Turbosprężarki istnieją już od dłuższego czasu. Wierzcie lub nie, ale General Motors jako pierwszy wprowadził turbosprężarki do swoich pojazdów w 1962 roku wraz z Oldsmobile Turbo Jetfire. Turbos dodaje mnóstwo mocy, nie wymagając większego silnika, i pracuje z tymi samymi spalinami, które już wytwarza twój pojazd.
Turbos to wspaniałe osiągnięcia inżynierii, które szybko rozprzestrzeniły się w przemyśle motoryzacyjnym. Zaczęło się od rzadkiego ulepszenia wydajności ograniczonego do luksusowych i sportowych samochodów z wyższej półki, ale teraz jest wszechobecnym dodatkiem, który zwiększa wydajność.
Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o działaniu turbosprężarek.
Dlaczego nowoczesne samochody używają turbosprężarek
Turbosprężarki sięgają roku 1905, kiedy Alfred Buchi otrzymał patent na wczesną turbosprężarkę. To zdumiewające, że technologia ta ma ponad sto lat wstecz, zwłaszcza biorąc pod uwagę, jak wiele turbosprężarek doświadcza teraz.
Co ciekawe, wczesne turbosprężarki zostały opracowane z myślą o osiągach samolotu. Silniki spalinowe wykorzystują powietrze i paliwo zapalane w komorze spalania silnika na tłoku, co pozwala silnikowi generować moc.
Przed turbodoładowaniem jedynym sposobem na zwiększenie mocy silnika było zwiększenie pojemności skokowej. Zwiększając fizycznie komorę spalania i rozszerzając cały silnik lub dodając więcej cylindry, producenci silników mogą spalać więcej paliwa i powietrza, zwiększając w ten sposób moc silnika wyjście. Dlatego słynne powiedzenie „nie ma zamiennika przemieszczenia” stało się podstawą w świecie motoryzacji.
Istnieje jednak wydajniejszy sposób na zwiększenie mocy bez konieczności zwiększania pojemności skokowej: turbosprężarki. Urządzenia te umożliwiają silnikowi generowanie większej mocy bez fizycznego zwiększania pojemności skokowej, udowadniając, że istnieje absolutny zamiennik pojemności.
Najlepsze wysokowydajne pojazdy elektryczne udowodnić, że powiedzenie jest błędne. Jednym z przykładów jest ultraszybki Lucid Air, który jest szybszy niż klasyczne muscle cary V8 podczas jazdy na elektronach.
Co to jest turbosprężarka?
Mówiąc najprościej, turbosprężarka to sprężarka powietrza zasilana spalinami z silnika. Ta sprężarka pozwala silnikowi na wciągnięcie większej ilości powietrza, dzięki czemu silnik może umieścić więcej paliwa w komorze spalania bez zwiększania pojemności skokowej. W przypadku samolotów turbosprężarki są bardzo wygodną aplikacją.
Gdy samolot nadal się wznosi, powietrze staje się mniej gęste; w ten sposób ten sam silnik będzie wytwarzał mniej mocy na większych wysokościach niż bliżej poziomu morza. To ogromny problem, ale turbosprężarki to świetne rozwiązanie.
Turbosprężarki dodane do silników lotniczych pozwalają na wtłoczenie do silnika większej ilości powietrza, niż byłoby to normalnie możliwe na dużych wysokościach, rozwiązując problem utraty mocy podczas lotu. Podobnie jak wolnossące (NA) silniki lotnicze, samochody NA również cierpią z powodu utraty wydajności na dużych wysokościach w porównaniu z silnikami z turbodoładowaniem.
Jak działają turbosprężarki?
Turbosprężarki to sprężarki powietrza, więc jak sama nazwa wskazuje, turbosprężarka wykonuje jedno zadanie: spręża powietrze i wpycha je do silnika. Sposób, w jaki realizuje to zadanie, jest stosunkowo prosty. Silnik wytwarza spaliny w wyniku spalania, które napędza pojazd, a turbosprężarki to wykorzystują spalanie do napędzania turbiny, co ostatecznie prowadzi do sprężenia powietrza wtłaczanego do wnętrza silnik.
Wspaniałą rzeczą w turbosprężarce jest to, że przetwarza ona spaliny, aby zasilać mechanizm sprężarki. Turbos dzielą się na dwie części: obszar gorący, mający kontakt ze spalinami, oraz obszar zimny.
Oznacza to, że jedna z połówek (gorąca) jest podłączona do kolektora wydechowego. Gdy gorące powietrze jest wypierane z silnika, obraca turbinę zawartą w gorącej połowie turbosprężarki, która z kolei obraca wentylator sprężarki umieszczony w zimnym obszarze turbosprężarki.
Te dwa wirujące elementy są połączone wałem, który pozwala turbinie po stronie gorącej obracać sprężarkę po stronie zimnej, gdy gazy spalinowe wdzierają się w pośpiechu. W trakcie tego procesu gorąca strona turbosprężarki zaczyna świecić na czerwono, dlatego turbosprężarki są często widziane z jednej strony zardzewiałą, a z drugiej nieskazitelnej.
Wynika to z ekstremalnych temperatur, w których gorący obszar turbosprężarki jest odczuwany przez spaliny. Spaliny pozwalają sprężarce po stronie zimnej obracać się i zasysać powietrze, sprężając je i wpychając z powrotem do silnika. Teoretycznie daje to większą moc.
Jednak sprężanie powietrza generuje również ciepło, co neguje zalety kompresora. Rozwiązaniem jest dodanie intercoolera między turbosprężarką a kolektorem dolotowym. Pozwala to na schłodzenie powietrza wchodzącego do komory spalania, zwiększając wydajność. Dlatego można zobaczyć samochody z turbodoładowaniem z wlotami na masce, które wykorzystują przepływające powietrze do chłodzenia sprężonego powietrza.
Turbosprężarki mogą wykazywać pewne opóźnienie, gdy turbosprężarka się rozkręca. Dzieje się tak dlatego, że potrzebuje spalin, aby rozpędzić się, zanim będzie w stanie zapewnić doładowanie silnika. Niektóre firmy zajmujące się częściami samochodowymi na rynku wtórnym produkują również systemy zapobiegające opóźnieniom, aby rozwiązać problem opóźnień. Są one jednak drogie i zwykle są używane tylko przez profesjonalne zespoły wyścigowe.
Wastegates są również niezbędnymi komponentami, które umożliwiają uwolnienie ciśnienia powietrza przed obróceniem turbiny, zapobiegając katastrofalnej awarii silnika. Gdyby zawory upustowe nie były obecne w układach turbosprężarek, silnik mógłby potencjalnie nadmiernie obracać turbinę i wypychać zbyt duże ciśnienie do komory silnika. Jest to całkowicie niepożądany scenariusz, który może spowodować katastrofalną awarię silnika.
Producenci powszechnie stosują turbodoładowanie w swoich gamach pojazdów, przede wszystkim ze względu na wydajność. Niemniej jednak entuzjaści nadal myślą o turbosprężarkach jako o źródle dodatkowej mocy w pojeździe.
Turbosy pozwalają na bardziej wydajne samochody
Dzięki turbosprężarkom nowoczesne czterocylindrowe silniki osiągają pod względem mocy mniej więcej tak samo, jak oldschoolowe V8, zapewniając jednocześnie lepsze przebiegi na gazie. Wielu producentów zwróciło się ostatnio do turbodoładowania swoich pojazdów — nawet Ford dodał zmniejszone silniki z turbodoładowaniem do swoich pickupów F-150, aby były bardziej wydajne.
Werdykt nadal nie rozstrzyga, czy te silniki są lepsze czy trwalsze niż silniki o większej pojemności skokowej. Ale jedno jest pewne: w obliczu ataku samochodów hybrydowych i elektrycznych nawet turbosprężarki mogą nie być w stanie uratować silnika spalinowego.
