Turbosprężarka

Funkcja

Zadaniem turbosprężarki jest sprężanie powietrza do spalania doprowadzanego do silnika. W porównaniu z silnikami wolnossącymi pozwala to uzyskać znacznie lepsze napełnienie cylindrów. W ten sposób uzyskuje się wyższą moc silnika przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa i emisji spalin.

W przypadku turbodoładowania część energii spalin jest wykorzystywana do napędzania turbiny. W przeciwnym razie energia ta zostałaby bezpowrotnie utracona. Na wale turbosprężarki, naprzeciwko turbiny, zamontowana jest sprężarka. Zasysa ona powietrze do spalania i doprowadza je w postaci sprężonej do silnika. Turbosprężarka nie jest mechanicznie połączona z silnikiem.

Elementy turbosprężarki spalinowej

Turbosprężarka spalinowa składa się z turbiny i sprężarki. Te są ze sobą mechanicznie połączone za pomocą wspólnego wału. Turbina jest napędzana spalinami silnika i dostarcza energię napędową do sprężarki. W turbosprężarkach w większości przypadków stosuje się turbiny dośrodkowe i sprężarki promieniowe.

Sprężarka promieniowa

Sprężarka promieniowa składa się zasadniczo z następujących elementów:

• koło sprężarki
• Dyfuzor
• Obudowa spiralna

Gdy koło sprężarki obraca się, zasysa powietrze osiowo (w kierunku osi podłużnej) i przyspiesza je do dużej prędkości. Powietrze opuszcza koło sprężarki w kierunku promieniowym. W dyfuzorze prędkość powietrza jest zmniejszana w sposób praktycznie bezstratny. W rezultacie wzrasta ciśnienie i temperatura. Dyfuzor tworzy tylna ścianka sprężarki oraz część obudowy spiralnej. W obudowie spiralnej powietrze jest gromadzone, a jego prędkość jest dalej zmniejszana aż do wyjścia ze sprężarki.

Turbiny dośrodkowe

Po stronie napędowej w turbosprężarkach spalinowych do silników samochodów osobowych, pojazdów użytkowych i silników przemysłowych stosuje się wyłącznie turbiny promieniowe, zwane również turbinami dośrodkowymi. Przekształcają one ciśnienie spalin wewnątrz korpusu spiralnego w energię kinetyczną i doprowadzają spaliny ze stałą prędkością do koła turbinowego. Energia kinetyczna to energia, jaką posiada obiekt w wyniku swojego ruchu. W kole turbinowym energia kinetyczna spalin jest przekształcana w energię obrotową wału. Koło turbinowe jest tak skonstruowane, że na wylocie wykorzystana jest niemal cała energia kinetyczna.

Regulacja ciśnienia doładowania

Aby silnik z turbodoładowaniem działał optymalnie, ciśnienie doładowania turbosprężarki spalinowej musi być dostosowane do obciążenia silnika i prędkości obrotowej silnika. Najprostszą formą regulacji ciśnienia doładowania jest obejście po stronie turbiny (kanał obejściowy). Turbina jest przy tym dobierana tak, aby spełniała wymagania dotyczące charakterystyki momentu obrotowego przy niskich prędkościach obrotowych i zapewniała dobrą płynność pracy silnika. W tej konfiguracji tuż przed osiągnięciem maksymalnego momentu obrotowego do turbiny doprowadzana jest większa ilość spalin niż jest to konieczne do wytworzenia ciśnienia doładowania. Dlatego po osiągnięciu wymaganego ciśnienia doładowania część spalin jest kierowana obok turbiny przez kanał obejściowy.

Klapa regulacyjna ciśnienia doładowania, która otwiera i zamyka obejście, jest sterowana w zależności od ciśnienia doładowania za pomocą membrany
obciążonej sprężyną. W nowoczesnych silnikach wysokoprężnych samochodów osobowych standardem technicznym w zakresie regulacji ciśnienia doładowania jest obecnie regulowana geometria turbiny (VTG) z obrotowymi łopatkami kierującymi. Regulowana geometria turbiny umożliwia dostosowanie przekroju przepływowego turbiny w zależności od punktu pracy silnika. Dzięki temu wykorzystywana jest cała energia spalin, a przekrój przepływowy turbiny można dostosować do każdego punktu pracy. W ten sposób, w porównaniu z regulacją typu bypass, poprawia się sprawność turbosprężarki, a tym samym silnika. Ciągłe dostosowywanie przekroju turbiny do warunków pracy silnika powoduje ponadto zmniejszenie zużycia paliwa i emisji spalin. Wysoki moment obrotowy silnika już przy niskich obrotach oraz starannie dostrojona strategia regulacji zapewniają zauważalną poprawę dynamiki jazdy.

Ochrona środowiska

To właśnie zastosowanie turbodoładowania spowodowało wzrost popularności silników wysokoprężnych w samochodach osobowych. Zalety silników z turbodoładowaniem, a więc oszczędność i wysoki moment obrotowy, przekonały kierowców. Nowoczesne silniki wysokoprężne charakteryzują się obecnie niskim zużyciem paliwa i niską emisją spalin, a jednocześnie zapewniają wysoką mocą i przyjemność z jazdy.

Utrzymanie wartości

Turbosprężarka jest skonstruowana w taki sposób, że jej trwałość odpowiada trwałości silnika. Nie wymaga zatem żadnej specjalnej konserwacji i jest sprawdzana wyłącznie w ramach przeglądów okresowych. Aby turbosprężarka działała tak długo jak silnik, należy ściśle przestrzegać poniższych wytycznych serwisowych producenta pojazdu lub silnika.

• Przestrzeganie terminów wymiany oleju.
• Konserwacja układu filtracji oleju.
• Kontrola ciśnienia oleju.
• Czyszczenie układu filtracji powietrza.