Turbosprężarka to urządzenie doładowujące silnik spalinowy. Wykorzystuje energię spalin, aby sprężyć powietrze trafiające do cylindrów. Większa ilość tlenu pozwala spalić więcej paliwa, a tym samym uzyskać większą moc bez zwiększania pojemności silnika.
Co to jest turbosprężarka?
Turbosprężarka odzyskuje część energii, która w silniku bez doładowania zostałaby odprowadzona wraz ze spalinami. Nie napędza jej pasek połączony z wałem korbowym, lecz przepływ gazów w układzie wydechowym. Z tego powodu można mówić o wykorzystaniu energii, która w przeciwnym razie nie zostałaby użyta do napędzania silnika.
Podzespół składa się z dwóch wirników umieszczonych na wspólnym wale. Wirnik turbiny pracuje po stronie wydechowej, dlatego nazywa się ją gorącą stroną. Wirnik sprężarki znajduje się w układzie dolotowym, czyli po stronie określanej jako zimna strona. Oba elementy obracają się razem, choć każdy wykonuje inne zadanie.
Jak działa turbosprężarka?
Spaliny opuszczające cylindry przepływają przez obudowę turbiny i wprawiają jej wirnik w ruch. Wspólny wał przekazuje ten ruch do wirnika sprężarki. Sprężarka zasysa powietrze przez filtr, zwiększa jego ciśnienie i kieruje je do układu dolotowego.
Podczas sprężania powietrze nagrzewa się, dlatego w wielu samochodach trafia następnie do intercoolera, czyli chłodnicy powietrza doładowanego. Chłodniejsze powietrze jest gęstsze, więc do cylindrów może trafić więcej tlenu.
Cały cykl można przedstawić w kilku krokach:
- Spaliny napędzają turbinę – gazy wylotowe kierują się na łopatki wirnika po stronie wydechowej.
- Wirnik turbiny obraca wspólny wał – energia przepływających spalin zostaje zamieniona na ruch obrotowy.
- Wał napędza sprężarkę – drugi wirnik obraca się razem z turbiną, mimo że znajduje się w układzie dolotowym.
- Sprężone powietrze trafia do silnika – po przejściu przez intercooler powietrze dociera do cylindrów, gdzie może zostać spalona większa ilość paliwa.
Właśnie dlatego większa ilość powietrza nie oznacza jedynie wyższego ciśnienia w dolocie. Chodzi przede wszystkim o dostarczenie większej dawki tlenu do komory spalania. To pozwala silnikowi uzyskać więcej energii z każdego cyklu pracy.
Dlaczego stosuje się turbosprężarki?
Najważniejszą korzyścią jest uzyskanie większej mocy z silnika o mniejszej pojemności. Takie podejście nazywa się downsizingiem. Mniejsza jednostka może zapewniać osiągi porównywalne z większym silnikiem wolnossącym, a przy spokojnej jeździe może zużywać mniej paliwa. Rzeczywiste zużycie zależy jednak od konstrukcji samochodu, obciążenia i stylu jazdy.
| Cecha | Silnik wolnossący | Silnik z turbosprężarką |
|---|---|---|
| Moc | Wynika głównie z pojemności i prędkości obrotowej silnika | Może być większa dzięki zwiększonej ilości powietrza w cylindrach |
| Masa i rozmiar | Większa moc często wymaga większej pojemności | Mniejszy silnik może osiągać moc typową dla większej jednostki |
| Zużycie paliwa | Brak strat związanych z turbosprężarką, ale większa jednostka może zużywać więcej paliwa | Może być niższe przy spokojnej jeździe, choć rośnie przy częstym wykorzystywaniu mocy |
| Moment obrotowy | Zależy przede wszystkim od konstrukcji i pojemności silnika | Może być wyższy przy niskich i średnich obrotach |
Doładowanie ma też swoje konsekwencje. Turbosprężarka pracuje w wysokiej temperaturze, a jej wirniki obracają się z bardzo dużą prędkością. Konstrukcja jest więc wrażliwa na jakość oleju, drożność przewodów i stan filtrów. W niektórych samochodach występuje także turbo lag, czyli krótkie opóźnienie między naciśnięciem pedału przyspieszenia a pojawieniem się pełnego doładowania.
Jak dbać o turbosprężarkę?
Trwałość tego podzespołu w dużej mierze zależy od smarowania i warunków pracy. Olej silnikowy dociera do łożysk wirnika, odbiera część ciepła i ogranicza tarcie. Zanieczyszczony lub niewłaściwy olej może przyspieszać zużycie elementów turbosprężarki.
Podstawowe zasady eksploatacji są następujące:
- Wymieniaj olej i filtry zgodnie z wymaganiami producenta – czysty olej jest potrzebny do smarowania łożysk pracujących z bardzo dużą prędkością.
- Po uruchomieniu silnika unikaj wysokich obrotów – olej potrzebuje chwili, aby dotrzeć do wszystkich elementów układu doładowania.
- Po intensywnej jeździe pozwól układowi ostygnąć – krótka praca na biegu jałowym ogranicza ryzyko przegrzania oleju i podzespołów.
- Reaguj na niepokojące objawy – spadek mocy, dymienie, wycieki oleju lub nietypowy gwizd wymagają diagnostyki, ponieważ mogą wskazywać na problem z turbosprężarką albo innym elementem układu.
Turbosprężarka łączy więc dwie funkcje: odzyskuje energię spalin i zwiększa ilość powietrza dostarczanego do silnika. Dzięki wspólnemu wałowi turbina napędza sprężarkę, a sprężone powietrze pozwala uzyskać większą moc z tej samej pojemności. Warunkiem trwałej pracy pozostaje właściwy olej, spokojne rozgrzewanie silnika i chłodzenie układu po dużym obciążeniu.
