Zasada działania turbosprężarek samochodowych

Jeszcze niedawno turbosprężarki samochodowe były używane głównie w autach sportowych z górnej półki. W dzisiejszych czasach praktycznie każdy samochód rodzinny z dieslem ma na wyposażeniu turbodoładowanie. Ma je również wiele małych aut miejskich. Powszechność turbosprężarek samochodowych sprawiła, że kierowcy często zapominają o ich specjalnych potrzebach. Doładowane silniki wymagają „szczególnej troski”, a nieodpowiednia eksploatacja turbosprężarki samochodowej prędzej czy później może przynieść przykre konsekwencje.

Jeżeli chcecie Państwo dowiedzieć się więcej o właściwej eksploatacji turbosprężarki samochodowej, warto najpierw zapoznać się z zasadą jej działania.

Do czego służy turbo?

Turbodoładowanie jest znane już od niemal wieku, jednak w seryjnej produkcji samochodów zaczęło być stosowane dopiero w latach 70. XX wieku. Początkowo wykorzystywano je głównie po to, aby poprawić osiągi samochodów sportowych albo umożliwić pracę silników spalinowych na znacznych wysokościach. Jednak przez lata priorytety uległy zmianie – współcześnie zwraca się uwagę na niższą emisję toksycznych spalin, a także lepszą elastyczność silnika. Silniki z turbodoładowaniem pozwalają na zmniejszenie masy pojazdu. Silnik wolnossący o takich samych parametrach wydajnościowych nie tylko jest większy, ale również zużywa o wiele więcej paliwa.

Jak to działa?

Turbosprężarki samochodowe działają na bardzo prostej zasadzie. Turbo to dwa wirniki, które są umieszczone na jednym wale. Jeden z nich znajduje się w układzie wydechowym i jest napędzany energią spalin, które wydobywają się z silnika. Drugi z wirników znajduje się w przewodzie dolotowym. Łopatki pod wpływem ruchu obrotowego wtłaczają do silnika powietrze pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego. To sprawia, że silnik w aucie pracuje bardziej wydajnie. Dzieje się tak dlatego, że uzyskiwana moc zależy od wielkości dawki paliwa spalonej w określonym czasie. Aby zapewnić efektywne spalanie, wystarczy dodać odpowiednią ilość tlenu. Wykorzystanie kilograma tego gazu wymaga dostarczenia ok. 14 kilogramów powietrza. Wtłoczenie większej jego ilości przy takich samych obrotach i takiej samej pojemności silnika powala spalić odpowiednio więcej paliwa. Dzięki temu, że taka mieszanka spala się dokładniej, wytwarzane spaliny są mniej toksyczne.

Dlaczego więc tak cudowne rozwiązanie nie trafiło pod maski wszystkich aut?

Przyczyna jest prosta. Ten prosty w teorii prosty wynalazek w praktyce niesie za sobą dużo problemów. Warunki pracy turbosprężarki są niespotykanie trudne. Strumień spalin, w którym znajduje się wirnik, osiąga temperaturę około 1000oC. Dodatkowo, wał turbiny obraca się z ogromną prędkością do 290 tys. obr./min. W takiej sytuacji stworzenie urządzenia, które będzie w stanie wytrzymać takie warunki, jest naprawdę trudnym wyzwaniem. W dodatku cały silnik musi być dostosowany do osiąganej wyższej mocy. Dlatego w silnikach doładowanych bardzo często montuje się wzmocniony układ korbowy. Zapewnia się też wydajniejsze chłodzenie i lepsze smarowanie.

Jednym z problemów jest też nierównomierna charakterystyka pracy silników z turbo. W pierwszych takich układach częstym zjawiskiem była „turbodziura”. Polegała ono na tym, że pomiędzy momentem dodania gazu a reakcją silnika mijała dłuższa chwila. Kiedy powietrze zostało dostarczone do silnika, samochód zrywał się do przodu z bardzo dużym impetem. Obecnie nie stanowi to już problemu, ponieważ ulepszona konstrukcja i sterowanie praktycznie zupełnie zniwelowały efekt „turbodziury”. Obecnie produkowane turbosprężarki są wyposażone w zawory upustowe. To one poprzez regulację ciśnienia doładowania lub systemów zmiennej geometrii turbiny, zapewniają właściwe ciśnienie przez cały czas jazdy.