Šioje srityje pionieriumi tapo „Oldsmobile“ markė, tačiau technologiją iš tiesų ištobulino ir masiniu reiškiniu pavertė Europos bei Japonijos gamintojai – tarp jų ir gilias aviacijos tradicijas turėjęs švedų „Saab“.
Ieškote daugiau įdomybių? Užsukite į „Automobilių kultūra“ rubriką.
Kova su variklio detonacija
Pirmieji bandymai pritaikyti turbinas automobiliuose susidūrė su rimtomis inžinerinėmis kliūtimis. Ankstyvosios sistemos turėjo labai primityvų sūkių valdymą, o Jungtinėse Valstijose tuo metu naudotas žemo oktano benzinas situaciją tik pablogino. Dėl aukštos temperatūros ir slėgio degalų mišinys cilindruose imdavo sproginėti savaime.
Siekdami suvaldyti šią variklio detonaciją, inžinieriai griebėsi neįprasto sprendimo – į benziną teko pilti papildomą antidetonacinį skystį, kurį rinkodaros specialistai skambiai praminė „Turbo Rocket Fluid“.
Priežastis, kodėl būtent amerikiečiai pirmieji ėmėsi turbokompresorių eksperimentų automobiliuose, yra tiesiogiai susijusi su lėktuvų pramone.
Aviacijoje ši technologija buvo sėkmingai naudojama jau nuo ketvirtojo dešimtmečio. Ten turbinos padėjo kompensuoti deguonies trūkumą dideliame aukštyje ir leido varikliams išlaikyti tokį patį galingumą kaip ir ant žemės.
Lėktuvuose naudotas žemo slėgio sistemų ir specialių aviacinių degalų derinys leido išvengti savaiminio užsiliepsnojimo problemų, su kuriomis vėliau susidūrė automobilių gamintojai.
Pasinaudoję sukauptomis žiniomis, aštuntojo dešimtmečio pradžioje turbokompresorius į savo automobilius pradėjo montuoti ir Europos kompanijos. Rinkoje greitai išsiskyrė trys lyderiai: BMW, „Porsche“ ir „Saab“. Būtent pastaroji švedų kompanija, ilgą laiką konstravusi lėktuvus, automobilių pramonėje pritaikė aviacines žinias ir atvertė naują puslapį turbininių variklių istorijoje.
Nukentėjo ekonomiškumas
Pirmieji lengvuosiuose automobiliuose pritaikyti turbokompresoriai leido gerokai padidinti variklių galią, tačiau šis inžinerinis pasiekimas reikalavo kompromisų. Ankstyvieji turbininiai motorai prarado elastingumą žemų ir vidutinių sūkių diapazone, o svarbiausia – pasižymėjo itin didelėmis degalų sąnaudomis.
Siekiant išgauti kuo daugiau galios, varikliams reikėjo aukšto turbinos sukuriamo slėgio. Tačiau norint suvaldyti tokį slėgį ir išvengti variklio detonacijos – priešlaikinio degalų mišinio sprogimo – inžinieriams tekdavo smarkiai sumažinti statinį variklio suspaudimo laipsnį.
Kadangi būtent suspaudimo laipsnis yra vienas svarbiausių termodinaminio efektyvumo rodiklių, jo sumažinimas drastiškai padidindavo degalų suvartojimą.
Didžiausia problema buvo ta, kad tokios sistemos neekonomiškumas išryškėdavo ne maksimalaus galingumo, o būtent dalinės apkrovos režimu.
Degalų sąnaudos išlikdavo milžiniškos net ir važiuojant ramiai, nepriklausomai nuo to, kaip švelniai vairuotojas spausdavo akceleratoriaus pedalą.
Ilgą laiką inžinieriai negalėjo išspręsti šios dilemos. Padidinus suspaudimo laipsnį, tekdavo mažinti turbinos slėgį ir aukoti galią.
Pabandžius išlaikyti aukštą slėgį esant didesniam suspaudimui, degimo kameroje kildavo savaiminio užsiliepsnojimo židiniai. Variklis imdavo kalti, o nuolatinė detonacija tiesiogiai laužė vidinius komponentus.
Šią problemą pavyko išspręsti tik tobulėjant technologijoms. Šiuolaikiniuose motoruose diegiamos pažangios turbokompresorių slėgio valdymo sistemos, kurios veikia kartu su tiesioginiu degalų įpurškimu.
Tiesiai į cilindrus purškiamas benzinas efektyviai atvėsina degimo kamerą, taip sumažindamas detonacijos riziką ir leisdamas išlaikyti aukštą suspaudimo laipsnį net ir naudojant turbiną.
Į pagalbą atvyko švedai
Dar gerokai prieš pradedant masiškai naudoti tiesioginį degalų įpurškimą, inžinerinę turbininių variklių dilemą išsprendė švedų „Saab“. 1980 metais debiutavusi gamintojo sukurta APC (angl. Automatic Performance Control) sistema tapo technologiniu lūžiu, leidusiu varikliui išnaudoti maksimalų potencialą išlaikant degalų efektyvumą ir prisitaikant prie benzino kokybės.
Viena pagrindinių kliūčių siekiant turbininių variklių efektyvumo buvo pats benzinas, tiksliau – jo oktaninis skaičius. Šis rodiklis nusako degalų atsparumą nepageidaujamam savaiminiam užsiliepsnojimui.
Iki atsirandant išmaniam turbinų valdymui, elektroninės variklių sistemos naudodavo paprastą detonacijos jutiklį. Jei vairuotojas įpildavo žemesnio oktaninio skaičiaus benzino, sistema, siekdama apsaugoti variklį, tiesiog pavėlindavo degimo kampą. Taip variklis buvo apsaugomas, tačiau iškart pastebimai sumažėdavo jo galia, o variklis nedirbdavo optimaliu režimu.
Švedų inžinierių sukurta APC sistema žengė gerokai toliau. Ji ne tik koregavo degimą, bet ir tiesiogiai valdė turbokompresoriaus kuriamą slėgį.
APC valdymo blokas nuolat analizavo duomenis, gaunamus iš detonacijos, slėgio ir alkūninio veleno sūkių jutiklių.
Gavusi signalą apie prasidedančią detonaciją, elektronika per elektromagnetinį vožtuvą akimirksniu atidarydavo turbinos išmetamųjų dujų sklendę, taip sumažindama slėgį įsiurbimo sistemoje.
Tuo metu kitų gamintojų turbinos rėmėsi tik slėgio davikliais ir ignoruodavo detonacijos riziką. „Saab“ sprendimas leido varikliui nuolat balansuoti ties efektyvumo riba, nepriklausomai nuo to, ar bake buvo 92, ar 98 rūšies benzinas.
Patiko straipsnis? Užsiprenumeruokite mūsų naujienlaiškį ir gaukite svarbiausias dienos naujienas bei įdomiausius straipsnius kiekvieną darbo dieną 11 val. Tiesiai į Jūsų el. paštą!
