Turbokompresorinis pripūtimas – ekonomiškai racionalus ir efektyvus variklio galios padidinimo būdas. Ši paprasta priemonė traktorių varikliuose pradėta naudoti dar prieš penkis dešimtmečius. Laikui bėgant, ji kito bei tobulėjo kartu su pačia jėgaine.

Padidėjus technologiniams agreguojamų mašinų greičiams ir jų užgriebio pločiui, iškilo būtinybė įdiegti turbokompresorinį pripūtimą, kaip vieną iš būdų variklio lyginamajai galiai padidinti. Turbokompresorinis pripūtimas traktorių varikliuose masiškai pradėtas naudoti aštuntojo dešimtmečio pradžioje. Beveik nepadidinus variklio masės ir gabaritų, buvo padidinta vardinė galia. Net ir dabar, norint padidinti variklio galią, sukimo momentą ir sumažinti degalų sąnaudas, bandoma ne fundamentaliai keisti variklio konstrukciją, o naudoti šalutines sistemas (turbokompresorinį pripūtimą, tarpinį oro aušinimą, modernias didelio slėgio degalų įpurškimo sistemas) bei optimizuoti jų valdymo algoritmus ir pan.

Turbokompresorinio pripūtimo elementai variklio konstrukcinę masę padidina ne daugiau kaip 8 proc., o galia atskirais atvejais padidėja 50 proc. ir daugiau. Naudojant turbokompresorius, mažėja suminės projektavimo ir gamybos išlaidos, tenkančios lyginamajam galios vienetui – arklio galiai. Manipuliuojant turbokompresoriaus (pripūtimo slėgio) ir degalų įpurškimo sistemos (alkūninio veleno sūkių dažnio) valdymo parametrais, galima gauti palankias variklio charakteristikas.

Tuo tarpu atstumas tarp gretimų cilindrų centrų, kurį nulemia gamintojo turima technologinė įranga, cilindrų skersmuo ir net stūmoklio eiga, nekinta daugelį metų. Tuo nesunku įsitikinti, pavarčius įvairių metų traktorių modelių katalogus. Automobilių pramonėje pastebimas net ir toks reiškinys: vieni varikliai keičia kitus ir atvirkščiai kas keleri metai, t.y. vietoje vienų variklių montuojamos prieš tai jau naudotos jėgainės. Tokią rotaciją sąlygoja naujų technologijų pritaikymas ir išbandymas senosios jėgainės bazėje. Po kelerių metų pasirodantis naujas variklis yra iš esmės senas, tik daugiau ar mažiau modernizuotas, nelygu senojo variklio efektyvieji rodikliai neatitiko tuometinių reikalavimų. Taigi sparčiai diegiant naujas gamybos technologijas, esminiai variklio elementai praktiškai nekinta keletą dešimtmečių.

Naudojant turbokompresorinį pripūtimą, suspaudimo takto pabaigoje padidėja slėgis ir temperatūra. Pagrindinė jo paskirtis – variklio sūkių diapazone, kuriame sukimo momentas didžiausias, tiekti į cilindrą kuo daugiau šviežio oro. Šiame intervale didinamas į cilindrą įpurškiamų degalų kiekis, o oro pertekliaus koeficientas - atvirkščiai, sumažinamas tiek, kad atitiktų ekologinius dūmingumo reikalavimus.

Turbokompresorinio pripūtimo trūkumas - papildoma alkūninio ir skirstymo mechanizmų apkrova. Ar tai vienintelis būdas padidinti variklio galią? Be abejo ne - galima padidinti alkūninio veleno sukimosi dažnį, tačiau jį riboja vidutinis ribinis stūmoklio greitis. Nors naudojant pripūtimą, padidėja nuostoliai dėl trinties, tačiau dėl didesnės efektyvios (praktiškai panaudojamos) galios mechaninis jėgainės naudingumo koeficientas yra didesnis. Kompresoriui taip pat reikalinga galia palyginti žemos temperatūros orui suspausti, tačiau suspaustas cilindre ir veikiamas aukštų temperatūrų oras plečiasi, atlikdamas didesnį darbą. Taip kompensuojami galios nuostoliai, patirti jį suspaudžiant. Tokiu atveju ypač naudinga įrengti tarpinį oro aušintuvą.

Įdiegti turbokompresorinį pripūtimą dyzeliniuose varikliuose patogu ir dėl to, kad juose didinti slėgį netrukdo benzininiams varikliams būdinga detonacija. Todėl galima gauti didesnį galios ir darbo tūrio santykį. Traktoriniuose dyzeliniuose varikliuose efektyvusis slėgis padidinamas iki 30 proc. (nedidelio slėgio pripūtimas), tačiau išlieka didesnio forsavimo galimybė – iki 40-50 proc. (vidutinis ir didelio slėgio pripūtimas). Pastaruoju atveju balansuojama tarp efektyvaus variklio rodiklių pagerinimo ir jėgainės išdirbio. Neatsitiktinai variklių su pripūtimu detalėms gaminti naudojamos medžiagos ir jų gamybos technologija yra šiek tiek kitokia negu atmosferinių variklių.

Vienas svarbesnių vakarykščių uždavinių – priartinti turbokompresoriaus išdirbį iki bendro jėgainės išdirbio – šiandien iš principo pasiektas. Anksčiau, kaip ir šiandien, kompresoriaus patikimumą ribojo tepimo sąlygos ir guolių ilgaamžiškumas. Todėl, net ir padidinus mazgo patikimumą, jį eksploatuojant galioja tos pačios taisyklės: staigiai nestabdyti variklio prieš tai jam dirbus didesnių sūkių diapazone, neapkrauti šalto variklio, kiek galima mažiau dirbti tuščiąja eiga arba nedidele apkrova, periodiškai stebėti alyvos būklę, jos nuotėkį per išleidimo kolektoriaus sujungimus ir t.t.

Kiek galima didinti pripūtimo slėgį? Visų pirma, jį riboja leistinų mechaninių apkrovų dydžiai, t.y. variklio mazgų patikimumas. Antra, viršijus optimalų pripūtimo slėgio dydį, efektyvioji variklio galia nedidėja, nes sumažėja jėgainės mechaninis naudingumo koeficientas. Taip yra todėl, kad kompresoriui sukti sunaudojama daugiau galios negu gaunama iš jo naudos. Tai nurodo indikatorinė galia.

Paprastai traktoriuose naudojama vienintelė turbokompresorinio pripūtimo schema. Komercinio transporto jėgainėse įrengiamos mechaninės orapūtės, turinčios standžią krumpliaratinę perdavą nuo alkūninio veleno arba netradicinės turbokompresorinio pripūtimo variacijos. Kompresoriaus turbinos ratui sukti panaudojama atidirbusių dujų plėtimosi energija, nes tai gerokai efektyviau negu naudoti mechaninę orapūtę. Spaudžiamo oro už kompresoriaus rato temperatūra didėja, todėl varikliuose su didesniu galios ir darbo tūrio santykiu tarp įleidimo kolektoriaus ir turbokompresoriaus įrengiamas tarpinis oro aušintuvas. Juo sumažinama įleidžiamo oro temperatūra. Padidėjus oro tankiui, daugiau jo galima tiekti į cilindrus, be to, pagerėja jėgainės šiluminis režimas.

Turbokompresorius dirba ekstremaliomis sąlygomis. Vidutinė atidirbusių dujų temperatūra siekia 700oC. Tobulinant variklius, veleno, jungiančio turbinos ir kompresoriaus darbo ratus, sukimosi dažnis nuolat didėjo. Šiuolaikiniuose varikliuose jis siekia 50-200 tūkst. min-1, t.y. 2,5 karto daugiau negu prieš ketvirtį amžiaus. Siekiant išvengti nepageidaujamo inertiškumo, turbokompresoriaus darbo ratai daromi kiek galima mažesnio išorinio skersmens, nes mažesni ratai turi ir mažesnį inercijos momentą. Jų gamyboje naudojami nikelio junginiai suteikia atsparumo didelėms temperatūroms.

Technika su turbokompresorinio pripūtimo varikliais mažiau teršia aplinką, nes atidirbusių deginių toksiškumas yra daug mažesnis. Ekologiniai reikalavimai skiriasi, priklausomai nuo variklio galios ir darbo tūrio, tačiau atmosferiniams varikliams, kurie šiandien naudojami tik nedidelės galios ir specializuotos paskirties traktoriuose, juos atitikti gerokai sunkiau.

Tęsinys kitame numeryje