Turbosprężarka wykorzystuje energię spalin do napędzania sprężarki, która wtłacza do silnika więcej powietrza. Większa ilość tlenu pozwala spalić większą dawkę paliwa, a tym samym uzyskać wyższą moc bez zwiększania pojemności skokowej jednostki. Nie „włącza się” przy określonych obrotach – pracuje od uruchomienia silnika, choć przy małym obciążeniu jej działanie jest mniej odczuwalne.
Czym jest turbosprężarka i po co stosuje się ją w samochodzie?
Turbosprężarka jest urządzeniem doładowującym silnik spalinowy. Jej zadaniem nie jest bezpośrednie dostarczanie paliwa, lecz zwiększenie ilości powietrza trafiającego do cylindrów. To ważne, ponieważ tlen znajdujący się w powietrzu umożliwia spalanie paliwa.
Większa ilość powietrza pozwala układowi zasilania podać większą dawkę paliwa bez zwiększania pojemności silnika. W efekcie niewielka jednostka może osiągać moc porównywalną z większym silnikiem wolnossącym. Doładowanie może też poprawiać elastyczność i sprawność pracy, ale jednocześnie zwiększa obciążenie cieplne oraz mechaniczne podzespołu.
Budowa turbosprężarki
Podstawę konstrukcji stanowią dwa wirniki umieszczone na wspólnym wale. Pierwszy należy do turbiny, czyli części gorącej, a drugi do sprężarki, nazywanej częścią zimną. Wał przenosi napęd z wirnika turbiny na koło kompresji. Całość znajduje się w dwóch odpowiednio ukształtowanych obudowach, które kierują przepływem spalin i powietrza.
| Cecha | Część gorąca – turbina | Część zimna – sprężarka |
|---|---|---|
| Główna funkcja | Odbiera energię spalin i zamienia ją w ruch obrotowy. | Zasysa i spręża powietrze kierowane do silnika. |
| Medium robocze | Gorące spaliny opuszczające cylindry. | Powietrze atmosferyczne z układu dolotowego. |
| Warunki pracy i obudowa | Bardzo wysoka temperatura, dlatego obudowa wymaga materiału odpornego na działanie spalin. | Niższa temperatura niż po stronie wydechowej, obudowa kieruje sprężone powietrze do dolotu. |
Wał wirnika obraca się z bardzo dużą prędkością, dlatego wymaga właściwego smarowania i chłodzenia. W zależności od konstrukcji układ może mieć także elementy regulujące przepływ spalin, na przykład zawór upustu spalin wastegate. Nie zmienia to podstawowej zasady: spaliny napędzają turbinę, a turbina przez wał napędza sprężarkę.
Jak działa turbina w samochodzie?
Proces doładowania można prześledzić w następującej kolejności:
- Spaliny opuszczają cylindry i trafiają do kolektora wydechowego.
- Strumień spalin kieruje się na łopatki wirnika turbiny, wprawiając go w ruch.
- Obracający się wirnik przekazuje moment obrotowy przez wspólny wał.
- Wał napędza koło kompresji znajdujące się po stronie dolotowej.
- Sprężarka zasysa powietrze atmosferyczne i zwiększa jego ciśnienie.
- Sprężone powietrze przepływa przez intercooler, czyli chłodnicę powietrza doładowującego.
- Schłodzone powietrze trafia do cylindrów, gdzie większa ilość tlenu umożliwia spalenie większej dawki paliwa.
Sprężanie podnosi temperaturę powietrza. Intercooler obniża ją przed doprowadzeniem ładunku do silnika. Chłodniejsze powietrze ma większą gęstość, więc w tej samej objętości można dostarczyć więcej tlenu. To poprawia warunki spalania i pomaga wykorzystać możliwości doładowania.
Czym jest turbodziura?
Turbodziura to opóźnienie reakcji na gwałtowne dodanie gazu. Wynika głównie z czasu potrzebnego na zwiększenie przepływu spalin i rozpędzenie wirnika turbosprężarki. Nie oznacza, że urządzenie wcześniej nie pracuje. Przy niskich obrotach dostarcza po prostu mniej energii do części gorącej, dlatego wzrost ciśnienia doładowania nie jest natychmiastowy.
Jak dbać o turbosprężarkę?
Turbosprężarka pracuje w wysokiej temperaturze i przy bardzo dużej prędkości obrotowej. Jej trwałość zależy więc przede wszystkim od smarowania, temperatury oraz sposobu obciążania silnika. Najważniejsze zasady eksploatacji to:
- Rozgrzewaj silnik przed dynamiczną jazdą – zimny olej ma gorsze właściwości przepływowe, a film olejowy potrzebuje czasu, aby dotrzeć do łożysk i wału.
- Po intensywnej jeździe pozwól układowi się uspokoić – natychmiastowe wyłączenie silnika po dużym obciążeniu może zatrzymać obieg oleju, gdy elementy turbosprężarki są nadal bardzo gorące.
- Stosuj olej o klasie i lepkości przewidzianej przez producenta – olej smaruje oraz częściowo chłodzi wirnik, a jego zużycie lub niewłaściwy dobór zwiększa ryzyko uszkodzeń.
W praktyce oznacza to spokojną jazdę przez pierwsze minuty po uruchomieniu, unikanie gaszenia silnika bezpośrednio po długiej jeździe z dużym obciążeniem oraz regularną wymianę oleju i filtrów. Konkretne odstępy serwisowe należy dobierać zgodnie z zaleceniami producenta danego silnika.
Najważniejszy mechanizm jest prosty: energia spalin napędza turbinę, wspólny wał przenosi ten napęd na sprężarkę, a sprężone i schłodzone powietrze pozwala silnikowi spalić więcej paliwa i uzyskać większą moc.
