Zasada działania turbosprężarki

Turbosprężarki jeszcze niedawno temu kojarzyły się wyłącznie z samochodami sportowymi z wyższej półki. A teraz? Niemal każdy rodzinny diesel może pochwalić się turbodoładowaniem. Urządzenie to nie dziwi już nawet w małym aucie miejskim. Powszechność tej techniki sprawia, że wielu kierowców zapomina, iż doładowane silniki wymagają "szczególnej troski". Złe traktowanie turbosprężarki zemści się prędzej czy później.

Do czego służy turbo?

Turbodoładowanie to nienowy wynalazek, ma już niemal 100 lat. Do seryjnych samochodów osobowych trafiło jednak znacznie później, dopiero w latach 70. Kiedyś stosowane było głównie w celu podniesienia osiągów samochodów sportowych lub umożliwienia pracy silników spalinowych na znacznych wysokościach. W autach współczesnych priorytety są najczęściej zupełnie inne - na pierwszym miejscu stawia się zmniejszenie zużycia paliwa, niższą emisję toksycznych spalin, lepszą elastyczność silnika. Turbodoładowane silniki pozwalają oszczędzać masę pojazdu. Silnik wolno ssący (bez turbo) o takiej samej mocy musi być dożo większy, waży nawet dwa razy więcej od silnika doładowanego, zwykle zużywa  więcej paliwa.

Jak to działa?

Zasada działania turbosprężarki

Zasada działania turbosprężarki jest prosta. Turbo składa się z dwóch wirników umieszczonych na wspólnym wale. Jeden z nich znajduje się w układzie wydechowym i jest napędzany energią spalin wydobywających się z silnika. Drugi z wirników znajduje się w przewodzie dolotowym. Dzięki specjalnie wyprofilowanym łopatkom, pod wpływem ruchu obrotowego wału wtłacza on do silnika powietrze pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego. Dzięki temu silnik pracuje wydajniej. Dzieje się tak dlatego, że uzyskiwana moc zależy od wielkości dawki paliwa spalonej w określonym czasie. Aby jednak spalanie było efektywne, należy dostarczyć odpowiednią ilość tlenu. Do spalenia kilograma paliwa potrzeba ok. 14 kilogramów powietrza. Większa ilość powietrza wtłoczona do silnika powala spalić przy takich samych obrotach i takiej samej pojemności silnika odpowiednio więcej paliwa. Mieszanka spala się dokładniej, więc spaliny są mniej toksyczne.

Skoro to tak wspaniałe rozwiązanie, to dlaczego nadal nie trafiło pod maski wszystkich samochodów? Okazuje się, że wynalazek prosty w teorii, w praktyce niesie ze sobą sporo problemów. Turbosprężarka pracuje w niezwykle ciężkich warunkach. Jej wirnik znajduje się w strumieniu spalin osiągającym nawet ponad 1000°C. W dodatku wał turbiny obraca się z prędkościami dochodzącymi do niewyobrażalnych 290 tys. obr./min. Stworzenie urządzenia, które to wytrzyma, jest prawdziwym wyzwaniem dla konstruktorów. W dodatku cały silnik musi być dostosowany do osiąganej wyższej mocy. Silniki doładowane często mają wzmocniony układ korbowy, wydajniejsze chłodzenie i lepsze smarowanie.

Innym problemem jest nierównomierna charakterystyka pracy silników z turbo. Pierwsze takie konstrukcje słynęły z tzw. turbodziury. Zjawisko to polegało na tym, że między dodaniem gazu a faktyczną reakcją silnika mijała dłuższa chwila. Turbina potrzebowała czasu, zanim mogła dostarczyć do silnika powietrze pod odpowiednim ciśnieniem. Kiedy to jednak następowało, samochód z niesamowitym impetem rwał się do przodu. Kierowcy poszukujący podobnych wrażeń w nowych autach będą rozczarowani. Dzięki udoskonalonej konstrukcji i lepszemu sterowaniu zjawisko "turbodziury" zostało niemal całkowicie wyeliminowane. Turbosprężarki wyposażone w zawory upustowe regulujące ciśnienie doładowania lub systemy zmiennej geometrii turbiny dostarczają właściwego ciśnienia przez cały czas.

Zadbać o turbinę

Trwałość turbosprężarki zależy przede wszystkim od prawidłowej eksploatacji. Po uruchomieniu silnika nie należy od razu wykorzystywać pełnej mocy jednostki. Nie powinno się też od razu po jeździe gasić doładowanego silnika. Turbo musi ostygnąć na wolnych obrotach. Jeżeli chwilę przedtem silnik był mocno obciążony, wirnik sprężarki może obracać się nawet ponad 100 tys. obr./min. Póki silnik pracuje, jest on smarowany i chłodzony olejem. Gdy zostaje wyłączony natychmiast po zakończeniu forsownej jazdy, smarowanie wirnika zostaje gwałtownie "odcięte". Dopóki nie zatrzyma się on (zajmuje to kilkadziesiąt sekund lub nawet więcej), pracuje bez smarowania. To powoduje szybkie zużycie.

Podobnie oszczędności dotyczące obsługi, wymiany płynów i materiałów eksploatacyjnych zemszczą się szybko. Zużyty olej silnikowy może w szybkim tempie doprowadzić do awarii całego zespołu, podobnie jak stary filtr powietrza. Wystarczy, że do wirnika przedostaną się drobiny piasku lub oderwane fragmenty wkładu filtra. Wobec olbrzymiej prędkości obrotowej turbiny siła uderzenia jest ogromna. Poważne zniszczenia są wtedy nieuniknione.