Turbosprężarka: Zasada Działania, Budowa i Rola w Silniku
- Szczegóły
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. Turbosprężarka to jeden z kluczowych elementów nowoczesnych silników spalinowych - odpowiada za zwiększenie mocy, poprawę osiągów i bardziej efektywne wykorzystanie paliwa.
Zasada działania turbosprężarki
Działanie turbosprężarki opiera się na wykorzystaniu energii spalin. Gazy wylotowe z silnika napędzają wirnik turbiny, który z kolei obraca wirnik sprężarki. Ta wtłacza większą ilość powietrza do komór spalania silnika. Dzięki temu silnik otrzymuje więcej tlenu, co pozwala spalić więcej paliwa i w efekcie - uzyskać większą moc silnika.
W skrócie - turbosprężarka zwiększa ilość powietrza trafiającego do silnika, a co za tym idzie - zwiększenie mocy silnika bez zwiększania jego pojemności. Nowoczesne układy turbo, takie jak układ turbo Twin Scroll lub turbiny VNT, pozwalają minimalizować opóźnienie reakcji, tzw. turbodziurę, i zapewniają dynamiczną pracę już od niskich obrotów.
Jak sama nazwa wskazuje składa się z dwóch części- turbiny i sprężarki połączonych wspólnym wałkiem. Spaliny opuszczające silnik napędzają wirnik. Ten, za pośrednictwem wałka przekazuje energię ze spalin kołu kompresji, które spręża powietrze (zassane z filtra powietrza). Tak sprężone powietrze- najczęściej przez intercooler- trafia do silnika. Dzięki turbosprężarce, która zapewnia wzrost ilość powietrza dostarczonego do jednostki napędowej, można zwiększyć mieszankę paliwową, a przez to podwyższyć moc 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%.
Przeczytaj także: Znaczenie odmy dla poprawnej pracy turbiny
Standardowo turbosprężarka włącza się od razu po odpaleniu silnika - pracuje nawet na jego najniższych obrotach. Jednak ciśnienie doładowania jest wówczas na tyle niskie, że nie odczuwa się skoku mocy. Ciśnienie doładowania wzrasta po przekroczeniu pewnej granicy obrotów, która jest inna dla silników benzynowych oraz diesli. Potocznie mówi się, że turbina włącza się właśnie w tym momencie.
Budowa turbosprężarki
Standardowa turbosprężarka składa się z dwóch głównych części: turbiny i sprężarki. Turbina jest napędzana gazami wylotowymi (spalinami) z silnika - jej wirnik wprawia w ruch wirnik sprężarki, który z kolei zasysa i spręża powietrze kierowane do układu dolotowego silnika. Obie sekcje połączone są wspólnym wałem.
Część gorąca znajduje się od strony wydechowej- to przez nią przepływają spaliny. Składa się z części żeliwnej i wirnika wraz z obudowami. To w niej znajdują się kierownice spalin (tzw. zmienna geometria; vnt/vtg) lub zawory upustowe spalin (tzw. wastegate; o typach sterowania dalej). W związku z wysoką temperaturą spalin, elementy te muszą być wykonane z odpornych materiałów.
Strona zimna składa się z koła kompresji, czapki aluminiowej, a w niektórych rozwiązaniach także z specjalnego zaworu upustowego (tzw. BOV lub DV). Obie strony połączone są korpusem wraz z wałkiem i jago łożyskowaniem. W zdecydowanej większości są to łożyska ślizgowe (wykonane z brązu; stosowane są również łożyska kulkowe, lecz to w dalszym ciągu rzadkość).
Ważne elementy turbosprężarki to także:
Przeczytaj także: Renault Laguna II - Filtr Powietrza i Turbina
- łożyska zapewniające płynne obroty (sięgające nawet 200 000 obr./min),
- obudowa wykonana z materiałów odpornych na ekstremalne temperatury,
- zawór upustu spalin (wastegate) - reguluje ciśnienie doładowania,
- intercooler, który chłodzi sprężone powietrze zanim trafi do silnika.
Na turbosprężarkę składają się także pierścienie uszczelniające, łożyska ślizgowe i oporowe oraz kanały olejowe, które znajdują się w obudowie łożyskowań.
Rodzaje turbosprężarek
Ze względu na rodzaj sterowania wyróżniamy trzy rodzaje turbosprężarek:
- Najprostsza turbosprężarka nie ma żadnego sterowania. Stosowane są w ciężarówkach i pojazdach specjalnych. Cała ilość spalin trafia bezpośrednio na wirnik. Doładowanie jest zależne tylko i wyłącznie od wielkości wirnika i koła kompresji.
- Kolejnym rodzajem turbosprężarek, są te z zaworem upustu spalin- tzw. "Wastegate". Zawór ten jest sterowany podciśnieniową lub ciśnieniową "gruszką". Dzięki temu rozwiązaniu komputer może sterować doładowaniem poprzez upust spalin.
- Ostatnim stosowanym typem turbosprężarek, są te ze zmienną geometrią (kierownice spalin, VNT/VTG). Jest to obecnie chyba najczęściej stosowane rozwiązanie. To najefektywniejszy sposób wykorzystania energii spalin, maksymalnie redukujący występowania zjawiska turbo- dziury. Sterowana jest za pomącą zaworów podciśnieniowych lub elektronicznych.
Turbosprężarki dostępne na rynku różnią się budową i zasadą działania - a co za tym idzie, także wydajnością. Najpopularniejsze rodzaje to:
- Turbosprężarka Twin Scroll: posiada podzieloną obudowę turbiny, co poprawia przepływ spalin i ogranicza zjawisko tzw. turbodziury.
- Turbina ze zmienną geometrią (VNT): automatycznie dostosowuje kierunek przepływu spalin, co pozwala na efektywną pracę w całym zakresie obrotów.
- Turbosprężarka hybrydowa: łączy różne rozwiązania techniczne, często modyfikowana pod kątem zwiększenia osiągów.
- Turbosprężarka standardowa: klasyczne rozwiązanie o stałej geometrii łopatek, stosowane w starszych modelach aut.
Coraz częściej spotykane są układy kilku turbosprężarek przy jednym silniku. Bi Turbo lub Twinturbo przy mocniejszych silnikach stają się codziennością. Bi Turbo to układ dwóch turbosprężarek działających równolegle. Twinturbo składa się również z dwóch turbosprężarek, różniących się jednak sposobem pracy. Mała turbosprężarka pracuje w niskim zakresie obrotów (do 1500 obr./min.).
Turbosprężarka a filtr cząstek stałych (DPF)
Współczesne samochody z silnikiem Diesla są wyposażone w złożone systemy, które mają na celu redukcję emisji szkodliwych substancji. Dwa z najważniejszych elementów w tych układach to turbosprężarka i filtr cząstek stałych (DPF). Choć pełnią one odrębne funkcje, ich działanie jest ze sobą ściśle powiązane. Niestety, awaria jednego z nich może bardzo szybko doprowadzić do poważnego uszkodzenia drugiego.
Przeczytaj także: Diagnostyka turbiny, oleju i filtra powietrza
- Turbosprężarka: jej głównym zadaniem jest zwiększenie ilości powietrza dostarczanego do komory spalania, co prowadzi do efektywniejszego spalania paliwa, zwiększenia mocy silnika i poprawy jego osiągów.
- Filtr DPF: to element układu wydechowego, którego zadaniem jest zatrzymywanie szkodliwych cząstek sadzy, powstających w procesie spalania oleju napędowego. DPF zmniejsza emisję zanieczyszczeń do atmosfery, co jest wymogiem norm środowiskowych.
Gdy filtr DPF jest zapchany, ciśnienie spalin w układzie wydechowym rośnie. Zamiast swobodnie opuszczać silnik, spaliny napotykają na opór. W efekcie, wracają one pod zwiększonym ciśnieniem w kierunku turbosprężarki. Wysokie ciśnienie spalin działa na uszczelnienia turbosprężarki, które mają chronić przed wyciekiem oleju. Wzrost ciśnienia może uszkodzić uszczelnienia i wypchnąć olej z układu doładowania. W efekcie, olej może przedostać się do układu wydechowego (gdzie jest spalany, co prowadzi do dymienia) lub do układu dolotowego (co może doprowadzić do niekontrolowanej pracy silnika - tzw. rozbiegania). Wzrost ciśnienia i temperatury wewnątrz korpusu turbiny nadmiernie obciąża łożyska. To prowadzi do ich przegrzewania, a w konsekwencji do szybszego zużycia, zacierania, a nawet całkowitego zniszczenia.
Jak rozpoznać, że problem z DPF zaczyna wpływać na Twoją turbosprężarkę? Spadek mocy silnika i pogorszenie osiągów - to jeden z pierwszych objawów zapchanego DPF. W przypadku wystąpienia tych objawów kluczowa jest dokładna diagnostyka.
Przede wszystkim należy sprawdzić stan filtra DPF. Czy jest zapchany? Jeśli turbosprężarka jest uszkodzona, należy ją profesjonalnie naprawić lub zregenerować. Filtr DPF i turbosprężarka to nierozłączny duet w silnikach Diesla. Pamiętaj, że awaria jednego elementu może prowadzić do poważnych konsekwencji dla drugiego.
Jak dbać o turbosprężarkę?
Żywotność turbosprężarki w dużej mierze zależy od stylu jazdy i regularnej obsługi technicznej. Oto kluczowe zasady, które pomogą wydłużyć żywotność turbosprężarki:
- Unikaj gwałtownego gaszenia silnika po jeździe - daj turbosprężarce czas na schłodzenie, zwłaszcza po dynamicznej jeździe.
- Stosuj oleje wysokiej jakości i regularnie je wymieniaj, ponieważ to olej odpowiada za smarowanie i chłodzenie wirnika.
- Rozgrzewaj silnik po uruchomieniu, zanim zaczniesz dynamicznie przyspieszać.
- Zadbaj o czystość układu dolotowego i filtra powietrza, by uniknąć dostania się zanieczyszczeń do wirnika.
- Reaguj na niepokojące dźwięki - świst czy gwizd może oznaczać konieczną naprawę turbosprężarki jeszcze przed poważniejszą awarią.
Prawidłowa eksploatacja to klucz do wydłużenia żywotności turbosprężarki. Największe zużycie podzespołów następuje tuż po rozruchu oraz zaraz po intensywnej jeździe - dlatego warto pamiętać o kilku prostych zasadach:
- nie gasimy silnika od razu po jeździe na wysokich obrotach,
- nie wkręcamy silnika na obroty zaraz po odpaleniu - dajmy olejowi czas na dotarcie do turbiny,
- stosujmy wysokiej jakości oleje i filtry,
- regularnie sprawdzajmy stan intercoolera i układu dolotowego.
Należy pamiętać również o systematycznej kontroli i wymianie filtra powietrza. Zapchany filtr powietrza jest w stanie skutecznie zniszczyć wirnik w turbosprężarce. Skutkiem stanie się brak mocy i hałas.
Przestrzeganie serwisów olejowych nie jest jedyną kwestią, która wpływa na turbosprężarkę. Użytkowanie samochodu z turbosprężarką cechuje się koniecznością przestrzegania kilku reguł. W przeciwnym wypadku nasze turbo może w krótkim czasie wymagać poważnej naprawy.
Jak widać zasada działania turbosprężarki wcale nie jest przesadnie skomplikowana, jednak warunki jej pracy i dokładność wykonania przekładają się na cenę.
tags: #turbina #powietrza #do #filtra #zasada #działania
