Czym jest turbosprężarka?

Światowe koncerny samochodowe już od początku swojego istnienia prześcigają się o to, czyj produkt będzie lepszy i nowocześniejszy. Dba się o to, by pojazdy były nie tylko bardziej atrakcyjne wizualnie i wygodne, ale też szybsze i o większej mocy. Z tego powodu w ostatnich latach ogromną popularnością cieszą się turbosprężarki, które doładowując silniki spalinowe, pozwalają im osiągać znacznie większą moc. W urządzenia te wyposaża się coraz większą ilość samochodów i prawdopodobnie zdominują one konstrukcję silników w najbliższych latach. Warto więc poznać ten mechanizm nieco bliżej.

Trochę historii

Turbosprężarki zaczęto stosować w wysokoprężnych silnikach okrętowych oraz lokomotywach już 100 lat temu.

W 1905 r. mechanizm turbodoładowania został opatentowany przez szwajcarskiego doktora Alfreda Büchi. Dzięki temu, iż wynalazek ten pozwolił znacząco zwiększyć moc dużych niskoobrotowych jednostek, wkrótce wykorzystano go także w lotnictwie.

Jeśli chodzi o pojazdy „naziemne”, turbodoładowanie pojawiło się najpierw w samochodach ciężarowych (rok 1938), których silniki diesla nie wymagały skomplikowanej regulacji turbosprężarki. W samochodach osobowych zaś powszechne stosowanie turbosprężarki rozpoczęło się w 1973 roku.

Od tego czasu w dziedzinie turbodoładowania następuje ogromny postęp, a za przełom uważa się tu rok 1991, kiedy to jeden z największych producentów turbosprężarek do silników spalinowych – firma „Garrett” należąca do koncernu „Honeywell”, wprowadziła do produkcji turbosprężarkę ze zmienną geometrią. Warto wspomnieć, iż w ciągu ostatnich 15 lat w samochodach osobowych zamontowano ponad 20 milionów turbosprężarek.

Budowa turbosprężarki

Turbosprężarka składa się z dwóch promieniowych maszyn przepływowychturbiny (tzw. gorąca część) i sprężarki (tzw. chłodna część). Ich wirniki osadzone są na wspólnym wałku, który umożliwia przekazanie mocy pobranej przez turbinę do sprężarki.

Jeśli chodzi o korpus turbosprężarki, jego kształt jest kluczowy dla działania całego urządzenia i zoptymalizowany pod kątem przepływu i ciśnienia spalin dla każdego rodzaju silnika. Znajduje się w nim wirnik osadzony na wałku łączącym go ze sprężarką, a także gniazdo zaworu wastegate lub miejsce do osadzenia kierownic spalin.

Wirnik to część, dzięki której energia spalin przekształca się w moc do napędu turbiny. Ponadto, inne ważne elementy turbosprężarki to: koło kompresji, które pompuje zimne powietrze do silnika, strona kompresji, która zbiera skompresowane powietrze i kieruje je do silnika, talerz wspomagający pracę strony kompresji oraz przepływ powietrza, łożysko wspomagające wirniki, a także wlot i wylot oleju i wlot spalin.

Jak działa turbosprężarka?

Idea turbosprężarki sprowadza się do zasady, iż większa ilość powietrza i paliwa w cylindrze uwalania więcej energii w czasie spalania, co w efekcie pozwala osiągnąć większą moc silnika. Turbina napędzana jest energią spalin, które po drodze natrafiają na wirnik, połączony wałkiem z wirnikiem sprężarki, wprowadzając go w ruch obrotowy. Kształt wirnika umożliwia zasysanie powietrza z atmosfery, a następnie jego sprężanie i skierowanie w stronę kolektora dolotowego. Dzięki temu do silnika trafia więcej powietrza, co z kolei pozwala spalić w tej samej objętości komory znacznie większą ilość paliwa, zwiększając tym samym moc silnika.