W jaki sposób działają turbosprężarki?

Turbo, turbodoładowanie, turbosprężarka to pojęcia, które jeszcze do niedawna pobudzały wyobraźnię wielu pasjonatów motoryzacji. Dzisiaj silniki wspomagane turbodoładowaniem stały się standardem. Większość nowoczesnych jednostek benzynowych i wysokoprężnych współpracuje z turbosprężarkami. Choć turbodoładowanie zostało opatentowane ponad 100 lat temu, to warto przypomnieć, jak zbudowane są i jak funkcjonują turbosprężarki.

Turbosprężarka to urządzenie wirnikowe, które składa się z turbiny i sprężarki osadzonych na wspólnym wale. Służą one do doładowania silnika spalinowego, a ich zadaniem jest poprawa sprawności jednostki napędowej poprzez zwiększanie mocy.

Parę słów o budowie turbosprężarki

Zarówno działanie jak i budowa turbosprężarki są stosunkowo proste. Urządzenie to skalda się z dwóch sekcji – gorącej i zimnej. Część gorącą stanowi turbina, natomiast część chłodną sprężarka. Wirniki obydwu elementów są sztywno połączone i pracują na wspólnym wale. Zarówno wirniki sprężarki, jak i turbina zamknięte są jednej obudowie i zabezpieczone przed wydostawaniem się oleju  specjalnymi metalowymi pierścieniami uszczelniającymi. Po stronie powietrza, jak również po stronie turbiny, znajduje się odrzutnik oleju wraz z pierścieniami, odpowiadającymi za szczelność układu.  W chwili rozpoczęcia ruchu obrotowego układu siła odśrodkowa wyrzuca olej na zewnątrz do specjalnych przestrzeni olejowych, z który spływa do miski olejowej. W budowie turbosprężarki można wyróżnić jeszcze łożysko oporowe oraz kanały olejowe.

„Wszystkie elementy turbosprężarki pracują pod dużym obciążeniem i mają stały kontakt z wysoką temperaturą, spalinami oraz z zanieczyszczonym powietrzem Dlatego też muszą być wykonane precyzyjnie z wysokiej jakości materiałów. Mimo to turbosprężarki po pewnym czasie intensywnej eksploatacji mogą ulec awariom. Wówczas najlepszym rozwiązaniem jest ich regeneracja w specjalistycznym zakładzie mechanicznym” – wyjaśnia pracownik firmy  Turbo Prof, która zajmuje się naprawą i wymianą turbosprężarek. 

Turbodoładowanie – jak to działa?

Turbosprężarka to w pewnym uproszczeniu kompresor powietrza napędzany gazami wydechowymi.  Gazy spalinowe, które opuszczają silnik poprzez kolektor wydechowy, kierowane są (zamiast w całości to układu wydechowego) do komory turbiny. W niej znajduje się wirnik. Ciśnienie spalin zwiększa obroty turbiny, a  wspólny wałek napędza wirnik kompresora, znajdujący się po drugiej stronie urządzenia. Kompresor spręża powietrze i zasila silnik. Dzięki temu jednostka napędowa dostaje więcej powietrza potrzebnego do bardziej efektywnego spalania paliwa. Tym samym zostaje zwiększona moc silnika, rośnie jego wydajność, a zużycie paliwa znacznie spada. Obroty sprężarki i jej stopień sprężania zależą od ilości gazów napędzających turbinę. Przy małym zapotrzebowaniu na moc silnika obroty turbiny są niskie i nie generują dużego ciśnienia powietrza.

Co się dziej przy dużym zapotrzebowaniu na moc? Słowo o turbodziurze.

Gdy gwałtownie wzrasta zapotrzebowanie na moc silnika, pomimo dostarczenia dodatkowego paliwa, sprężarka nie nadąża  rozpędzić się do właściwych obrotów i dostarczyć odpowiedniej ilości sprężonego powietrza. Moc silnika nie wzrasta, aż do momentu oczekiwanego rozpędzenia się turbosprężarki. To niekorzystne zjawisko bezwładności urządzenia nazywa się turbodziurą. W nowszych konstrukcja wydajnością turbosprężarki zwiększa się poprzez sterowanie ilością spalin przepływających poprzez turbinę lub poprzez sterowanie geometrią przepływu. Pozwala to na zmniejszenie bezwładności wirnika turbodoładowania.

Turbodoładowanie jest przyszłością motoryzacji tradycyjnej. Dzięki coraz nowocześniejszym rozwiązaniom turbosprężarek możliwe jest konstruowanie coraz mniejszych jednostek napędowych o odpowiednio dużych mocach, satysfakcjonujących większość kierowców.