Turbosprężarki - jak działają?

Turbosprężarki dzielą się na dwa typy - tzw. turbochargers, czyli sprężarki napędzane paskiem, oraz klasyczne turbiny,

Reklama

czyli sprężarki "zakładane" na kolektory wydechowe. O turbosprężarkach słyszy się zawsze, gdy w grę wchodzi istotne

podniesienie mocy i sprawności silników, zarówno benzynowych jak i z zapłonem samoczynnym. Jak działa turbina i dlaczego

jest tak chętnie używanym przez producentów aut sportowych "dodatkiem"? Postaram się w tym artykule nieco przybliżyć

Wam ten temat, skupiając się na razie na silnikach benzynowych i klasycznych turbinach, napędzanych siłą spalin...

Źródło mocy

Skąd bierze się w ogóle moc silnika? Otóż proces spalania mieszanki powietrze + paliwo powoduje odpychanie

tłoków z określoną siłą. Im więcej mieszanki (czyli im więcej paliwa w komorze, a co za tym

idzie - więcej powietrza niezbędnego prawidłowego przebiegu procesu spalania), tym proces spalania jest efektywniejszy

i tłoki są mocniej odpychane. Mieszankę dozujemy odpowiednio sterując pompą wtryskową (paliwo) oraz przepustnicą (powietrze).



Uchylając przepustnicę i zawory pozwalamy zasysać pracującym tłokom więcej powietrza. Wędruje ono do komory spalania poprzez cały układ dolotowy z filtrem

powietrza włącznie, który to układ tworzy pewien "opór" dla silnika - im wyższe obroty tym większą pracę silnik musi wykonać aby zassać odpowiednio dużą

ilość powietrza. I tutaj pojawia się problem, ponieważ w pewnym momencie silnik nie ma już na tyle "siły", aby zasysać więcej powietrza. I nie pomoże tutaj

dalsze zwiększanie skoku zaworu czy też średnicy przewodów układu dolotowego połączonej ze zmianą filtra powietrza na filtr o wysokiej przepływności.

Ratować można się wyłącznie instalacją turbosprężarki, która będzie pompowała powietrze do komory spalania...



Budowa turbosprężarki

Klasyczna turbosprężarka to nic innego, jak połączone dwa wirniki. Jeden z nich jest napędzany siłą wyrzucanych z silnika spalin (zamontowany na kolektorze

wydechowym), drugi, połączony "na sztywno" z tym pierwszym, kręci się zasysając powietrze do układu dolotowego. Co takie rozwiązanie powoduje? Po pierwsze

wzrost sprawności silnika - wylatujące z cylindrów spaliny nie marnują swojej energii, tylko napędzają turbosprężarkę, która z kolei pomaga zassać więcej

powietrza do komory spalania. W ten sposób silnik może dostać więcej mieszanki, przez co z większą siłą będą odpychane tłoki, a co za tym idzie - wzrasta

moc silnika. Prawda, że proste?



Wady i zalety

Na pierwszy rzut oka turbosprężarka to same zalety. Ale nie do końca. Po pierwsze - silnik przygotowany pod montaż turbiny musi zostać odpowiednio

przygotowany - a to oznacza inny układ dolotu powietrza, inne kolektory wydechowe, "luźniejszy" wydech, niższy stopień kompresji. Turbina, z racji bardzo wysokiej

precyzji wykonania, konieczności pracy w temperaturach nierzadko przekaczających 300-400 stopni Celsjusza, ogromne prędkości, z jakimi obraca się jej wirnik

(dochodzące do 100-150 tys. obrotów na minutę), jest niestety urządzeniem KOSZTOWNYM oraz podatnym na awarie z powodu nieprawidłowej jej eksploatacji. Chłodzona praktycznie tylko i wyłącznie olejem jest bardzo czuła zarówno na jego jakość jak i ilość.

Coś za coś... Kierowca dostaje ogromną moc do dyspozycji, ale wymaga się od niego równie ogromnej troski o samochód. To trochę odmienna sytuacja od tej, jaka

ma miejsce w przypadku eksploatacji niewysilonych silników V6 i V8 - tutaj przy 3.5 litrach pojemności mamy około 200-210 KM do dyspozycji, ale motor jest

bardzo żywotny. Doładowany silnik dwulitrowy, osiągający tą samą moc, będzie wymagał już bardzo umiejętnej eksploatacji. Gdzie więc zaleta stosowania turbin,

skoro moc można uzyskać także z podniesienia pojemności silnika?

Wrogiem wszelkich osiągów jest MASA pojazdu. Poczytajcie sobie o np. Oplu Speedster. To lekkie auto, napędzane zaledwie stuparukonnym silniczkiem, rozpędza się

do 100 km/h w niecałe 6 sekund. BMW 735i, dysponujące 210 KM mocy, rozpędza się do 100 km/h w prawie 8 sekund. Przepaść! Dlaczego tak jest? Opel Speedster

waży niecałą tonę. BMW 735i - prawie dwie tony. Lżejszy pojazd to ponadto łatwiejsze prowadzenie w zakrętach, bardziej przewidywalne zachowanie się auta,

mniejsze zużycie paliwa, niezłe osiągi przy małej mocy silników... nie bez powodu producenci nowych modeli samochodów dbają o to,

by sportowe auto było jak najlżejsze.

Wróćmy więc do tematu turbin - instalacja turbosprężarki powoduje wzrost masy pojazdu o maksymalnie 20 kg przy wzroście mocy i 

momentu o 40-50%. Chcąc uzyskać taki przyrost zwiększając pojemność silnika masa pojazdu rośnie o conajmniej 150 kg. Druga sprawa - silnik turbodoładowany

bardzo efektywnie pracuje już od około 2500-3000 obrotów na minutę. Motor wolnossący wymaga "rozkręcenia się" do conajmniej 4000 obrotów na minutę.

Silnik turdoboładowany ma ciekawsze charakterystyki przebiegu mocy i momentu - w dużym zakresie obrotów silnik dysponuje dużym momentem i ogromną mocą - efekt

jazdy turbodoładowanym autem jest taki, że po przekroczeniu magicznej liczby obrotów, przy której załączana jest turbosprężarka, auto po prostu wyrywa

do przodu i silnik kręci się aż do obrotów, przy których odcinany jest dopływ paliwa. Motory o dużej pojemności rozwijają moc spokojniej, bez nagłych zrywów

i niestety do ich napędzenia potrzeba większej ilości paliwa.



Turbodziura i podtrzymanie ciśnienia

W turbodoładowanych benzynowych autach przy odpuszczeniu gazu słychać charakterystyczny odgłos, coś a la świergot, pod maską. Bardzo dobrze słyszalne jest to szczególnie w silnikach rajdowych. Ten odgłos to nic innego jak odpuszczanie ciśnienia z turbiny... I teraz będzie właśnie o tym. Turbosprężarka nim napompuje wystarczającą ilość powietrza do komory spalania ma pewne opóźnienie, niewielkie, bo około 0.5 - 1 sekundy, ale zawsze. Czyli wciskając gaz do oporu najpierw jest delikatne przyspieszenie, potem okres tzw. "turbodziury", czyli wspomniane 0.5 - 1 sekundy, a następnie auto wystrzelone zostaje do przodu. Zjawisko to nie jest szczególnie niepożądane w przypadku samochodów cywilnych, jednakże w samochodach typowo sportowych, używanych m.in. w rajdach, stosuje się tzw. podtrzymanie ciśnienia turbiny. Rozwiązanie to niweluje praktycznie całkowicie efekt turbodziury, jest obarczone jednak kilkoma wadami - m.in. bardzo intensywnie i szybko zużywa się układ wydechowy.



Dla kogo?

Silniki benzynowe z turbosprężarkami to jednostki naprawdę godne polecenia. W przypadku zastosowania tzw. "soft-turbo" - czyli lekkiego doładowania, które montują np. Audi/VW w silnikach 1.8T, oraz Saab w silnikach 2.3T, oprócz istotnej poprawy pracy silnika (ciągnie praktycznie jak diesel - od bardzo niskich obrotów) nie zwiększa się praktycznie w ogóle spalanie. W przypadku pełnego doładowania porównanie aut z silnikami np. 2.0 16V 155 KM oraz 2.0 16V turbo 205 KM wypada bardzo bardzo niekorzystnie dla silnika słabszego - spalanie wzrasta zaledwie o od 0.5 do 2 litrów / 100 km w zależności od "nogi" kierowcy przy ogromnej poprawie osiągów.



Eksploatacja - czego należy unikać?

Każda turbina, zarówno w silnikach diesla jak i benzynowych wymaga stosowania się przez użytkownika do pewnych "zasad użytkowania", które pozwalają maksymalnie wydłużyć jej życie.

Po pierwsze - należy stosować oleje najwyższej jakości, oraz systematycznie doglądać poziomu oleju w silniku. Zaleca się stosowanie wyłączne olejów syntetycznych (zalecana wymiana co 10.000 km), w przypadku gorszych olejów - półsyntetycznych i mineralnych - zalecana jest częstsza wymiana tego płynu - co 7500 a nawet co 5000 km. Jakikolwiek brak, nawet chwilowy, ciśnienia w układzie smarowania to natychmiastowe przyspieszone zużycie łożysk turbosprężarki, prowadzące do jej poważnego uszkodzenia.

Po drugie - nie wolno ostro eksploatować silnika, kiedy jest on jeszcze zimny, a przed wyłączeniem go należy odczekać przynajmniej 30 sekund, trzymając go na wolnych obrotach. Po ostrej, autostradowej jeździe warto potrzymać silnik na wolnych obrotach nawet przez 2 minuty - pozwoli to na ostudzenie turbiny przepływającym olejem. W przypadku natychmiastowego wyłączenia silnika olej przestaje płynąć w układzie smarowania, turbina wyhamowuje bez odpowiedniego chłodzenia/smarowania, następuje gwałtowny wzrost temperatury oleju, który w danym momencie znajduje się w okolicach turbiny, traci on swoje właściwości smarne i bardzo szybko zużywają się łożyska i cierpią uszczelnienia.

Prawidłowo eksploatowana turbosprężarka "żyje" ok. 150-200 kkm. Potem trzeba ją uszczelnić, zregenerować albo wymienić. Turbosprężarka "katowana" może nie dożyć nawet połowy tego okresu. A ponieważ wymiana turbiny to jedna z najdroższych wymian eksploatacyjnych, warto mieć na względzie dbałość o dobre warunki pracy dla niej.

Tomasz Jarnot

Dowiedz się więcej na temat: wymiana | układ | paliwa | powietrze | komory | auto | turbiny | silnik | turbosprężarka

Reklama

Najlepsze tematy

Reklama

Strona główna INTERIA.PL

Polecamy

Rekomendacje