Obecnie turbosprężarka zyskała na popularności nie tylko w usportowionych wersjach aut, ale też w podstawowych odmianach samochodów. Dawniej większą moc i wyższy moment obrotowy zyskiwało się poprzez zwiększenie pojemności skokowej. Dziś uzyskuje się to przy pomocy doładowania – turbosprężarki lub sprężarki mechanicznej. Niestety coraz to nowsze normy emisji spalin doprowadziły do prawie całkowitego wymarcia silników V6 i V8. Jednak nawet mniejsze silniki dają sobie zaskakująco dobrze radę właśnie za sprawą doładowania. Współcześnie turbosprężarka w samochodzie ma za zadanie nie tylko podnieść moc, ale także zmniejszyć zużycia paliwa oraz emisję spalin. Czytaj dalej i dowiedz się, do czego służy turbosprężarka oraz jakie są jej rodzaje i zasada działania.
Za wynalazcę turbodoładowania uznawany jest Alfred Büchni. Jego wynalazek to turbosprężarka napędzana spalinami, która została opatentowana w 1905 roku. Pierwsze jej zastosowanie miało miejsce w 1910 roku. Użyto jej w dwusuwowym silniku samolotowym, jednak nie przyniosło to znaczącego zwiększenia mocy. Pierwsza udana próba zastosowania tego wynalazku miała miejsce w 1925 roku. Moc jednostki wzrosła wtedy o aż 40 proc.
Pierwsze seryjnie produkowane auta z takim turbodoładowaniem pojawiły się w Stanach w latach 60. XX w., a prawdziwe boom turbosprężarka przeżyła w kolejnej dekadzie, po ogłoszeniu kryzysu paliwowego. To rozpoczęło prawdziwą rewolucję w tej dziedzinie motoryzacji.
Z artykułu dowiesz się między innymi:
- czym jest turbosprężarka,
- jaka jest jej zasada działania,
- do czego służy turbosprężarka,
- jakie są rodzaje turbo (np. turbosprężarka hybrydowa).
Turbosprężarka w samochodzie – z czego się składa?
Turbosprężarka to element układu napędowego. Jego powstanie było efektem lat pracy nad tym, jak przy jednoczesnym zmniejszeniu samego silnika oraz jego wagi podnieść moc, oraz zmniejszyć zużycie paliwa. Konstrukcja ta pozwala na zwiększenie ciśnienia powietrza, które jest wtłaczane do komory spalania. Dzieje się to dzięki wykorzystaniu energii ze spalin wydalanych do układu wydechowego. Żeby prawidłowo zrozumieć, do czego służy turbosprężarka, trzeba najpierw poznać jej budowę.
Turbosprężarka w samochodzie składa się z kilku elementów. Oczywiście poszczególne z nich mogą się różnić między modelami, jednak ich funkcja zawsze jest taka sama. Do podstawowych składowych tego podzespołu zalicza się:
- wirnik turbiny,
- wirnik sprężarki,
- kadłub turbiny,
- kadłub sprężarki,
- kadłub środkowy,
- łożysko ślizgowe,
- łożysko oporowe,
- kanały olejowe,
- pierścienie uszczelniające,
- wałek turbosprężarki.
Po zapoznaniu się z tymi elementami dowiedz się o szczegółowych informacji o właściwej zasadzie działania turbo.
Zasada działania turbodoładowania
Żeby turbina mogła zacząć się kręcić i tłoczyć powietrze, potrzebuje napędu. Do tego wykorzystuje się energię powstałą podczas procesu spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Ich energia na wylocie do układu doładowania powoduje, że turbosprężarka, a dokładniej jej wirnik, potrafi osiągać prędkości obrotowe od 100 do 200 tys. obr./min. W autach wyczynowych lub sportowych jest to oczywiście jeszcze większa wartość.
Wirnik jest sztywno osadzony na tym samym wale, co wirnik kompresora. Razem stanowią one główny element tego osprzętu. Oba elementy mają oddzielne kadłuby, a te znowu są utrzymywane przez kadłub środkowy przy pomocy 2 łożysk – oporowego oraz ślizgowego. Dzięki małym arteriom olejowym dostarczany jest olej, który jest potrzebny do chłodzenia turbo oraz zapewnienia właściwego filmu olejowego wirującym elementom. Same wirniki nie mają kontaktu z olejem, dzięki uszczelniaczom pierścieniowym.
Wirnik sprężarki wtłacza dodatkowe powietrze przy pomocy kolektora dolotowego, przez który trafia ono prosto do komory spalania. Dzięki temu motor jest w stanie spalić większą ilość paliwa przy jednym pełnym cyklu spalania. Dzieje się to dzięki dużej ilości skompresowanego, zimnego powietrza. Powoduje to znaczne przyrosty mocy oraz niutonometrów. W dużym skrócie – turbosprężarka w samochodzie czyni jego silnik dużo bardziej wydajnym.
Jest to zdecydowanie największa zaleta turbosprężarki, ale nie jedyna. Do innych jej atutów można zaliczyć jej pozytywny wpływ na zmniejszenie emisji substancji szkodliwych do atmosfery oraz wyraźny spadek zużycia paliwa przy optymalnej jeździe. Ponadto jest często wykorzystywana w tuningu. Dzięki niej nie trzeba inwestować mnóstwa pieniędzy w kosztowne modyfikacje bloku silnika, które w końcowym rozrachunku nie dają wcale dużych przyrostów mocy. Za to doładowanie zapewnia wyraźną poprawę parametrów stosunkowo niewielkim kosztem.
Rodzaje turbopsprężarek
Obecnie określenie turbo jest bardzo ogólne. Ze względu na intensywny rozwój tej technologii w ostatnim 30-leciu pojawiło się wiele nowych rozwiązań, których zasada działania jest podobna do tej pierwotnej, jednak umiejętnie dopasowana do poszczególnych aut oraz ich przeznaczenia. Wyróżnia się kilka głównych odmian doładowania komory spalania sprężonym powietrzem, których charakterystykę znajdziesz poniżej.
Turbosprężarka klasyczna
Jak sama nazwa wskazuje, są to najbardziej popularne i powszechnie stosowane rozwiązanie. Świetnie sprawdza się w samochodach osobowych, autach ciężarowych i maszynach budowlanych. Współgrają z silnikami benzynowymi oraz Diesla.Często określa się je także mianem „free float”, co z angielskiego oznacza „swobodny przepływ”. Jest tak ze względu na jej sposób działania. Nie ma ona tzw. zaworu zwrotnego, co oznacza, że wszystkie spaliny z komory spalania trafiają do turbosprężarki. To one stanowią napęd dla wirników. Jest to najbardziej typowy rodzaj działania dla tego układu. Spaliny znajdują się w komorze wylotowej, a w komorze dolotowej występuje sprężone powietrze.
Turbosprężarka hybrydowa
To rozwiązanie to nic innego jak standardowa turbosprężarka typu „free float” po szalonych eksperymentach tunerów z całego świata. Potoczne określenie „hybryda” przyjęło się w warsztatach i idealnie oddaje to, czym jest. Wzięto seryjną turbosprężarkę i przeszczepiono do niej rozwiązania innych producentów, w ten sposób poprawiając jej fabryczne parametry. Tak powstaje turbosprężarka hybrydowa. Cel tego zabiegu jest bardzo prosty – więcej koni, niutonometrów oraz szybsza reakcja na gaz.
Najczęstszą modyfikacją jest powiększenie strony zimnej turbo oraz pomniejszenie strony ciepłej. W ten sposób praca układu jest dużo bardziej wydajna. Ile koni daje turbosprężarka po modyfikacjach? To zależy od tego, z jakim silnikiem jest sparowana oraz od jej wystrojenia, ale przyrosty mocy mogą przekraczać nawet 45 proc.
Turbosprężarka BiTurbo
BiTurbo stanowi taki rodzaj doładowania, w którym zastosowano dwie turbosprężarki. Sprężają one powietrze dopływające do cylindrów silniku. Mniejsza z nich najczęściej pracuje w zakresie poniżej 1500 obr/min. Wraz ze wzrostem obrotów systematycznie załącza się większa, która po przekroczeniu ok. 2500 obr/min zaczyna odgrywać główną rolę. Wśród zalet systemu BiTurbo wymienia się poprawę współczynnika sprawności doładowania i zmniejszenie turbodziury.
Turbosprężarka typu Twin Scroll
Taka maszyna wirnikowa to, jak sama nazwa wskazuje, połączenie dwóch turbo w jedno. Takie rozwiązanie jest określane mianem Twin Scroll. Ze względu na to, że największą różnicą, która cechuje turbo tego typu stanowi właśnie budowa ślimaka. To pozwala wyróżnić to rozwiązanie względem klasycznego Turbo. Twin Scroll posiada podwójny kanał stożkowy. Umożliwia to podział turbodoładowania na poszczególne cylindry.
Podział doładowania umożliwia łopatkom wirnika wtłaczać spaliny bardziej równomiernie, dzięki czemu silnik nie dławi się ich nadmiarem. Widać to szczególnie przy nagłym przyśpieszeniu, przy zastosowaniu turbosprężarki hybrydowej reakcja na gaz jest dużo szybsza. Do jej zalet należy zaliczyć wzrost pojemności skokowej w porównaniu do tej typu „free float”. Jest ona dużo bardziej efektywna oraz częściej stosowana w autach sportowych oraz wyczynowych.
Turbosprężarka z zaworem upustu spalin
Od klasycznego rozwiązania różni się tym, że zawiera tzw. zawór Westgate, który reguluje ciśnienie w układzie. Odpowiada za to specjalny moduł regulujący, który na bieżąco kontroluje jego ilość. Westgate pilnuje, aby nagromadzone ciśnienie nie przekroczyło maksymalnych wartości i nie uszkodziło podzespołów.
Westgate w bardzo prosty sposób. Kiedy pewny poziom zostaje przekroczony, a maksymalna liczba obrotów zostaje osiągnięta, dochodzi do przesunięcia cięgna zaworu, który otwiera miejsce upustu spalin. Dzięki temu nadmierna ich ilość omija układ doładowania i zyskuje na tym turbosprężarka. Cena takiego rozwiązania jest stosunkowo niska i oscyluje w okolicach 500 zł.
Elektryczna turbosprężarka
Zdecydowana nowość na rynku motoryzacyjnym, opracowana z myślą o ekologii. Jednak trzeba pamiętać, że jest to także naturalna droga rozwoju tej technologii. Rozwiązania mechaniczne zawsze będą wymagały przepływu spalin, aby być w stanie pompować odpowiednią ilość powietrza. Elektryczna turbosprężarka sprawi, że reakcja na pedał gazu jeszcze bardziej się poprawi. Jak to z elektrykami bywa, moment obrotowy będzie dostępny od razu, niezależnie od prędkości obrotowej silnika.
Może to być sposób na całkowite wyeliminowanie tzw. turbodziury, niestety tak dobrze znanej z mechanicznych rozwiązań. Obecnie znane e-turbo mogą osiągać pełną sprawność już przy 1200 obr./min. To niebywale dobre wartości, niedostępne dla wcześniejszych rozwiązań. Do tego przy rosnącej popularności miękkich hybryd zasilanie tego rozwiązania przestaje być problemem. Coraz więcej aut będzie miało na pokładzie 48 V instalację elektryczną.
Zadbaj o swój samochód – sprawdź ofertę Inter Cars
Jeśli zdarzy Ci się usterka, to pamiętaj, że wszystkie niezbędne części i podzespoły znajdziesz w sklepie internetowym Inter Cars. Możesz tam zakupić podzespoły potrzebne do naprawy swojego turbo, części układu dolotowego, wylotowego oraz uszczelki. Do tego znajdziesz też elementy tuningowe, takie jak osobne wskaźniki ciśnienia doładowania, które pomogą Ci pilnować stan twojej sprężarki. Modyfikując auto pod względem mocy, zawsze pamiętaj o dostosowaniu układu chłodzenia oraz układu hamulcowego do jego nowych możliwości.
Opinia eksperta na temat turbosprężarek
Układ turbodoładowania oraz sama turbosprężarka to przełomowe rozwiązanie, które jest udoskonalane od lat. Niesamowite jest jej wszechstronne zastosowanie. Aktualnie turbo montuje się w prawie każdym rodzaju pojazdu drogowego. Poprawia ono ekonomię, osiągi oraz jest lepsze dla środowiska niż silniki wolnossące.
Bardzo istotne jest prawidłowe korzystanie z auta wyposażonego w taki układ. Po pierwsze nie można wkręcać go na wysokie obroty, gdy silnik nie osiągnął optymalnej temperatury pracy. Seria takich nagłych zrywów jest bardzo zła dla podzespołów turbosprężarki. Do prawidłowej pracy potrzebuje ona oleju, a ten potrzebuje się zagrzać, aby zachować swoje właściwości chłodzące oraz smarujące. Takie sytuacje prowadzą do zatarcia wirników i przegrzania osprzętu. Może to skutkować regeneracją.
Kolejną ważną rzeczą jest zwrócenie uwagi, aby nie gasić od razu auta, które dopiero zjechało z autostrady lub przed chwilą było jeżdżone dynamicznie. W starszych autach po zgaszeniu silnika smarowanie turbiny jest odcinane, a ona sama kręci się jeszcze przez jakiś czas. To również predysponuje do jej uszkodzenia i jest równie złe w skutkach. W nowszych modelach układ olejowy studzi turbinę do momentu, aż ta nie zatrzyma się całkowicie – mówi ekspert Inter Cars.
Te 2 nawyki oraz regularne wymiany oleju zapewnią Twojej turbosprężarce długie i szczęśliwe życie, a Ty będziesz mógł się cieszyć jego maksymalnymi osiągami równie długo.
