszorító áramlás uralkodik, így a visszaáramló közegek az olajteknőbe jutva növelik a motor kartergáz mennyiségét, valamint az olaj szennyezettségét.

Olajozás szerepe

A turbófeltöltéses motor előnyei

Egy azonos teljesítmény szívómotorral összehasonlítva, a turbófeltöltő motor üzemanyag fogyasztása alacsonyabb. Ennek oka, hogy az egyébként felesleges kipufogógáz energiáját felhasználva sűríthetjük össze a beszívott levegőt, így növelhetjük a motor teljesítményét. Továbbá a turbós motor kisebb lökettérfogata következtében, a súrlódás, és a hőveszteség is kisebb. Azonos teljesítmény mellett a turbós motor helyigénye is sokkal kisebb.

A teljesítmény / súlyarány (KW / Kg) tekintetében is sokkal jobb a turbós motor a hagyományos szívómotorral szemben. A turbós motor nyomaték karakterisztikája már bizonyított. A “Maxidyne karakterisztika” ( magas forgatónyomaték, alacsony főtengelyfordulatnál ) mutatja, hogy alacsony fordulattól mérhető a motor magas teljesítménye.

Emiatt hegymenetben visszakapcsolás nélkül is tartható motorfordulat, és a sebesség is.

Magas tengerszint feletti magasságon a turbós motor működése jobb. Mert a ritkább levegőösszetétel miatt a szívómotoron jelentős teljesítmény csökkenés mérhető. Míg a turbós motor állandó teljesítményt nyújt a változó légsűrűséghez képest, mert az általa előállított magas nyomással kompenzálja az oxigénhiányt.

Az alacsony légsűrűség a turbóban nagyrészt kiegyenlítődik, így mindig optimális az égés a motorban. Ezért csak kevés teljesítményvesztés mérhető.