Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ



OCEŃ
4.6

Turbosprężarki – dodatkowy zastrzyk mocy

Silniki z doładowaniem mają długą historię. I wielką przyszłość. Downsizing jednostek napędowych sprawił, że turbodoładowanie zyskuje na znaczeniu.

2011-10-18
Turbosprężarka ma tylko jedno zadanie – pompować powietrze. Spaliny napędzają turbinę, a wirnik sprężarki tłoczy powietrze do komór spalania.

 

TURBO - tych pięć liter, wielkich i budzących grozę jak policyjny pies spuszczony ze smyczy, kłuło w oczy w latach 70. na nadwoziach takich aut jak BMW 2002 czy Renault 5. Dzięki turbodoładowanym silnikom samochody stawały się dziksze, błyskawiczny przyrost mocy - po tym, gdy minęła turbodziura głęboka i długa jak Wielki Kanion - sprawiał, że trudno było je okiełznać, nie znały też umiaru w spożyciu benzyny. Te czasy dawno minęły, a turbosprężarka z podżegacza do drogowych występków stała się zbawieniem inżynierów. Od czasu, gdy konstruktorom silników nie schodzi z ust magiczne słowo downsizing, nowoczesnych jednostek napędowych bez doładowania nie sposób sobie wyobrazić.

Kto jest autorem tego wynalazku? Już w 1905 r. Szwajcar Alfred Büchi opatentował pierwsze doładowanie. Jednak musiało minąć ponad 80 lat, zanim pierwszy silnik TDI spowodował przełom w rozpowszechnieniu doładowania. W wypadku silników benzynowych trwało to kolejnych 20 lat. Dopiero łącząc doładowanie z bezpośrednim wtryskiem paliwa i zmiennymi fazami rozrządu udało się stworzyć benzynowy silnik o charakterystyce zbliżonej do tej, jaką mają jednostki TDI. Wysoki moment obrotowy już przy niskich obrotach, niewielkie zużycie paliwa i mniejsza pojemność skokowa silnika to atrybuty wzorcowej koncepcji downsizingu.

Zasada doładowania jest bardzo prosta. Do spalania paliwa silnik potrzebuje tlenu. Im więcej dostarczy mu się powietrza a wraz z nim tlenu, tym większą wytwarza moc. Jednak możliwości zasysania powietrza są fizycznie ograniczone. Chyba że do cylindrów dostarczą je sprężarka mechaniczna lub sprężarka napędzana spalinami. Dzięki dodatkowej dawce tlenu można wstrzyknąć i spalić więcej paliwa, wzrosną wtedy ciśnienie spalania oraz moment obrotowy.

Cała sztuka doładowania polega na tym, żeby dodatkowe ciśnienie wykorzystać w możliwie szerokim zakresie obrotów i obejść w ten sposób turbodziurę. W prostych sprężarkach udaje się to z trudem. Kierowcy aut z małymi dieslami o czterech zaworach na cylinder wiedzą, ile cierpliwości trzeba mieć czekając aż turbodziura ustąpi i wreszcie, gdzieś w okolicy 2000 obr/min, pojawi się wytęskniony zastrzyk mocy i samochód mocno przyspieszy. Tę niedogodność łagodzi sprężarka VTG, o regulowanej geometrii łopatek kierownicy. Dzięki regulacji zmienia się przekrój turbiny i silnik, nawet na niskich obrotach, jest doładowywany już na tyle dużym ciśnieniem, żeby mógł wytworzyć odpowiednio dużą siłę napędową. Sprężarka VTG ma jednak swoje wady - sposób jej regulacji jest skomplikowany, jest droga, a łopatki muszą być odporne na wysokie temperatury (w wypadku diesli muszą wytrzymać do 800 stopni, w silnikach benzynowych - ponad 1000).

Nie tak efektywna, za to znacznie tańsza jest dla silników benzynowych sprężarka Twin-Scroll. W tym urządzeniu spaliny powstające w każdej parze cylindrów są dostarczane do turbiny osobno - dwoma kanałami. W ten sposób udaje się uniknąć wzajemnego oddziaływania na siebie strumieni spalin, zmniejsza się przeciwciśnienie i zwiększa sprężanie w silniku.

Uzyskanie jak najwyższego i stałego momentu obrotowego już od chwili uruchomienia silnika jest łatwiejsze dzięki podwójnemu doładowaniu. W wypadku sprężarek Bi-turbo oraz Twin-turbo zamiast jednej dużej stosuje się dwie małe sprężarki. Im mniejsza turbina, tym szybciej można wytworzyć ciśnienie, bo niższy jest moment bezwładności jej wirnika. Jeszcze lepiej sztukę tę opanowała sekwencyjna sprężarka Bi-turbo, w wypadku której mała turbina wytwarza ciśnienie przy niskich obrotach silnika, a większa wkracza do akcji później. Ford i Peugeot stosują to rozwiązanie w 2,2-litrowym dieslu ze sprężarką Garretta; BMW, Opel, VW i Mercedes korzystają z podobnej sprężarki R2S firmy Borg Warner.

Najbardziej wyrafinowane jest urządzenie Borg Warnera stosowane w sześciocylindrowym BMW 740d. Łączy on dwustopniowe doładowanie z małą turbiną VTG, która już po uruchomieniu silnika wytwarza spore ciśnienie. Z kolei Jaguar w wypadku diesla 3.0 V6 odwraca tę zasadę - przy obrotach do wartości 2800/min stosuje dużą sprężarkę VTG i dopiero potem dołącza do niej mniejszą. Daje to mniejsze przeciwciśnienie i niższe straty przy dostarczaniu sprężonego powietrza.

Krętą ścieżką idzie Volkswagen w wypadku 160-konnego silnika Twincharger. Mechaniczna sprężarka Rootsa wytwarza solidną moc już od obrotów biegu jałowego, czyli w sytuacji, z którą marnie dają sobie radę nawet sprężarki VTG. Wraz z rosnącą liczbą obrotów do akcji płynnie włącza się turbosprężarka i powyżej 3500 obr/min bierze na siebie całą robotę.

Silniki bez doładowania wkrótce znikną z samochodowego krajobrazu. Diesle z dodatkowymi płucami są stosowane powszechnie już od dawna. W wypadku benzynowych jednostek napędowych przyszłość należy do tych z bezpośrednim wtryskiem, z turbodoładowaniem (sprężarki mechaniczne będą stosowane coraz rzadziej) i z regulowanymi fazami rozrządu. Dzięki nim ideę downsizingu (większej mocy z niższej pojemności silnika) udaje się realizować najlepiej, poza tym takie jednostki zużywają mniej paliwa i wytwarzają dużą siłę napędową.

Tekst Jo Deleker,
zdjęcia Hans-Dieter Seufert
amis 10/2011

 

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    Bardzo często spotykam się właśnie z szyderczym uśmieszkiem innych jak po jeździe czekam tą minutę lub 30 sekund, żeby turbinę schłodzić.
    ~Samuraj, 2011-12-30 04:31:38
  • avatar
    zgłoś
    Na moim ulubionym blogu pojawił się również temat dotyczący turbosprężarek i sposobu korzystania z aut z silnikami w turbo wyposażonych:Spodobała mi się konkluzja, a że coraz więcej na naszych drogach silniczków z literką T, to pewnie się komuś przyda, szczególnie że większość z nas mało wie o literce T
    ArcherPAF, 2011-12-29 22:33:03
  • avatar
    zgłoś
    odnoszę podobne wrażenie. Sensowne spalanie osiągasz jak jedziesz jak p*zda, a w takiej sytuacji po co Ci piec z turbiną
    esper, 2011-10-29 13:29:00
  • avatar
    zgłoś
    aktualnie downsizing sprawdza się tylko w teorii i w reklamach, zwyczajny chwyt marketingowyjeśli pojechać takim np. 1.4 TSI trochę dynamicznej spali więcej niż jednostka wolnossąca od podobnej mocy przy podobnym stylu jazdy, no i wróżę też takiemu wysilonemu silnikowi mniejszą trwałość
    Magu, 2011-10-29 13:21:04
  • avatar
    zgłoś
    Silniki z doładowaniem mają długą historię. I wielką przyszłość. Downsizing jednostek napędowych sprawił, że turbodoładowanie zyskuje na znaczeniu.
    auto motor i sport, 2011-10-18 09:56:02
ZOBACZ RÓWNIEŻ Zamknij