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, a także wiele małych aut miejskich. Powszechność turbosprężarek samochodowych sprawiła, że kierowcy często zapominają, że doładowane silniki wymagają „szczególnej troski”, a nieodpowiednia eksploatacja turbosprężarki samochodowej prędzej czy później może się zemścić.

Jeżeli chcą 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 zaczęło być wykorzystywane w seryjnej produkcji samochodów dopiero w latach 70. XX wieku. Początkowo wykorzystywano je głównie, aby poprawić osiągi samochodów sportowych albo umożliwić pracę silników spalinowych na znacznych wysokościach. Jednak przez lata priorytety uległy zmianie – współcześnie uwagę zwraca na niższą emisję toksycznych spalin, a także lepszą elastyczność silnika. Silniki z turbodoładowaniem pozwalają na oszczędzanie masy pojazdu, ponieważ silnik wolno ssący o takich samych parametrach wydajnościowych nie tylko jest większy, ale również zużywa o wiele więcej paliwa.

Jak to działa?

Turbosprężarki działają na bardzo prostej zasadzie. Turbo to dwa wirniki, które umieszone są na jednym wale. Jeden z nich znajduje się w układzie wydechowym i jest napędzany energią spalin wydobywających 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. Żeby spalić kilogram powietrza, konieczne jest ok 14 kilogramów powietrza. Większa ilość powietrza wtłoczona do silnika powala spalić przy takich samych obrotach i takiej samej pojemności silnika odpowiednio więcej paliwa. Dzięki temu, że taka mieszanka spala się bardziej dokładnie, wytwarzane spaliny są mniej toksyczne.

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

Przyczyna jest prosta, ponieważ w teorii prosty wynalazek niesie za sobą dużo problemów w praktyce. Warunki pracy turbosprężarki są niespotykanie ciężkie. 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 wyniki, jest naprawdę ciężkim wyzwaniem. W dodatku cały silnik musi być dostosowany do osiąganej wyższej mocy. Dlatego w silnikach doładowanych bardzo często montuje się wzmocniony układ korbowy oraz zapewnia się wydajniejsze chłodzenie i lepsze smarowanie.

Pojawia się również inny problem, jakim jest nierównomierna charakterystyka pracy silników z turbo. W pierwszych takich układach pojawiało się zjawisko „turbodziury”, polegające na tym, że od momentu dodania gazu, a reakcją silnika mijała dłuższa chwila. Kiedy powietrze zostało dostarczone do silnika, samochód zrywa się do przodu z bardzo dużym impetem. Obecnie nie stanowi to już problemu, ponieważ ulepszona konstrukcja i sterowanie praktycznie zupełnie zniwelowało efekt „turbodziury”. Obecnie produkowane turbosprężarki posiadają zawory upustowe, które poprzez regulację ciśnienia doładowania lub systemów zmiennej geometrii turbiny, zapewniają właściwe cieśnienie przez cały czas jazdy.