Turbosprężarka i Filtr Powietrza: Budowa, Działanie i Znaczenie
- Szczegóły
Słyszysz charakterystyczny świst przy przyspieszaniu? Czujesz dodatkowy „zastrzyk” mocy, gdy wskazówka obrotomierza mija określoną wartość? To właśnie znak, że do pracy wkracza turbosprężarka - niewielkie, ale genialne w swojej prostocie urządzenie, które na stałe zmieniło oblicze motoryzacji. Jej głównym zadaniem jest podniesienie mocy i momentu obrotowego silnika bez zwiększania jego pojemności skokowej, co przekłada się na lepsze osiągi i często niższe zużycie paliwa.
W jakim celu stosuje się turbosprężarkę?
Turbosprężarkę stosuje się pośrednio w celu zwiększenia mocy silnika spalinowego. Jest to realizowane właśnie przez opisane zwiększenie ilości powietrza trafiającego w jednostce czasu do cylindrów. Dzięki sprężeniu powietrza przez turbosprężarkę w danej objętości jest więcej tlenu, więc w cylindrze można skuteczniej spalić dostarczone paliwo. W konsekwencji oznacza to wzrost momentu obrotowego i mocy silnika. Podobny efekt można oczywiście osiągnąć, dodając cylindry w silniku, wydłużając skok tłoka lub zwiększając komorę spalania.
Rewolucja, jaką przyniosło turbo, polega na fenomenie zwanym downsizingiem. Zamiast budować duże, ciężkie i paliwożerne silniki V6 czy V8, producenci mogą teraz osiągnąć podobne, a czasem nawet lepsze parametry z małych jednostek trzy- lub czterocylindrowych. Silnik 1.4 TSI z turbodoładowaniem może generować moc porównywalną z wolnossącym silnikiem o pojemności 2.0 litra lub większej.
Zasada działania turbosprężarki i intercoolera
Turbosprężarka jest urządzeniem mechanicznym, które w silnikach spalinowych napędzane jest przez gazy wylotowe (spaliny) i powoduje zwiększenie ilości powietrza dostarczanego w jednostce czasu do cylindrów. Stosuje się ją w celu zwiększenia mocy silnika. Aby osiągnąć jeszcze lepszą wydajność, wykorzystuje się intercooler, którego zadaniem jest schłodzenie powietrza doładowanego. Potrafi on schłodzić sprężone powietrze prawie o 40°C, co w praktyce powoduje zwiększenie gęstości powietrza, korzystnie wpływającego na spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej, i w efekcie daje nawet wzrost mocy do 20%.
Budowa turbosprężarki
Choć zasada działania jest prosta, budowa turbosprężarki to precyzyjny mechanizm, który musi wytrzymać ekstremalne warunki. Turbosprężarka składa się z dwóch części: turbiny (strona gorąca) i sprężarki (strona zimna). Połączone są one za pomocą wirnika i koła kompresji. Obie strony zabudowane są z kadłubów w kształcie ślimaków. Część gorąca stanowi element układu wylotowego jednostki napędowej, z kolei część zimna to element układu dolotowego silnika. Na turbosprężarkę składają się także pierścienie uszczelniające, łożyska ślizgowe i oporowe oraz kanały olejowe, które znajdują się w obudowie łożyskowań. Turbosprężarki sterowane są za pomocą zmiennej geometrii oraz zaworu upustowego. W obu przypadkach zasada jest taka sama i służy zwiększeniu lub zmniejszeniu ciśnienia gazów spalinowych wewnątrz turbiny, a tym samym zwiększeniu lub zmniejszeniu prędkości obrotowej, a w konsekwencji gwarantuje większe lub mniejsze doładowanie powietrza.
Przeczytaj także: Poradnik: Wybór nawilżacza
Turbosprężarka składa się z trzech podzespołów. Pierwszym z nich jest obudowa. Następnie turbina oznaczona na schemacie kolorem czerwonym. Z racji tego, że przepływają przez nią gorące gazy wydechowe pochodzące z silnika, często jest nazywana gorąca stroną turbosprężarki. Z kolei trzeci podzespół - sprężarka - która tłoczy chłodne powietrze z otoczenia, nazywana jest zimną stroną turbosprężarki.
Cykl pracy zaczyna się po stronie turbiny. Gorące gazy wydechowe są wypychane z cylindra przez tłok i przepływają kolektorem wydechowym do turbosprężarki, napędzając turbinę. Następnie kierowane są do przewodów wydechowych. Obracająca się turbina jest zamontowana na jednym wałku z wirnikiem sprężarki. Wirnik przyspiesza strumień zasysanego z zewnątrz powietrza i przez tzw. dyfuzor wtłacza go pod ciśnieniem do cylindrów silnika.
Jak działa turbosprężarka?
Turbosprężarka napędzana jest przez gazy wylotowe silnika spalinowego. które przepływając przez wirnik, rozpędzają go nawet do 200 000 obr/min. Gazy spalinowe wydalane są przez układ wydechowy. Rozpędzony siłą spalin wirnik przekazuje ruch obrotowy na wirnik sprężarki, który spręża powietrze do komory spalania silnika. Jednak w większości nowoczesnych konstrukcji silników, zarówno benzynowych, jak i wysokoprężnych, stosuje się intercooler, który chłodzi rozgrzane w procesie sprężania powietrze, a to z kolei doprowadzane jest do komory spalania silnika. Powietrze dostarczane jest do turbosprężarki poprzez filtr powietrza i układ dolotowy.
Wraz ze wzrostem ciśnienia, rośnie także temperatura powietrza do 100-200 stopni C. W konsekwencji zmniejsza się jego gęstość, a wraz z nią zawartość tlenu. Z tego względu często między turbosprężarką a silnikiem zamontowana jest chłodnica powietrza doładowania, tzw. intercooler, która schładza sprężone powietrze.
Jednak w większości nowoczesnych konstrukcji silników, zarówno benzynowych, jak i wysokoprężnych, stosuje się intercooler, który chłodzi rozgrzane w procesie sprężania powietrze, a to z kolei doprowadzane jest do komory spalania silnika.
Przeczytaj także: Woda destylowana: charakterystyka
Zmienna geometria turbiny
Turbosprężarka ze zmienną geometrią to kluczowy element nowoczesnych silników spalinowych, który pozwala na zwiększenie mocy i poprawę efektywności jednostki napędowej. Dzięki regulacji kąta łopatek kierownicy spalin turbosprężarka może dostosować swoje działanie do aktualnych warunków jazdy. Niestety, z czasem mechanizm zmiennej geometrii może ulec zabrudzeniu i zacząć działać nieprawidłowo. Mechanizm ten pozwala na szybkie dostosowanie pracy turbiny do obrotów silnika, poprawiając dynamikę i zmniejszając tzw. turbo dziurę.
Z czasem w układzie dolotowym i w samej turbinie gromadzi się nagar, który może powodować zacinanie się mechanizmu zmiennej geometrii. Wielu kierowców zastanawia się, czy można skutecznie przeprowadzić czyszczenie zmiennej geometrii turbiny bez rozbierania. Jeśli czyszczenie nie przynosi efektów lub mechanizm zmiennej geometrii jest uszkodzony, konieczna może być regeneracja turbiny. Zmienna geometria turbiny to kluczowy element nowoczesnych turbosprężarek, który optymalizuje pracę silnika i zwiększa jego efektywność.
Regularna konserwacja i prawidłowa eksploatacja pozwalają wydłużyć żywotność turbosprężarki oraz uniknąć kosztownych napraw.
Filtr powietrza i jego rola
Powietrze dostarczane jest do turbosprężarki poprzez filtr powietrza i układ dolotowy. Filtr powietrza filtruje powietrze, które trafia najpierw do układu dolotowego, a później do turbosprężarki i komory spalania. Odcedza z niego zanieczyszczenia, które mogą być naprawdę groźne dla silnika.
Filtr powietrza najlepiej wymieniać raz w roku, ewentualnie co maksymalnie 20 tys. km. Interwał należy skrócić np. w sytuacji, w której auto jest eksploatowane w środowisku mocno zapylonym - wtedy szybciej się zapycha. A jak już się zapcha, w pierwszej kolejności ogranicza ilość powietrza dostarczanego do układu dolotowego. Skutkiem takiego stanu rzeczy jest na ogół utrata mocy i np. dymienie w dieslu bez filtra cząstek stałych - dymienie, bo mieszanka nie jest spalana w pełni.
Przeczytaj także: Filtr sportowy do Audi TT 8N: Recenzja
W tym punkcie warto zaznaczyć, że nowy filtr powietrza kosztuje od kilku do kilkunastu złotych. Z czasem zapchany filtr powietrza może zostać uszkodzony. A to już czarny scenariusz. Bo zacznie przepuszczać do prawda więcej powietrza do układu dolotowego, ale z drugiej strony nie będzie ono filtrowane. Skutek? Pogorszy się jakość mieszanki paliwowo-powietrznej, a do tego może dojść do uszkodzenia turbosprężarki.
Zapchany filtr powietrza jest w stanie skutecznie zniszczyć wirnik w turbosprężarce. Skutkiem stanie się brak mocy i hałas. W takim przypadku konieczna będzie ingerencja mechanika. Nowa turbosprężarka kosztuje od blisko 2 do 6 - 7 tys. zł.
Jak dbać o silnik z turbodoładowaniem?
Turbosprężarka to element pracujący w ekstremalnych warunkach. Jej trwałość zależy w ogromnej mierze od świadomego użytkownika.
- Nie obciążaj zimnego silnika: Po uruchomieniu auta, olej silnikowy potrzebuje chwili, by dotrzeć do wszystkich zakamarków, w tym do łożysk turbiny. Przez pierwsze kilka kilometrów unikaj gwałtownego przyspieszania i wkręcania silnika na wysokie obroty.
- Stosuj olej najwyższej jakości: Używaj wyłącznie oleju o specyfikacji zalecanej przez producenta samochodu.
- Regularnie wymieniaj olej i filtry: Bezwzględnie przestrzegaj interwałów wymiany oleju. Z mojego doświadczenia wynika, że w autach z turbo, zwłaszcza intensywnie eksploatowanych w mieście, warto skrócić interwał z zalecanych 20-30 tys. km do 10-15 tys. km.
- Chłodź turbinę po intensywnej jeździe: Po długiej podróży autostradą lub dynamicznej jeździe nie gaś silnika od razu po zatrzymaniu. Daj mu popracować na biegu jałowym przez 1-2 minuty.
Pamiętaj, że ten zaawansowany element inżynierii odwdzięczy się niezawodnością i świetnymi osiągami, jeśli tylko potraktujesz go z odrobiną troski i będziesz przestrzegać podstawowych zasad serwisowych.
tags: #filtr #powietrza #turbo #budowa #zasada #działania
