Jak działa turbosprężarka? Budowa i zastosowanie turbiny

Turbosprężarka w dobie ekologicznych silników spalinowych stała się standardem. To po części dobrze, bo mechanizm przynosi szereg zalet. Z drugiej strony kierowcy powinni wiedzieć, jak dbać o właściwe warunki pracy turbosprężarki. O tym także nasi specjaliści opowiedzą w tym materiale.

Spis treści:

• Zasada działania turbosprężarki
• Budowa turbosprężarki i zmiennej geometrii
• Co daje doładowanie silnika?
• Czym jest turbodziura?
• Jak dbać o samochód z turbiną?

Turbosprężarka nie jest wynalazkiem współczesnej inżynierii. Została opracowana w roku 1905. Początkowo wykorzystywano ją jednak w statkach. Na rynku samochodów osobowych pojawia się w roku 1973, przy czym okres jej szczególnej popularyzacji rozpoczął się pod koniec lat 90. XX wieku. To za jej sprawą możliwe stało się opracowanie współczesnego diesla. To ona dała również nową siłę oszczędności silnikom benzynowym.

Zasada działania turbosprężarki

Zasada działania turbosprężarki jest niezwykle prosta. Ta maszyna wirnikowa zwiększa ciśnienie powietrza wtłaczanego z układu dolotowego wprost do cylindra. To sprawia, że istnieje możliwość dostarczenia większej ilości powietrza w dokładnie tym samym czasie, co przekłada się na wzrost mocy. Praca turbosprężarki nie jest jednostajna. Zależy przede wszystkim od aktualnych parametrów pracy jednostki napędowej i ilości generowanych spalin, ale także gęstości powietrza. Początkowo doładowanie było układem prostym i w pełni mechanicznym. Dziś jest uzupełniane elektronicznym sterowaniem.

Budowa turbosprężarki i zmiennej geometrii

Turbosprężarka składa się z dwóch podstawowych części – turbiny i sprężarki. Te są osadzone na wspólnym wale, a jego pracę wspomagają łożyska. Wirnik turbiny znajduje się w układzie wydechowym. Porusza nim ciśnienie przepływających wewnątrz metalowej obudowy spalin. Ruch turbiny przekłada się na ruch sprężarki. W drugim z elementów odbywa się sprężanie powietrza z układu dolotowego wtłaczanego do komory spalania silnika. Elementy ruchome turbosprężarki są smarowane za pomocą oleju silnikowego. Ten nie wycieka za sprawą pierścieni uszczelniających zamontowanych na łożyskach ślizgowych i oporowych.

• Początkowo sterowanie pracą sprężarki realizowano za sprawą prostego zaworu zwanego potocznie „grzybkiem”. Kolejnym stadium rozwojowym była zmienna geometria łopatek. Elementy przypominające żaluzję kierowały strumieniem gazów wylotowych. Aktualnie większość turbosprężarek posiada sterowanie elektroniczne.
• W układzie turbodoładowania silnika bywa też stosowany intercooler. To dodatkowy radiator, który schładza powietrze po skompresowaniu.
• Inżynierowie stosują również zawory wastgate lub blow-off na wypadek pojawienia się zbyt dużego ciśnienia. W takim przypadku zawór otwiera się i redukuje stopień sprężania powietrza.

Co daje doładowanie silnika?

Turbosprężarka przynosi trzy potężne korzyści eksploatacyjne. Skoro dostarcza większą ilość powietrza do komory spalania, pozwala na efektywniejsze zredukowanie mieszanki paliwowo-powietrznej. Dzięki temu turbo w pierwszej kolejności pozwala na zwiększenie mocy silnika bez konieczności zwiększania jego pojemności. Jednostka napędowa może sprawniej napędzać auto i charakteryzuje się lepszymi osiągami. To okazało się niezwykle cenne np. w dobie transformacji diesli.

• Warto pamiętać też o tym, że podczas generowania większej mocy turbosprężarka wykorzystuje energię spalin. Odbywa się to zatem praktycznie bez żadnych strat.

Dodatkowo obecność turbiny odbija się na wynikach spalania paliwa. Silnik staje się oszczędniejszy. I różnice podczas jazdy pozamiejskiej mogą sięgnąć nawet dwóch litrów na każde 100 km. Trzecia korzyść dotyczy gazów wydechowych. Z uwagi na pełniejsze dopalenie mieszanki dostarczonej do cylindra, spaliny zawierają mniejszą ilość np. cząsteczek sadzy. Poprawiają się zatem wyniki emisji szkodliwych substancji w pojeździe.

Czym jest turbodziura?

Zjawisko turbodziury ujawnia się wtedy, gdy kierowca wciska pedał gazu, a jednostka pracuje na niskich obrotach. Teoretycznie otwarcie przepustnicy powinno doprowadzić do wzrostu mocy. Tak się jednak nie dzieje nawet przez kilka sekund. Powód? Ciśnienie spalin w układzie wydechowym jest na tyle niskie, że turbo praktycznie nie pracuje. To przekłada się na niski poziom sprężenia powietrza wtłaczanego do komory spalania. Gdy ciśnienie spalin w układzie wydechowym wzrośnie, wirnik sprężarki ponownie zacznie się napędzać. To oznacza ponowny wzrost mocy silnika do parametrów standardowych.

• W którym momencie silnik poradzi sobie z turbodziurą? Zazwyczaj odbywa się to w okolicy optymalnego zakresu obrotów. Czasami będzie to 1800, a czasami np. 2200 obr./min.

Jak dbać o samochód z turbiną?

Dbanie o turbosprężarkę w samochodzie to przede wszystkim pamiętanie o trzech procedurach. Po pierwsze nigdy nie należy gasić silnika od razu po dużym obciążeniu. Trzeba dać czas jednostce na odebranie z wnętrza sprężarki za pomocą oleju nadmiaru temperatury. A warto wiedzieć, że obudowa turbiny rozgrzewa się nawet do 1000 stopni Celsjusza. Zbyt wczesne odcięcie oleju sprawi, że ciepłota zostanie „uwięziona” pod metalową obudową. To doprowadzi do uszkodzenia łożysk na wałku i ich uszczelniaczy.

Po drugie turbosprężarka to urządzenie, które wymaga oleju dobrej jakości. Interwał wymiany środka smarnego powinien być zatem świętością dla kierowcy. Nowy trzeba zastosować co 15 tys. km lub maksymalnie raz w roku. Po trzecie kierowca powinien bezwzględnie przestrzegać zaleceń producenta także w zakresie wymiany filtra powietrza. Drobinki np. piasku dostające się do układu, mogą uszkodzić łopatki koła kompresji.

• Układ doładowania zaczyna gwizdać podczas pracy silnika? Kierowca może być pewny, że spadła sprawność turbosprężarki. To objaw problemów z kołem kompresji lub uszkodzonego wirnika. Złym objawem jest także „pocenie się” obudowy sprężarki. To oznacza wycieki oleju.
• Znane są przypadki, w których o zatarciu turbosprężarki zadecydowały niedrożne kanały olejowe. W jednostkach szczególnie zagrożonych tą wadą mechanicy zalecają ich okresową wymianę lub czyszczenie.