Turbosprężarka - jak działa i jak się z nią obchodzić?
Spis treści:
- Jak działa turbosprężarka? Co to jest i do czego służy?
- Składniki turbosprężarki - wirnik, wałek i obudowa
- Turbosprężarka a silnik spalinowy
- Jak turbosprężarka pobiera energię?
- Intercooler. Funkcja i rola w układzie turbosprężarki
- Zasada działania turbosprężarki w praktyce. Proces kompresji powietrza
- Wydajność turbosprężarki - wpływ na osiągi silnika
- Zalety i wady turbosprężarki. Efektywność, spalanie paliwa i inne czynniki
- Konserwacja i naprawa turbosprężarki
- Przykłady zastosowań turbosprężarek
- Przyszłość turbosprężarek
Turbosprężarki do pewnego czasu kojarzone były ze sportowymi modelami samochodów. Był to element, który wykorzystywany był do poprawy osiągów pojazdu. Spotykane były one także w samochodach wysokoprężnych. Czasy się jednak zmieniły. Aktualnie turbosprężarki wykorzystuje się w różnych pojazdach mechanicznych, jakie zyskują na dodatkowym doładowaniu. Jest to konieczne, ponieważ konieczne jest nadrobienie mocy silnika, która wynika z jego niskiej pojemności. Oto garść niezbędnych informacji dla osób, które zastanawiają się nad zastosowaniem turbosprężarek w obecnych czasach.
Jak działa turbosprężarka? Co to jest i do czego służy?
Turbosprężarka nazywana jest również urządzeniem wirnikowym. Dzięki swojej konstrukcji, jest ona w stanie zapewnić doładowanie do silnika lub do kotła parowego. Spaliny z silnika służą do napędzania turbiny. Sprężone powietrze przy pomocy sprężarki jest w stanie dać odpowiednią moc silnikowi. W efekcie przez cylinder zostaje wprowadzona zdecydowanie większa ilość powietrza, która pomaga osiągnąć pożądany efekt. Kierowcy będą mieli do czynienia ze sprawnym układem.
Za wynalezienie pierwszej turbosprężarki odpowiedzialny jest Szwajcar Alfred Büchi, który po raz pierwszy zaprezentował swoje urządzenie światu w 1905 r. Jednak dopiero na początku lat 60-tych 20 wieku tą maszyną wirnikową zainteresował się przemysł motoryzacyjny.
Składniki turbosprężarki - wirnik, wałek i obudowa
Budowę turbosprężarki można tak naprawdę podzielić na trzy podstawowe elementy: obudowę, wirnik oraz wałek. W rzeczywistości jest to skomplikowany mechanizm, który można podzielić na wiele mniejszych części. Turbosprężarka składa się z: pierścieni uszczelniających, kanałów olejowych, łożyska oporowego, łożyska ślizgowego, kadłuba środkowego, wirników turbiny, wirników sprężarki, kadłuba sprężarki, kadłuba turbiny, wałka turbosprężarki.
Wirnik turbiny odpowiedzialny jest za napędzanie wirnika sprężarki. On to razem z wałem turbosprężarki osadzony jest na jednym wale. Wirniki zostają obudowane kadłubami. Łożysko oporowe i silnikowe pomagają w utrzymaniu kadłuba środkowego. Olejowe pierścienie uszczelniające odpowiedzialne są za to, aby do wirników nie przedostał się olej. Wirnik sprężarki ma za zadanie dostarczyć dodatkowe powietrze kolektorem dolotowym do komory spalania.
Turbosprężarka a silnik spalinowy
Silnik spalinowy emituje gazy wylotowe, które odpowiedzialne są za napędzanie turbosprężarki. Wirnik turbiny sprawia, że gazy wylotowe przepływają dalej, aby w efekcie trafić do układu wydechowego. Turbina wykonuje ruch obrotowy, który w dalszym kroku przekazywany jest do wirnika sprężarki. Jego zadaniem jest sprężenie powietrza, jakie wpada przez dolot i dedykowany filtr.
Osoby, które chcą zwiększyć moc silnika spalinowego, na pewno pomyślą o zainstalowaniu turbosprężarki. To dzięki niej można cieszyć się następującymi efektami:
- zmniejszenie zużycia paliwa,
- zmiana kształtu charakterystyki jednostki napędowej,
- mniejsza emisja szkodliwych spalin.
Jak turbosprężarka pobiera energię?
Dla wielu osób zaskoczeniem może okazać się fakt, że energia czerpana jest w całości ze spalin. Z komory silnika wydostają się gazy, których zadaniem jest napędzanie wirnika turbiny. Dopiero potem przedostają się one na zewnątrz przy pomocy wydechu. Wirnik turbiny znajduje się na tym samym wale co wirnik sprężarki. To umożliwia wprawienie w ruch tego ostatniego elementu. Sprężarka otrzymuje możliwość pobrania powietrza, które znajduje się w układzie dolotowym, jakie doprowadza do kompresji. W tak zmienionej postaci sprężarka dostarcza je pod ciśnieniem do komory silnika.
Intercooler. Funkcja i rola w układzie turbosprężarki
Nowoczesne sprężarki mają zamontowany intercooler, który odpowiedzialny jest za schłodzenie całego strumienia powietrza. Jest to potrzebne, aby móc cieszyć się jeszcze większą mocą silnika. Tak w skrócie można opisać działanie intercoolera, który postrzegany jest jako chłodnica dla całego układu doładowania. Chłodzenie potrzebne jest do tego, aby móc utrzymać stabilną moc bez względu na to, z jaką temperaturą otoczenia będzie się miało do czynienia.
Utrzymanie stałej temperatury wpływa korzystnie na powietrze. Jeżeli jego temperatura będzie rosnąć, stanie się ono mniej kaloryczne dla silnika. Kiedyś intercooler postrzegany był w kategorii luksusowych. Dzisiaj żaden producent nie wyobraża sobie tego, aby na rynek wypuścić silnik z doładowaniem, jaki nie zostanie wyposażony w ten element.
Zasada działania turbosprężarki w praktyce. Proces kompresji powietrza
Gazy wylotowe silnika spalinowego mogą mieć zdolność rozpędzenia do nawet do 200 000 obr/min wirnika. Zyskuje on taką moc, że wykonuje on ruch obrotowy, który przekazywany jest dalej do wirnika sprężarki. Kolejny element ma za zadanie doprowadzić do sprężenia powietrza, jakie przekazywane jest do komory spalania silnika. Sama kompresja jest ciśnieniem powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej, jakie powstaje na skutek sprężenia powietrza. Dużo mówi się o tym w przypadku turbosprężarek, ponieważ to kompresja określa prawidłową pracę jednostki napędowej.
Wydajność turbosprężarki - wpływ na osiągi silnika
Wydajność turbosprężarki to tak naprawdę jej maksymalna prędkość obrotowa, czyli częstotliwość obrotów wykonywanych w danej jednostce czasu. Do wyboru są takie turbosprężarki, które są w stanie zapewnić do 200 tys. obr/min., dzięki czemu osiągi silnika są zdecydowanie większe. Do dyspozycji są także układy wirnikowe, których prędkość obrotowa może wynieść do 350 000 obrotów na minutę (RPM). Jeżeli do czynienia ma się z maksymalnym obciążeniem, prędkość obrotowa może zostać zwiększona do 500 000 obrotów na minutę. Trzeba jednak mieć na względzie to, że przekroczenie maksymalnej prędkości obrotowej może doprowadzić do uszkodzenia ważnych elementów w układzie pojazdu mechanicznego. Należy więc na bieżąco kontrolować parametry pracy silnika.
Zalety i wady turbosprężarki. Efektywność, spalanie paliwa i inne czynniki
Układ doładowania, którego działanie oparte jest o turbosprężarkę, to domena zdecydowanej większości nowoczesnych pojazdów mechanicznych. Zastosowanie układu wirnikowego ma swoje zalety, ale także wady.
Wśród zalet można wymienić większą efektywność pracy silnika. Pozwala to na zapewnienie lepszych osiągów, jednocześnie zmniejszając ilość spalania paliwa. Unia Europejska dyktuje surowe warunki, jeżeli chodzi o emisję szkodliwych substancji. Pojazdy wyposażone w turbosprężarkę są w stanie sprostać surowym oczekiwaniom UE. Turbina odpowiedzialna jest za dostarczenie silnikowi dużej ilości powietrza, co pozytywnie wpływa na osiągi.
Zaletą zastosowania turbosprężarki jest wzrost wysilenia. Sprawia to, że silnik, który ma z góry określoną moc, ma mniejszą masę i rozmiary w porównaniu do większego silnika, jaki może mieć podobną moc.
Energia, która tkwi w spalinach, zostaje dobrze wykorzystana nie wpływając jednocześnie na obciążenie pracy silnika. Dzięki temu (oraz intercoolerowi) silnik jest zdecydowanie bardziej efektywny. Potrzebuje on mniejszej ilości paliwa, aby móc osiągnąć zamierzony efekt.
Wadą turbosprężarek jest to, że mogą one częściej prowadzić do usterki podzespołów, jakie znajdują się w silniku. Tego typu awarie mogą być wynikiem działania wysokich temperatur, jakie wytwarzają się pod wpływem działania turbosprężarki. To dlatego kładzie się duży nacisk na to, aby stosować dobrej jakości olej, który powinien być także regularnie wymieniany.
Turbosprężarka powoduje również wystąpienie zjawiska, które określane jest mianem “turbodziury”. Jest to opóźniona reakcja silnika, kiedy zostanie wciśnięty pedał gazu. Z tym zjawiskiem ma się do czynienia w momencie, kiedy osiągane są najniższe prędkości obrotowe danej jednostki napędowej. Spaliny nie są w stanie osiągnąć odpowiedniej prędkości, jeżeli będą opuszczać cylinder. Przez to nie będą one w stanie doprowadzić do wprawienia wirnika turbiny w ruch o odpowiedniej prędkości.
Aby poradzić sobie z wyżej wymienionymi problemami, konieczne jest zastosowanie turbiny, która ma zmienioną geometrię.
Konserwacja i naprawa turbosprężarki
Konserwacja turbiny, bez konieczności jej wyjmowania, odbywa się przez zastosowanie specjalnego dodatku do paliwa. Jego zadaniem jest czyszczenie turbiny. Wykonywane ruchy są w stanie sprawić, że preparat dostaje się do wyznaczonych miejsc, dzięki czemu nie trzeba obawiać się szybkiego zużycia podzespołów - o ile turbosprężarka będzie używana zgodnie z zaleceniami. Czyszczenie turbiny może zostać wykonane także w dedykowanych warsztatach samochodowych.
Turbosprężarka wcześniej czy później, zużyje się. Nie oznacza to jednak faktu konieczności zakupu nowego elementu. Naprawa turbiny odbywa się poprzez wykonanie procesu regeneracji. Jeżeli zostanie ona wykonana w prawidłowy sposób, będzie można cieszyć się przywróceniem pierwotnych parametrów. Regeneracja nie wymaga zaangażowania tak dużych sum pieniędzy, dlatego tak chętnie wybierana jest przez kierowców, którzy mają silnik z doładowaniem. Wadą jest jednak to, że nie każdy układ wirnikowy nadaje się do regeneracji. Do tego, w niektórych przypadkach, może wystąpić problem z otrzymaniem elementów, które mają zostać poddane regeneracji.
Przykłady zastosowań turbosprężarek
W prawie wszystkich pojazdach, które zostały wyposażone w silnik spalinowy, można spotkać turbosprężarkę. To branża motoryzacyjna w głównej mierze czerpie możliwości, które daje układ wirnikowy. Na samym początku stosowane były one w pojazdach ciężarowych. Jednak ich możliwości okazały się szersze, dlatego znalazły one także zastosowanie w samochodach osobowych. Rozwój technologii sprawił, że w następnej kolejności turbiny zostały wykorzystane nie tylko w branży lotniczej, ale także okrętowej. To one sprawiały, że kilkutonowe samoloty bez trudu były w stanie oderwać się od ziemi. Przewożenie ładunków o ogromnej masie, nie stanowiło problemów dla okrętów, gdzie został umieszczony układ z turbosprężarką. Nowością jest E-turbo, czyli turbosprężarka elektryczna, która powstała w celu wyeliminowania efektu turbodziury.
Przyszłość turbosprężarek
Ich przyszłość rysuje się w dobrych barwach. Dowodem na to jest fakt, że wciąż prowadzone są prace, których celem jest zapewnienie jeszcze lepszych układów wirnikowych. Wyżej wspomniane E-turbo ma być rozwiązaniem dla “turbodziury”. Do pewnego czasu dostępne były tylko turbosprężarki, jakie wykorzystywały tylko jedną turbinę. Pozwoliły one na to, aby do silnika dostarczona została większa ilość powietrza. Dzisiaj można jednak korzystać już z BiTurbo (dwie turbosprężarki, jakie pracują równolegle) oraz z TwinTurbo (zasada działania jak w BiTurbo, z tą jednak różnicą, że w tym przypadku ma się do czynienia z dwoma odmiennymi turbosprężarkami).Producenci opracowali także turbosprężarkę hybrydową, która od zwykłego modelu, odróżnia się budową tzw. ślimaka. Prace nie ustają, a producenci chcą zaoferować swoim klientom coraz lepsze turbosprężarki, jakie jeszcze lepiej poprawią osiągi silnika.
Komentarze (0)