Turbosprężarka – czym jest i jaki ma wpływ na samochód?

Pozwala na zwiększenie mocy silnika i poprawę osiągów samochodu. Przez lata turbodoładowanie było zarezerwowane niemal wyłącznie dla aut sportowych, ale obecnie występuje praktycznie w każdym modelu. Turbosprężarka – czym jest i jak wpływa na samochód?

Turbodoładowanie zostało opatentowane w 1905 roku przez Szwajcara dr. Alfreda Buchi. Od 1923 roku jest stosowane w wysokoprężnych napędach statków, a od 1938 roku – w pojazdach ciężarowych. W samochodach osobowych turbosprężarka pojawiła się w 1962 roku.

Pierwszym modelem, w którym ją zastosowano, był Oldsmobile Turbo Jetfire, wyposażony w turbosprężarkę Garrett AiResearch ze zintegrowanym zaworem upustowym. Niestety, niezawodność silnika tego modelu była tak niska, że jego produkcję zakończono już w… 1963 roku.

Obecnie, wraz z pojawieniem się modeli w duchu downsizingu, turbosprężarki stały się powszednim elementem praktycznie każdego auta. Pomagają one bowiem nie tylko zwiększyć moc, ale i obniżyć zużycie paliwa (TUTAJ przeczytasz, jak jeździć zimą, aby nie narazić się na dodatkowe koszty).

Czym jest turbosprężarka?

Turbosprężarka to urządzenie, które służy do doładowania jednostki napędowej. Składa się z dwóch podstawowych części – turbiny i sprężarki, osadzonych na wspólnym wale. Jest napędzana przez gazy wylotowe, a jej działanie powoduje, że do cylindrów dostaje się więcej powietrza.

Tym samym turbosprężarka przyczynia się do zwiększenia mocy silnika i osiągów samochodu.

Jak działa turbosprężarka?

Jak już wspomnieliśmy, turbosprężarka składa się z dwóch podstawowych części – turbiny i sprężarki – oraz wirników połączonych ze sobą wałem. Jest ona umieszczona na styku układów wylotowego i dolotowego.

Obok powyższych części, w skład turbosprężarki wchodzą jeszcze pierścienie uszczelniające, łożyska ślizgowe i oporowe, kanały olejowe oraz zawory wastgate lub blow-off. Ich zadanie polega na regulowaniu ilości powietrza dostarczanego przez silnik.

Turbosprężarka z jednej strony jest zasilana przez spaliny, pochodzące z silnika. Napędzają one wirnik turbiny, który poprzez wspólny wał wprawia w ruch wirnik sprężarki. Pobiera on powietrze z układu dolotowego, a następnie je spręża, by poprzez dolot i filtr skierować powietrze z powrotem do silnika.

Konstruktorzy nowoczesnych samochodów dodają jeszcze jeden element do całej tej „układanki”. Jest to intercooler, czyli chłodnica powietrza doładowującego, który schładza powietrze przed wpuszczeniem do komory spalania. Dlaczego? Im niższa temperatura powietrza, tym wyższa jego gęstość. To z kolei przekłada się na efektywniejsze spalania. Czyli na większą  moc jednostki napędowej.

Ale turbosprężarka ma swoje ograniczenia. Otóż przy niskich obrotach silnika, ciśnienie gazów wydechowych jest zbyt małe, aby wprawić wirnik w ruch. Dzieje się tak dopiero powyżej pewnych obrotów, gdy turbosprężarka nabiera odpowiedni haust powietrza, aby zacząć wykonywać swoją pracę. Efekt ten nazywamy turbodziurą.

Turbosprężarka.

Co ciekawe starsze samochody sportowe często miały ogromne turbosprężarki, przez co potrzebowały konkretnych obrotów, aby zaczęły tłoczyć powietrze do komór spalania. W efekcie „ożywały” tak nagle i tak gwałtownie, że powodowały ogromne szarpnięcia samochodem, a nawet utratę trakcji.

Turbosprężarka a sprężarka mechaniczna/elektryczna

Obok turbosprężarki w samochodach można spotkać również sprężarkę mechaniczną, a w najnowocześniejszych jednostkach spalinowych – również elektryczną. I choć wszystkie one wykonują to samo zadanie, różnią się między sobą konstrukcją.

We wszystkich wykorzystywane są sprężarki do wtłaczania sprężonego powietrza do silnika. Ale główna różnica polega na źródle energii. O ile turbosprężarka wykorzystuje spaliny, w przypadku sprężarki doładowanie odbywa się bezpośrednio przez silnik. Tutaj koło pasowe napędza koło zębate, które powoduje obrót wentylatora sprężarki.

Elektryczny sprężarka w Audi.

W przypadku sprężarek elektrycznych, do ich zasilania wykorzystywany jest silnik elektryczny o dużej mocy. Przykładowo w modelach Audi i Bentleya, wprawianych w ruch przez potężny silnik wysokoprężny z dwiema turbosprężarkami, sprężarka elektryczna przy zaledwie 1000 obr./min potrafi wytworzyć aż 900 Nm.

Zanim więc silnik osiągnie wystarczające obroty, aby wprawić w ruch turbosprężarki, do głosu dochodzi sprężarka elektryczna, podnosząca ciśnienie w komorze spalania. Co ważne, wykazuje się ona natychmiastową reakcją, ponieważ do swojej pracy nie potrzebuje powietrza pochodzącego z silnika (TUTAJ dowiesz się, jak mandat grozi za jazdę nieodśnieżonym autem).

Jaki wpływ na samochód ma turbosprężarka?

Turbosprężarka nie tylko podnosi moc silnika, ale i wpływa na jego charakterystykę. Oto najważniejsze zalety i wady turbosprężarek:

Zalety:

• wzrost mocy – pozwala na uzyskanie większej mocy z niższej pojemności skokowej silnika. To właśnie leży u podstaw downsizingu, w przypadku którego przy spokojnej jeździe jednostki napędowe zużywają niedużo paliwa, a przy dynamicznej – zapewniają osiągi na poziomie silników o wyraźnie większej pojemności
• oszczędność paliwa – stosowanie turbosprężarek w silnikach w duchu downsizingu pozwala na oszczędność 20-40% paliwa względem konwencjonalnych jednostek o zbliżonej mocy
• wyższy moment obrotowy, co korzystnie wpływa na elastyczność silnika
• poprawia prowadzenie, choć nie bezpośrednio – mniejszy silnik nad przednią osią, a więc turbodoładowany i zaprojektowany w duchu downsizingu, pozwala zrezygnować z ciężkiej jednostki o większej liczbie cylindrów. W ten sposób poprawie ulega rozłożenie ciężaru

Wady:

• komplikuje konstrukcję silnika, co może prowadzić do większych problemów przy starzeniu się samochodu
• silniki z turbosprężarką są bardziej wrażliwe na słabą konserwację i wymagają droższego oleju; ba niektóre wymagają też lepszej benzyny
• turbodoładowane jednostki są bardziej narażone na wycieki oleju
• łatwiej się przegrzewają
• turbosprężarka jest kosztowna
• w silnikach z turbosprężarką występuje turbodziura, choć znacznie mniejsza w przypadku nowoczesnych jednostek niż miało to miejsce w starszych modelach samochodów

Jak wydłużyć żywotność turbosprężarki?

Z jednej strony turbosprężarka zwiększa moc silnika i poprawia dynamikę samochodu, z drugiej – wymaga odpowiedniego traktowania. Inaczej może sprawiać problemy i być powodem drogich napraw.

Elektryczna turbosprężarka Mercedes-AMG.

Oto, co wydłuża żywotność turbosprężarki:

• regularna wymiana oleju – jest ważna w przypadku każdego silnika, ale w szczególności w przypadku jednostek z turbodoładowaniem. Dlatego należy używać wysokiej jakości oleju syntetycznego i dbać o wymiany, zgodnie z instrukcją obsługi pojazdu
• rozgrzewanie samochodu przed jazdą – ponieważ turbosprężarka korzysta z tego samego układu olejowego, co silnik, należy ją rozgrzewać, zwłaszcza w chłodnym klimacie. Dzieje się tak, ponieważ olej gęstnieje w niskich temperaturach, przez co gorzej dociera do zakamarków jednostki napędowej. Dlatego przy zimnym silniku należy pozwolić mu na bezczynną pracę przez około 30 sekund, a później przez kilka minut unikać gwałtownych pryspieszeń
• schłodzenie po jeździe – szczególnie po dynamicznej jeździe warto odczekać nawet do kilku minut, aby pozwolić turbosprężarce zejść z w obrotów (wykonuje ona nawet 250 000 obr./min), co ma znaczenie w szczególności w starszych samochodach. Nowoczesne modele mają turbosprężarkę umieszczoną niżej, dzięki czemu pozostaje ona w „kąpieli olejowej”, nawet po wyłączeniu silnika. Turbosprężarkę można schłodzić również w czasie jazdy, nie przekraczając 1500 obr./min
• spokojna jazda – jeżdżąc bez korzystania z pełnych możliwości silnika zaoszczędzisz nie tylko paliwo, ale sprawisz, że zarówno sama jednostka napędowa, jak i turbosprężarka będą zużywać się mniej

FAQ

Czym jest turbosprężarka?

Turbosprężarka to element silnika, który doprowadza więcej powietrza do komory spalania silnika.

Jaki wpływ na samochód ma turbosprężarka?

Turbosprężarka przede wszystkim poprawia osiągi silnika oraz zmienia jego charakterystykę. W rezultacie wpływa pozytywnie na elastyczność jednostki napędowej oraz na zużycie przez nią paliwa.

Jak wydłużyć żywotność turbosprężarki?

Przede wszystkim w prawidłowy sposób rozgrzewać i chłodzić samochód. Należy również pamiętać o syntetycznym oleju wysokiej jakości oraz jego regularnej wymianie.